Fibrele optice oferă un exemplu al modului în care cunoștințele științifice se traduc în progres tehnologic, ușurând în cele din urmă viața omului obișnuit. De câțiva ani, fibra optică a fost asociată cu mijloacele de comunicare pentru transmiterea semnalelor electrice. Filamentele subțiri de mărimea unui păr uman pot fi folosite pentru a transmite o gamă largă de semnale care sunt necesare pentru a funcționa un telefon, o conexiune la Internet, un televizor etc. Desigur, datorită performanței sale ridicate, fibra optică și-a găsit utilizare nu numai în nevoi interne.
Tehnologia de transmitere a semnalului optic
În sine, utilizarea fibrei optice ca translator de semnal este doar o parte din cunoștințele dezvăluite care sunt explorate în secțiunea științifică a fibrei optice. Specialiștii din acest domeniu studiază transmiterea informațiilor și propagarea luminii și, într-un context, uniți prin ghiduri de lumină. Acestea din urmă sunt folosite atât ca distribuitori de lumină, cât și ca transmițători de informații. Apropo, tendințele moderne în dezvoltarea tehnologiilor laser se bazează pe LED-uri. În acest caz, o altă întrebare este mai interesantă - ce fenomen se află la baza fibrei optice? Acest fenomenreflexia internă a radiației electromagnetice (totale) la interfața dintre dielectrici având indici de refracție diferiți. Mai mult, purtătorul de informații nu este deloc un semnal electromagnetic, ci un flux luminos codat. Pentru a înțelege gradul de superioritate al cablurilor de fibră optică față de cablurile metalice tradiționale, merită să ne referim încă o dată la lățimea de bandă a acestora. Firul de fibre deja menționat, a cărui grosime nu este mai mare de 0,5 mm, este capabil să transmită o cantitate de informații pe care cablurile obișnuite de cupru le vor servi doar cu o grosime de 50 mm.
Metode de fabricare cu fibră optică
Există două metode principale prin care poate fi fabricată fibra optică. Este o tehnică de extrudare și topire folosind preforme. Prima tehnologie face posibilă obținerea de material de calitate scăzută pe bază de materiale plastice, așa că astăzi practic nu este folosit. A doua metodă este considerată principala și cea mai eficientă. O preformă este o preformă care se află într-o structură concepută pentru a trage fire. Conform standardelor moderne, preformele pot avea o înălțime de până la câteva zeci de metri. În exterior, aceasta este o tijă de sticlă cu un diametru de aproximativ 10 cm, din care se topește miezul firului. În timpul procesului de fabricație, miezul, împreună cu amestecul pentru fibre, este încălzit la temperaturi ridicate, după care se formează filamentele. Lungimea materialului rezultat poate ajunge la câțiva kilometri, deși diametrul rămâne neschimbat - este controlat de regulatoare automate. În funcție de locul în care se va folosi fibra optică, materialul ptPoate fi pretratată cu acoperiri care asigură protecție chimică și fizică. În ceea ce privește amestecurile de filamente în sine, acestea includ de obicei materiale precum poliimidă, acrilat și silicon.
Funcții de design cu fibre
Partea centrală a firului este miezul - chiar miezul fibrei, care va răspândi lumina în timpul funcționării. Miezul este caracterizat de indici mari de refracție a luminii, care se realizează prin utilizarea dopajului sticlei cu modificarea prin aditivi speciali. De exemplu, componente refractive tipice, cum ar fi un dopant, sunt utilizate pentru fibrele de silice. La rândul său, carcasa îndeplinește mai multe sarcini, principala dintre acestea fiind protecția fizică directă a miezului. Această parte oferă și efectul de refracție, dar cu un coeficient minim. Limita dintre cele două materiale formează o structură de ghidare a luminii care nu permite ca cea mai mare parte a luminii să iasă din miez. De asemenea, este de remarcat faptul că elementele de bază ale fibrei optice se referă materialul la varietăți de ghiduri de lumină. Pentru a fi mai precis, vorbim despre ghiduri de undă dielectrice care transmit semnale luminoase.
Soiuri de fibre optice
Cele mai comune sunt fibrele de cuarț, plastic și fluorură. Filamentele de cuarț se bazează pe topituri de oxid sau materiale similare ca structură, inclusiv oxid de siliciu dopat. Această bază face posibilă producerea de fibre flexibile și lungi care diferă înși rezistență mecanică ridicată. Fibrele optice din plastic sunt fabricate din polimeri și, după cum sa menționat deja, nu pot oferi performanțe ridicate. În special, astfel de fire au un procent ridicat de pierdere de date, ceea ce limitează utilizarea lor în zonele solicitante. Pe de altă parte, accesibilitatea fibrelor de plastic menține cererea pentru acest material în direcțiile concentrate pe segmentul casnic. În ceea ce privește materialele optice cu fluor, baza lor se bazează pe ochelari fluorozirconați și fluoroaluminați. Acestea sunt soluții destul de moderne și tehnologice pentru asigurarea comunicației optice, dar conținutul de metale grele din structură nu permite nici utilizarea acestora, de exemplu, în industria medicală.
Echipament de măsurare a fibrelor
Cele mai frecvent echipamente utilizate în kiturile de fibră optică sunt senzorii și rețele Bragg. Senzorii cu fibră optică sunt dispozitive concepute pentru a fixa anumite valori care caracterizează starea materialului în acest moment. De exemplu, diferiți senzori pot detecta stresul mecanic, temperatura, vibrațiile, presiunea și alte cantități. Rețeaua Bragg în funcția sa este mai aproape de caracteristicile optice. Fixează o perturbare a refracției aperiodice în miezul fibrei. Această măsurătoare vă permite să determinați cât de eficientă este fibra optică în transmiterea unui semnal în condiții specifice. De asemenea, experții folosesc opticăreflectometru care înregistrează disiparea și rezistența.
Amplificatoare și lasere cu fibră optică
Acesta este cel mai avansat produs dezvoltat pe baza tehnologiei fibrei optice. Spre deosebire de alte tipuri de lasere, utilizarea filamentelor optice face posibilă realizarea de dispozitive compacte și în același timp eficiente. În special, tehnologia cu fibre optice a făcut posibilă înlocuirea dispozitivelor laser clasice cu următoarele avantaje:
- Eficiența radiatorului.
- Radiție de ieșire crescută.
- Pompare eficientă.
- Fiabilitate și stabilitate ridicate a laserului.
- Echipament cu greutate redusă.
La rândul lor, amplificatoarele, în funcție de tip, pot fi folosite și în liniile de rețea de domiciliu, crescând performanța liniei principale de fibră. Cu toate acestea, domeniul de aplicare al fibrei merită luat în considerare mai detaliat.
La ce se folosește fibra optică?
Există mai multe domenii în care sunt utilizate materiale cu fibră optică. Aceasta este sfera de uz casnic, echipamente de telecomunicații și echipamente informatice, precum și nișe de în altă specializare, inclusiv anumite domenii ale medicinei. Pentru fiecare dintre aceste segmente sunt produse fibre optice speciale. Aplicația ca mijloc tipic de transmitere a unui semnal TV sau Internet, de exemplu, este limitată la modele ieftine din plastic de calitate medie. Dar pentru echipamente laser și scumpedispozitivele medicale folosesc fibre de cuarț de în altă calitate, prevăzute și cu modificatori suplimentari.
Aplicarea fibrei optice în medicină
Astfel de fibre pot fi folosite în echipamente și instrumente medicale. Tehnologia standard sugerează posibilitatea introducerii unui dispozitiv special bazat pe fibre de lumină refractată, care poate transmite un semnal către o cameră de televiziune externă deja în organul propriu-zis. Fibra optică este folosită în medicină și ca material de iluminat. Dispozitivele echipate cu module de fibre fac posibilă iluminarea nedureroasă a cavităților stomacului, nazofaringelui etc.
Utilizarea fibrei optice în echipamente informatice
Poate că aceasta este cea mai comună nișă în care fibra optică și-a găsit locul. Astăzi, liniile de comunicare între dispozitivele individuale care transmit informații nu se mai pot lipsi de ele. Desigur, acest lucru se aplică acelor zone în care este imposibil sau imposibil să se utilizeze conexiuni wireless, care înlocuiesc în mod activ cablurile ca atare. De exemplu, cele mai mari companii de telecomunicații construiesc rețele interregionale de coloană vertebrală care utilizează fibră optică. Utilizarea unor astfel de canale pentru conectarea echipamentelor periferice și a consumatorilor obișnuiți de servicii de telecomunicații vă permite să optimizați costurile financiare ale întreținerii infrastructurii de rețea și, de asemenea, crește eficiența transmisiei de date în sine.
Dezavantajele fibrei
Din păcate, firele optice nu sunt lipsite de puncte slabe. Deși întreținerea unei astfel de cablaje este mai ieftină, ca să nu mai vorbim de absența necesității de actualizări frecvente, costul materialului în sine este mult mai mare decât a acelorași omologi din metal. În plus, fibra optică și utilizarea acesteia în medicină este extrem de limitată din cauza conținutului de impurități de plumb și zirconiu din unele aliaje, care sunt toxice pentru oameni. Acest lucru se aplică în principal modelelor din sticlă de cea mai în altă calitate, nu celor din plastic.
Producerea de fibră optică în Rusia
Ca parte a programului de substituire a importurilor din 2015, a fost deschisă fabrica de Sisteme de Fibră Optică în Mordovia. Aceasta este singura întreprindere din Federația Rusă, care încearcă în prezent să răspundă nevoilor consumatorilor autohtoni în fibră optică, în măsura posibilului. Până în 2015, industria rusă a fost, de asemenea, angajată în fabricarea de materiale cu fibră optică, dar numai în cadrul unor proiecte individuale vizate. Aceeași situație persistă într-o oarecare măsură și astăzi. Dacă o anumită companie are nevoie de fibră optică și utilizarea acesteia în medicină sau în domeniul telecomunicațiilor este justificată financiar, atunci există multe fabrici care sunt gata să lucreze la astfel de comenzi speciale în mod individual. Cu toate acestea, în viitorul apropiat, numai uzina din Mordovia va produce producție în serie a acelorași cabluri de fibră optică. Mai mult, nu este încă în măsură să aprovizioneze piața în conformitate cu volumul cererii. O proporție semnificativă de produse sunt încă achiziționate din SUA și Japonia. Și chiar și produsele autohtone sunt produse pe importmaterii prime.
Concluzie
Produsele cu fibră optică se formează ca segment de piață de aproximativ 15-20 de ani. De-a lungul anilor, consumatorul a reușit să aprecieze meritele noilor cabluri, dar progresul nu stă pe loc. Odată cu îmbunătățirea calităților tehnice și fizice, se extind și domeniile de aplicare a materialului. Cea mai recentă fibră bazată pe nanotehnologie, în special, este utilizată activ în industria petrolului și gazelor și în industria de apărare. La rândul său, fibra optică neliniară dezvoltă în prezent doar domenii de tehnologie conceptuale, dar foarte promițătoare. Printre acestea se numără impulsuri laser de compresie, solitoni optici, radiații optice ultrascurte etc. Evident, pe lângă cercetările teoretice cu posibile descoperiri și în cadrul cunoștințelor pur științifice, noile evoluții vor face posibilă și realizarea de noi oferte consumatorilor de diferite niveluri de pe piață.
