Оптична оптика и нейното приложение

Оптичните влакна показват пример за това как научното знание се превръща в технологичен прогрес, в крайна сметка облекчава живота на обикновения човек. С оптичните влакна комуникационните средства за предаване на електрически сигнали вече са свързани вече няколко години. Тънки нишки с размерите на човешка коса могат да се използват за прехвърляне на широк спектър от сигнали,

Технология на предаване на сигнала през влакна

Само по себе си използването на оптични влакна като сигнален преводач е само част от знанието, което се изследва в научната секция на оптичната оптика. Специалисти в тази област се занимават с изучаване на предаването на информация и разпространението на светлината, а в един контекст, съчетани с леки водачи. Последните се използват както като дистрибутори на светлина, така и като предаватели на информация. Между другото, светодиодите се основават на модерни линии за разработване на лазерни технологии. В този случай друг въпрос е по-интересен: какво явление е основата на оптичните влакна? Този феномен на вътрешно отражение на (пълно) електромагнитно излъчване в границите на диелектриците с различни индекси на пречупване. Освен това носителят на информация не е електромагнитен сигнал, а кодиран светлинен поток. За да разберете степента на превъзходство на оптичните кабели пред традиционните метални кабели, си струва отново да се обърнете към тяхната честотна лента. Вече споменатият влакнест конец, чиято дебелина не е по-голяма от 0,5 мм, е в състояние да предаде количеството информация, която обикновената медна кабели ще служи само на дебелина 50 мм.

Методи за производство на оптични влакна

Има два основни метода, чрез които може да се произвежда оптично влакно. Това е техника на екструзия и топене с помощта на преформи. Първата технология позволява да се получи материал с ниско качество на основата на пластмаси, така че днес той практически не се използва. Вторият метод се счита за основен и най-ефективен. Предформа - празна, разположена в структура, предназначена за рисуване на нишки. Съгласно съвременните стандарти, предварителните форми могат да имат височина до няколко десетки метра. Външно е стъклена пръчка с диаметър около 10 см, от която се разтопява сърцевината на нишката. По време на производствения процес ядрото заедно със сместа от влакна се нагрява до високи температури, след което се образуват нишките. Дължината на получения материал може да достигне няколко километра, въпреки че диаметърът остава непроменен - ​​той се контролира от автоматизирани регулатори. В зависимост от това къде ще се използват оптични влакна, материалът за него може предварително да бъде обработен с покрития, които осигуряват химическа и физическа защита. Що се отнася до смесите за прежди, те обикновено включват материали като полиимид, акрилат и силикон.

Дизайн характеристики на влакна

Централната част на спиралата е сърцевината - самата сърцевина на влакното, която ще разпространява светлина по време на работа. Ядрото се характеризира с високи рефрактивни показатели на светлината, което се постига чрез използване на стъкло допинг с модификация със специални добавки. Например, кварцовите влакна използват типични рефрактивни компоненти като добавка. От своя страна корпусът изпълнява няколко задачи, основната от които е непосредствената физическа защита на сърцевината. Тази част също така осигурява ефекта на пречупване, но с минимален коефициент. Границата между двата материала оформя структура на светлоуправление, която не позволява основният обем на светлината да премине отвъд ядрото. Заслужава да се отбележи, че основите на оптичните влакна класифицират материала като вид влакна. За да бъдем по-точни, става въпрос за диелектрични вълноводи, които предават светлинни сигнали.

Сортове от оптични влакна

Най-често срещаните са кварцови, пластмасови и флуоридни влакна. Кварцовите нишки са на базата на оксидни стопилки или структурно подобни материали, сред които е легираният силициев оксид. Тази основа позволява да се произвеждат гъвкави и дълги влакна, които също се отличават с висока механична якост. Оптичната оптична оптика е направена от полимери и, както вече беше отбелязано, не може да осигури висока производителност. По-специално, такива нишки имат висок процент на загуба на данни, което ограничава тяхното използване в трудни области. От друга страна, ценовата наличност на пластмасови влакна поддържа търсенето на този материал в посоки, ориентирани към сегмента на домакинствата. Що се отнася до флуоридните оптични материали, тяхната основа се основава на флуороцианатни и флуороалуминови очила. Това са съвсем съвременни и технологични решения за осигуряване на оптична комуникация, но съдържанието на тежки метали в структурата също така не им позволява да бъдат използвани например в медицинската индустрия.

Измервателно оборудване за оптични влакна

Най-разпространеното оборудване, което се използва в комплекти с оптично влакно, са сензорите и решетките Bragg. Оптичните сензори за оптични влакна са устройства, предназначени да фиксират определени стойности, които характеризират състоянието на материала в даден момент. Например, различни сензори могат да открият механично напрежение, температура, вибрации, налягане и други количества. Решетката на Bragg в своята функция е по-тясно приближена към оптичните характеристики. Той определя апериодично нарушение на пречупването в сърцевината на оптичното влакно. Това измерване ви позволява да определите колко оптични влакна е ефективна при превеждането на сигнала при определени условия. Също така, специалистите използват оптичен рефрактометър, за да записват разсейване и съпротивление.

Звукови усилватели и лазери

Това е най-прогресив продукт, който се развива на базата на оптична технология. За разлика от други видове лазери, използването на оптични влакна прави възможно създаването на компактни и същевременно ефективни устройства. По-специално, технологията на оптичните влакна направи възможно да се заменят класическите лазерни устройства поради следните предимства:

• Ефективността на термичния кран.
• Повишено излъчване на изход.
• Ефективно изпомпване.
• Висока надеждност и стабилност на лазерната работа.
• Малка маса от оборудване.

На свой ред, усилвателите, в зависимост от типа, могат да се използват в линиите на домашната мрежа, като увеличават производителността на основната оптична линия. Обаче обхватът на действие на оптичните влакна трябва да бъде разгледан по-подробно.

За какво се използва влакнеста оптика?

Има няколко посоки, в които участват оптични материали. Тази сфера на домашна употреба, телекомуникационно оборудване и компютърни технологии, както и ниши ниши, сред които са отделни области на медицината. За всеки от тези сегменти се произвежда специална оптична оптика. Прилагането като типично средство за предаване на телевизионен или интернет сигнал, например, е ограничено до евтини пластмасови модели със средно качество. Но висококачествените кварцови влакна се използват за лазерно оборудване и скъпи медицински устройства, които също са снабдени с допълнителни модификатори.

Приложение на оптични влакна в медицината

Такива влакна могат да се използват в медицинско оборудване и инструменти. Стандартната технология предполага възможността за въвеждане на специално устройство върху пречупващи се светлинни влакна, които вече в органа на тялото могат да предават сигнал на външна камера. Използват се оптични влакна в медицината и като осветителни материали. Устройствата, оборудвани с оптични модули, позволяват безболезнено осветяване на стомашната кухина, назофаринкса и т.н.

Прилагане на оптични влакна в компютърно оборудване

Може би това е най-разпространената ниша, в която оптичното влакно е намерило своето място. Без него комуникационните линии между отделните устройства, които предават информация, вече не могат да бъдат премахнати. Разбира се, това важи и за тези области, в които е невъзможно или неподходящо да се използват безжични връзки, които също така активно изместват кабелите като такива. Например, най-големите телекомуникационни компании полагат междурегионални опорни мрежи, които включват оптични влакна. Използването на такива канали за комуникация на периферното оборудване и обикновените потребители на телекомуникационни услуги позволява оптимизиране на финансовите разходи за обслужването на мрежовата инфраструктура и подобрява ефективността на самата пренос на данни.

Недостатъци на влакната

За съжаление, оптичните нишки не могат да правят без слаби точки. Въпреки че съдържанието на това окабеляване е по-евтино, да не говорим за липсата на необходимост от чести актуализации, цената на самия материал е много по-висока от същите метални колеги. Освен това влакнестата оптика и нейното използване в медицината са изключително ограничени поради съдържанието на оловни и циркониеви примеси, които са токсични за хората, в отделни сплави. По принцип това се отнася за най-висококачествените стъклени модели, а не за пластмасовите.

Производство на оптични влакна в Русия

В рамките на програмата за заместване на вноса през 2015 г. в Мордовия бе открита фабриката "Оптични влакна". Това е единственото предприятие в Руската федерация, която в момента, доколкото е възможно, се опитва да задоволи нуждите на битовите потребители в производството на влакна. До 2015 г. руската промишленост също се занимава с производство на оптични материали, но само в рамките на отделни целеви проекти. Същата ситуация все още е отчасти днес. Ако определена компания се нуждае от оптична оптика и нейната употреба в медицината или телекомуникациите е финансово оправдана, тогава има много фабрики, готови да работят по такива специални поръчки поотделно. Обаче в близко бъдеще само централата в Мордови ще работи със серийно производство на същите оптични кабели. Освен това, досега не е в състояние да осигури пазара в съответствие с обема на търсенето. Значителна част от продукта все още се купува в САЩ и Япония. И дори местните продукти се произвеждат върху вносни суровини.

заключение

Оптичните продукти се формират като сегмент от пазара за около 15-20 години. През годините потребителят е успял да оцени предимствата на новите кабели, но напредъкът не спира. Тъй като техническите и физическите качества се увеличават, полетата на приложение на материала също се разширяват. Най-новите влакна на базата на нанотехнологиите, в частност, се използват активно в нефтената и газовата промишленост и отбранителния комплекс. От своя страна, нелинейните оптични влакна се развиват само концептуални, но много обещаващи насоки на технологиите. Могат да се разграничат лазерни импулси на компресия, оптични солитони, ултра-бърза оптична радиация и др. Очевидно в допълнение към теоретичните проучвания с възможни открития и в рамките на строго научно познание новите разработки ще позволят на пазара да прави нови предложения на потребителите на различни нива.