Optiske fibre giver et eksempel på, hvordan videnskabelig viden omsættes til teknologiske fremskridt, hvilket i sidste ende gør livet lettere for den gennemsnitlige person. I flere år har fiberoptik været forbundet med kommunikationsmidler til transmission af elektriske signaler. Tynde filamenter på størrelse med et menneskehår kan bruges til at transmittere en lang række signaler, der er nødvendige for at betjene en telefon, internetforbindelse, tv osv. På grund af dens høje ydeevne har fiberoptik naturligvis fundet anvendelse ikke kun i huslige behov.
Optisk sign altransmissionsteknologi
I sig selv er brugen af optisk fiber som signaloversætter kun en del af den afslørede viden, der udforskes i den videnskabelige del af fiberoptik. Specialister på dette område studerer transmission af information og udbredelse af lys, og i én sammenhæng forenet af lysledere. Sidstnævnte bruges både som distributører af lys og som transmittere af information. Forresten er moderne tendenser i udviklingen af laserteknologier baseret på LED'er. I dette tilfælde er et andet spørgsmål mere interessant - hvilket fænomen er grundlaget for fiberoptik? Dette fænomenintern refleksion af (total) elektromagnetisk stråling ved grænsefladen mellem dielektrika med forskellige brydningsindekser. Desuden er informationsbæreren slet ikke et elektromagnetisk signal, men en kodet lysflux. For at forstå graden af overlegenhed af fiberoptiske kabler i forhold til traditionelle metalkabler er det værd igen at henvise til deres båndbredde. Den allerede nævnte fibertråd, hvis tykkelse ikke er mere end 0,5 mm, er i stand til at overføre en mængde information, som almindelige kobberledninger kun vil tjene med en tykkelse på 50 mm.
Fiberoptiske fremstillingsmetoder
Der er to hovedmetoder, hvormed optisk fiber kan fremstilles. Det er en teknik til ekstrudering og smeltning ved hjælp af præforme. Den første teknologi gør det muligt at opnå materiale af lav kvalitet baseret på plast, så i dag bruges det praktisk t alt ikke. Den anden metode betragtes som den vigtigste og mest effektive. En præform er en præform, der er i en struktur designet til at trække tråde. Efter moderne standarder kan præforme være op til flere snese meter høje. Udadtil er dette en glasstang med en diameter på omkring 10 cm, hvorfra trådens kerne smeltes. Under fremstillingsprocessen opvarmes kernen sammen med blandingen til fibrene til høje temperaturer, hvorefter filamenterne dannes. Længden af det resulterende materiale kan nå flere kilometer, selvom diameteren forbliver uændret - den styres af automatiserede regulatorer. Afhængigt af hvor fiberoptikken vil blive brugt, materialet tilDet kan forbehandles med belægninger, der giver kemisk og fysisk beskyttelse. Hvad angår selve filamentblandingerne, omfatter de norm alt materialer som polyimid, akrylat og silikone.
Fiberdesignfunktioner
Den centrale del af tråden er kernen - selve kernen af fiberen, som vil sprede lys under drift. Kernen er karakteriseret ved øgede lysbrydningsindekser, hvilket opnås ved at bruge glasdoping med modifikation af specielle additiver. For eksempel bruges typiske brydningskomponenter som et dopingmiddel til silicafibre. Til gengæld udfører skallen flere opgaver, hvoraf den vigtigste er den direkte fysiske beskyttelse af kernen. Denne del giver også effekten af brydning, men med en minimumskoefficient. Grænsen mellem de to materialer danner en lyslederstruktur, der ikke tillader hovedparten af lyset at slippe ud af kernen. Det er også værd at bemærke, at det grundlæggende i fiberoptik henviser materialet til sorter af lysledere. For at være mere præcis taler vi om dielektriske bølgeledere, der transmitterer lyssignaler.
Sorts af optiske fibre
De mest almindelige er kvarts-, plast- og fluorfibre. Kvartsfilamenter er baseret på oxidsmelter eller materialer lignende struktur, herunder doteret siliciumoxid. Denne base gør det muligt at fremstille fleksible og lange fibre, der adskiller sig iog høj mekanisk styrke. Plastfiberoptik er lavet af polymerer og kan, som allerede nævnt, ikke give høj ydeevne. Især sådanne tråde har en høj procentdel af datatab, hvilket begrænser deres brug i krævende områder. På den anden side holder plastikfibres overkommelighed efterspørgslen efter dette materiale i retningerne fokuseret på husholdningssegmentet. Hvad angår optiske fluormaterialer, er deres grundlag baseret på fluorozirconat- og fluoroaluminatglas. Det er ret moderne og teknologiske løsninger til at levere optisk kommunikation, men indholdet af tungmetaller i strukturen tillader heller ikke deres anvendelse, for eksempel i den medicinske industri.
Fibermåleudstyr
Det mest almindelige udstyr, der bruges i optiske fibersæt, er sensorer og Bragg-riste. Fiberoptiske sensorer er enheder designet til at fastsætte visse værdier, der karakteriserer materialets tilstand i øjeblikket. For eksempel kan forskellige sensorer registrere mekanisk belastning, temperatur, vibration, tryk og andre mængder. Bragg-risten er i sin funktion tættere på de optiske egenskaber. Det fikserer en aperiodisk brydningsforstyrrelse i fiberkernen. Denne måling giver dig mulighed for at bestemme, hvor effektiv fiberoptik er til at transmittere et signal under specifikke forhold. Også eksperter bruger optiskreflektometer, der registrerer dissipation og modstand.
Fiberoptiske forstærkere og lasere
Dette er det mest avancerede produkt udviklet på basis af fiberoptikteknologi. I modsætning til andre typer lasere gør brugen af optiske filamenter det muligt at skabe kompakte og samtidig effektive enheder. Især har fiberoptikteknologien gjort det muligt at erstatte klassiske laserenheder med følgende fordele:
- Kølepladens effektivitet.
- Øget udgangsstråling.
- Effektiv pumpning.
- Høj pålidelighed og stabilitet af laseren.
- Lavvægtsudstyr.
Til gengæld kan forstærkere, afhængigt af typen, også bruges i hjemmenetværkslinjer, hvilket øger ydeevnen af hovedfiberlinjen. Omfanget af fiberdrift er dog værd at overveje nærmere.
Hvad bruges fiberoptik til?
Der er flere områder, hvor der bruges fiberoptiske materialer. Dette er sfæren for husholdningsbrug, telekommunikationsudstyr og computerudstyr, såvel som højt specialiserede nicher, herunder visse områder af medicin. For hvert af disse segmenter produceres der speciel fiberoptik. Anvendelse som et typisk middel til at transmittere et tv- eller internetsignal er for eksempel begrænset til billige plastikmodeller af mellemkvalitet. Men for laserudstyr og dyrtmedicinsk udstyr bruger kvartsfibre af høj kvalitet, også forsynet med yderligere modifikatorer.
Anvendelse af optisk fiber i medicin
Sådanne fibre kan bruges i medicinsk udstyr og instrumenter. Standardteknologi foreslår muligheden for at introducere en speciel enhed baseret på brudte lysfibre, som kan transmittere et signal til et eksternt fjernsynskamera allerede i selve kropsorganet. Fiberoptik bruges i medicin og som belysningsmateriale. Enheder udstyret med fibermoduler gør det muligt smertefrit at oplyse hulrum i mave, nasopharynx osv.
Brug af optisk fiber i computerudstyr
Måske er dette den mest almindelige niche, hvor optisk fiber har fundet sin plads. I dag kan kommunikationslinjer mellem individuelle enheder, der transmitterer information, ikke længere undvære det. Det gælder selvfølgelig de områder, hvor det er umuligt eller upraktisk at bruge trådløse forbindelser, som også aktivt erstatter kabler som sådan. Eksempelvis lægger de største teleselskaber interregionale stamnet, der bruger fiberoptik. Brugen af sådanne kanaler til at forbinde perifert udstyr og almindelige forbrugere af telekommunikationstjenester giver dig mulighed for at optimere de økonomiske omkostninger ved vedligeholdelse af netværksinfrastrukturen og øger også effektiviteten af selve datatransmissionen.
Ulemper ved fiber
Desværre er optiske tråde ikke uden svagheder. Selvom vedligeholdelsen af sådanne ledninger er billigere, for ikke at nævne fraværet af behovet for hyppige opdateringer, er omkostningerne ved selve materialet meget højere end de samme metalmodstykker. Desuden er fiberoptik og dens anvendelse i medicin ekstremt begrænset på grund af indholdet af bly og zirconium urenheder i nogle legeringer, som er giftige for mennesker. Dette gælder primært glasmodeller af højeste kvalitet, ikke plastikmodeller.
Produktion af optisk fiber i Rusland
Som en del af importsubstitutionsprogrammet i 2015 blev Optical Fibre Systems-fabrikken åbnet i Mordovia. Dette er den eneste virksomhed i Den Russiske Føderation, som i øjeblikket forsøger at imødekomme behovene hos indenlandske forbrugere inden for optisk fiber i det omfang det er muligt. Indtil 2015 var den russiske industri også engageret i fremstilling af fiberoptiske materialer, men kun inden for rammerne af individuelle målrettede projekter. Den samme situation består til en vis grad i dag. Hvis en bestemt virksomhed har behov for fiberoptik, og dens anvendelse inden for medicin eller inden for telekommunikation er økonomisk berettiget, så er der mange fabrikker, der er klar til at arbejde på sådanne specialordrer på individuel basis. Men i den nærmeste fremtid vil kun det mordoviske anlæg producere serieproduktion af de samme fiberoptiske kabler. Desuden er det endnu ikke i stand til at forsyne markedet i overensstemmelse med mængden af efterspørgsel. En betydelig del af produkterne købes stadig fra USA og Japan. Og selv indenlandske produkter produceres på importeretråvarer.
Konklusion
Fiberoptiske produkter har dannet sig som et markedssegment i omkring 15-20 år. I årenes løb har forbrugeren kunnet værdsætte fordelene ved nye kabler, men fremskridtene står ikke stille. Med forbedring af tekniske og fysiske kvaliteter udvides også materialets anvendelsesområde. Især den nyeste fiber baseret på nanoteknologi bruges aktivt i olie- og gasindustrien og forsvarsindustrien. Til gengæld udvikler ikke-lineær fiberoptik i øjeblikket kun konceptuelle, men meget lovende teknologiområder. Blandt dem er kompressionslaserimpulser, optiske solitoner, ultrakort optisk stråling osv. Ud over teoretisk forskning med mulige opdagelser og inden for rammerne af ren videnskabelig viden vil nye udviklinger naturligvis også gøre det muligt at give nye tilbud til forbrugere på forskellige niveauer på markedet.
