Fibra ottica e sua applicazione

Le fibre ottiche mostrano un esempio di comela conoscenza scientifica si trasforma in progresso tecnologico, facilitando in definitiva la vita di una persona comune. Con le fibre ottiche, i mezzi di comunicazione per la trasmissione di segnali elettrici sono già stati associati da diversi anni. Fili sottili delle dimensioni di un capello umano possono essere utilizzati per trasmettere una vasta gamma di segnali necessari per il funzionamento del telefono, connessione Internet, TV, ecc. Naturalmente, a causa delle elevate capacità operative, la fibra ottica ha trovato applicazione non solo nelle esigenze domestiche.

Tecnologia di trasmissione del segnale attraverso fibra

Di per sé, l'uso di fibre ottiche comeil traduttore di segnali è solo una parte della conoscenza che è stata scoperta, che viene esplorata nella sezione scientifica della fibra ottica. Specialisti in questo settore sono impegnati nello studio della trasmissione di informazioni e della propagazione della luce, e in un contesto, combinato con guide di luce. Questi ultimi sono usati sia come distributori di luce che come trasmettitori di informazioni. A proposito, i LED si basano su linee moderne di sviluppo di tecnologie laser. In questo caso, un'altra domanda è più interessante: quale fenomeno è la base della fibra ottica? Questo fenomeno di riflessione interna della radiazione elettromagnetica (completa) entro i confini dei dielettrici aventi indici di rifrazione differenti. Inoltre, il vettore di informazioni non è un segnale elettromagnetico, ma un flusso di luce codificato. Per comprendere il grado di superiorità dei cavi in ​​fibra ottica di fronte ai cavi metallici tradizionali, è ancora una volta utile tornare alla loro larghezza di banda. La filettatura in fibra già menzionata, il cui spessore non supera 0,5 mm, è in grado di trasmettere la quantità di informazioni che il normale cablaggio in rame servirà solo con uno spessore di 50 mm.

Metodi di produzione di fibre ottiche

Ci sono due metodi principali con cuiviene prodotta una fibra ottica. Questa è una tecnica di estrusione e fusione utilizzando preforme. La prima tecnologia consente di ottenere un materiale di bassa qualità in base alla plastica, quindi oggi praticamente non viene utilizzato. Il secondo metodo è considerato il principale e più efficace. Preforma: uno spazio vuoto, situato in una struttura progettata per disegnare i fili. Secondo gli standard moderni, le preforme possono avere un'altezza fino a diverse decine di metri. Esternamente è una bacchetta di vetro con un diametro di circa 10 cm, da cui viene fuso il nucleo del filamento. Durante il processo di fabbricazione, il nucleo insieme alla miscela di fibre viene riscaldato a temperature elevate, dopo di che si formano i fili. La lunghezza del materiale risultante può raggiungere diversi chilometri, anche se il diametro rimane invariato - è controllato da regolatori automatici. A seconda di dove verranno utilizzate le fibre ottiche, il materiale per esso può essere preventivamente trattato con rivestimenti che forniscono protezione chimica e fisica. Per quanto riguarda le miscele per i filati, solitamente includono materiali come la poliimmide, l'acrilato e il silicone.

Caratteristiche di design della fibra

La parte centrale del filamento è il nucleoil vero nucleo della fibra, che diffonderà la luce nel processo di sfruttamento. Il nucleo è caratterizzato da alti indici di rifrazione della luce, che si ottiene usando il doping di vetro con modifiche con additivi speciali. Ad esempio, le fibre di quarzo utilizzano componenti refrattivi tipici come il drogante. A sua volta, la shell svolge diverse attività, la principale delle quali è la protezione fisica immediata del nucleo. Questa parte fornisce anche l'effetto di rifrazione, ma con un coefficiente minimo. Il confine tra i due materiali forma una struttura a guida di luce che non consente al volume principale di luce di andare oltre il nucleo. Vale anche la pena notare che i fondamenti delle fibre ottiche classificano il materiale come un tipo di fibra. Per essere più precisi, ci occupiamo di guide dielettriche che trasmettono segnali luminosi.

Varietà di fibre ottiche

I più comuni sono quarzo, plastica efibre di fluoruro. I filamenti di quarzo sono basati su fusioni di ossido o materiali strutturalmente simili, tra cui l'ossido di silicio drogato. Questa base consente di produrre fibre flessibili e lunghe, che si distinguono anche per l'elevata resistenza meccanica. L'ottica in fibra ottica è costituita da polimeri e, come già osservato, non può fornire prestazioni elevate. In particolare, tali thread hanno un'alta percentuale di perdita di dati, che ne limita l'utilizzo in aree esigenti. D'altra parte, la disponibilità di prezzo delle fibre di plastica mantiene la domanda di questo materiale in direzioni orientate al segmento delle famiglie. Per quanto riguarda i materiali ottici a base di fluoro, la loro base è basata su vetri fluorocianati e fluoroalluminati. Si tratta di soluzioni abbastanza moderne e tecnologiche per fornire comunicazioni ottiche, ma il contenuto di metalli pesanti nella struttura non consente loro di essere utilizzati, ad esempio, nell'industria medica.

Strumenti di misurazione per fibre ottiche

L'attrezzatura più comune cheUtilizzati in set con fibra ottica, sono sensori e reticoli di Bragg. I sensori a fibra ottica sono dispositivi progettati per fissare determinati valori che caratterizzano lo stato del materiale in un dato momento. Ad esempio, diversi sensori possono rilevare stress meccanici, temperatura, vibrazioni, pressione e altre quantità. Il reticolo di Bragg nella sua funzione è più strettamente approssimato alle caratteristiche ottiche. Corregge un disturbo aperiodico della rifrazione nel nucleo della fibra ottica. Questa misura consente di determinare quanta fibra ottica è efficace nel tradurre il segnale in condizioni specifiche. Inoltre, gli specialisti usano un riflettometro ottico per registrare dispersione e resistenza.

Amplificatori e laser in fibra

Questo è il prodotto più progressivo, cheSviluppare sulla base della tecnologia delle fibre ottiche. A differenza di altri tipi di laser, l'uso di fibre ottiche consente di creare dispositivi compatti e allo stesso tempo efficienti. In particolare, la tecnologia delle fibre ottiche ha permesso di sostituire i dispositivi laser classici grazie ai seguenti vantaggi:

• L'efficacia del rubinetto termico.
• Aumento della radiazione di uscita.
• Pompaggio efficace
• Elevata affidabilità e stabilità del funzionamento del laser.
• Una piccola massa di attrezzature.

A turno, gli amplificatori, a seconda del tipopuò essere utilizzato nelle linee della rete domestica, aumentando le prestazioni della linea principale in fibra. Tuttavia, l'ambito di applicazione delle fibre ottiche dovrebbe essere considerato in maggiore dettaglio.

A cosa serve la fibra ottica?

Ci sono diverse direzioni in cuiVengono utilizzati materiali in fibra ottica. Questa sfera di uso domestico, apparecchiature per le telecomunicazioni e apparecchiature informatiche, così come nicchie di nicchia, tra cui sono aree separate della medicina. Per ciascuno di questi segmenti viene prodotta una speciale fibra ottica. L'applicazione come mezzo tipico per trasmettere un segnale TV o Internet, ad esempio, è limitata a modelli di plastica economici di media qualità. Ma le fibre di quarzo di alta qualità vengono utilizzate per apparecchiature laser e costosi dispositivi medici, che sono dotati anche di ulteriori modificatori.

Applicazione di fibre ottiche in medicina

Tali fibre possono essere utilizzate in medicinaattrezzature e strumenti. La tecnologia standard implica la possibilità di introdurre un dispositivo speciale su fibre ottiche retraibili, che già nell'organo può trasmettere un segnale a una videocamera esterna. Vengono utilizzate fibre ottiche in medicina e come materiale di illuminazione. I dispositivi dotati di moduli in fibra consentono un'illuminazione indolore della cavità gastrica, del rinofaringe, ecc.

Applicazione di fibre ottiche in apparecchiature informatiche

Forse questa è la nicchia più comune nelche ha trovato il suo posto di fibra. Senza di esso, le linee di comunicazione tra i singoli dispositivi che trasmettono informazioni non possono più essere eliminate oggi. Naturalmente, questo vale per quelle aree in cui è impossibile o inappropriato utilizzare le connessioni wireless, che inoltre spostano attivamente i cavi in ​​quanto tali. Ad esempio, le maggiori società di telecomunicazioni stanno ponendo reti di backbone interregionali, che coinvolgono fibre ottiche. L'utilizzo di tali canali per la comunicazione delle apparecchiature periferiche e dei normali consumatori di servizi di telecomunicazione consente di ottimizzare le spese finanziarie per la manutenzione dell'infrastruttura di rete e migliora inoltre l'efficienza della trasmissione dei dati stessa.

Svantaggi della fibra

Sfortunatamente, i fili ottici non possono fare a menodebolezze. Sebbene il contenuto di tali cablaggi sia più economico, per non parlare della mancanza della necessità di aggiornamenti frequenti, il costo del materiale stesso è molto più alto rispetto alle stesse controparti in metallo. Inoltre, le fibre ottiche e il loro uso in medicina sono estremamente limitati a causa del contenuto di impurità di zirconio e piombo, che sono tossiche per l'uomo, in singole leghe. In generale, questo vale per i modelli di vetro più pregiati, piuttosto che per quelli di plastica.

Fabbricazione di fibre ottiche in Russia

Come parte del programma di sostituzione delle importazioni nel 2015 a Mordovia è stato aperto lo stabilimento "Sistemi a fibre ottiche". Questa è l'unica impresa nella Federazione Russa, che al momento, per quanto possibile, cerca di soddisfare le esigenze dei consumatori domestici in fibra. Fino al 2015, l'industria russa era anche impegnata nella produzione di materiali in fibra ottica, ma solo nell'ambito di progetti target separati. La stessa situazione è ancora in parte oggi. Se una certa azienda ha bisogno di fibre ottiche e il suo uso in medicina o nelle telecomunicazioni è giustificato dal punto di vista finanziario, ci sono molte fabbriche pronte a lavorare su tali ordini speciali individualmente. Tuttavia, nel prossimo futuro, solo la fabbrica di Mordovian eseguirà la produzione in serie degli stessi cavi in ​​fibra ottica. Inoltre, finora non è in grado di rifornire il mercato in base al volume della domanda. Una parte significativa del prodotto è ancora acquistata negli Stati Uniti e in Giappone. E anche i prodotti domestici sono prodotti su materie prime importate.

conclusione

I prodotti in fibra ottica si formano come un segmentoil mercato è già di circa 15-20 anni. Nel corso degli anni, il consumatore è stato in grado di apprezzare i vantaggi dei nuovi cavi, ma i progressi non si fermano. Con l'aumentare delle qualità tecniche e fisiche, si espandono anche i campi di applicazione del materiale. La più recente fibra basata sulla nanotecnologia, in particolare, è attivamente utilizzata nell'industria petrolifera e del gas e nel complesso di difesa. A loro volta, la fibra ottica non lineare sta sviluppando solo direzioni concettuali, ma molto promettenti, della tecnologia. Si possono distinguere impulsi laser di compressione, solitoni ottici, radiazioni ultrabreve, ecc. Ovviamente, oltre agli studi teorici con possibili scoperte e nell'ambito di conoscenze strettamente scientifiche, i nuovi sviluppi consentiranno al mercato di presentare nuove proposte a consumatori di diversi livelli.