Quang học và ứng dụng của nó

Sợi quang học cho thấy một ví dụ về kiến thức khoa học chuyển thành tiến bộ công nghệ, cuối cùng làm giảm cuộc sống của một người bình thường. Trong nhiều năm, phương tiện liên lạc để truyền tín hiệu điện đã được liên kết với sợi quang. Các sợi tóc mỏng có thể được sử dụng để truyền tải một loạt các tín hiệu cần thiết cho hoạt động của điện thoại, kết nối Internet, TV ... Tất nhiên, do khả năng hoạt động cao, sợi quang đã tìm ra ứng dụng không chỉ trong nhu cầu trong nước.

Công nghệ truyền tín hiệu qua cáp quang

Bản thân nó, việc sử dụng sợi quang như một người dịch tín hiệu chỉ là một phần của kiến thức đang được khám phá trong phần khoa học của sợi quang học. Các chuyên gia trong lĩnh vực này đang tham gia nghiên cứu việc truyền tải thông tin và tuyên truyền ánh sáng, và trong một bối cảnh, kết hợp với hướng dẫn ánh sáng. Loại thứ hai được sử dụng như là các nhà phân phối ánh sáng và là những người truyền tải thông tin. Nhân tiện, đèn LED dựa trên hướng hiện đại của sự phát triển của công nghệ laser. Trong trường hợp này, một câu hỏi khác thú vị hơn: hiện tượng nào là cơ sở của sợi quang học? Hiện tượng phản xạ nội tại của bức xạ điện từ (đầy đủ) trong ranh giới của điện môi có chiết suất khác nhau. Hơn nữa, người vận chuyển thông tin không phải là tín hiệu điện từ, mà là một luồng ánh sáng được mã hoá. Để hiểu được mức độ ưu việt của cáp sợi quang ở phía trước của cáp kim loại truyền thống, đáng giá một lần nữa để chuyển sang băng thông của họ. Các sợi sợi đã được đề cập, có độ dày không quá 0,5 mm, có thể truyền tải lượng thông tin mà dây đồng thông thường sẽ phục vụ chỉ ở độ dày 50 mm.

Phương pháp sản xuất sợi quang học

Có hai phương pháp chính mà một sợi quang học có thể được sản xuất. Đây là một kỹ thuật đùn và tan chảy bằng cách sử dụng preforms. Công nghệ đầu tiên cho phép có được vật liệu chất lượng thấp dựa trên chất dẻo, do đó ngày nay nó không được sử dụng. Phương pháp thứ hai được coi là chính và hiệu quả nhất. Preform - trống, nằm trong một cấu trúc được thiết kế để vẽ các sợi. Theo các tiêu chuẩn hiện đại, preforms có thể có chiều cao lên đến vài chục mét. Bên ngoài nó là một que thủy tinh có đường kính khoảng 10 cm, từ đó cốt lõi của dây tóc bị tan chảy. Trong quá trình sản xuất, cốt lõi cùng với hỗn hợp sợi được nung ở nhiệt độ cao, sau đó các sợi được hình thành. Chiều dài của vật liệu có thể đạt tới vài kilômét, mặc dù đường kính vẫn không thay đổi - nó được kiểm soát bởi bộ điều chỉnh tự động. Tùy thuộc vào nơi mà sợi quang sẽ được sử dụng, vật liệu cho nó có thể được sơ chế điều trị bằng lớp phủ bảo vệ hóa học và vật lý. Đối với các hỗn hợp cho các sợi, chúng thường bao gồm các vật liệu như polyimide, acrylate và silicone.

Thiết kế các tính năng của sợi

Cốt lõi của dây tóc là cốt lõi - cốt lõi của sợi, sẽ lan truyền trong khi hoạt động. Lõi được đặc trưng bởi chiết suất ánh sáng cao, đạt được bằng cách sử dụng doping thủy tinh với sự thay đổi với các chất phụ gia đặc biệt. Ví dụ, sợi thạch anh sử dụng các thành phần khúc xạ điển hình như dopant. Ngược lại, vỏ thực hiện một số nhiệm vụ, trong đó chủ yếu là sự bảo vệ trực tiếp của cơ thể. Phần này cũng cung cấp một hiệu ứng khúc xạ, nhưng với một hệ số tối thiểu. Ranh giới giữa hai vật liệu tạo thành một cấu trúc ánh sáng không cho phép khối lượng ánh sáng chính đi vượt ra ngoài lõi. Cũng cần lưu ý rằng các nguyên tắc cơ bản của sợi quang phân loại vật liệu như một loại sợi. Để được chính xác hơn, chúng ta đang nói về waveguides điện môi truyền tín hiệu.

Các loại sợi quang học

Phổ biến nhất là thạch anh, nhựa và fluoride sợi. Các sợi thạch anh dựa trên các lớp oxit nóng hoặc vật liệu cấu trúc tương tự, trong số đó có oxit silic pha tạp. Cơ sở này làm cho nó có thể sản xuất sợi linh hoạt và dài, cũng được đặc trưng bởi sức mạnh cơ khí cao. Quang học sợi quang được làm bằng polyme, và như đã lưu ý, không thể cung cấp hiệu suất cao. Đặc biệt, các chủ đề như vậy có tỷ lệ mất dữ liệu cao, làm hạn chế việc sử dụng chúng ở các khu vực đòi hỏi. Mặt khác, giá cả sẵn có của sợi nhựa giữ nhu cầu về vật liệu này theo hướng hướng tới phân khúc gia đình. Đối với vật liệu quang fluoride, cơ sở của chúng được dựa trên kính fluorocyranate và fluoroaluminate. Đây là những giải pháp khá hiện đại và công nghệ để cung cấp truyền thông quang học, nhưng hàm lượng kim loại nặng trong cấu trúc cũng không cho phép chúng được sử dụng, ví dụ trong ngành công nghiệp y tế.

Thiết bị đo lường cho sợi quang học

Các thiết bị phổ biến nhất được sử dụng trong bộ với sợi quang là cảm biến và lưới Bragg. Cảm biến sợi quang là thiết bị được thiết kế để khắc phục một số giá trị đặc trưng cho trạng thái của vật liệu tại một thời điểm nhất định. Ví dụ, các cảm biến khác nhau có thể phát hiện áp lực cơ học, nhiệt độ, độ rung, áp suất và các lượng khác. Các Bragg lưới trong chức năng của nó là xấp xỉ hơn các đặc tính quang học. Nó khắc phục sự nhiễu loạn không định kỳ trong lõi của sợi quang học. Đo lường này cho phép bạn xác định có bao nhiêu sợi quang hiệu quả trong việc dịch tín hiệu trong các điều kiện cụ thể. Ngoài ra, các chuyên gia sử dụng một phản xạ quang học ghi lại sự phân tán và kháng cự.

Bộ khuếch đại và tia laser sợi quang

Đây là sản phẩm tiến bộ nhất, được phát triển trên cơ sở công nghệ sợi quang. Không giống như các loại laser khác, việc sử dụng sợi quang cho phép tạo ra các thiết bị có hiệu quả và nhỏ gọn. Đặc biệt, công nghệ của sợi quang đã làm cho nó có thể thay thế các thiết bị laser cổ điển do những lợi ích sau:

• Hiệu quả của vòi nước nóng.
• Tăng cường bức xạ đầu ra.
• Bơm hiệu quả.
• Độ tin cậy cao và tính ổn định của hoạt động laser.
• Một khối lượng nhỏ thiết bị.

Ngược lại, bộ khuếch đại, tùy thuộc vào loại, có thể được sử dụng trong các đường dây mạng gia đình, tăng hiệu suất của đường dây cáp chính. Tuy nhiên, phạm vi hoạt động của sợi quang học cần được xem xét chi tiết hơn.

Sợi quang được sử dụng cho?

Có một số hướng mà vật liệu sợi quang có liên quan. Phạm vi sử dụng trong nước, thiết bị viễn thông và công nghệ máy tính, cũng như các hốc ngách, trong đó có các khu vực riêng biệt của y học. Đối với mỗi phân đoạn này, sợi quang đặc biệt được sản xuất. Ví dụ, ứng dụng như là một phương tiện điển hình để truyền tín hiệu truyền hình hoặc Internet được giới hạn trong các mẫu bằng nhựa rẻ tiền có chất lượng trung bình. Nhưng sợi thạch anh chất lượng cao được sử dụng cho thiết bị laser và thiết bị y tế đắt tiền, cũng được bổ sung thêm.

Áp dụng sợi quang học trong y học

Những sợi này có thể được sử dụng trong các thiết bị và dụng cụ y tế. Công nghệ tiêu chuẩn giả định khả năng giới thiệu một bộ máy đặc biệt trên các sợi ánh sáng bị khúc xạ có trong cơ thể cơ thể có thể truyền tín hiệu tới một máy quay phim ngoài. Quang học trong y học và như là một vật liệu ánh sáng được sử dụng. Thiết bị được trang bị các mô-đun sợi cho phép chiếu sáng không đau khoang dạ dày, vòm họng, vv

Áp dụng sợi quang trong thiết bị máy tính

Có lẽ đây là khoang phổ biến nhất trong đó sợi quang đã được tìm thấy vị trí của nó. Nếu không có nó, các đường dây liên lạc giữa các thiết bị riêng lẻ truyền thông tin không còn được phân phát với ngày hôm nay. Tất nhiên, điều này áp dụng cho những khu vực mà trong đó không thể hoặc không thích hợp để sử dụng kết nối không dây, mà cũng tích cực chuyển các dây cáp như vậy. Ví dụ, các công ty viễn thông lớn nhất đang đặt các mạng trục đường trục liên vùng, bao gồm sợi quang. Việc sử dụng các kênh này để truyền thông các thiết bị ngoại vi và người tiêu dùng thông thường của các dịch vụ viễn thông cho phép tối ưu hoá chi phí tài chính phục vụ cho cơ sở hạ tầng mạng và cũng cải thiện hiệu quả truyền dữ liệu.

Nhược điểm của chất xơ

Thật không may, các sợi quang không thể làm mà không có điểm yếu. Mặc dù việc bảo trì hệ thống dây điện rẻ hơn, không kể đến việc thiếu sự cần thiết phải cập nhật thường xuyên, chi phí của vật liệu chính nó cao hơn nhiều so với các kim loại tương tự. Ngoài ra, sợi quang và việc sử dụng nó trong y học rất hạn chế do hàm lượng chì và tạp chất zirconium độc hại đối với con người, trong các hợp kim riêng lẻ. Về cơ bản, điều này áp dụng cho hầu hết các mô hình thủy tinh chất lượng cao, chứ không phải các loại nhựa.

Sản xuất sợi quang học ở Nga

Trong khuôn khổ chương trình thay thế nhập khẩu vào năm 2015, nhà máy "Hệ thống sợi quang" đã được khai trương tại Mordovia. Đây là doanh nghiệp duy nhất tại Liên bang Nga, trong thời điểm hiện tại, càng cố gắng, càng cố gắng đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng trong nước về chất xơ. Cho đến năm 2015, ngành công nghiệp của Nga cũng tham gia vào việc sản xuất vật liệu sợi quang, nhưng chỉ trong khuôn khổ các dự án mục tiêu riêng biệt. Tình hình tương tự vẫn còn một phần ngày hôm nay. Nếu một công ty nhất định cần sợi quang và sử dụng nó trong y khoa hoặc viễn thông là hợp lý về tài chính, thì có nhiều nhà máy sẵn sàng làm việc theo đơn đặt hàng đặc biệt như vậy. Tuy nhiên, trong tương lai gần, chỉ có nhà máy Mordovian sẽ chạy sản xuất hàng loạt các loại cáp quang. Hơn nữa, cho đến nay nó không thể cung cấp thị trường phù hợp với khối lượng của nhu cầu. Một phần đáng kể của sản phẩm vẫn được mua ở Mỹ và Nhật Bản. Và ngay cả sản phẩm trong nước cũng được sản xuất từ nguyên liệu nhập khẩu.

Kết luận

Sản phẩm sợi quang được hình thành như một phân đoạn của thị trường trong khoảng 15-20 năm. Trong những năm này, người tiêu dùng đã có thể đánh giá cao những lợi thế của cáp mới, nhưng tiến bộ không đứng yên. Khi các đặc tính kỹ thuật và vật lý tăng lên, các lĩnh vực áp dụng vật liệu cũng mở rộng. Các sợi mới nhất trên cơ sở công nghệ nano, đặc biệt, được tích cực sử dụng trong ngành công nghiệp dầu khí và các phức tạp quốc phòng. Ngược lại, sợi quang phi tuyến chỉ đang phát triển theo hướng khái niệm, nhưng rất hứa hẹn về công nghệ. Các xung laser nén, các soliton quang học, bức xạ quang học siêu ngắn, vv có thể được phân biệt giữa chúng. Rõ ràng, ngoài các nghiên cứu lý thuyết với các khám phá có thể và trong khuôn khổ kiến thức khoa học nghiêm ngặt, những phát triển mới sẽ cho phép thị trường đưa ra các đề xuất mới cho người tiêu dùng ở các cấp khác nhau.