Optinės skaidulos yra pavyzdys, kaip mokslo žinios virsta technologine pažanga ir galiausiai palengvina paprasto žmogaus gyvenimą. Jau keletą metų šviesolaidis buvo siejamas su ryšio priemonėmis elektriniams signalams perduoti. Plonos, žmogaus plauko dydžio gijos gali būti naudojamos perduoti įvairiausius signalus, reikalingus telefonui, interneto ryšiui, televizoriui ir kt. Žinoma, dėl savo didelio našumo šviesolaidis buvo naudojamas ne tik buitiniai poreikiai.
Optinio signalo perdavimo technologija
Pati optinio pluošto naudojimas kaip signalo vertėjas yra tik dalis atskleistų žinių, kurios nagrinėjamos mokslinėje šviesolaidinės optikos dalyje. Šios srities specialistai tiria informacijos perdavimą ir šviesos sklidimą, o viename kontekste juos vienija šviesos vedliai. Pastarieji naudojami ir kaip šviesos skleidėjai, ir kaip informacijos perdavėjai. Beje, šiuolaikinės lazerinių technologijų plėtros tendencijos remiasi šviesos diodais. Šiuo atveju įdomesnis kitas klausimas – koks reiškinys yra šviesolaidžio pagrindas? Šis reiškinysvidinis (visuminės) elektromagnetinės spinduliuotės atspindys skirtingą lūžio rodiklį turinčių dielektrikų sąsajoje. Be to, informacijos nešiklis yra visai ne elektromagnetinis signalas, o užkoduotas šviesos srautas. Norint suprasti šviesolaidinių kabelių pranašumą prieš tradicinius metalinius kabelius, verta dar kartą paminėti jų pralaidumą. Jau minėtas pluošto siūlas, kurio storis ne didesnis kaip 0,5 mm, gali perduoti tiek informacijos, kad įprasti variniai laidai tarnaus tik 50 mm storio.
Skaidulinio pluošto gamybos metodai
Yra du pagrindiniai optinio pluošto gamybos būdai. Tai ekstruzijos ir lydymo technika naudojant ruošinius. Pirmoji technologija leidžia gauti žemos kokybės medžiagą iš plastiko, todėl šiandien ji praktiškai nenaudojama. Antrasis metodas laikomas pagrindiniu ir veiksmingiausiu. Ruošinys yra ruošinys, kurio konstrukcija yra skirta siūlams tempti. Pagal šiuolaikinius standartus ruošiniai gali būti iki kelių dešimčių metrų aukščio. Išoriškai tai yra maždaug 10 cm skersmens stiklinis strypas, iš kurio ištirpsta sriegio šerdis. Gamybos proceso metu šerdis kartu su pluoštų mišiniu kaitinama iki aukštos temperatūros, po to susidaro gijos. Gautos medžiagos ilgis gali siekti kelis kilometrus, nors skersmuo išlieka nepakitęs – jį valdo automatizuoti reguliatoriai. Priklausomai nuo to, kur bus naudojamas šviesolaidis, medžiaga, skirtaJis gali būti iš anksto apdorotas dangomis, kurios užtikrina cheminę ir fizinę apsaugą. Kalbant apie pačius gijų mišinius, juose paprastai yra tokių medžiagų kaip poliimidas, akrilatas ir silikonas.
Skaidulinio dizaino ypatybės
Centrinė sriegio dalis yra šerdis – pati pluošto šerdis, kuri veikimo metu skleis šviesą. Šerdis pasižymi padidintais šviesos lūžio rodikliais, kurie pasiekiami naudojant stiklo legiravimą su modifikavimu specialiais priedais. Pavyzdžiui, silicio dioksido pluoštams naudojami tipiški laužiamieji komponentai, tokie kaip priedas. Savo ruožtu apvalkalas atlieka keletą užduočių, iš kurių pagrindinė yra tiesioginė fizinė šerdies apsauga. Ši dalis taip pat suteikia lūžio efektą, bet su minimaliu koeficientu. Riba tarp dviejų medžiagų sudaro šviesos kreipiančiąją struktūrą, kuri neleidžia didžiajai daliai šviesos išeiti iš šerdies. Taip pat verta paminėti, kad šviesolaidžio pagrindai nurodo medžiagą į šviesos kreiptuvus. Tiksliau tariant, mes kalbame apie dielektrinius bangolaidžius, kurie perduoda šviesos signalus.
Optikos skaidulų įvairovė
Labiausiai paplitę yra kvarco, plastiko ir fluoro pluoštai. Kvarciniai siūlai yra pagaminti iš lydalo oksidų arba panašios struktūros medžiagų, įskaitant legiruotą silicio oksidą. Šis pagrindas leidžia gaminti lanksčius ir ilgus pluoštus, kurie skiriasiir didelis mechaninis stiprumas. Plastikinio pluošto optika yra pagaminta iš polimerų ir, kaip jau minėta, negali užtikrinti didelio našumo. Visų pirma, tokios gijos turi didelį duomenų praradimo procentą, o tai riboja jų naudojimą reikliose srityse. Kita vertus, plastiko pluošto įperkamumas išlaiko šios medžiagos paklausą namų ūkio segmente. Kalbant apie fluorido optines medžiagas, jų pagrindas yra fluorocirkonato ir fluoroaliuminato stiklai. Tai gana modernūs ir technologiniai sprendimai optiniam ryšiui užtikrinti, tačiau sunkiųjų metalų kiekis konstrukcijoje taip pat neleidžia jų naudoti, pavyzdžiui, medicinos pramonėje.
Pluošto matavimo įranga
Dažniausiai optinio pluošto rinkiniuose naudojama įranga yra jutikliai ir Bragg gardelės. Šviesolaidiniai jutikliai yra įrenginiai, skirti nustatyti tam tikras reikšmes, kurios apibūdina medžiagos būklę šiuo metu. Pavyzdžiui, skirtingi jutikliai gali aptikti mechaninį įtempį, temperatūrą, vibraciją, slėgį ir kitus kiekius. Bragg grotelės savo funkcijomis yra artimesnės optinėms charakteristikoms. Jis nustato aperiodinį lūžio sutrikimą pluošto šerdyje. Šis matavimas leidžia nustatyti, kiek šviesolaidinis pluoštas perduoda signalą tam tikromis sąlygomis. Be to, ekspertai naudoja optinęreflektometras, registruojantis sklaidą ir pasipriešinimą.
Skaiduliniai stiprintuvai ir lazeriai
Tai pažangiausias produktas, sukurtas šviesolaidžio technologijos pagrindu. Skirtingai nuo kitų tipų lazerių, optinių siūlų naudojimas leidžia sukurti kompaktiškus ir tuo pačiu efektyvius įrenginius. Visų pirma, šviesolaidinė technologija leido pakeisti klasikinius lazerinius įrenginius su šiais pranašumais:
- Šilumnešio efektyvumas.
- Padidėjusi išėjimo spinduliuotė.
- Efektyvus siurbimas.
- Didelis lazerio patikimumas ir stabilumas.
- Mažo svorio įranga.
Savo ruožtu stiprintuvai, priklausomai nuo tipo, gali būti naudojami ir namų tinklo linijose, padidinant pagrindinės šviesolaidinės linijos našumą. Tačiau verta išsamiau apsvarstyti pluošto veikimo apimtį.
Kam naudojamas šviesolaidis?
Yra keletas sričių, kuriose naudojamos šviesolaidinės medžiagos. Tai buities, telekomunikacijų įrangos ir kompiuterinės įrangos, taip pat labai specializuotų nišų, įskaitant tam tikras medicinos sritis, sfera. Kiekvienam iš šių segmentų gaminami specialūs šviesolaidžiai. Pavyzdžiui, taikymas kaip tipinė TV ar interneto signalo perdavimo priemonė apsiriboja pigiais vidutinės kokybės plastikiniais modeliais. Bet lazerinei įrangai ir brangumedicinos prietaisuose naudojamas aukštos kokybės kvarco pluoštas, taip pat aprūpintas papildomais modifikatoriais.
Optinės skaidulos taikymas medicinoje
Tokie pluoštai gali būti naudojami medicinos įrangoje ir instrumentuose. Standartinė technologija siūlo galimybę įdiegti specialų lūžusių šviesos pluoštų aparatą, galintį perduoti signalą į išorinę televizijos kamerą jau pačiame kūno organe. Skaidulinė optika naudojama medicinoje ir kaip apšvietimo medžiaga. Prietaisai su skaiduliniais moduliais leidžia neskausmingai apšviesti skrandžio, nosiaryklės ir kt. ertmes.
Optinės skaidulos naudojimas kompiuterių įrangoje
Galbūt tai yra labiausiai paplitusi niša, kurioje optinis pluoštas rado savo vietą. Šiandien ryšio linijos tarp atskirų įrenginių, perduodančių informaciją, nebegali be jos. Žinoma, tai taikoma toms sritims, kuriose neįmanoma arba nepraktiška naudoti belaidžius ryšius, kurie taip pat aktyviai pakeičia laidus. Pavyzdžiui, didžiausios telekomunikacijų bendrovės tiesia tarpregioninius magistralinius tinklus, kuriuose naudojama šviesolaidinė šviesa. Tokių kanalų naudojimas išorinės įrangos ir paprastų telekomunikacijų paslaugų vartotojų prijungimui leidžia optimizuoti finansines tinklo infrastruktūros išlaikymo išlaidas, taip pat padidina paties duomenų perdavimo efektyvumą.
Pluošto trūkumai
Deja, optiniai siūlai nėra be trūkumų. Nors tokių laidų priežiūra yra pigesnė, jau nekalbant apie tai, kad nereikia dažnai atnaujinti, pačios medžiagos kaina yra daug didesnė nei tų pačių metalinių kolegų. Be to, šviesolaidis ir jos panaudojimas medicinoje yra itin ribotas, nes kai kuriuose lydiniuose yra švino ir cirkonio priemaišų, kurios yra toksiškos žmogui. Tai daugiausia taikoma aukščiausios kokybės stiklo modeliams, o ne plastikiniams.
Šviesolaidžio gamyba Rusijoje
2015 m. vykdant importo pakeitimo programą, Mordovijoje buvo atidaryta optinių skaidulų sistemų gamykla. Tai vienintelė įmonė Rusijos Federacijoje, kuri šiuo metu stengiasi kiek įmanoma patenkinti buitinių optinio pluošto vartotojų poreikius. Iki 2015 m. Rusijos pramonė taip pat užsiėmė šviesolaidinių medžiagų gamyba, tačiau tik pagal atskirus tikslinius projektus. Ta pati situacija tam tikru mastu išlieka ir šiandien. Jeigu tam tikrai įmonei reikalingas šviesolaidis ir jos panaudojimas medicinoje ar telekomunikacijų srityje yra finansiškai pagrįstas, tai yra daug gamyklų, kurios yra pasiruošusios dirbti pagal tokius specialius užsakymus individualiai. Tačiau artimiausiu metu tų pačių šviesolaidinių kabelių serijinę gamybą pradės tik Mordovijos gamykla. Be to, ji dar nepajėgi aprūpinti rinkos pagal paklausos apimtis. Nemaža dalis gaminių vis dar perkama iš JAV ir Japonijos. Ir net vietiniai produktai gaminami importuojamižaliavos.
Išvada
Skaidulinės optikos gaminiai kaip rinkos segmentas formuojasi maždaug 15–20 metų. Per daugelį metų vartotojas galėjo įvertinti naujų kabelių pranašumus, tačiau pažanga nestovi vietoje. Tobulėjant techninėms ir fizinėms savybėms, plečiasi ir medžiagos panaudojimo sritys. Naujausias pluoštas, pagrįstas nanotechnologijomis, ypač aktyviai naudojamas naftos ir dujų pramonėje bei gynybos pramonėje. Savo ruožtu netiesinė šviesolaidinė optika šiuo metu kuria tik konceptualias, bet labai perspektyvias technologijų sritis. Tarp jų yra suspaudimo lazerio impulsai, optiniai solitonai, ultratrumpoji optinė spinduliuotė ir kt. Akivaizdu, kad be teorinių tyrimų su galimais atradimais ir remiantis grynai mokslinėmis žiniomis, nauji pokyčiai taip pat leis pateikti naujų pasiūlymų įvairaus lygio vartotojams rinkoje.
