Що таке оптичне волокно?

Оптичне волокно – нитка з оптично прозорого матеріалу (скло, пластик), що використовується для перенесення світла усередині себе за допомогою повного внутрішнього відбиття.

Волоконна оптика – розділ прикладної науки і машинобудування, що описує такі волокна. Кабелі на базі оптичних волокон використовуються у волоконно-оптичного зв'язку, що дозволяє передавати інформацію на бо? Льшие відстані з більш високою швидкістю передачі даних, ніж в електронних засобах зв'язку. У ряді випадків вони також використовуються при створенні датчиків.

Історія
Принцип передачі світла, використовуваний в волоконної оптики, був вперше продемонстрований за часів королеви Вікторії (1837-1901 рр..), Але розвиток сучасної волоконної технології почалося в 1950-х роках. Винахід лазерів зробило можливим побудову волоконно-оптичних ліній передачі, що перевершують за своїми характеристиками традиційні провідні засоби зв'язку.

Матеріали
Скляні оптичні волокна робляться із кварцового скла, але для далекого інфрачервоного діапазону можуть використовуватися інші матеріали, такі як флуорен-цирконат, флуорен-алюмінат і халькогенідні стекла. Як і інші скла, ці мають показник заломлення близько 1,5.

В даний час розвивається застосування пластикових оптичних волокон (Plastic optical fibers).

Конструкція
Оптичне волокно має круглий перетин і складається з двох частин – серцевини і оболонки. Для забезпечення повного внутрішнього відбиття абсолютний показник заломлення серцевини дещо вище показника заломлення оболонки. Наприклад, якщо показник заломлення оболонки дорівнює 1,474, то показник заломлення серцевини – 1,479.

Промінь світла, спрямований у серцевину, буде поширюватися по ній, відчуваючи багаторазові переотражения від кордону розділу «серцевина – оболонка».

Всі оптичні волокна, використовувані в телекомунікаціях, мають діаметр 125 ± 1 мікрон. Діаметр серцевини може відрізнятися в залежності від типу волокна і національних стандартів.

Класифікація

Оптичні волокна можуть бути одномодове і багатомодове. Діаметр серцевини одномодових волокон складає від 7 до 9 мікрон. Завдяки малому діаметру досягається передача по волокну лише однієї моди електромагнітного випромінювання, за рахунок чого виключається вплив дисперсійних спотворень. В даний час практично всі вироблені волокна є одномодовими.

Існує три основних типи одномодових волокон:

  • Одномодове ступеневу волокно з незміщеної дисперсією (стандартне) (англ. SMF – Step Index Single Mode Fiber), визначається рекомендацією ITU-T G.652 і застосовується в більшості оптичних систем зв'язку.
  • Одномодове волокно зі зміщеною дисперсією (англ. DSF – Dispersion Shifted Single Mode Fiber), визначається рекомендацією ITU-T G.653. У волокнах DSF за допомогою домішок область нульової дисперсії зміщена в третє вікно прозорості, в якому спостерігається мінімальне загасання.
  • Одномодове волокно з ненульовою зміщеною дисперсією (англ. NZDSF – Non-Zero Dispersion Shifted Single Mode Fiber), визначається рекомендацією ITU-T G.655.

Багатомодові волокна відрізняються від одномодових діаметром серцевини, який складає 50 мікрон в європейському стандарті і 62,5 мікрон в північноамериканському і японському стандартах. За великого діаметру серцевини по багатомодовому волокну поширюється декілька мод випромінювання – кожна під своїм кутом, через що імпульс світла відчуває дисперсійні спотворення і з прямокутного перетворюється в дзвоноподібні.

Багатомодові волокна поділяються на ступінчасті і градієнтні. У східчастих волокнах показник заломлення від оболонки до серцевини змінюється стрибкоподібно. У градієнтних волокнах це зміна відбувається інакше – показник заломлення серцевини плавно зростає від краю до центру. Це призводить до явища рефракції в серцевині, завдяки чому знижується вплив дисперсії на спотворення оптичного імпульсу. Профіль показника заломлення градієнтного волокна може бути параболічним, трикутним, ламаним і т. д.

Застосування
Волоконно-оптична зв'язок
Основне застосування оптичні волокна знаходять у якості середовища передачі на волоконно-оптичних телекомунікаційних мережах різних рівнів: від міжконтинентальних магістралей до домашніх комп'ютерних мереж. Застосування оптичних волокон дозволяє оперувати з надзвичайно високими швидкостями передачі, вимірюваними Терабітію в секунду.

Волоконно-оптичний датчик
Оптичне волокно може бути використане як датчик для вимірювання напруги, температури, тиску та інших параметрів. Малий розмір і фактична відсутність необхідності в електричній енергії, дає волоконно-оптичним датчикам перевагу перед традиційними електричними в певних областях.

Оптичне волокно використовується гідрофони в сейсмічних або гідролокаційних приладах. Створені системи з гідрофони, в яких на волоконний кабель доводиться більше 100 датчиків. Системи з гідрофоновим датчиком використовуються в нафтовидобувній промисловості, а також флотом деяких країн. Німецька компанія Sennheiser розробила лазерний мікроскоп, який працює з лазером і оптичним волокном.

Волоконно-оптичні датчики, які вимірюють температури і тиску, розроблені для вимірювань в нафтових свердловинах. Вони добре підходять для такого середовища, працюючи при температурах, занадто високих для напівпровідникових датчиків.

Розроблені пристрої дугового захисту з волоконно-оптичними датчиками, основними перевагами яких перед традиційними пристроями дугового захисту є: висока швидкодія, нечутливість до електромагнітних перешкод, гнучкість і легкість монтажу, діелектричні властивості.

Оптичне волокно застосовується в лазерному гіроскопі, використовуваному в Boeing 767 і в деяких моделях машин (для навігації). Спеціальні оптичні волокна використовуються в інтерферометрична датчиках магнітного поля і електричного струму. Це волокна, отримані при обертанні заготовки з сильним вбудованим подвійне променезаломлення.

Інші застосування оптичного волокна
Оптичні волокна широко використовуються для освітлення. Вони використовуються як світлопроводи в медичних і інших цілях, де яскраве світло необхідно доставити в важкодоступну зону. У деяких будівлях оптичні волокна використовуються для позначення маршруту з даху в яку-небудь частину будівлі. Волоконно-оптичне освітлення також використовується в декоративних цілях, включаючи комерційну рекламу, мистецтво і штучні ялинки.

Оптичне волокно також використовується для формування зображення. Пучок світла, передаваний оптичним волокном, іноді використовується спільно з лінзами – наприклад, в ендоскопії, який використовується для перегляду об'єктів через маленький отвір.

Джерела інформації:

  • emred.fi – світловоди:
  • pcwork.ru – що таке оптичне волокно;
  • tls-group.ru – теорія оптичного волокна;
  • traditio.ru – волоконна оптика;
  • dfs-group.ru – волоконно-оптичні лінії зв'язку ВОЛЗ.

Category: Медицина і здоров'я

Comments (Прокоментуй!)

There are no comments yet. Why not be the first to speak your mind.

Leave a Reply