Optička vlakna pružaju primjer kako se znanstvena spoznaja pretvaraju u tehnološki napredak, u konačnici olakšavajući život prosječnoj osobi. Već nekoliko godina, optička vlakna su povezana s komunikacijskim sredstvima za prijenos električnih signala. Tanke niti veličine ljudske kose mogu se koristiti za prijenos širokog spektra signala koji su potrebni za rad telefona, internetske veze, TV-a itd. Naravno, zbog svojih visokih performansi, optička vlakna su našla primjenu ne samo u domaće potrebe.
Tehnologija optičkog prijenosa signala
Sama po sebi, korištenje optičkih vlakana kao prevoditelja signala samo je dio otkrivenog znanja koje se istražuje u znanstvenom dijelu optičkih vlakana. Stručnjaci u ovom području proučavaju prijenos informacija i širenje svjetlosti, au jednom kontekstu, ujedinjeni svjetlosnim vodičima. Potonji se koriste i kao distributeri svjetlosti i kao prijenosnici informacija. Usput, suvremeni trendovi u razvoju laserskih tehnologija temelje se na LED diodama. U ovom slučaju zanimljivije je drugo pitanje - koji je fenomen u osnovi optičkih vlakana? Ovaj fenomenunutarnja refleksija (ukupnog) elektromagnetskog zračenja na granici između dielektrika s različitim indeksima loma. Štoviše, nositelj informacija uopće nije elektromagnetski signal, već kodirani svjetlosni tok. Da bismo razumjeli stupanj superiornosti optičkih kabela nad tradicionalnim metalnim kabelima, vrijedi se još jednom osvrnuti na njihovu propusnost. Već spomenuta vlaknasta nit, čija debljina nije veća od 0,5 mm, sposobna je prenijeti količinu informacija koju će obično bakreno ožičenje poslužiti samo s debljinom od 50 mm.
Metode izrade optičkih vlakana
Postoje dvije glavne metode pomoću kojih se može proizvesti optičko vlakno. To je tehnika ekstruzije i taljenja pomoću preforma. Prva tehnologija omogućuje dobivanje materijala niske kvalitete na bazi plastike, pa se danas praktički ne koristi. Druga metoda se smatra glavnom i najučinkovitijom. Predforma je predforma koja je u strukturi dizajniranoj za izvlačenje niti. Prema modernim standardima, predforme mogu biti visoke i do nekoliko desetaka metara. Izvana, ovo je staklena šipka promjera oko 10 cm, iz koje se topi jezgra niti. Tijekom procesa proizvodnje, jezgra se zajedno sa smjesom za vlakna zagrijava na visoke temperature, nakon čega se formiraju filamenti. Duljina dobivenog materijala može doseći nekoliko kilometara, iako promjer ostaje nepromijenjen - njime upravljaju automatizirani regulatori. Ovisno o tome gdje će se koristiti optička vlakna, materijal zaMože se prethodno obraditi premazima koji pružaju kemijsku i fizičku zaštitu. Što se tiče samih mješavina filamenta, one obično uključuju materijale kao što su poliimid, akrilat i silikon.
Značajke dizajna vlakana
Središnji dio niti je jezgra - sama jezgra vlakna, koja će širiti svjetlost tijekom rada. Jezgru karakteriziraju povećani indeksi loma svjetlosti, što se postiže dopiranjem stakla s modifikacijom posebnim aditivima. Na primjer, tipične lomne komponente poput dodatka koriste se za silika vlakna. Zauzvrat, ljuska obavlja nekoliko zadataka, od kojih je glavna izravna fizička zaštita jezgre. Ovaj dio također pruža učinak loma, ali s minimalnim koeficijentom. Granica između dva materijala čini strukturu za vođenje svjetlosti koja ne dopušta da većina svjetlosti pobjegne iz jezgre. Također je vrijedno napomenuti da osnove optičkih vlakana odnose materijal na vrste svjetlovoda. Da budemo precizniji, govorimo o dielektričnim valovodima koji prenose svjetlosne signale.
Vorte optičkih vlakana
Najčešća su kvarcna, plastična i fluoridna vlakna. Kvarcni filamenti temelje se na oksidnim talinama ili materijalima slične strukture, uključujući dopirani silicij oksid. Ova baza omogućuje proizvodnju fleksibilnih i dugih vlakana koja se razlikujui visoke mehaničke čvrstoće. Optika od plastičnih vlakana izrađena je od polimera i, kao što je već spomenuto, ne može pružiti visoke performanse. Konkretno, takve niti imaju visok postotak gubitka podataka, što ograničava njihovu upotrebu u zahtjevnim područjima. S druge strane, pristupačnost plastičnih vlakana održava potražnju za ovim materijalom u smjerovima usmjerenim na segment kućanstva. Što se tiče fluoridnih optičkih materijala, njihova se osnova temelji na fluorocirkonatnim i fluoroaluminatnim staklima. Riječ je o prilično modernim i tehnološkim rješenjima za pružanje optičke komunikacije, ali sadržaj teških metala u konstrukciji također ne dopušta njihovu upotrebu, na primjer, u medicinskoj industriji.
Oprema za mjerenje vlakana
Najčešća oprema koja se koristi u kompletima optičkih vlakana su senzori i Braggove rešetke. Optički senzori su uređaji dizajnirani za fiksiranje određenih vrijednosti koje karakteriziraju stanje materijala u ovom trenutku. Na primjer, različiti senzori mogu detektirati mehanički stres, temperaturu, vibracije, tlak i druge veličine. Braggova rešetka je po svojoj funkciji bliža optičkim karakteristikama. Popravlja aperiodični poremećaj refrakcije u jezgri vlakna. Ovo mjerenje vam omogućuje da odredite koliko je optička vlakna učinkovita u prijenosu signala u određenim uvjetima. Također, stručnjaci koriste optičkureflektometar koji registrira disipaciju i otpor.
Optička pojačala i laseri
Ovo je najnapredniji proizvod razvijen na temelju tehnologije optičkih vlakana. Za razliku od drugih vrsta lasera, korištenje optičkih filamenata omogućuje stvaranje kompaktnih i istodobno učinkovitih uređaja. Konkretno, tehnologija optičkih vlakana omogućila je zamjenu klasičnih laserskih uređaja sa sljedećim prednostima:
- Učinkovitost hladnjaka.
- Povećano izlazno zračenje.
- Učinkovito pumpanje.
- Visoka pouzdanost i stabilnost lasera.
- Oprema male težine.
Zauzvrat, pojačala, ovisno o vrsti, također se mogu koristiti u linijama kućne mreže, povećavajući performanse glavne optičke linije. Međutim, opseg rada vlakana vrijedi detaljnije razmotriti.
Za što se koristi optička vlakna?
Postoji nekoliko područja u kojima se koriste optički materijali. To je sfera kućne uporabe, telekomunikacijske opreme i računalne opreme, kao i visokospecijaliziranih niša, uključujući određena područja medicine. Za svaki od ovih segmenata proizvodi se posebna optička vlakna. Primjena kao tipično sredstvo za prijenos TV ili internet signala, na primjer, ograničena je na jeftine plastične modele srednje kvalitete. Ali za lasersku opremu i skupomedicinski uređaji koriste visokokvalitetna kvarcna vlakna, također opremljena dodatnim modifikatorima.
Primjena optičkih vlakana u medicini
Takva vlakna se mogu koristiti u medicinskoj opremi i instrumentima. Standardna tehnologija sugerira mogućnost uvođenja posebnog uređaja na bazi lomljenih svjetlosnih vlakana, koji može odašiljati signal vanjskoj televizijskoj kameri već u samom organu tijela. Optika se koristi u medicini i kao rasvjetni materijal. Uređaji opremljeni modulima od vlakana omogućuju bezbolno osvjetljavanje šupljina želuca, nazofarinksa, itd.
Upotreba optičkih vlakana u računalnoj opremi
Možda je ovo najčešća niša u kojoj je optičko vlakno našlo svoje mjesto. Danas komunikacijske linije između pojedinih uređaja koji prenose informacije više ne mogu bez toga. Naravno, to se odnosi na ona područja u kojima je nemoguće ili nepraktično koristiti bežične veze, koje također aktivno zamjenjuju kabele kao takve. Na primjer, najveće telekomunikacijske tvrtke postavljaju međuregionalne okosne mreže koje koriste optička vlakna. Korištenje takvih kanala za povezivanje periferne opreme i običnih korisnika telekomunikacijskih usluga omogućuje vam optimizaciju financijskih troškova održavanja mrežne infrastrukture, a također povećava učinkovitost samog prijenosa podataka.
Nedostaci vlakana
Nažalost, optičke niti nisu bez slabosti. Iako je održavanje takvog ožičenja jeftinije, a da ne spominjemo nepostojanje potrebe za čestim ažuriranjima, cijena samog materijala mnogo je veća od istih metalnih kolega. Osim toga, optička vlakna i njezina upotreba u medicini izrazito su ograničeni zbog sadržaja nečistoća olova i cirkonija u nekim legurama, koje su otrovne za ljude. To se uglavnom odnosi na najkvalitetnije staklene modele, a ne na plastične.
Proizvodnja optičkih vlakana u Rusiji
U sklopu programa zamjene uvoza 2015. godine otvorena je tvornica Optical Fiber Systems u Mordoviji. Ovo je jedino poduzeće u Ruskoj Federaciji, koje trenutno nastoji u najvećoj mogućoj mjeri zadovoljiti potrebe domaćih potrošača za optičkim vlaknima. Ruska industrija se do 2015. godine također bavila proizvodnjom optičkih materijala, ali samo u okviru pojedinačnih ciljanih projekata. Ista situacija je donekle prisutna i danas. Ako je određenoj tvrtki potrebna optička vlakna i njezina primjena u medicini ili u području telekomunikacija je financijski opravdana, onda postoji mnogo tvornica koje su spremne raditi po takvim posebnim narudžbama na individualnoj osnovi. Međutim, u bliskoj budućnosti samo će mordovska tvornica proizvoditi serijsku proizvodnju istih optičkih kabela. Štoviše, još nije u stanju opskrbiti tržište u skladu s opsegom potražnje. Značajan dio proizvoda još uvijek se kupuje iz SAD-a i Japana. Čak se i domaći proizvodi proizvode na uvoznimsirovine.
Zaključak
Proizvodi od optičkih vlakana formiraju se kao tržišni segment oko 15-20 godina. Tijekom godina potrošač je mogao cijeniti prednosti novih kabela, ali napredak ne miruje. S poboljšanjem tehničkih i fizičkih kvaliteta, šire se i područja primjene materijala. Najnovija vlakna temeljena na nanotehnologiji posebno se aktivno koriste u industriji nafte i plina i obrambenoj industriji. Zauzvrat, nelinearna optička vlakna trenutno razvija samo konceptualna, ali vrlo obećavajuća područja tehnologije. Među njima su kompresijski laserski impulsi, optički solitoni, ultrakratko optičko zračenje itd. Očito, osim teorijskih istraživanja s mogućim otkrićima iu okviru čisto znanstvenih spoznaja, novi razvoji će omogućiti i nove ponude potrošačima različitih razina na tržištu.
