Optik fiberler, bilimsel bilginin teknolojik ilerlemeye nasıl dönüştüğünün bir örneğini sağlar ve sonuçta ortalama bir insan için hayatı kolaylaştırır. Birkaç yıldır, fiber optik, elektrik sinyallerini iletmek için iletişim araçlarıyla ilişkilendirilmiştir. Bir telefon, internet bağlantısı, TV vb. çalıştırmak için gerekli olan çok çeşitli sinyalleri iletmek için insan saçı boyutundaki ince filamentler kullanılabilir. Elbette, yüksek performansı nedeniyle, fiber optik sadece kullanım alanı bulmaz. ev ihtiyaçları.
Optik sinyal iletim teknolojisi
Tek başına, optik fiberin bir sinyal çevirmeni olarak kullanılması, fiber optiğin bilimsel bölümünde araştırılmakta olan açıklanan bilginin yalnızca bir parçasıdır. Bu alandaki uzmanlar, bilgi iletimi ve ışığın yayılmasını inceliyorlar ve bir bağlamda, ışık kılavuzları tarafından birleştirildi. İkincisi hem ışığın dağıtıcıları hem de bilgi vericileri olarak kullanılır. Bu arada, lazer teknolojilerinin geliştirilmesindeki modern eğilimler LED'lere dayanmaktadır. Bu durumda, başka bir soru daha ilginçtir - fiber optiğin temeli hangi fenomendir? Bu olgu(toplam) elektromanyetik radyasyonun farklı kırılma indislerine sahip dielektrikler arasındaki arayüzde iç yansıması. Ayrıca, bilgi taşıyıcı bir elektromanyetik sinyal değil, kodlanmış bir ışık akısı. Fiber optik kabloların geleneksel metal kablolara göre üstünlük derecesini anlamak için bant genişliğine bir kez daha atıfta bulunmaya değer. Kalınlığı 0,5 mm'den fazla olmayan, daha önce bahsedilen fiber ipliği, sıradan bakır kabloların yalnızca 50 mm kalınlıkta hizmet edeceği bir miktar bilgiyi iletebilir.
Fibre-optik üretim yöntemleri
Optik fiberin üretilebileceği iki ana yöntem vardır. Preformlar kullanılarak bir ekstrüzyon ve eritme tekniğidir. İlk teknoloji, plastik bazlı düşük kaliteli malzeme elde etmeyi mümkün kılar, bu nedenle bugün pratik olarak kullanılmamaktadır. İkinci yöntem ana ve en etkili olarak kabul edilir. Bir preform, diş çekmek için tasarlanmış bir yapıda olan bir preformdur. Modern standartlara göre, preformlar onlarca metre yüksekliğe kadar çıkabilir. Dışa doğru, bu, ipliğin çekirdeğinin eritildiği yaklaşık 10 cm çapında bir cam çubuktur. Üretim işlemi sırasında, lifler için karışımla birlikte çekirdek, yüksek sıcaklıklara ısıtılır ve ardından filamentler oluşturulur. Ortaya çıkan malzemenin uzunluğu, çap değişmeden kalsa da birkaç kilometreye ulaşabilir - otomatik düzenleyiciler tarafından kontrol edilir. Fiber optiğin nerede kullanılacağına bağlı olarak, malzemeKimyasal ve fiziksel koruma sağlayan kaplamalarla ön işlemden geçirilebilir. Filament karışımlarının kendilerine gelince, bunlar genellikle poliimid, akrilat ve silikon gibi malzemeleri içerir.
Fiber tasarım özellikleri
İpliğin orta kısmı çekirdektir - çalışma sırasında ışığı yayacak olan elyafın özü. Çekirdek, özel katkı maddeleri ile modifikasyon ile cam doping kullanılarak elde edilen artan ışık kırılma indeksleri ile karakterize edilir. Örneğin, silika lifleri için bir katkı maddesi gibi tipik kırılma bileşenleri kullanılır. Buna karşılık, kabuk, ana çekirdeğin doğrudan fiziksel koruması olan birkaç görevi yerine getirir. Bu kısım aynı zamanda kırılma etkisini de sağlar, ancak minimum bir katsayı ile. İki malzeme arasındaki sınır, ışığın büyük kısmının çekirdekten kaçmasına izin vermeyen bir ışık kılavuzu yapısı oluşturur. Fiber optiğin temellerinin malzemeyi çeşitli ışık kılavuzlarına yönlendirdiğini de belirtmekte fayda var. Daha kesin olmak gerekirse, ışık sinyallerini ileten dielektrik dalga kılavuzlarından bahsediyoruz.
Optik fiber çeşitleri
En yaygın olanları kuvars, plastik ve florür lifleridir. Kuvars filamentleri, oksit eriyiklerine veya katkılı silikon oksit de dahil olmak üzere yapı olarak benzer malzemelere dayanmaktadır. Bu taban, farklı şekillerde esnek ve uzun lifler üretmeyi mümkün kılar.ve yüksek mekanik mukavemet. Plastik fiber optikler polimerlerden yapılır ve daha önce belirtildiği gibi yüksek performans sağlayamaz. Özellikle, bu tür iş parçacıkları, zorlu alanlarda kullanımlarını sınırlayan yüksek bir veri kaybı yüzdesine sahiptir. Öte yandan, plastik elyafların satın alınabilirliği, bu malzemeye olan talebi ev segmentine odaklanan yönlerde tutmaktadır. Florür optik malzemelerine gelince, bunların temeli florozirkonat ve floroalüminat camlara dayanmaktadır. Bunlar optik iletişim sağlamak için oldukça modern ve teknolojik çözümlerdir, ancak yapıdaki ağır metallerin içeriği de örneğin tıp endüstrisinde kullanılmasına izin vermez.
Elyaf Ölçüm Ekipmanı
Fiber kitlerinde kullanılan en yaygın ekipman sensörler ve Bragg ızgaralarıdır. Fiber optik sensörler, malzemenin o andaki durumunu karakterize eden belirli değerleri sabitlemek için tasarlanmış cihazlardır. Örneğin, farklı sensörler mekanik stres, sıcaklık, titreşim, basınç ve diğer miktarları algılayabilir. Bragg ızgarası, işlevinde optik özelliklere daha yakındır. Fiber çekirdeğinde periyodik olmayan bir kırılma bozukluğunu düzeltir. Bu ölçüm, belirli koşullar altında bir sinyali iletmede fiber optiklerin ne kadar verimli olduğunu belirlemenizi sağlar. Ayrıca uzmanlar optikyayılımı ve direnci kaydeden reflektometre.
Fiber-optik yükselticiler ve lazerler
Bu, fiber optik teknolojisi temelinde geliştirilmiş en gelişmiş üründür. Diğer lazer türlerinden farklı olarak, optik filamentlerin kullanımı, kompakt ve aynı zamanda verimli cihazlar oluşturmayı mümkün kılar. Özellikle fiber optik teknolojisi, klasik lazer cihazlarının aşağıdaki avantajlarla değiştirilmesini mümkün kılmıştır:
- Isı alıcının verimliliği.
- Artırılmış çıkış radyasyonu.
- Etkili pompalama.
- Lazerin yüksek güvenilirliği ve kararlılığı.
- Düşük ağırlık ekipmanı.
Sırasıyla, tipine bağlı olarak amplifikatörler ev ağı hatlarında da kullanılabilir ve ana fiber hattın performansını artırır. Ancak, fiber operasyonunun kapsamı daha ayrıntılı olarak ele alınmaya değer.
Fiber optik ne için kullanılır?
Fiber optik malzemelerin kullanıldığı birkaç alan vardır. Bu, ev içi kullanım, telekomünikasyon ekipmanı ve bilgisayar ekipmanının yanı sıra belirli tıp alanları da dahil olmak üzere son derece uzmanlaşmış nişler alanıdır. Bu segmentlerin her biri için özel fiber optikler üretilmektedir. Örneğin, bir TV veya İnternet sinyali iletmenin tipik bir yolu olarak uygulama, orta kalitedeki ucuz plastik modellerle sınırlıdır. Ancak lazer ekipmanı ve pahalıtıbbi cihazlar, ek değiştiricilerle birlikte sağlanan yüksek kaliteli kuvars lifleri kullanır.
Optik fiberin tıpta uygulanması
Bu tür lifler tıbbi ekipman ve aletlerde kullanılabilir. Standart teknoloji, zaten vücut organının kendisinde bulunan harici bir televizyon kamerasına bir sinyal iletebilen, kırılan ışık liflerine dayanan özel bir cihazın tanıtılması olasılığını önerir. Fiber optik tıpta ve aydınlatma malzemesi olarak kullanılmaktadır. Fiber modüllerle donatılmış cihazlar, mide, nazofarenks vb. boşlukların ağrısız bir şekilde aydınlatılmasını mümkün kılar.
Bilgisayar ekipmanlarında fiber optik kullanımı
Belki de optik fiberin yerini bulduğu en yaygın niş budur. Bugün, bilgi ileten bireysel cihazlar arasındaki iletişim hatları artık onsuz yapamaz. Tabii ki, bu, aynı zamanda aktif olarak kabloların yerini alan kablosuz bağlantıların kullanılmasının imkansız veya pratik olmadığı alanlar için geçerlidir. Örneğin, en büyük telekomünikasyon şirketleri, fiber optik kullanan bölgeler arası omurga ağları kuruyor. Çevresel ekipmanı ve telekomünikasyon hizmetlerinin sıradan tüketicilerini bağlamak için bu tür kanalların kullanılması, ağ altyapısının bakımının finansal maliyetlerini optimize etmenize olanak tanır ve ayrıca veri iletiminin kendisinin verimliliğini artırır.
Lifin dezavantajları
Ne yazık ki, optik ipliklerin zayıf yönleri yoktur. Bu tür kabloların bakımı daha ucuz olmasına rağmen, sık güncelleme ihtiyacının olmamasından bahsetmemekle birlikte, malzemenin maliyeti aynı metal muadillerinden çok daha yüksektir. Ayrıca, bazı alaşımlarda insanlar için toksik olan kurşun ve zirkonyum safsızlıklarının içeriği nedeniyle fiber optik ve tıpta kullanımı son derece sınırlıdır. Bu, plastik olanlar için değil, esas olarak en kaliteli cam modeller için geçerlidir.
Rusya'da fiber optik üretimi
2015 yılında ithal ikame programı kapsamında Mordovia'da Optik Fiber Sistemler fabrikası açıldı. Bu, şu anda yerli tüketicilerin fiber optik ihtiyaçlarını mümkün olduğunca karşılamaya çalışan Rusya Federasyonu'ndaki tek kuruluştur. 2015 yılına kadar, Rus endüstrisi de fiber optik malzemelerin imalatıyla uğraştı, ancak yalnızca bireysel hedefli projeler çerçevesinde. Aynı durum bugün de bir ölçüde devam etmektedir. Belirli bir şirketin fiber optiğe ihtiyacı varsa ve tıpta veya telekomünikasyon alanında kullanımı finansal olarak haklıysa, bu tür özel siparişler üzerinde bireysel olarak çalışmaya hazır birçok fabrika vardır. Ancak yakın gelecekte sadece Mordovya fabrikası aynı fiber optik kabloların seri üretimini yapacak. Üstelik henüz talep hacmine uygun olarak piyasaya arz verememektedir. Ürünlerin önemli bir kısmı halen ABD ve Japonya'dan satın alınmaktadır. Hatta yerli ürünler bile ithal olarak üretiliyor.hammadde.
Sonuç
Fiber optik ürünler yaklaşık 15-20 yıldır bir pazar segmenti olarak şekilleniyor. Yıllar geçtikçe, tüketici yeni kabloların yararlarını takdir edebildi, ancak ilerleme durmuyor. Teknik ve fiziksel niteliklerin gelişmesiyle birlikte malzemenin uygulama alanları da genişlemektedir. Özellikle nanoteknolojiye dayalı en son elyaf, petrol ve gaz endüstrisinde ve savunma endüstrisinde aktif olarak kullanılmaktadır. Buna karşılık, doğrusal olmayan fiber optik şu anda yalnızca kavramsal, ancak çok umut verici teknoloji alanları geliştiriyor. Bunlar arasında sıkıştırma lazer darbeleri, optik solitonlar, ultra kısa optik radyasyon vb. Açıktır ki, olası keşiflerle ve tamamen bilimsel bilgi çerçevesinde teorik araştırmalara ek olarak, yeni gelişmeler de piyasadaki farklı seviyelerdeki tüketicilere yeni teklifler sunmayı mümkün kılacaktır.
