Gentian optik memberikan contoh bagaimana pengetahuan saintifik diterjemahkan kepada kemajuan teknologi, akhirnya menjadikan kehidupan lebih mudah bagi orang biasa. Selama beberapa tahun, gentian optik telah dikaitkan dengan cara komunikasi untuk menghantar isyarat elektrik. Filamen nipis sebesar rambut manusia boleh digunakan untuk menghantar pelbagai isyarat yang diperlukan untuk mengendalikan telefon, sambungan Internet, TV, dll. Sudah tentu, kerana prestasinya yang tinggi, gentian optik telah digunakan bukan sahaja dalam keperluan domestik.
Teknologi penghantaran isyarat optik
Dengan sendirinya, penggunaan gentian optik sebagai penterjemah isyarat hanyalah sebahagian daripada pengetahuan yang didedahkan yang sedang diterokai dalam bahagian saintifik gentian optik. Pakar dalam bidang ini sedang mengkaji penghantaran maklumat dan penyebaran cahaya, dan dalam satu konteks, disatukan oleh panduan cahaya. Yang terakhir digunakan sebagai pengedar cahaya dan sebagai pemancar maklumat. Dengan cara ini, trend moden dalam pembangunan teknologi laser adalah berdasarkan LED. Dalam kes ini, soalan lain lebih menarik - fenomena apakah yang menjadi asas gentian optik? Fenomena inipantulan dalaman sinaran elektromagnet (jumlah) pada antara muka antara dielektrik yang mempunyai indeks biasan yang berbeza. Selain itu, pembawa maklumat bukanlah isyarat elektromagnet sama sekali, tetapi fluks cahaya berkod. Untuk memahami tahap keunggulan kabel gentian optik berbanding kabel logam tradisional, ia patut sekali lagi merujuk kepada lebar jalurnya. Benang gentian yang telah disebutkan, yang ketebalannya tidak lebih daripada 0.5 mm, mampu menghantar sejumlah maklumat yang pendawaian tembaga biasa hanya akan berfungsi dengan ketebalan 50 mm.
Kaedah fabrikasi gentian optik
Terdapat dua kaedah utama di mana gentian optik boleh dihasilkan. Ia adalah teknik penyemperitan dan peleburan menggunakan prabentuk. Teknologi pertama memungkinkan untuk mendapatkan bahan berkualiti rendah berdasarkan plastik, jadi hari ini praktikalnya tidak digunakan. Kaedah kedua dianggap yang utama dan paling berkesan. Prabentuk ialah prabentuk yang terdapat dalam struktur yang direka untuk melukis benang. Mengikut piawaian moden, prabentuk boleh mencapai ketinggian sehingga beberapa puluh meter. Secara luaran, ini adalah batang kaca dengan diameter kira-kira 10 cm, dari mana inti benang dicairkan. Semasa proses pembuatan, teras, bersama-sama dengan campuran untuk gentian, dipanaskan pada suhu tinggi, selepas itu filamen terbentuk. Panjang bahan yang terhasil boleh mencapai beberapa kilometer, walaupun diameternya tetap tidak berubah - ia dikawal oleh pengawal selia automatik. Bergantung pada tempat gentian optik akan digunakan, bahan untukIa boleh dirawat terlebih dahulu dengan salutan yang memberikan perlindungan kimia dan fizikal. Bagi filamen bercantum sendiri, ia biasanya termasuk bahan seperti polimida, akrilat dan silikon.
Ciri reka bentuk gentian
Bahagian tengah benang ialah teras - teras gentian, yang akan menyebarkan cahaya semasa operasi. Teras dicirikan oleh peningkatan indeks biasan cahaya, yang dicapai dengan menggunakan doping kaca dengan pengubahsuaian oleh bahan tambahan khas. Sebagai contoh, komponen biasan biasa seperti dopan digunakan untuk gentian silika. Sebaliknya, cangkang melakukan beberapa tugas, yang utama adalah perlindungan fizikal langsung teras. Bahagian ini juga memberikan kesan pembiasan, tetapi dengan pekali minimum. Sempadan antara dua bahan membentuk struktur panduan cahaya yang tidak membenarkan sebahagian besar cahaya keluar dari teras. Ia juga perlu diperhatikan bahawa asas gentian optik merujuk bahan kepada jenis panduan cahaya. Untuk lebih tepat, kita bercakap tentang pandu gelombang dielektrik yang menghantar isyarat cahaya.
Pelbagai gentian optik
Yang paling biasa ialah gentian kuarza, plastik dan fluorida. Filamen kuarza adalah berdasarkan cair oksida atau bahan yang serupa dalam struktur, termasuk silikon oksida terdop. Pangkalan ini memungkinkan untuk menghasilkan gentian fleksibel dan panjang yang berbezadan kekuatan mekanikal yang tinggi. Optik gentian plastik diperbuat daripada polimer dan, seperti yang telah dinyatakan, tidak dapat memberikan prestasi tinggi. Khususnya, benang sedemikian mempunyai peratusan kehilangan data yang tinggi, yang mengehadkan penggunaannya di kawasan yang menuntut. Sebaliknya, kemampuan gentian plastik mengekalkan permintaan untuk bahan ini dalam arah yang tertumpu pada segmen isi rumah. Bagi bahan optik fluorida, asasnya adalah berdasarkan gelas fluorozirkonat dan fluoroaluminate. Ini adalah penyelesaian yang agak moden dan berteknologi untuk menyediakan komunikasi optik, tetapi kandungan logam berat dalam struktur juga tidak membenarkan penggunaannya, contohnya, dalam industri perubatan.
Peralatan Pengukur Gentian
Peralatan yang paling biasa digunakan dalam kit gentian optik ialah penderia dan grating Bragg. Penderia gentian optik ialah peranti yang direka untuk menetapkan nilai tertentu yang mencirikan keadaan bahan pada masa ini. Contohnya, penderia yang berbeza boleh mengesan tekanan mekanikal, suhu, getaran, tekanan dan kuantiti lain. Kisi Bragg dalam fungsinya lebih dekat dengan ciri optik. Ia membetulkan gangguan pembiasan aperiodik dalam teras gentian. Pengukuran ini membolehkan anda menentukan keberkesanan gentian optik dalam menghantar isyarat dalam keadaan tertentu. Juga, pakar menggunakan optikreflectometer yang mencatatkan pelesapan dan rintangan.
Penguat gentian optik dan laser
Ini adalah produk tercanggih yang dibangunkan berdasarkan teknologi gentian optik. Tidak seperti jenis laser lain, penggunaan filamen optik memungkinkan untuk mencipta peranti yang padat dan pada masa yang sama cekap. Khususnya, teknologi gentian optik telah memungkinkan untuk menggantikan peranti laser klasik dengan kelebihan berikut:
- Kecekapan sink haba.
- Peningkatan sinaran keluaran.
- Pengepam yang berkesan.
- Kebolehpercayaan dan kestabilan laser yang tinggi.
- Peralatan berat rendah.
Seterusnya, penguat, bergantung pada jenis, juga boleh digunakan dalam talian rangkaian rumah, meningkatkan prestasi talian gentian utama. Walau bagaimanapun, skop pengendalian gentian patut dipertimbangkan dengan lebih terperinci.
Untuk apa gentian optik digunakan?
Terdapat beberapa kawasan di mana bahan gentian optik digunakan. Ini adalah bidang penggunaan domestik, peralatan telekomunikasi dan peralatan komputer, serta niche yang sangat khusus, termasuk bidang perubatan tertentu. Bagi setiap segmen ini, gentian optik khas dihasilkan. Aplikasi sebagai cara tipikal untuk menghantar isyarat TV atau Internet, sebagai contoh, terhad kepada model plastik murah kualiti sederhana. Tetapi untuk peralatan laser dan mahalperanti perubatan menggunakan gentian kuarza berkualiti tinggi, turut disediakan dengan pengubah suai tambahan.
Aplikasi gentian optik dalam perubatan
Gentian sedemikian boleh digunakan dalam peralatan dan instrumen perubatan. Teknologi standard mencadangkan kemungkinan memperkenalkan peranti khas berdasarkan gentian cahaya yang dibiaskan, yang boleh menghantar isyarat kepada kamera televisyen luaran yang sudah ada dalam organ badan itu sendiri. Gentian optik digunakan dalam perubatan dan sebagai bahan pencahayaan. Peranti yang dilengkapi dengan modul gentian membolehkan anda menerangi rongga perut, nasofaring, dll.
Penggunaan gentian optik dalam peralatan komputer
Mungkin ini adalah niche yang paling biasa di mana gentian optik telah mendapat tempatnya. Hari ini, talian komunikasi antara peranti individu yang menghantar maklumat tidak lagi boleh dilakukan tanpanya. Sudah tentu, ini terpakai kepada kawasan yang mustahil atau tidak praktikal untuk menggunakan sambungan wayarles, yang juga secara aktif menggantikan kabel seperti itu. Sebagai contoh, syarikat telekomunikasi terbesar meletakkan rangkaian tulang belakang antara wilayah yang menggunakan gentian optik. Penggunaan saluran sedemikian untuk menyambungkan peralatan persisian dan pengguna biasa perkhidmatan telekomunikasi membolehkan anda mengoptimumkan kos kewangan untuk menyelenggara infrastruktur rangkaian, dan juga meningkatkan kecekapan penghantaran data itu sendiri.
Keburukan serat
Malangnya, benang optik bukan tanpa kelemahan. Walaupun penyelenggaraan pendawaian sedemikian lebih murah, apatah lagi ketiadaan keperluan untuk kemas kini yang kerap, kos bahan itu sendiri jauh lebih tinggi daripada rakan logam yang sama. Di samping itu, gentian optik dan penggunaannya dalam perubatan amat terhad kerana kandungan kekotoran plumbum dan zirkonium dalam beberapa aloi, yang toksik kepada manusia. Ini terpakai terutamanya pada model kaca berkualiti tinggi, bukan model plastik.
Pengeluaran gentian optik di Rusia
Sebagai sebahagian daripada program penggantian import pada 2015, kilang Sistem Gentian Optik dibuka di Mordovia. Ini adalah satu-satunya perusahaan di Persekutuan Rusia, yang kini cuba memenuhi keperluan pengguna domestik dalam gentian optik setakat yang mungkin. Sehingga 2015, industri Rusia juga terlibat dalam pembuatan bahan gentian optik, tetapi hanya dalam rangka projek sasaran individu. Keadaan yang sama berterusan sedikit sebanyak hari ini. Jika syarikat tertentu memerlukan gentian optik dan penggunaannya dalam perubatan atau dalam bidang telekomunikasi adalah wajar dari segi kewangan, maka terdapat banyak kilang yang bersedia untuk bekerja atas pesanan khas tersebut secara individu. Walau bagaimanapun, dalam masa terdekat, hanya kilang Mordovian akan menghasilkan pengeluaran bersiri kabel gentian optik yang sama. Lebih-lebih lagi, ia masih belum dapat membekalkan pasaran sesuai dengan jumlah permintaan. Sebilangan besar produk masih dibeli dari AS dan Jepun. Malah produk domestik juga dihasilkan secara importbahan mentah.
Kesimpulan
Produk gentian optik telah terbentuk sebagai segmen pasaran selama kira-kira 15-20 tahun. Selama bertahun-tahun, pengguna telah dapat menghargai kebaikan kabel baru, tetapi kemajuan tidak berhenti. Dengan peningkatan kualiti teknikal dan fizikal, bidang penggunaan bahan juga semakin berkembang. Serat terkini berasaskan nanoteknologi, khususnya, digunakan secara aktif dalam industri minyak dan gas serta industri pertahanan. Sebaliknya, gentian optik bukan linear pada masa ini hanya membangunkan bidang teknologi yang berkonsep, tetapi sangat menjanjikan. Antaranya ialah denyutan laser mampatan, soliton optik, sinaran optik ultrashort, dsb. Jelas sekali, sebagai tambahan kepada penyelidikan teori dengan kemungkinan penemuan dan dalam kerangka pengetahuan saintifik semata-mata, perkembangan baharu juga akan membolehkan untuk membuat tawaran baharu kepada pengguna dari peringkat yang berbeza di pasaran.
