Fibra òptica i la seva aplicació

Les fibres òptiques mostren un exemple de com el coneixement científic es tradueix en el progrés tecnològic, en última instància, alleujar la vida d'una persona normal. Durant diversos anys, els mitjans de comunicació per a la transmissió de senyals elèctrics s'han associat amb fibra òptica. Els fils fins la grandària d'un cabell humà es pot utilitzar per transmetre una àmplia gamma de senyals que es requereixen per al funcionament del telèfon, connexió a Internet, TV, etc. Per descomptat, a causa de les altes capacitats operatives, la fibra òptica ha trobat l'aplicació no només en les necessitats domèstiques.

Tecnologia de transmissió de senyals a través de fibra òptica

En si mateix, l'ús de la fibra òptica com a traductor de senyals només forma part del coneixement que s'està explorant a la secció científica de fibra òptica. Els especialistes en aquesta àrea es dediquen a estudiar la transmissió d'informació i la propagació de la llum, i en un context, combinats amb guies lleugeres. Aquests últims s'utilitzen tant com a distribuïdors lleugers com a transmissors d'informació. Per cert, els LED es basen en les modernes adreces de desenvolupament de tecnologies làser. En aquest cas, una altra pregunta és més interessant: quin fenomen és la base de la fibra òptica? Aquest fenomen de reflexió interna de la radiació (plena) electromagnètica dins dels límits de la dielèctrica amb diferents índexs de refracció. A més, el portador de la informació no és un senyal electromagnètic, sinó un flux de llum codificada. Per entendre el grau de superioritat dels cables de fibra òptica davant dels cables metàl·lics tradicionals, val la pena tornar a convertir-se en el seu ample de banda. El fil de fibra esmentat, el gruix no és superior a 0,5 mm, és capaç de transmetre la quantitat d'informació que el cablejat de coure normal només servirà a un gruix de 50 mm.

Mètodes de fabricació de fibres òptiques

Hi ha dos mètodes principals per a la fabricació d'una fibra òptica. Es tracta d'una tècnica d'extrusió i de fusió amb preformes. La primera tecnologia permet obtenir material de baixa qualitat basat en plàstics, de manera que avui pràcticament no s'utilitza. El segon mètode es considera el principal i més eficaç. Preformat: un blanc, ubicat en una estructura dissenyada per dibuixar fils. Segons els estàndards moderns, les preformes poden tenir una alçada de fins a diverses desenes de metres. Exteriorment es tracta d'una canya de vidre amb un diàmetre d'uns 10 cm, des del qual es fon el nucli del filament. Durant el procés de fabricació, el nucli juntament amb la barreja de fibra s'escalfa a altes temperatures, després del qual es formen els fils. La longitud del material resultant pot arribar a diversos quilòmetres, encara que el diàmetre es manté inalterat, controlat per reguladors automatitzats. Segons on s'utilitzarà la fibra òptica, el material per a això es pot tractar de forma preliminar amb recobriments que proporcionen protecció química i física. Pel que fa a les mescles dels fils, solen incloure materials com poliimida, acrilat i silicona.

Característiques del disseny de la fibra

La part central del filament és el nucli: el nucli de la fibra, que difondrà la llum en el procés d'explotació. El nucli es caracteritza per un elevat índex de llum refractiva, que s'aconsegueix utilitzant el dopatge de vidre amb modificació amb additius especials. Per exemple, les fibres de quars utilitzen components refractius típics com el dopant. Al seu torn, el shell realitza diverses tasques, la principal de les quals és la protecció física immediata del nucli. Aquesta part també proporciona un efecte de refracció, però amb un coeficient mínim. El límit entre els dos materials constitueix una estructura d'orientació lleugera que no permet que el volum principal de la llum passi més enllà del nucli. També cal destacar que els fonaments de la fibra òptica classifiquen el material com un tipus de fibra. Per ser més exactes, estem parlant de guies d'ona dielèctriques que transmeten senyals de llum.

Varietats de fibres òptiques

Els més comuns són les fibres de quars, plàstic i fluor. Els filaments de quars es basen en fosa d'òxid o materials estructuralment similars, entre ells l'òxid de silici dopat. Aquesta base permet produir fibres flexibles i llargues, que també es caracteritzen per una gran força mecànica. L'òptica de fibra òptica està formada per polímers i, com ja s'ha dit, no pot proporcionar un alt rendiment. En particular, aquests fils tenen un elevat percentatge de pèrdua de dades, que limita el seu ús en àrees exigents. D'altra banda, la disponibilitat de preus de les fibres plàstiques manté la demanda d'aquest material en orientacions orientades al segment familiar. Pel que fa als materials òptics de fluorur, la seva base es basa en fluorocranats i ulleres de fluoroaluminats. Són solucions bastant modernes i tecnològiques per proporcionar comunicacions òptiques, però el contingut dels metalls pesants a l'estructura tampoc no permet que s'utilitzin, per exemple, en la indústria mèdica.

Equip de mesura per a fibres òptiques

L'equip més comú que s'utilitza en conjunts amb fibra òptica són els sensors i les reixes Bragg. Els sensors de fibra òptica són dispositius dissenyats per arreglar determinats valors que caracteritzen l'estat del material en un moment donat. Per exemple, els diferents sensors poden detectar l'estrès mecànic, la temperatura, la vibració, la pressió i altres quantitats. La reixeta de Bragg en la seva funció és més aproximada a les característiques òptiques. Fixa una pertorbació aperiódica de la refracció al nucli de la fibra òptica. Aquesta mesura us permet determinar quina fibra òptica és efectiva per traduir el senyal en condicions específiques. A més, els especialistes utilitzen un reflectòmetre òptic que registra la dispersió i la resistència.

Amplificadors de fibra òptica i làsers

Aquest és el producte més progressiu, que es desenvolupa a partir de la tecnologia de fibra òptica. A diferència d'altres tipus de làsers, l'ús de fibres òptiques permet la creació de dispositius compactes i al mateix temps eficients. En particular, la tecnologia de fibra òptica va permetre substituir els dispositius làser clàssics a causa dels següents avantatges:

• L'eficiència de la tapa tèrmica.
• Augment de la radiació de sortida.
• Bombeig efectiu.
• Alta fiabilitat i estabilitat de l'operació amb làser.
• Una petita massa d'equips.

Al seu torn, els amplificadors, depenent del tipus, es poden utilitzar en línies de xarxa domèstiques, augmentant el rendiment de la línia de fibra principal. No obstant això, l'abast del funcionament de les fibres òptiques s'hauria de considerar amb més detall.

Què significa la fibra òptica?

Hi ha diverses adreces en què estan involucrats els materials de fibra òptica. Aquesta esfera d'ús domèstic, equip de telecomunicacions i tecnologia informàtica, així com nínxols de nínxol, entre els quals hi ha àrees separades de la medicina. Per a cadascun d'aquests segments es produeix fibra òptica especial. L'aplicació com a mitjà típic de transmetre un senyal de televisió o Internet, per exemple, es limita a models de plàstic barats de qualitat mitjana. Però les fibres de quars d'alta qualitat s'utilitzen per a equips làser i dispositius mèdics costosos, que també estan proveïts de modificadors addicionals.

Aplicació de fibres òptiques en medicina

Aquestes fibres es poden utilitzar en equips i instruments mèdics. La tecnologia estàndard assumeix la possibilitat d'introduir un aparell especial sobre fibres lleugeres refractades, que ja en l'òrgan del cos poden transmetre un senyal a una càmera de televisió externa. S'utilitzen fibra òptica en medicina i com a material d'il·luminació. L'aparell equipat amb mòduls de fibra permet una il·luminació indolora de la cavitat de l'estómac, nasofaringe, etc.

Aplicació de fibres òptiques en equips informàtics

Potser aquest és el nínxol més habitual en què la fibra òptica ha trobat el seu lloc. Sense ella, les línies de comunicació entre dispositius individuals que transmeten informació ja no es poden prescindir d'avui. Per descomptat, això s'aplica a aquelles àrees en què és impossible o inadequat l'ús de connexions sense fils, que també desplacen activament els cables com a tals. Per exemple, les empreses de telecomunicacions més grans estan establint xarxes troncals interregionals, que impliquen fibra òptica. L'ús d'aquests canals per a la comunicació d'equips perifèrics i consumidors habituals de serveis de telecomunicacions permet optimitzar els costos financers del manteniment de la infraestructura de xarxa i també millora l'eficiència de la transmissió de dades.

Desavantatges de la fibra

Malauradament, els fils òptics no poden prescindir de punts febles. Encara que el manteniment d'aquest cablejat és més econòmic, per no parlar de la necessitat d'actualitzacions freqüents, el cost del material en si mateix és molt superior a les mateixes contraparts del metall. A més, la fibra òptica i el seu ús en medicina són extremadament limitats a causa del contingut d'impureses de plom i zirconi, tòxics per als éssers humans, en aliatges individuals. Bàsicament, això s'aplica als models de vidre de més qualitat, i no als de plàstic.

Fabricació de fibres òptiques a Rússia

En el marc del programa de substitució d'importacions el 2015, es va obrir a Mordovia la fàbrica "Sistemes de fibra òptica". Aquesta és l'única empresa de la Federació de Rússia que, en la mesura del possible, intenta satisfer les necessitats dels consumidors domèstics en fibra. Fins a 2015, la indústria russa també es dedicava a la fabricació de materials de fibra òptica, però només en el marc de projectes objectius separats. La mateixa situació encara està en part avui. Si una determinada empresa necessita fibra òptica i el seu ús en medicina o telecomunicacions està justificada econòmicament, hi ha moltes fàbriques a punt per treballar en comandes especials per separat. Tanmateix, en un futur proper, només la planta de Mordovie estarà en funcionament producció en sèrie dels mateixos cables de fibra òptica. D'altra banda, fins ara no es pot subministrar el mercat d'acord amb el volum de la demanda. Una part important del producte encara es compra a Estats Units i Japó. I fins i tot els productes nacionals es produeixen en matèries primeres importades.

Conclusió

Els productes de fibra òptica es formen com un segment del mercat durant uns 15-20 anys. Durant aquests anys, el consumidor va poder apreciar els avantatges dels nous cables, però el progrés no es manté quiet. A mesura que augmenten les qualitats tècniques i físiques, els camps d'aplicació del material també s'amplien. La fibra més nova sobre la base de la nanotecnologia, en particular, s'utilitza activament en la indústria del petroli i el gas i el complex de defensa. Al seu torn, la fibra òptica no lineal només està desenvolupant indicacions conceptuals, però molt prometedores, de la tecnologia. Es poden distingir entre ells polsos làser de compressió, solitons òptics, radiació òptica ultracorto, etc. Òbviament, a més dels estudis teòrics amb possibles descobriments i en el marc del coneixement estrictament científic, els nous desenvolupaments permetran que el mercat faci noves propostes a consumidors de diferents nivells.