Optické vlákna sú príkladom toho, ako sa vedecké poznatky premietajú do technologického pokroku a v konečnom dôsledku uľahčujú život bežnému človeku. Už niekoľko rokov je vláknová optika spojená s komunikačnými prostriedkami na prenos elektrických signálov. Tenké vlákna veľkosti ľudského vlasu môžu byť použité na prenos širokého spektra signálov, ktoré sú potrebné na prevádzku telefónu, internetového pripojenia, TV a pod. domáce potreby.
Technológia prenosu optického signálu
Použitie optického vlákna ako prevodníka signálu je samo o sebe len časťou zverejnených poznatkov, ktoré sa skúmajú vo vedeckej sekcii vláknovej optiky. Špecialisti v tejto oblasti študujú prenos informácií a šírenie svetla a v jednom kontexte ich spájajú svetlovody. Tieto sa používajú ako distribútori svetla a ako vysielače informácií. Mimochodom, moderné trendy vo vývoji laserových technológií sú založené na LED diódach. V tomto prípade je zaujímavejšia iná otázka – aký fenomén je základom vláknovej optiky? Tento javvnútorný odraz (celkového) elektromagnetického žiarenia na rozhraní medzi dielektrikami s rôznymi indexmi lomu. Nosičom informácie navyše vôbec nie je elektromagnetický signál, ale kódovaný svetelný tok. Aby sme pochopili stupeň nadradenosti káblov z optických vlákien nad tradičnými kovovými káblami, stojí za to ešte raz poukázať na ich šírku pásma. Už spomínaný vláknitý závit, ktorého hrúbka nie je väčšia ako 0,5 mm, je schopný preniesť množstvo informácií, ktoré bežné medené vodiče poslúžia len s hrúbkou 50 mm.
metódy výroby optických vlákien
Existujú dva hlavné spôsoby výroby optického vlákna. Ide o techniku vytláčania a tavenia pomocou predliskov. Prvá technológia umožňuje získať nekvalitný materiál na báze plastov, takže sa dnes prakticky nepoužíva. Druhá metóda sa považuje za hlavnú a najúčinnejšiu. Predlisok je predlisok, ktorý je v štruktúre určenej na ťahanie závitov. Podľa moderných štandardov môžu byť predlisky vysoké až niekoľko desiatok metrov. Navonok ide o sklenenú tyčinku s priemerom asi 10 cm, z ktorej je roztavené jadro nite. Počas výrobného procesu sa jadro spolu so zmesou pre vlákna zahreje na vysoké teploty, po ktorých sa vytvoria vlákna. Dĺžka výsledného materiálu môže dosiahnuť niekoľko kilometrov, hoci priemer zostáva nezmenený - je riadený automatizovanými regulátormi. V závislosti od toho, kde bude použitá vláknová optika, materiál preMôže byť vopred ošetrený nátermi, ktoré poskytujú chemickú a fyzikálnu ochranu. Pokiaľ ide o samotné zmesi vlákien, zvyčajne obsahujú materiály ako polyimid, akrylát a silikón.
Funkcie vláknitého dizajnu
Centrálna časť vlákna je jadro - samotné jadro vlákna, ktoré počas prevádzky šíri svetlo. Jadro sa vyznačuje zvýšenými indexmi lomu svetla, čo je dosiahnuté použitím skleneného dopovania s úpravou špeciálnymi prísadami. Napríklad pre vlákna oxidu kremičitého sa používajú typické refrakčné zložky, ako je dopant. Plášť zase plní niekoľko úloh, z ktorých hlavnou je priama fyzická ochrana jadra. Táto časť tiež poskytuje efekt lomu, ale s minimálnym koeficientom. Hranica medzi týmito dvoma materiálmi tvorí svetlovodnú štruktúru, ktorá nedovoľuje, aby väčšina svetla unikla z jadra. Za zmienku tiež stojí, že základy vláknovej optiky odkazujú materiál na rôzne svetlovody. Aby sme boli presnejší, hovoríme o dielektrických vlnovodoch, ktoré prenášajú svetelné signály.
Rôzne optické vlákna
Najbežnejšie sú kremenné, plastové a fluoridové vlákna. Kremenné vlákna sú založené na oxidových taveninách alebo materiáloch podobnej štruktúry, vrátane dopovaného oxidu kremičitého. Tento základ umožňuje vyrábať pružné a dlhé vlákna, ktoré sa líšiaa vysoká mechanická pevnosť. Optika z plastových vlákien je vyrobená z polymérov a ako už bolo uvedené, nemôže poskytnúť vysoký výkon. Najmä takéto vlákna majú vysoké percento straty dát, čo obmedzuje ich použitie v náročných oblastiach. Na druhej strane cenová dostupnosť plastových vlákien udržuje dopyt po tomto materiáli v smeroch zameraných na segment domácností. Čo sa týka fluoridových optických materiálov, ich základom sú fluorozirkoničitanové a fluorohlinité sklá. Ide o celkom moderné a technologické riešenia na zabezpečenie optickej komunikácie, ale obsah ťažkých kovov v štruktúre tiež neumožňuje ich využitie napríklad v medicínskom priemysle.
Zariadenia na meranie vlákien
Najbežnejším vybavením používaným v súpravách optických vlákien sú senzory a Braggove mriežky. Senzory z optických vlákien sú zariadenia určené na fixovanie určitých hodnôt, ktoré charakterizujú stav materiálu v danom okamihu. Rôzne senzory môžu napríklad detekovať mechanické namáhanie, teplotu, vibrácie, tlak a ďalšie veličiny. Braggova mriežka sa svojou funkciou približuje optickým charakteristikám. Fixuje aperiodickú refrakčnú poruchu v jadre vlákna. Toto meranie vám umožňuje určiť, aká efektívna je vláknová optika pri prenose signálu za špecifických podmienok. Odborníci tiež používajú optickéreflektometer, ktorý registruje rozptyl a odpor.
Optické zosilňovače a lasery
Toto je najpokročilejší produkt vyvinutý na základe technológie optických vlákien. Na rozdiel od iných typov laserov, použitie optických vlákien umožňuje vytvárať kompaktné a zároveň efektívne zariadenia. Najmä technológia optických vlákien umožnila nahradiť klasické laserové zariadenia nasledujúcimi výhodami:
- Účinnosť chladiča.
- Zvýšené výstupné žiarenie.
- Efektívne čerpanie.
- Vysoká spoľahlivosť a stabilita lasera.
- Výbava s nízkou hmotnosťou.
Na druhej strane, zosilňovače, v závislosti od typu, môžu byť použité aj v domácich sieťových linkách, čím sa zvyšuje výkon hlavnej optickej linky. Rozsah prevádzky optických vlákien však stojí za zváženie podrobnejšie.
Na čo sa používa optické vlákno?
Existuje niekoľko oblastí, v ktorých sa materiály z optických vlákien používajú. Ide o oblasť domáceho použitia, telekomunikačných zariadení a počítačového vybavenia, ako aj vysoko špecializované výklenky vrátane určitých oblastí medicíny. Pre každý z týchto segmentov sa vyrába špeciálna vláknová optika. Aplikácia ako typický prostriedok prenosu napríklad televízneho alebo internetového signálu je obmedzená na lacné plastové modely strednej kvality. Ale pre laserové zariadenia a drahélekárske prístroje používajú vysokokvalitné kremenné vlákna, ktoré sú tiež vybavené ďalšími modifikátormi.
Aplikácia optického vlákna v medicíne
Takéto vlákna možno použiť v lekárskych zariadeniach a nástrojoch. Štandardná technológia naznačuje možnosť zavedenia špeciálneho zariadenia na báze lámaných svetelných vlákien, ktoré dokáže preniesť signál do externej televíznej kamery už v samotnom telesnom orgáne. Vláknová optika sa používa v medicíne a ako osvetľovací materiál. Zariadenia vybavené vláknovými modulmi umožňujú bezbolestne presvetliť dutiny žalúdka, nosohltanu atď.
Používanie optického vlákna v počítačovom vybavení
Možno toto je najbežnejšia nika, v ktorej si optické vlákno našlo svoje miesto. Dnes sa bez neho už nezaobídu ani komunikačné linky medzi jednotlivými zariadeniami, ktoré prenášajú informácie. Týka sa to samozrejme tých oblastí, v ktorých je nemožné alebo nepraktické využívať bezdrôtové pripojenia, ktoré aktívne nahrádzajú aj káble ako také. Napríklad najväčšie telekomunikačné spoločnosti kladú medziregionálne chrbticové siete, ktoré využívajú optické vlákna. Použitie takýchto kanálov na pripojenie periférnych zariadení a bežných spotrebiteľov telekomunikačných služieb umožňuje optimalizovať finančné náklady na údržbu sieťovej infraštruktúry a tiež zvyšuje efektivitu samotného prenosu dát.
Nevýhody vlákniny
Bohužiaľ, optické vlákna nie sú bez nedostatkov. Aj keď je údržba takéhoto vedenia lacnejšia, nehovoriac o absencii potreby častých aktualizácií, náklady na samotný materiál sú oveľa vyššie ako rovnaké kovové náprotivky. Okrem toho je vláknová optika a jej využitie v medicíne extrémne obmedzené kvôli obsahu nečistôt olova a zirkónu v niektorých zliatinách, ktoré sú pre človeka toxické. Týka sa to hlavne najkvalitnejších sklenených modelov, nie plastových.
Výroba optického vlákna v Rusku
V rámci programu substitúcie importu v roku 2015 bol v Mordovii otvorený závod Optical Fiber Systems. Ide o jediný podnik v Ruskej federácii, ktorý sa v súčasnosti snaží v maximálnej možnej miere uspokojiť potreby domácich spotrebiteľov v oblasti optických vlákien. Do roku 2015 sa ruský priemysel zaoberal aj výrobou materiálov z optických vlákien, ale len v rámci individuálnych cielených projektov. Rovnaká situácia do istej miery pretrváva aj dnes. Ak určitá firma potrebuje vláknovú optiku a jej využitie v medicíne alebo v oblasti telekomunikácií je finančne opodstatnené, tak existuje veľa fabrík, ktoré sú pripravené na takýchto špeciálnych zákazkách pracovať aj individuálne. V blízkej budúcnosti však bude sériovú výrobu rovnakých optických káblov vyrábať iba mordovský závod. Navyše ešte nie je schopná zásobovať trh v súlade s objemom dopytu. Značná časť produktov sa stále nakupuje z USA a Japonska. A dokonca aj domáce výrobky sa vyrábajú z dovozusuroviny.
Záver
Produkty z optických vlákien sa formujú ako segment trhu približne 15-20 rokov. V priebehu rokov bol spotrebiteľ schopný oceniť prednosti nových káblov, ale pokrok sa nezastavil. So zlepšovaním technických a fyzikálnych vlastností sa rozširujú aj oblasti použitia materiálu. Najnovšie vlákno založené na nanotechnológii sa aktívne používa najmä v ropnom a plynárenskom priemysle a obrannom priemysle. Na druhej strane nelineárna vláknová optika v súčasnosti rozvíja iba koncepčné, ale veľmi sľubné oblasti technológie. Medzi nimi sú kompresné laserové impulzy, optické solitóny, ultrakrátke optické žiarenie atď. Je zrejmé, že okrem teoretického výskumu s možnými objavmi a v rámci čisto vedeckých poznatkov nový vývoj umožní aj nové ponuky pre spotrebiteľov rôznych úrovní na trhu.
