فیبرهای نوری نمونه ای از چگونگی تبدیل دانش علمی به پیشرفت فناوری است که در نهایت زندگی را برای افراد عادی آسان تر می کند. چندین سال است که فیبر نوری با وسایل ارتباطی برای انتقال سیگنال های الکتریکی همراه بوده است. رشته های نازکی به اندازه یک موی انسان می توانند برای انتقال طیف وسیعی از سیگنال ها مورد نیاز برای کار با تلفن، اتصال به اینترنت، تلویزیون و غیره استفاده شوند. البته فیبر نوری به دلیل کارایی بالا، نه تنها در نیازهای داخلی.
فناوری انتقال سیگنال نوری
به خودی خود، استفاده از فیبر نوری به عنوان مترجم سیگنال تنها بخشی از دانش افشا شده است که در بخش علمی فیبر نوری در حال بررسی است. متخصصان این حوزه در حال مطالعه انتقال اطلاعات و انتشار نور هستند و در یک زمینه، توسط راهنماهای نور متحد می شوند. دومی هم به عنوان توزیع کننده نور و هم به عنوان فرستنده اطلاعات استفاده می شود. به هر حال، روندهای مدرن در توسعه فناوری های لیزر بر اساس LED است. در این مورد، یک سوال دیگر جالب تر است - چه پدیده ای اساس فیبر نوری است؟ این پدیدهبازتاب داخلی تابش الکترومغناطیسی (کل) در سطح مشترک بین دی الکتریک هایی که ضرایب شکست متفاوتی دارند. علاوه بر این، حامل اطلاعات به هیچ وجه یک سیگنال الکترومغناطیسی نیست، بلکه یک شار نوری رمزگذاری شده است. برای درک میزان برتری کابل‌های فیبر نوری نسبت به کابل‌های فلزی سنتی، لازم است بار دیگر به پهنای باند آنها اشاره کنیم. نخ الیافی که قبلاً ذکر شد، که ضخامت آن بیش از 0.5 میلی متر نیست، قادر به انتقال مقداری از اطلاعات است که سیم کشی مسی معمولی تنها با ضخامت 50 میلی متر ارائه می کند.
روش های ساخت فیبر نوری
دو روش اصلی برای تولید فیبر نوری وجود دارد. این یک تکنیک اکستروژن و ذوب با استفاده از پریفرم ها است. اولین فناوری به دست آوردن مواد با کیفیت پایین بر اساس پلاستیک را امکان پذیر می کند، بنابراین امروزه عملاً از آن استفاده نمی شود. روش دوم اصلی ترین و موثرترین روش در نظر گرفته می شود. پریفرم، پریفرمی است که در ساختاری است که برای کشیدن نخ ها طراحی شده است. طبق استانداردهای مدرن، پریفرم ها می توانند تا چندین ده متر ارتفاع داشته باشند. در ظاهر، این یک میله شیشه ای با قطر حدود 10 سانتی متر است که هسته نخ از آن ذوب می شود. در طول فرآیند تولید، هسته، همراه با مخلوط الیاف، تا دمای بالا گرم می شود و پس از آن رشته ها تشکیل می شوند. طول ماده حاصل می تواند به چندین کیلومتر برسد، اگرچه قطر آن بدون تغییر باقی می ماند - توسط تنظیم کننده های خودکار کنترل می شود. بسته به جایی که فیبر نوری مورد استفاده قرار خواهد گرفت، مواد برایمی توان آن را با پوشش هایی که محافظت شیمیایی و فیزیکی را فراهم می کند، پیش درمان کرد. در مورد خود فیلامنت ها، آنها معمولاً شامل موادی مانند پلی آمید، آکریلات و سیلیکون هستند.
ویژگی های طراحی فیبر
قسمت مرکزی نخ، هسته است - همان هسته فیبر، که در حین کار نور را پخش می کند. هسته با افزایش ضریب شکست نور مشخص می شود که با استفاده از دوپینگ شیشه ای با اصلاح با افزودنی های خاص به دست می آید. به عنوان مثال، اجزای انکساری معمولی مانند یک ناخالصی برای الیاف سیلیس استفاده می شود. به نوبه خود ، پوسته چندین کار را انجام می دهد که اصلی ترین آنها محافظت فیزیکی مستقیم از هسته است. این قسمت نیز اثر شکست را ارائه می دهد اما با حداقل ضریب. مرز بین دو ماده یک ساختار هدایت نور را تشکیل می دهد که اجازه نمی دهد بخش عمده ای از نور از هسته خارج شود. همچنین شایان ذکر است که اصول اولیه فیبر نوری مواد را به انواع راهنمای نور ارجاع می دهد. برای دقیق تر، ما در مورد موجبرهای دی الکتریک صحبت می کنیم که سیگنال های نور را منتقل می کنند.
انواع فیبرهای نوری
رایج ترین آنها الیاف کوارتز، پلاستیک و فلوراید هستند. رشته‌های کوارتز بر پایه مذاب‌های اکسیدی یا مواد مشابه ساختاری از جمله اکسید سیلیکون دوپ شده ساخته شده‌اند. این پایه امکان تولید الیاف منعطف و بلند را که در آنها متفاوت است را ممکن می سازدو مقاومت مکانیکی بالا فیبر نوری پلاستیک از پلیمرها ساخته شده است و همانطور که قبلا ذکر شد، نمی تواند عملکرد بالایی داشته باشد. به طور خاص، چنین موضوعاتی درصد بالایی از از دست دادن داده را دارند که استفاده از آنها را در مناطق سخت محدود می کند. از سوی دیگر، مقرون به صرفه بودن الیاف پلاستیکی، تقاضا برای این ماده را در جهت متمرکز بر بخش خانگی نگه می دارد. در مورد مواد نوری فلوراید، اساس آنها بر اساس شیشه های فلوئوروزیرکونات و فلورآلومینات است. اینها راه حل های کاملاً مدرن و تکنولوژیکی برای ارائه ارتباطات نوری هستند، اما محتوای فلزات سنگین در ساختار نیز اجازه استفاده از آنها را نمی دهد، به عنوان مثال، در صنعت پزشکی.
تجهیزات اندازه گیری فیبر
رایج ترین تجهیزات مورد استفاده در کیت های فیبر نوری، حسگرها و گریتینگ های Bragg هستند. سنسورهای فیبر نوری دستگاه‌هایی هستند که برای تعیین مقادیر خاصی طراحی شده‌اند که وضعیت مواد را در لحظه مشخص می‌کنند. به عنوان مثال، سنسورهای مختلف می توانند تنش مکانیکی، دما، ارتعاش، فشار و مقادیر دیگر را تشخیص دهند. گریتینگ براگ در عملکرد خود به ویژگی های نوری نزدیک تر است. این یک اختلال انکساری غیر دوره ای در هسته فیبر را برطرف می کند. این اندازه گیری به شما امکان می دهد تعیین کنید که فیبر نوری در انتقال سیگنال در شرایط خاص چقدر کارآمد است. همچنین، کارشناسان از نوری استفاده می کنندبازتاب سنج که اتلاف و مقاومت را ثبت می کند.
تقویت‌کننده‌ها و لیزرهای فیبر نوری
این پیشرفته ترین محصولی است که بر اساس فناوری فیبر نوری توسعه یافته است. بر خلاف انواع دیگر لیزرها، استفاده از رشته های نوری امکان ایجاد دستگاه های فشرده و در عین حال کارآمد را فراهم می کند. به طور خاص، فناوری فیبر نوری جایگزینی دستگاه های لیزر کلاسیک با مزایای زیر را ممکن کرده است:
- کارایی هیت سینک.
- افزایش تابش خروجی.
- پمپاژ موثر.
- قابلیت اطمینان و پایداری لیزر.
- تجهیزات کم وزن.
به نوبه خود آمپلی فایرها بسته به نوع آن می توانند در خطوط شبکه خانگی نیز استفاده شوند که باعث افزایش کارایی خط فیبر اصلی می شود. با این حال، دامنه عملیات فیبر ارزش بررسی جزئیات بیشتری را دارد.
فیبر نوری برای چه استفاده می شود؟
زمینه های مختلفی وجود دارد که در آنها از مواد فیبر نوری استفاده می شود. این حوزه استفاده خانگی، تجهیزات مخابراتی و تجهیزات کامپیوتری، و همچنین سوله های بسیار تخصصی، از جمله حوزه های خاصی از پزشکی است. برای هر یک از این بخش ها فیبر نوری خاصی تولید می شود. به عنوان مثال، کاربرد به عنوان یک وسیله معمولی برای انتقال سیگنال تلویزیون یا اینترنت، به مدل های پلاستیکی ارزان قیمت با کیفیت متوسط محدود می شود. اما برای تجهیزات لیزر و گران استدستگاه های پزشکی از الیاف کوارتز با کیفیت بالا استفاده می کنند که با اصلاح کننده های اضافی نیز ارائه می شود.
کاربرد فیبر نوری در پزشکی
چنین الیافی را می توان در تجهیزات و ابزار پزشکی استفاده کرد. فن آوری استاندارد امکان معرفی یک دستگاه ویژه بر اساس الیاف نوری شکسته را پیشنهاد می کند که می تواند سیگنالی را به یک دوربین تلویزیون خارجی که در خود اندام بدن قرار دارد منتقل کند. فیبر نوری در پزشکی و به عنوان یک ماده روشنایی استفاده می شود. دستگاه های مجهز به ماژول های فیبر نور بدون درد حفره های معده، نازوفارنکس و غیره را ممکن می سازد.
استفاده از فیبر نوری در تجهیزات کامپیوتری
شاید این رایج ترین جایگاهی باشد که فیبر نوری در آن جای خود را پیدا کرده است. امروزه خطوط ارتباطی بین دستگاه‌هایی که اطلاعات را انتقال می‌دهند دیگر بدون آن کار نمی‌کنند. البته، این در مورد مناطقی است که در آنها استفاده از اتصالات بی سیم غیرممکن یا غیر عملی است، که به طور فعال کابل ها را جایگزین می کنند. به عنوان مثال، بزرگترین شرکت های مخابراتی در حال ایجاد شبکه های ستون فقرات بین منطقه ای هستند که از فیبر نوری استفاده می کنند. استفاده از چنین کانال هایی برای اتصال تجهیزات جانبی و مصرف کنندگان عادی خدمات مخابراتی به شما امکان می دهد تا هزینه های مالی حفظ زیرساخت شبکه را بهینه کنید و همچنین کارایی خود انتقال داده را افزایش می دهد.
معایب فیبر
متاسفانه نخ های نوری خالی از ضعف نیستند. اگرچه تعمیر و نگهداری چنین سیم کشی ارزان تر است، نه به ذکر عدم نیاز به به روز رسانی های مکرر، هزینه مواد خود بسیار بالاتر از همتایان فلزی مشابه است. علاوه بر این، فیبر نوری و استفاده از آن در پزشکی به دلیل وجود ناخالصی های سرب و زیرکونیوم در برخی آلیاژها که برای انسان سمی هستند، بسیار محدود است. این عمدتاً در مورد مدل‌های شیشه‌ای با بالاترین کیفیت صدق می‌کند، نه مدل‌های پلاستیکی.
تولید فیبر نوری در روسیه
به عنوان بخشی از برنامه جایگزینی واردات در سال 2015، کارخانه سیستم های فیبر نوری در موردویا افتتاح شد. این تنها شرکت در فدراسیون روسیه است که در حال حاضر در تلاش است تا حد امکان نیازهای مصرف کنندگان داخلی را در زمینه فیبر نوری برآورده کند. تا سال 2015، صنعت روسیه نیز به تولید مواد فیبر نوری مشغول بود، اما فقط در چارچوب پروژه های هدفمند فردی. همین وضعیت امروز هم تا حدودی ادامه دارد. اگر شرکت خاصی نیاز به فیبر نوری داشته باشد و استفاده از آن در پزشکی یا در زمینه مخابرات توجیه مالی داشته باشد، کارخانه های زیادی وجود دارند که به صورت فردی آماده کار با چنین سفارشات خاصی هستند. با این حال، در آینده نزدیک، تنها کارخانه موردویا تولید سریالی از همان کابل‌های فیبر نوری را خواهد داشت. ضمن اینکه هنوز قادر به تامین بازار متناسب با حجم تقاضا نیست. بخش قابل توجهی از محصولات هنوز از ایالات متحده و ژاپن خریداری می شوند. و حتی محصولات داخلی به صورت وارداتی تولید می شودمواد خام.
نتیجه گیری
محصولات فیبر نوری حدود 15 تا 20 سال است که به عنوان یک بخش بازار شکل گرفته اند. در طول سال ها، مصرف کننده توانسته است از مزایای کابل های جدید قدردانی کند، اما پیشرفت هنوز متوقف نشده است. با بهبود کیفیت فنی و فیزیکی، زمینه های کاربرد مواد نیز در حال گسترش است. جدیدترین الیاف مبتنی بر فناوری نانو، به ویژه، به طور فعال در صنعت نفت و گاز و صنایع دفاعی استفاده می شود. به نوبه خود، فیبر نوری غیرخطی در حال حاضر تنها در حال توسعه حوزه های مفهومی، اما بسیار امیدوارکننده از فناوری است. از جمله آنها می توان به پالس های لیزر فشرده سازی، سالیتون های نوری، تابش نوری فوق کوتاه و غیره اشاره کرد. بدیهی است که علاوه بر تحقیقات نظری با اکتشافات احتمالی و در چارچوب دانش صرفاً علمی، تحولات جدید امکان ارائه پیشنهادات جدید به مصرف کنندگان سطوح مختلف در بازار را نیز فراهم می کند.
