Les fibres òptiques proporcionen un exemple de com el coneixement científic es tradueix en progrés tecnològic i, en definitiva, facilita la vida de la persona mitjana. Des de fa diversos anys, la fibra òptica s'ha associat a mitjans de comunicació per transmetre senyals elèctrics. Els filaments prims de la mida d'un cabell humà es poden utilitzar per transmetre una àmplia gamma de senyals que es requereixen per fer funcionar un telèfon, connexió a Internet, TV, etc. Per descomptat, a causa del seu alt rendiment, la fibra òptica ha trobat ús no només en necessitats domèstiques.
Tecnologia de transmissió de senyal òptica
En si mateix, l'ús de la fibra òptica com a traductor de senyal només és una part del coneixement divulgat que s'està explorant a la secció científica de la fibra òptica. Especialistes en aquesta àrea estan estudiant la transmissió d'informació i la propagació de la llum, i en un context, units per guies de llum. Aquests últims s'utilitzen tant com a distribuïdors de llum com a transmissors d'informació. Per cert, les tendències modernes en el desenvolupament de tecnologies làser es basen en LED. En aquest cas, una altra pregunta és més interessant: quin fenomen és la base de la fibra òptica? Aquest fenomenreflex intern de la radiació electromagnètica (total) a la interfície entre dielèctrics amb diferents índexs de refracció. A més, el portador d'informació no és en absolut un senyal electromagnètic, sinó un flux de llum codificat. Per entendre el grau de superioritat dels cables de fibra òptica sobre els cables metàl·lics tradicionals, val la pena tornar a fer referència al seu ample de banda. El fil de fibra ja esmentat, el gruix del qual no supera els 0,5 mm, és capaç de transmetre una quantitat d'informació que el cablejat de coure normal només servirà amb un gruix de 50 mm.
Mètodes de fabricació de fibra òptica
Hi ha dos mètodes principals mitjançant els quals es pot fabricar fibra òptica. És una tècnica d'extrusió i fusió mitjançant preformes. La primera tecnologia permet obtenir material de baixa qualitat a base de plàstics, per la qual cosa avui dia pràcticament no s'utilitza. El segon mètode es considera el principal i el més eficaç. Una preforma és una preforma que es troba en una estructura dissenyada per dibuixar fils. Segons els estàndards moderns, les preformes poden tenir fins a diverses desenes de metres d'alçada. Exteriorment, es tracta d'una vareta de vidre amb un diàmetre d'uns 10 cm, a partir de la qual es fon el nucli del fil. Durant el procés de fabricació, el nucli, juntament amb la mescla de les fibres, s'escalfa a altes temperatures, després de la qual cosa es formen els filaments. La longitud del material resultant pot arribar a diversos quilòmetres, tot i que el diàmetre es manté sense canvis: està controlat per reguladors automatitzats. Depenent d'on s'utilitzarà la fibra òptica, el material perEs pot tractar prèviament amb recobriments que proporcionen protecció química i física. Pel que fa a les mescles de filaments, solen incloure materials com la poliimida, l'acrilat i la silicona.
Funcions de disseny de fibra
La part central del fil és el nucli, el nucli mateix de la fibra, que propagarà la llum durant el funcionament. El nucli es caracteritza per augmentar els índexs de refracció de la llum, que s'aconsegueix mitjançant l'ús de dopatge de vidre amb modificació per additius especials. Per exemple, per a les fibres de sílice s'utilitzen components refractius típics com un dopant. Al seu torn, la carcassa realitza diverses tasques, la principal de les quals és la protecció física directa del nucli. Aquesta part també proporciona l'efecte de refracció, però amb un coeficient mínim. El límit entre els dos materials forma una estructura de guia de llum que no permet que la major part de la llum escapi del nucli. També val la pena assenyalar que els conceptes bàsics de la fibra òptica fan referència al material a varietats de guies de llum. Per ser més precisos, estem parlant de guies d'ones dielèctriques que transmeten senyals de llum.
Varietats de fibres òptiques
Les més habituals són les fibres de quars, plàstic i fluor. Els filaments de quars es basen en òxids fosos o materials d'estructura similar, inclòs l'òxid de silici dopat. Aquesta base permet produir fibres flexibles i llargues que es diferencieni alta resistència mecànica. La fibra òptica de plàstic està feta de polímers i, com ja s'ha assenyalat, no pot oferir un alt rendiment. En particular, aquests fils tenen un alt percentatge de pèrdua de dades, la qual cosa limita el seu ús en àrees exigents. D' altra banda, l'assequibilitat de les fibres plàstiques manté la demanda d'aquest material en les direccions enfocades al segment domèstic. Pel que fa als materials òptics de fluor, la seva base es basa en vidres de fluorozirconat i fluoroaluminat. Es tracta de solucions força modernes i tecnològiques per proporcionar comunicació òptica, però el contingut de metalls pesants a l'estructura tampoc permet el seu ús, per exemple, a la indústria mèdica.
Equip de mesura de fibra
L'equip més utilitzat en els kits de fibra òptica són els sensors i les reixes de Bragg. Els sensors de fibra òptica són dispositius dissenyats per fixar determinats valors que caracteritzen l'estat del material en el moment. Per exemple, diferents sensors poden detectar tensió mecànica, temperatura, vibració, pressió i altres quantitats. La reixa de Bragg en la seva funció s'acosta més a les característiques òptiques. Arregla una pertorbació de refracció aperiòdica al nucli de la fibra. Aquesta mesura us permet determinar l'eficiència de la fibra òptica a l'hora de transmetre un senyal en condicions específiques. A més, els experts utilitzen l'òpticareflectòmetre que registra la dissipació i la resistència.
Amplificadors i làsers de fibra òptica
Aquest és el producte més avançat desenvolupat sobre la base de la tecnologia de fibra òptica. A diferència d' altres tipus de làsers, l'ús de filaments òptics permet crear dispositius compactes i alhora eficients. En particular, la tecnologia de fibra òptica ha permès substituir els dispositius làser clàssics amb els següents avantatges:
- Eficiència del dissipador de calor.
- Radiació de sortida augmentada.
- Bombament efectiu.
- Alta fiabilitat i estabilitat del làser.
- Equip de baix pes.
Al seu torn, els amplificadors, segons el tipus, també es poden utilitzar a les línies de xarxa domèstica, augmentant el rendiment de la línia de fibra principal. Tanmateix, val la pena considerar l'abast del funcionament de la fibra amb més detall.
Per a què serveix la fibra òptica?
Hi ha diverses àrees en què s'utilitzen materials de fibra òptica. Aquest és l'àmbit d'ús domèstic, equips de telecomunicacions i equips informàtics, així com nínxols altament especialitzats, incloses determinades àrees de la medicina. Per a cadascun d'aquests segments, es produeix una fibra òptica especial. L'aplicació com a mitjà típic de transmissió d'un senyal de TV o Internet, per exemple, es limita a models de plàstic barats de qualitat mitjana. Però per a equips làser i carsels dispositius mèdics utilitzen fibres de quars d' alta qualitat, que també inclouen modificadors addicionals.
Aplicació de la fibra òptica en medicina
Aquestes fibres es poden utilitzar en equips i instruments mèdics. La tecnologia estàndard suggereix la possibilitat d'introduir un dispositiu especial basat en fibres de llum refractada, que pot transmetre un senyal a una càmera de televisió externa que ja està al propi òrgan corporal. La fibra òptica s'utilitza en medicina i com a material d'il·luminació. Els dispositius equipats amb mòduls de fibra permeten il·luminar sense dolor les cavitats de l'estómac, la nasofaringe, etc.
Ús de fibra òptica en equips informàtics
Potser aquest és el nínxol més comú en què la fibra òptica ha trobat el seu lloc. Avui dia, les línies de comunicació entre dispositius individuals que transmeten informació ja no poden prescindir-ne. Per descomptat, això s'aplica a aquelles àrees en què és impossible o poc pràctic utilitzar connexions sense fil, que també estan substituint activament els cables com a tals. Per exemple, les empreses de telecomunicacions més grans estan instal·lant xarxes troncals interregionals que utilitzen fibra òptica. L'ús d'aquests canals per connectar equips perifèrics i consumidors habituals de serveis de telecomunicacions us permet optimitzar els costos financers del manteniment de la infraestructura de xarxa i també augmenta l'eficiència de la transmissió de dades en si.
Inconvenients de la fibra
Malauradament, els fils òptics no estan exempts de debilitats. Tot i que el manteniment d'aquest cablejat és més barat, per no parlar de l'absència de la necessitat d'actualitzacions freqüents, el cost del material en si és molt superior al dels mateixos homòlegs metàl·lics. A més, la fibra òptica i el seu ús en medicina és extremadament limitat a causa del contingut d'impureses de plom i zirconi en alguns aliatges, que són tòxics per als humans. Això s'aplica principalment als models de vidre de la més alta qualitat, no als de plàstic.
Producció de fibra òptica a Rússia
Com a part del programa de substitució d'importacions el 2015, es va obrir la planta de sistemes de fibra òptica a Mòrdovia. Aquesta és l'única empresa de la Federació Russa, que actualment està intentant satisfer les necessitats dels consumidors nacionals en fibra òptica en la mesura del possible. Fins al 2015, la indústria russa també es dedicava a la fabricació de materials de fibra òptica, però només en el marc de projectes específics individuals. La mateixa situació es manté fins a cert punt avui dia. Si una determinada empresa necessita fibra òptica i el seu ús en medicina o en el camp de les telecomunicacions està justificat econòmicament, hi ha moltes fàbriques que estan preparades per treballar en comandes especials de manera individual. Tanmateix, en un futur proper, només la planta de Mordovia produirà la producció en sèrie dels mateixos cables de fibra òptica. A més, encara no és capaç d'abastir el mercat d'acord amb el volum de demanda. Una proporció important de productes encara es compren als EUA i al Japó. I fins i tot els productes nacionals es produeixen d'importaciómatèries primeres.
Conclusió
Els productes de fibra òptica s'han anat formant com a segment de mercat des de fa uns 15-20 anys. Al llarg dels anys, el consumidor ha pogut apreciar els mèrits dels nous cables, però el progrés no s'atura. Amb la millora de les qualitats tècniques i físiques, també s'amplien les àrees d'aplicació del material. L'última fibra basada en la nanotecnologia, en particular, s'utilitza activament a la indústria del petroli i del gas i la indústria de defensa. Al seu torn, la fibra òptica no lineal està desenvolupant actualment només àrees conceptuals, però molt prometedores de la tecnologia. Entre ells hi ha polsos làser de compressió, solitons òptics, radiació òptica ultracurta, etc. Evidentment, a més de la recerca teòrica amb possibles descobriments i en el marc del coneixement purament científic, els nous desenvolupaments també permetran fer noves ofertes a consumidors de diferents nivells del mercat.
