Что такое оптическое волокно?
Оптическое волокно или оптическое волокно представляет собой тонкое, гибкое, прозрачное волокно, которое действует как волновод или «световая труба» для передачи света между двумя концами волокна. Область прикладной науки и техники, связанная с проектированием и применением оптических волокон, известна как волоконная оптика. Оптические волокна широко используются в волоконно-оптической связи, что позволяет передавать данные на большие расстояния и с более высокой пропускной способностью (скоростью передачи данных), чем другие формы связи. Волокна используются вместо металлических проводов, потому что сигналы проходят по ним с меньшими потерями, а также невосприимчивы к электромагнитным помехам. Волокна также используются для освещения и обернуты в пучки, чтобы их можно было использовать для переноса изображений, что позволяет просматривать в ограниченном пространстве. Специально разработанные волокна используются для множества других применений, включая датчики и волоконные лазеры.
Оптическое волокно состоит из светопропускающего прозрачного материала сердечника, покрытого материалом с более низким показателем преломления. Кварцевое стекло является наиболее распространенным материалом для оптических волокон. Оптические волокна имеют небольшой размер и легкий вес, совместимы с текстильными нитями и легко встраиваются или даже вплетаются в ТСК, они являются наиболее перспективной средой для формирования сенсорной сети.
Они подразделяются на три группы в зависимости от типа материала сердечника: кварцевые, многокомпонентные и пластиковые оптические волокна (POF).
Обычно оптическое волокно состоит из сердечника, окруженного оболочкой, показатель преломления которой немного меньше, чем у сердечника. В процессе волочения оптическое волокно покрывается защитным слоем полимера.
Кварцевое оптическое волокно используется для оптической связи на большие расстояния, включая магистральные линии общего пользования, поскольку его потери при передаче составляют всего 1 дБ/км или ниже. Многокомпонентное оптическое волокно используется для связи на средние расстояния 1-2 км, включая локальные вычислительные сети (ЛВС) на заводах и оптоволоконных прицелах. Стекловолокно имеет недостаток, заключающийся в том, что его обработка требует большого мастерства, потому что оно дорогое, хрупкое и трудно поддается обработке. Между тем, пластиковое оптическое волокно имеет преимущества в том, что оно недорогое, гибкое, легкое и простое в обработке, хотя потери при передаче достигают 120–130 дБ/км. Поэтому он широко используется для волноводов на короткие расстояния, включая оптические датчики, оптическую передачу в оборудовании, мобильную оптическую связь и дисплей.
Оптические волокна изготавливаются из стекла или пластика и обладают высокой оптической прозрачностью. Свет проходит через волокно на большие расстояния за счет отражения и сохраняет свою люминесценцию. Сигналы могут передаваться как в аналоговой, так и в цифровой форме внутри машины или от одной машины к другой.
Свойства оптического волокна:
- Светоизлучающий в различных цветах
- Хрупкий, поэтому такие волокна заключены в стальную проволоку
- Стирающийся
Использование оптического волокна:
волокна широко используются в освещении. Они используются в качестве световодов в медицинских и других приложениях, где яркий свет должен быть направлен на цель без четкого пути прямой видимости. В некоторых зданиях оптические волокна используются для направления солнечного света с крыши в другие части здания. Оптоволоконная подсветка также используется для декоративных применений, включая вывески, произведения искусства и искусственные елки. Бутики Swarovski используют оптические волокна для освещения своих витрин из хрусталя под разными углами, используя только один источник света. Оптическое волокно является неотъемлемой частью светопропускающего бетонного строительного продукта LiTraCon.
Оптическое волокно также используется в оптике визуализации. Когерентный пучок волокон используется, иногда вместе с линзами, для длинного тонкого устройства визуализации, называемого эндоскопом, которое используется для просмотра объектов через небольшое отверстие. Медицинские эндоскопы используются для малоинвазивных исследовательских или хирургических процедур (эндоскопия). Промышленные эндоскопы используются для осмотра чего-либо труднодоступного, например, салонов реактивных двигателей.
В спектроскопии пучки оптических волокон используются для передачи света от спектрометра к веществу, которое не может быть помещено внутрь самого спектрометра, чтобы проанализировать его состав. Спектрометр анализирует вещества, отражая свет от них и через них. Используя волокна, спектрометр можно использовать для изучения объектов, которые слишком велики, чтобы поместиться внутри, или газов, или реакций, которые происходят в сосудах под давлением.
Оптическое волокно, легированное некоторыми редкоземельными элементами, такими как эрбий, может использоваться в качестве усиливающей среды лазера или оптического усилителя. Оптические волокна, легированные редкоземельными элементами, могут использоваться для усиления сигнала путем сращивания короткого участка легированного волокна в регулярную (нелегированную) оптоволоконную линию. Легированное волокно оптически накачивается второй длиной волны лазера, которая соединяется с линией в дополнение к сигнальной волне. Обе длины волн света передаются через легированное волокно, которое передает энергию от второй длины волны накачки к сигнальной волне. Процессом, вызывающим усиление, является стимулированное излучение.
Оптические волокна, легированные сдвигом длины волны, используются для сбора сцинтилляционного света в физических экспериментах. Оптическое волокно может использоваться для подачи низкого уровня мощности (около одного ватта) на электронику, находящуюся в сложной электрической среде. Примерами этого являются электроника в мощных антенных элементах и измерительные устройства, используемые в высоковольтном передающем оборудовании.
Растущей тенденцией в железных прицелах для оружия является использование коротких кусков оптического волокна для точек контрастного усиления, сделанных таким образом, что окружающий свет, падающий на длину волокна, концентрируется на кончике, делая точки немного ярче, чем окружение. Этот метод чаще всего используется в мушках, но многие производители предлагают прицелы, в которых используется оптоволокно на мушке и целике. Волоконно-оптические прицелы теперь можно найти на пистолетах, винтовках и дробовиках, как в качестве аксессуаров вторичного рынка, так и на растущем числе заводского оружия.
Оптические волокна используются в продуктах безопасности, таких как жилеты и дорожные знаки. Платья (волоконно-оптическое платье Хусейна Чалаяна), рубашки и мониторы здоровья, например, сердцебиение, температура тела, дети, восприимчивые к SID. Использование также включает мягкую мебель, такую как шторы, изголовья кроватей и подушки. Другие области применения включают зонтики и гибкие экраны для отображения графики и текста, используемые на куртках, рюкзаках и т. Д.