Fibrat optike ofrojnë një shembull se si njohuritë shkencore përkthehen në përparimin teknologjik, duke e bërë më në fund jetën më të lehtë për një person mesatar. Për disa vite, fibra optike është shoqëruar me mjete komunikimi për transmetimin e sinjaleve elektrike. Filamentet e hollë me madhësinë e një floku njeriu mund të përdoren për të transmetuar një gamë të gjerë sinjalesh që nevojiten për të përdorur një telefon, lidhje interneti, televizor etj. Sigurisht, për shkak të performancës së lartë, fibra optike ka gjetur përdorim jo vetëm në nevojat e brendshme.
Teknologjia e transmetimit të sinjalit optik
Në vetvete, përdorimi i fibrës optike si përkthyes sinjalesh është vetëm një pjesë e njohurive të zbuluara që po eksplorohen në seksionin shkencor të fibrave optike. Specialistët në këtë fushë po studiojnë transmetimin e informacionit dhe përhapjen e dritës, dhe në një kontekst, të bashkuar nga udhëzuesit e dritës. Këta të fundit përdoren si shpërndarës të dritës dhe si transmetues informacioni. Nga rruga, tendencat moderne në zhvillimin e teknologjive lazer bazohen në LED. Në këtë rast, një pyetje tjetër është më interesante - cili fenomen është baza e fibrave optike? Ky fenomenreflektimi i brendshëm i rrezatimit (total) elektromagnetik në ndërfaqen ndërmjet dielektrikëve që kanë indekse të ndryshme thyese. Për më tepër, bartësi i informacionit nuk është aspak një sinjal elektromagnetik, por një fluks drite i koduar. Për të kuptuar shkallën e epërsisë së kabllove me fibra optike ndaj kabllove tradicionale metalike, ia vlen t'i referohemi edhe një herë gjerësisë së brezit të tyre. Fije fibër e përmendur tashmë, trashësia e së cilës nuk është më shumë se 0,5 mm, është në gjendje të transmetojë një sasi informacioni që instalimet elektrike të zakonshme të bakrit do të shërbejnë vetëm me një trashësi prej 50 mm.
Metodat e fabrikimit me fibra optike
Ekzistojnë dy metoda kryesore me të cilat mund të prodhohet fibra optike. Është një teknikë e nxjerrjes dhe shkrirjes duke përdorur preforma. Teknologjia e parë bën të mundur marrjen e materialit me cilësi të ulët të bazuar në plastikë, kështu që sot praktikisht nuk përdoret. Metoda e dytë konsiderohet kryesore dhe më efektive. Një paraformë është një paraformë që është në një strukturë të krijuar për vizatimin e fijeve. Sipas standardeve moderne, paraformat mund të jenë deri në disa dhjetëra metra lartësi. Nga pamja e jashtme, kjo është një shufër qelqi me një diametër prej rreth 10 cm, nga e cila shkrihet thelbi i fillit. Gjatë procesit të prodhimit, bërthama, së bashku me përzierjen për fibrat, nxehet në temperatura të larta, pas së cilës formohen filamentet. Gjatësia e materialit që rezulton mund të arrijë disa kilometra, megjithëse diametri mbetet i pandryshuar - ai kontrollohet nga rregullatorë të automatizuar. Varësisht se ku do të përdoret fibra optike, materiali përMund të para-trajtohet me veshje që ofrojnë mbrojtje kimike dhe fizike. Sa i përket vetë përzierjeve të filamentit, ato zakonisht përfshijnë materiale të tilla si poliimidi, akrilat dhe silikoni.
Veçoritë e dizajnit të fibrave
Pjesa qendrore e fillit është thelbi - vetë thelbi i fibrës, i cili do të përhapë dritën gjatë funksionimit. Bërthama karakterizohet nga rritja e indekseve refraktive të dritës, e cila arrihet duke përdorur doping xhami me modifikim nga aditivë të veçantë. Për shembull, komponentët tipikë thyes si një dopant përdoren për fibrat silicë. Nga ana tjetër, guaska kryen disa detyra, kryesore prej të cilave është mbrojtja e drejtpërdrejtë fizike e bërthamës. Kjo pjesë siguron edhe efektin e thyerjes, por me një koeficient minimal. Kufiri midis dy materialeve formon një strukturë udhëzuese të lehtë që nuk lejon që pjesa më e madhe e dritës të largohet nga bërthama. Vlen gjithashtu të përmendet se bazat e fibrave optike i referohen materialit varieteteve të udhëzuesve të dritës. Për të qenë më të saktë, ne po flasim për valët dielektrike që transmetojnë sinjale drite.
Llojet e fibrave optike
Më të zakonshmet janë fijet kuarci, plastika dhe fluori. Filamentet e kuarcit bazohen në shkrirjet e oksideve ose materiale të ngjashme në strukturë, duke përfshirë oksidin e silikonit të dopuar. Kjo bazë bën të mundur prodhimin e fibrave fleksibël dhe të gjatë që ndryshojnë nëdhe forcë të lartë mekanike. Fibra optike plastike është bërë nga polimere dhe, siç u përmend tashmë, nuk mund të sigurojë performancë të lartë. Në veçanti, temat e tilla kanë një përqindje të lartë të humbjes së të dhënave, gjë që kufizon përdorimin e tyre në zona kërkuese. Nga ana tjetër, përballueshmëria e fibrave plastike e mban kërkesën për këtë material në drejtimet e fokusuara në segmentin e amvisërisë. Për sa u përket materialeve optike me fluor, baza e tyre bazohet në gotat fluorozirkonate dhe fluoroaluminate. Këto janë zgjidhje mjaft moderne dhe teknologjike për sigurimin e komunikimit optik, por edhe përmbajtja e metaleve të rënda në strukturë nuk lejon përdorimin e tyre, për shembull, në industrinë mjekësore.
Pajisje matëse me fibra
Pajisjet më të zakonshme të përdorura në kompletet e fibrave optike janë sensorët dhe grilat Bragg. Sensorët e fibrave optike janë pajisje të dizajnuara për të rregulluar vlera të caktuara që karakterizojnë gjendjen e materialit në këtë moment. Për shembull, sensorë të ndryshëm mund të zbulojnë stresin mekanik, temperaturën, dridhjet, presionin dhe sasi të tjera. Grila Bragg në funksionin e saj është më afër karakteristikave optike. Rregullon një shqetësim aperiodik të thyerjes në bërthamën e fibrës. Kjo matje ju lejon të përcaktoni se sa efikase është fibra optike në transmetimin e një sinjali në kushte specifike. Gjithashtu, ekspertët përdorin optikereflektometri që regjistron shpërndarjen dhe rezistencën.
Përforcues dhe lazer me fibër optike
Ky është produkti më i avancuar i zhvilluar në bazë të teknologjisë së fibrave optike. Ndryshe nga llojet e tjera të laserëve, përdorimi i fijeve optike bën të mundur krijimin e pajisjeve kompakte dhe në të njëjtën kohë efikase. Në veçanti, teknologjia e fibrave optike ka bërë të mundur zëvendësimin e pajisjeve klasike lazer me përparësitë e mëposhtme:
- Efikasiteti i ftohësit.
- Rritja e rrezatimit dalës.
- Pompim efektiv.
- Besueshmëri dhe qëndrueshmëri e lartë e lazerit.
- Pajisje me peshë të ulët.
Nga ana tjetër, amplifikatorët, në varësi të llojit, mund të përdoren edhe në linjat e rrjetit shtëpiak, duke rritur performancën e linjës kryesore të fibrave. Megjithatë, qëllimi i funksionimit të fibrave vlen të merret në konsideratë më në detaje.
Për çfarë përdoret fibra optike?
Ka disa fusha në të cilat përdoren materialet e fibrave optike. Kjo është sfera e përdorimit shtëpiak, pajisjet e telekomunikacionit dhe pajisjet kompjuterike, si dhe nyjet shumë të specializuara, duke përfshirë fusha të caktuara të mjekësisë. Për secilin prej këtyre segmenteve prodhohen fibra optike speciale. Përdorimi si një mjet tipik për transmetimin e një sinjali televiziv ose interneti, për shembull, kufizohet në modele plastike të lira me cilësi mesatare. Por për pajisjet lazer dhe të shtrenjtapajisjet mjekësore përdorin fibra kuarci me cilësi të lartë, të pajisura edhe me modifikues shtesë.
Aplikimi i fibrës optike në mjekësi
Fibra të tilla mund të përdoren në pajisjet dhe instrumentet mjekësore. Teknologjia standarde sugjeron mundësinë e futjes së një pajisjeje të veçantë të bazuar në fibrat e dritës të përthyera, e cila mund të transmetojë një sinjal në një kamerë të jashtme televizive tashmë në vetë organin e trupit. Fibra optike përdoret në mjekësi dhe si material ndriçues. Pajisjet e pajisura me module fibrash bëjnë të mundur ndriçimin pa dhimbje të zgavrave të stomakut, nazofaringut etj.
Përdorimi i fibrës optike në pajisjet kompjuterike
Ndoshta kjo është hapësira më e zakonshme në të cilën fibra optike ka gjetur vendin e saj. Sot, linjat e komunikimit midis pajisjeve individuale që transmetojnë informacion nuk mund të bëjnë më pa të. Sigurisht, kjo vlen për ato zona në të cilat është e pamundur ose jopraktike të përdoren lidhjet me valë, të cilat gjithashtu po zëvendësojnë në mënyrë aktive kabllot si të tilla. Për shembull, kompanitë më të mëdha të telekomunikacionit po krijojnë rrjete shtytëse ndërrajonale që përdorin fibra optike. Përdorimi i kanaleve të tilla për lidhjen e pajisjeve periferike dhe konsumatorëve të zakonshëm të shërbimeve të telekomunikacionit ju lejon të optimizoni kostot financiare të mirëmbajtjes së infrastrukturës së rrjetit, dhe gjithashtu rrit efikasitetin e vetë transmetimit të të dhënave.
Disavantazhet e fibrave
Fatkeqësisht, fijet optike nuk janë pa dobësi. Megjithëse mirëmbajtja e instalimeve elektrike të tilla është më e lirë, për të mos përmendur mungesën e nevojës për përditësime të shpeshta, kostoja e vetë materialit është shumë më e lartë se të njëjtat homologë metalikë. Përveç kësaj, fibra optike dhe përdorimi i saj në mjekësi është jashtëzakonisht i kufizuar për shkak të përmbajtjes së papastërtive të plumbit dhe zirkonit në disa lidhje, të cilat janë toksike për njerëzit. Kjo vlen kryesisht për modelet e xhamit të cilësisë më të lartë, jo ato plastike.
Prodhimi i fibrave optike në Rusi
Si pjesë e programit të zëvendësimit të importit në 2015, u hap fabrika e Sistemeve të Fibrave Optike në Mordovia. Kjo është e vetmja ndërmarrje në Federatën Ruse, e cila aktualisht po përpiqet të plotësojë nevojat e konsumatorëve vendas për fibra optike në masën e mundshme. Deri në vitin 2015, industria ruse ishte gjithashtu e angazhuar në prodhimin e materialeve me fibra optike, por vetëm në kuadër të projekteve individuale të synuara. E njëjta situatë vazhdon deri diku edhe sot. Nëse një kompani e caktuar ka nevojë për fibra optike dhe përdorimi i saj në mjekësi apo në fushën e telekomunikacionit është financiarisht i justifikuar, atëherë ka shumë fabrika që janë të gatshme të punojnë me porosi të tilla speciale në baza individuale. Megjithatë, në të ardhmen e afërt, vetëm uzina Mordoviane do të prodhojë prodhim serik të të njëjtave kabllo me fibra optike. Për më tepër, ajo ende nuk është në gjendje të furnizojë tregun në përputhje me vëllimin e kërkesës. Një pjesë e konsiderueshme e produkteve blihen ende nga SHBA dhe Japonia. Dhe madje edhe produktet vendase prodhohen në importlëndët e para.
Përfundim
Produktet me fibra optike janë formuar si segment tregu për rreth 15-20 vjet. Me kalimin e viteve, konsumatori ka qenë në gjendje të vlerësojë meritat e kabllove të reja, por përparimi nuk qëndron ende. Me përmirësimin e cilësive teknike dhe fizike, po zgjerohen edhe fushat e aplikimit të materialit. Fibra më e fundit e bazuar në nanoteknologji, në veçanti, përdoret në mënyrë aktive në industrinë e naftës dhe gazit dhe në industrinë e mbrojtjes. Nga ana tjetër, fibra optike jolineare aktualisht po zhvillon vetëm fusha konceptuale, por shumë premtuese të teknologjisë. Midis tyre janë impulset e laserit me kompresim, solitonet optike, rrezatimi optik ultrashkurtër etj. Natyrisht, krahas kërkimeve teorike me zbulime të mundshme dhe brenda kuadrit të njohurive thjesht shkencore, zhvillimet e reja do të bëjnë të mundur edhe ofrimin e ofertave të reja për konsumatorët e niveleve të ndryshme në treg.
