Az optikai szálak példát mutatnak arra, hogy a tudományos ismeretek hogyan válnak technológiai fejlődésbe, végső soron megkönnyítve az átlagember életét. A száloptikát évek óta az elektromos jelek továbbítására szolgáló kommunikációs eszközökkel társították. Az emberi haj méretű vékony filamentek segítségével sokféle jel továbbítására alkalmas, amely a telefon, internetkapcsolat, TV stb. működéséhez szükséges. Természetesen nagy teljesítményének köszönhetően a száloptika nemcsak a háztartási igények.
Optikai jelátviteli technológia
Önmagában az optikai szálak jelfordítóként való használata csak egy részét képezi azoknak a feltárt ismereteknek, amelyeket a száloptika tudományos szekciójában tárnak fel. Ennek a területnek a szakemberei az információátadást és a fény terjedését tanulmányozzák, és egy összefüggésben, fényvezetőkkel egyesítve. Ez utóbbiakat fényelosztóként és információtovábbítóként is használják. A lézeres technológiák fejlesztésének modern trendjei egyébként a LED-eken alapulnak. Ebben az esetben egy másik kérdés érdekesebb - milyen jelenség az alapja a száloptikának? Ez a jelenséga (teljes) elektromágneses sugárzás belső visszaverődése a különböző törésmutatójú dielektrikumok határfelületén. Ráadásul az információhordozó egyáltalán nem elektromágneses jel, hanem kódolt fényáram. Az optikai kábelek hagyományos fémkábelekkel szembeni fölényének megértéséhez érdemes még egyszer utalni a sávszélességükre. A már említett szálszál, amelynek vastagsága nem haladja meg a 0,5 mm-t, olyan mennyiségű információt képes továbbítani, amelyet a hagyományos rézvezetékek csak 50 mm vastagságban szolgálnak ki.
Száloptikai gyártási módszerek
Két fő módszerrel lehet optikai szálat gyártani. Ez egy extrudálási és olvasztási technika előformák felhasználásával. Az első technológia lehetővé teszi az alacsony minőségű műanyag alapú anyagok előállítását, így ma gyakorlatilag nem használják. A második módszer a fő és a leghatékonyabb. Az előforma olyan előforma, amely szálak húzására tervezett szerkezetben van. A modern szabványok szerint az előformák akár több tíz méter magasak is lehetnek. Kívülről ez egy körülbelül 10 cm átmérőjű üvegrúd, amelyből a szál magja megolvad. A gyártási folyamat során a magot a szálkeverékkel együtt magas hőmérsékletre hevítik, majd a szálak keletkeznek. A kapott anyag hossza több kilométert is elérhet, bár az átmérő változatlan marad - automatizált szabályozók vezérlik. Attól függően, hogy a száloptikát hol fogják használni, az anyagKémiai és fizikai védelmet biztosító bevonatokkal előkezelhető. Ami magukat a filament keverékeket illeti, ezek általában olyan anyagokat tartalmaznak, mint a poliimid, akrilát és szilikon.
Fiber kialakítású jellemzők
A szál központi része a mag – a szál magja, amely működés közben fényt terjeszt. A magot megnövekedett fénytörési mutatók jellemzik, amelyet speciális adalékanyagokkal módosított üvegadalékolással érnek el. Például a szilícium-dioxid szálakhoz tipikus fénytörő komponenseket, például adalékanyagot használnak. A héj viszont számos feladatot lát el, amelyek közül a fő a mag közvetlen fizikai védelme. Ez a rész is biztosítja a fénytörés hatását, de minimális együtthatóval. A két anyag közötti határ egy fényvezető szerkezetet alkot, amely nem engedi, hogy a fény nagy része kikerüljön a magból. Azt is érdemes megjegyezni, hogy a száloptika alapjai a fényvezetők különféle fajtáira utalják az anyagot. Pontosabban dielektromos hullámvezetőkről beszélünk, amelyek fényjeleket továbbítanak.
Változatos optikai szálak
A legelterjedtebbek a kvarc-, műanyag- és fluorszálak. A kvarcszálak oxidolvadékokon vagy szerkezetükben hasonló anyagokon alapulnak, beleértve az adalékolt szilícium-oxidot is. Ez az alap lehetővé teszi rugalmas és hosszú szálak előállítását, amelyek különböznek egymástólés nagy mechanikai szilárdság. A műanyagszálas optika polimerekből készül, és amint azt már említettük, nem tudnak nagy teljesítményt nyújtani. Az ilyen szálak különösen nagy százalékban veszítenek adatvesztést, ami korlátozza használatukat az igényes területeken. Másrészt a műanyag szálak megfizethetősége fenntartja az anyag iránti keresletet a háztartási szegmensre fókuszáló irányokban. Ami a fluorid optikai anyagokat illeti, ezek alapja fluor-cirkonát és fluor-aluminát üveg. Ezek meglehetősen modern és technológiai megoldások az optikai kommunikáció biztosítására, de a szerkezet nehézfém-tartalma sem teszi lehetővé alkalmazásukat, például az orvosi iparban.
Fiber mérőberendezések
Az optikai szálas készletekben leggyakrabban használt berendezések az érzékelők és a Bragg-rácsok. A száloptikai érzékelők olyan eszközök, amelyek bizonyos értékek rögzítésére szolgálnak, amelyek az anyag pillanatnyi állapotát jellemzik. Például különböző érzékelők képesek érzékelni a mechanikai igénybevételt, hőmérsékletet, rezgést, nyomást és egyéb mennyiségeket. A Bragg-rács funkciójában közelebb áll az optikai jellemzőkhöz. Rögzíti az aperiodikus fénytörési zavart a szálmagban. Ez a mérés lehetővé teszi annak meghatározását, hogy az optikai szálak milyen hatékonyan továbbítják a jelet adott körülmények között. A szakértők optikai eszközöket is használnakreflektométer, amely a disszipációt és az ellenállást regisztrálja.
Száloptikai erősítők és lézerek
Ez a legfejlettebb száloptikai technológia alapján kifejlesztett termék. Más típusú lézerekkel ellentétben az optikai szálak használata lehetővé teszi kompakt és egyben hatékony eszközök létrehozását. A száloptikai technológia különösen lehetővé tette a klasszikus lézeres eszközök leváltását a következő előnyökkel:
- A hűtőborda hatékonysága.
- Megnövelt kimeneti sugárzás.
- Hatékony szivattyúzás.
- A lézer nagy megbízhatósága és stabilitása.
- Kis súlyú felszerelés.
Viszont az erősítők típustól függően az otthoni hálózati vonalakban is használhatók, növelve a fő optikai vonal teljesítményét. Érdemes azonban részletesebben megvizsgálni a szálas működési kört.
Mire használják a száloptikát?
Számos területen használnak száloptikai anyagokat. Ez a háztartási felhasználás, a távközlési berendezések és a számítástechnikai eszközök, valamint a magasan specializálódott rések területe, beleértve az orvostudomány egyes területeit. Ezen szegmensek mindegyikéhez speciális száloptikát gyártanak. A TV vagy internetes jelek átvitelének tipikus eszközeként való alkalmazás például az olcsó, közepes minőségű műanyag modellekre korlátozódik. De lézeres berendezésekhez és drágaAz orvosi eszközök kiváló minőségű kvarcszálakat használnak, amelyek további módosító anyagokkal is ellátva.
Optikai szálak alkalmazása az orvostudományban
Az ilyen szálak orvosi berendezésekben és műszerekben használhatók. A szabványos technológia egy olyan speciális, megtört fényszálakon alapuló eszköz bevezetésének lehetőségét javasolja, amely már magában a testszervben is képes jelet továbbítani egy külső televíziós kamerának. A száloptikát az orvostudományban és világítóanyagként használják. A rostmodulokkal felszerelt készülékek lehetővé teszik a gyomor, orrgarat stb. üregeinek fájdalommentes megvilágítását.
Optikai szálak használata számítógépes berendezésekben
Talán ez a leggyakoribb rés, amelyben az optikai szál megtalálta a helyét. Ma már nem nélkülözhetik az információkat továbbító, egyes eszközök közötti kommunikációs vonalak. Természetesen ez azokra a területekre vonatkozik, ahol lehetetlen vagy nem célszerű vezeték nélküli kapcsolatokat használni, amelyek szintén aktívan helyettesítik a kábeleket. Például a legnagyobb távközlési vállalatok száloptikát használó régiók közötti gerinchálózatokat fektetnek le. Az ilyen csatornák használata a perifériás berendezések és a távközlési szolgáltatások hétköznapi fogyasztóinak összekapcsolására lehetővé teszi a hálózati infrastruktúra fenntartásának pénzügyi költségeinek optimalizálását, valamint magának az adatátvitelnek a hatékonyságát.
A rost hátrányai
Sajnos az optikai szálak nem mentesek a gyenge pontoktól. Bár az ilyen vezetékek karbantartása olcsóbb, nem is beszélve a gyakori frissítések hiányáról, maga az anyag költsége sokkal magasabb, mint ugyanazon fém társaik. Ezenkívül a száloptika és annak orvosi felhasználása rendkívül korlátozott, mivel egyes ötvözetek ólom- és cirkónium-szennyeződései vannak, amelyek mérgezőek az emberre. Ez elsősorban a legjobb minőségű üvegmodellekre vonatkozik, nem a műanyagokra.
Optikai szál gyártása Oroszországban
Az import helyettesítési program részeként 2015-ben Mordvinában megnyílt az Optical Fiber Systems üzem. Ez az egyetlen olyan vállalkozás az Orosz Föderációban, amely jelenleg a lehető legnagyobb mértékben igyekszik kielégíteni a hazai fogyasztók optikai szálas igényeit. 2015-ig az orosz ipar is foglalkozott optikai anyagok gyártásával, de csak egyedi célzott projektek keretében. Ugyanez a helyzet bizonyos mértékig ma is fennáll. Ha egy adott cégnek száloptikára van szüksége, és ennek felhasználása a gyógyászatban vagy a telekommunikáció területén anyagilag indokolt, akkor sok olyan gyár van, amelyik kész egyedi megrendelésekre is dolgozni. A közeljövőben azonban csak a mordvai üzemben készülnek majd sorozatgyártásban ugyanazok az optikai kábelek. Ráadásul még nem tudja a kereslet mértékének megfelelően ellátni a piacot. A termékek jelentős részét továbbra is az Egyesült Államokból és Japánból vásárolják. És még a hazai termékeket is importból állítják előnyersanyagok.
Következtetés
A száloptikai termékek mintegy 15-20 éve alkotnak piaci szegmenst. Az évek során a fogyasztó képes volt értékelni az új kábelek előnyeit, de a fejlődés nem áll meg. A műszaki és fizikai tulajdonságok javulásával az anyag felhasználási területei is bővülnek. A nanotechnológián alapuló legújabb szálat különösen az olaj- és gáziparban, valamint a védelmi iparban használják aktívan. A nemlineáris száloptika viszont jelenleg csak koncepcionális, de nagyon ígéretes technológiai területeket fejleszt. Ezek között vannak kompressziós lézerimpulzusok, optikai szolitonok, ultrarövid optikai sugárzás stb. Nyilvánvaló, hogy a lehetséges felfedezéseket tartalmazó elméleti kutatások mellett és a tisztán tudományos ismeretek keretein belül az új fejlesztések is lehetővé teszik, hogy új ajánlatokat tegyenek a piacon a különböző szintű fogyasztók számára.
