Sợi quang học cung cấp một ví dụ về cách kiến thức khoa học chuyển thành tiến bộ công nghệ, cuối cùng làm cho cuộc sống của người bình thường trở nên dễ dàng hơn. Trong vài năm, sợi quang đã được kết hợp với các phương tiện liên lạc để truyền tín hiệu điện. Các sợi mảnh có kích thước bằng sợi tóc người có thể được sử dụng để truyền nhiều loại tín hiệu được yêu cầu để vận hành điện thoại, kết nối Internet, TV, v.v. Tất nhiên, do hiệu suất cao, sợi quang không chỉ được sử dụng trong nhu cầu trong nước.
Công nghệ truyền dẫn tín hiệu quang
Tự nó, việc sử dụng sợi quang làm bộ dịch tín hiệu chỉ là một phần của kiến thức đã được tiết lộ đang được khám phá trong phần khoa học về sợi quang. Các chuyên gia trong lĩnh vực này đang nghiên cứu việc truyền thông tin và truyền ánh sáng, và trong một bối cảnh, được thống nhất bởi các hướng dẫn ánh sáng. Loại thứ hai được sử dụng như là nhà phân phối ánh sáng và truyền thông tin. Nhân tiện, xu hướng hiện đại trong sự phát triển của công nghệ laser dựa trên đèn LED. Trong trường hợp này, một câu hỏi khác thú vị hơn - hiện tượng nào là cơ sở của sợi quang? Hiện tượng nàysự phản xạ bên trong của (tổng) bức xạ điện từ tại mặt phân cách giữa các chất điện môi có chiết suất khác nhau. Hơn nữa, sóng mang thông tin hoàn toàn không phải là một tín hiệu điện từ, mà là một thông lượng ánh sáng được mã hóa. Để hiểu mức độ vượt trội của cáp quang so với cáp kim loại truyền thống, một lần nữa cần đề cập đến băng thông của chúng. Chỉ sợi quang đã được đề cập, có độ dày không quá 0,5 mm, có khả năng truyền một lượng thông tin mà hệ thống dây đồng thông thường sẽ chỉ phục vụ với độ dày 50 mm.
Phương pháp chế tạo sợi quang
Có hai phương pháp chính để sản xuất sợi quang. Nó là một kỹ thuật đùn và nấu chảy bằng cách sử dụng phôi. Công nghệ đầu tiên giúp có thể thu được vật liệu chất lượng thấp dựa trên chất dẻo, vì vậy ngày nay nó thực tế không được sử dụng. Phương pháp thứ hai được coi là chính và hiệu quả nhất. Preform là một phôi trong một cấu trúc được thiết kế để vẽ các chủ đề. Theo tiêu chuẩn hiện đại, phôi có thể cao tới vài chục mét. Nhìn bề ngoài, đây là một thanh thủy tinh có đường kính khoảng 10 cm, từ đó lấy lõi của sợi chỉ được nung chảy. Trong quá trình sản xuất, lõi, cùng với hỗn hợp cho sợi, được nung ở nhiệt độ cao, sau đó các sợi được hình thành. Chiều dài của vật liệu tạo thành có thể lên tới vài km, mặc dù đường kính không thay đổi - nó được kiểm soát bởi các bộ điều chỉnh tự động. Tùy thuộc vào nơi sợi quang sẽ được sử dụng, vật liệu choNó có thể được xử lý trước bằng các lớp phủ để bảo vệ vật lý và hóa học. Đối với bản thân hỗn hợp dây tóc, chúng thường bao gồm các vật liệu như polyimide, acrylate và silicone.
Tính năng thiết kế sợi
Phần trung tâm của sợi chỉ là lõi - chính lõi của sợi, sẽ lan truyền ánh sáng trong quá trình hoạt động. Phần lõi được đặc trưng bởi chỉ số khúc xạ ánh sáng tăng lên, đạt được bằng cách sử dụng pha tạp thủy tinh với sự thay đổi bằng các chất phụ gia đặc biệt. Ví dụ, các thành phần khúc xạ điển hình như chất pha tạp được sử dụng cho sợi silica. Đổi lại, shell thực hiện một số nhiệm vụ, trong đó chính là bảo vệ vật lý trực tiếp của lõi. Phần này cũng cung cấp hiệu ứng khúc xạ, nhưng với một hệ số tối thiểu. Ranh giới giữa hai vật liệu tạo thành cấu trúc dẫn sáng không cho phép phần lớn ánh sáng thoát ra khỏi lõi. Cũng cần lưu ý rằng những điều cơ bản của sợi quang học liên quan đến vật liệu là nhiều loại dẫn hướng ánh sáng. Nói chính xác hơn, chúng ta đang nói về ống dẫn sóng điện môi truyền tín hiệu ánh sáng.
Các loại sợi quang
Phổ biến nhất là thạch anh, nhựa và sợi florua. Các sợi thạch anh dựa trên sự nóng chảy oxit hoặc các vật liệu có cấu trúc tương tự, bao gồm cả oxit silic được pha tạp chất. Lớp nền này có thể tạo ra các sợi dài và mềm dẻo khác nhau ởvà độ bền cơ học cao. Sợi quang học bằng nhựa được làm từ polyme và, như đã được lưu ý, không thể cung cấp hiệu suất cao. Đặc biệt, các luồng như vậy có tỷ lệ mất dữ liệu cao, điều này làm hạn chế việc sử dụng chúng trong các khu vực khắt khe. Mặt khác, khả năng chi trả của sợi nhựa khiến nhu cầu đối với vật liệu này theo hướng tập trung vào phân khúc hộ gia đình. Đối với vật liệu quang học fluoride, cơ sở của chúng dựa trên kính fluorozirconate và fluoroaluminate. Đây là những giải pháp công nghệ và hiện đại để cung cấp thông tin liên lạc quang học, nhưng hàm lượng kim loại nặng trong cấu trúc cũng không cho phép sử dụng chúng, chẳng hạn như trong ngành y tế.
Thiết bị đo sợi
Thiết bị phổ biến nhất được sử dụng trong bộ dụng cụ cáp quang là cảm biến và lưới Bragg. Cảm biến sợi quang là thiết bị được thiết kế để cố định các giá trị nhất định đặc trưng cho trạng thái của vật liệu tại thời điểm hiện tại. Ví dụ, các cảm biến khác nhau có thể phát hiện ứng suất cơ học, nhiệt độ, độ rung, áp suất và các đại lượng khác. Cách tử Bragg về chức năng của nó gần với các đặc tính quang học hơn. Nó khắc phục sự rối loạn khúc xạ không theo chu kỳ trong lõi sợi quang. Phép đo này cho phép bạn xác định mức độ hiệu quả của sợi quang trong việc truyền tín hiệu trong các điều kiện cụ thể. Ngoài ra, các chuyên gia sử dụng quang họcmáy đo phản xạ ghi lại sự tiêu tán và điện trở.
Bộ khuếch đại sợi quang và laser
Đây là sản phẩm tiên tiến nhất được phát triển trên nền tảng công nghệ sợi quang học. Không giống như các loại laser khác, việc sử dụng các sợi quang học giúp chúng ta có thể tạo ra các thiết bị nhỏ gọn và đồng thời hiệu quả. Đặc biệt, công nghệ sợi quang đã có thể thay thế các thiết bị laser cổ điển với những ưu điểm vượt trội sau:
- Hiệu quả của tản nhiệt.
- Tăng bức xạ đầu ra.
- Bơm hiệu quả.
- Độ tin cậy và độ ổn định cao của tia laser.
- Thiết bị trọng lượng thấp.
Đến lượt nó, bộ khuếch đại, tùy theo loại, cũng có thể được sử dụng trong đường dây mạng gia đình, làm tăng hiệu suất của đường dây cáp quang chính. Tuy nhiên, phạm vi hoạt động của sợi quang đáng được xem xét chi tiết hơn.
Sợi quang được sử dụng để làm gì?
Có một số lĩnh vực sử dụng vật liệu sợi quang. Đây là lĩnh vực sử dụng trong nước, thiết bị viễn thông và thiết bị máy tính, cũng như các ngách chuyên môn cao, bao gồm một số lĩnh vực y học. Đối với mỗi phân đoạn này, sợi quang học đặc biệt được sản xuất. Ví dụ, ứng dụng như một phương tiện điển hình để truyền tín hiệu TV hoặc Internet chỉ giới hạn ở các mẫu nhựa rẻ tiền có chất lượng trung bình. Nhưng đối với thiết bị laser và đắt tiềncác thiết bị y tế sử dụng sợi thạch anh chất lượng cao, cũng được cung cấp thêm các bộ điều chỉnh bổ sung.
Ứng dụng của cáp quang trong y học
Sợi như vậy có thể được sử dụng trong thiết bị và dụng cụ y tế. Công nghệ tiêu chuẩn cho thấy khả năng giới thiệu một thiết bị đặc biệt dựa trên các sợi ánh sáng khúc xạ, có thể truyền tín hiệu đến một camera truyền hình bên ngoài đã có trong chính cơ quan của cơ thể. Sợi quang được sử dụng trong y học và làm vật liệu chiếu sáng. Các thiết bị được trang bị mô-đun sợi quang giúp bạn có thể chiếu sáng các khoang của dạ dày, vòm họng, v.v. một cách dễ dàng.
Sử dụng cáp quang trong thiết bị máy tính
Có lẽ đây là ngách phổ biến nhất mà sợi quang đã tìm được vị trí của mình. Ngày nay, các đường dây liên lạc giữa các thiết bị riêng lẻ để truyền thông tin không còn có thể thực hiện được nếu không có nó. Tất nhiên, điều này áp dụng cho những khu vực không thể hoặc không thực tế khi sử dụng kết nối không dây, những nơi cũng đang tích cực thay thế các loại cáp như vậy. Ví dụ, các công ty viễn thông lớn nhất đang đặt các mạng đường trục liên vùng sử dụng cáp quang. Việc sử dụng các kênh như vậy để kết nối thiết bị ngoại vi và người tiêu dùng thông thường sử dụng dịch vụ viễn thông cho phép bạn tối ưu hóa chi phí tài chính để duy trì cơ sở hạ tầng mạng, đồng thời cũng tăng hiệu quả truyền dữ liệu.
Nhược điểm của sợi
Thật không may, chủ đề quang học không phải là không có điểm yếu. Mặc dù việc bảo trì hệ thống dây điện như vậy rẻ hơn, chưa kể đến việc không cần cập nhật thường xuyên, giá thành của vật liệu cao hơn nhiều so với các loại dây kim loại tương tự. Ngoài ra, sợi quang học và việc sử dụng nó trong y tế là rất hạn chế do hàm lượng chì và tạp chất zirconium trong một số hợp kim, là những chất độc đối với con người. Điều này chủ yếu áp dụng cho các mẫu kính chất lượng cao nhất, không áp dụng cho các mẫu bằng nhựa.
Sản xuất sợi quang ở Nga
Nằm trong chương trình thay thế nhập khẩu vào năm 2015, nhà máy Hệ thống cáp quang đã được khai trương tại Mordovia. Đây là doanh nghiệp duy nhất ở Liên bang Nga hiện đang cố gắng đáp ứng nhu cầu về cáp quang của người tiêu dùng trong nước trong phạm vi có thể. Cho đến năm 2015, ngành công nghiệp Nga cũng tham gia vào sản xuất vật liệu sợi quang, nhưng chỉ trong khuôn khổ các dự án mục tiêu riêng lẻ. Tình trạng tương tự vẫn tiếp diễn ở một mức độ nào đó cho đến ngày nay. Nếu một công ty nào đó cần sợi quang và việc sử dụng nó trong y tế hoặc trong lĩnh vực viễn thông là hợp lý về mặt tài chính, thì sẽ có nhiều nhà máy sẵn sàng làm việc theo những đơn đặt hàng đặc biệt như vậy trên cơ sở cá nhân. Tuy nhiên, trong tương lai gần, sẽ chỉ có nhà máy Mordovian sản xuất nối tiếp các loại cáp quang giống nhau. Hơn nữa, chưa thể cung ứng cho thị trường theo lượng cầu. Một tỷ lệ đáng kể các sản phẩm vẫn được mua từ Mỹ và Nhật Bản. Và ngay cả những sản phẩm trong nước cũng được sản xuất trên nền nhập khẩunguyên liệu.
Kết
Sản phẩm cáp quang đã hình thành một phân khúc thị trường trong khoảng 15-20 năm. Trong những năm qua, người tiêu dùng đã có thể đánh giá cao giá trị của các loại cáp mới, nhưng sự tiến bộ không hề đứng yên. Với sự cải thiện về chất lượng kỹ thuật và thể chất, các lĩnh vực ứng dụng của vật liệu cũng được mở rộng. Đặc biệt, loại sợi mới nhất dựa trên công nghệ nano được sử dụng tích cực trong ngành công nghiệp dầu khí và công nghiệp quốc phòng. Ngược lại, sợi quang phi tuyến hiện chỉ đang phát triển các lĩnh vực công nghệ mang tính khái niệm, nhưng rất hứa hẹn. Trong số đó có các xung laser nén, soliton quang học, bức xạ quang siêu ngắn, v.v. Rõ ràng, ngoài việc nghiên cứu lý thuyết với những khám phá có thể có và trong khuôn khổ kiến thức khoa học thuần túy, những phát triển mới cũng sẽ giúp bạn có thể đưa ra những ưu đãi mới cho người tiêu dùng ở các cấp độ khác nhau trên thị trường.
