Оптикалық талшықтар ғылыми білімнің технологиялық прогреске қалай айналатынын, сайып келгенде қарапайым адамның өмірін жеңілдететінінің мысалын береді. Бірнеше жылдар бойы талшықты оптика электр сигналдарын беруге арналған байланыс құралдарымен байланысты болды. Көлемі адам шашындай жұқа жіптер телефонды, интернетке қосылуды, теледидарды және т.б. жұмыс істеуге қажетті сигналдардың кең ауқымын беру үшін пайдаланылуы мүмкін. Әрине, жоғары өнімділігінің арқасында талшықты оптика тек ішкі қажеттіліктер.
Оптикалық сигнал беру технологиясы
Оптикалық талшықты сигнал аудармашысы ретінде пайдаланудың өзі талшықты оптиканың ғылыми бөлімінде зерттелетін ашылған білімнің бір бөлігі ғана. Бұл саланың мамандары ақпараттың берілуі мен жарықтың таралуын және бір контексте жарық жетекшілерімен біріктірілгенін зерттейді. Соңғылары жарық таратушы ретінде де, ақпарат таратқыш ретінде де қолданылады. Айтпақшы, лазерлік технологияларды дамытудың заманауи үрдістері жарықдиодты шамдарға негізделген. Бұл жағдайда тағы бір сұрақ қызықтырақ - талшықты оптиканың негізі қандай құбылыс? Бұл құбылысәртүрлі сыну көрсеткіштері бар диэлектриктер арасындағы шекарадағы (жалпы) электромагниттік сәулеленудің ішкі шағылысуы. Оның үстіне ақпарат тасымалдаушы мүлдем электромагниттік сигнал емес, кодталған жарық ағыны. Талшықты-оптикалық кабельдердің дәстүрлі металл кабельдерден артықшылығының дәрежесін түсіну үшін олардың өткізу қабілетіне тағы бір рет жүгінген жөн. Қалыңдығы 0,5 мм-ден аспайтын жоғарыда аталған талшықты жіп қарапайым мыс сымы тек 50 мм қалыңдықта жұмыс істейтіні туралы ақпараттың көлемін жіберуге қабілетті.
талшықты-оптикалық өндіру әдістері
Оптикалық талшықты өндірудің екі негізгі әдісі бар. Бұл преформаларды қолдану арқылы экструзия және балқыту әдісі. Бірінші технология пластмасса негізінде төмен сапалы материал алуға мүмкіндік береді, сондықтан бүгінгі күні ол іс жүзінде қолданылмайды. Екінші әдіс негізгі және ең тиімді болып саналады. Алдын ала пішін - бұл жіптерді салуға арналған құрылымда болатын дайындама. Заманауи стандарттар бойынша преформалар биіктігі бірнеше ондаған метрге дейін жетуі мүмкін. Сыртқы жағынан, бұл диаметрі шамамен 10 см болатын шыны таяқша, одан жіптің өзегі балқытылған. Өндіріс процесінде өзек талшықтарға арналған қоспамен бірге жоғары температураға дейін қызады, содан кейін жіптер пайда болады. Алынған материалдың ұзындығы бірнеше километрге жетуі мүмкін, бірақ диаметрі өзгеріссіз қалады - оны автоматтандырылған реттегіштер басқарады. Талшықты оптика қайда қолданылатынына байланысты, материалОны химиялық және физикалық қорғауды қамтамасыз ететін жабындармен алдын ала өңдеуге болады. Жіп қоспаларының өздеріне келетін болсақ, олар әдетте полиимид, акрилат және силикон сияқты материалдарды қамтиды.
Талшықты дизайн мүмкіндіктері
Жіптің орталық бөлігі өзек – талшықтың ең өзегі, ол жұмыс кезінде жарық таратады. Өзек жарық сыну көрсеткіштерінің жоғарылауымен сипатталады, оған арнайы қоспалармен модификацияланған шыны қоспасын қолдану арқылы қол жеткізіледі. Мысалы, кремнеземдік талшықтар үшін қоспа сияқты типтік сыну компоненттері қолданылады. Өз кезегінде, қабық бірнеше тапсырмаларды орындайды, олардың негізгісі ядроның тікелей физикалық қорғанысы болып табылады. Бұл бөлік сыну әсерін де қамтамасыз етеді, бірақ минималды коэффициентпен. Екі материал арасындағы шекара жарықтың негізгі бөлігін ядродан шығаруға мүмкіндік бермейтін жарық бағыттаушы құрылымды құрайды. Сондай-ақ, талшықты оптиканың негіздері материалды жарық бағыттағыштарының сорттарына жатқызатынын атап өткен жөн. Дәлірек айтсақ, біз жарық сигналдарын жіберетін диэлектрлік толқын өткізгіштер туралы айтып отырмыз.
Оптикалық талшықтардың түрлері
Ең таралғандары кварц, пластмасса және фторидті талшықтар. Кварц жіптері оксид балқымаларына немесе құрылымы бойынша ұқсас материалдарға, соның ішінде легирленген кремний оксидіне негізделген. Бұл негіз икемді және ұзын талшықтарды өндіруге мүмкіндік береді, олар ерекшеленедіжәне жоғары механикалық беріктік. Пластикалық талшықты оптика полимерлерден жасалған және жоғарыда айтылғандай, жоғары өнімділікті қамтамасыз ете алмайды. Атап айтқанда, мұндай ағындар деректердің жоғалуының жоғары пайызына ие, бұл олардың талап етілетін аймақтарда қолданылуын шектейді. Екінші жағынан, пластикалық талшықтардың қолжетімділігі осы материалға сұранысты тұрмыстық сегментке бағытталған бағыттарда сақтайды. Фторидті оптикалық материалдарға келетін болсақ, олардың негізі фторцирконат пен фторалюминат көзілдіріктеріне негізделген. Бұл оптикалық байланысты қамтамасыз ету үшін өте заманауи және технологиялық шешімдер, бірақ құрылымдағы ауыр металдардың мөлшері де оларды, мысалы, медицина өнеркәсібінде пайдалануға мүмкіндік бермейді.
Талшықты өлшеу жабдығы
Оптикалық талшық жинақтарында қолданылатын ең көп таралған жабдық - сенсорлар мен Брегг торлары. Талшықты-оптикалық сенсорлар - бұл материалдың қазіргі күйін сипаттайтын белгілі бір мәндерді бекітуге арналған құрылғылар. Мысалы, әртүрлі сенсорлар механикалық кернеуді, температураны, дірілді, қысымды және басқа шамаларды анықтай алады. Брагг торы өз функциясы бойынша оптикалық сипаттамаларға жақынырақ. Ол талшық өзегіндегі апериодтық сыну бұзылыстарын түзетеді. Бұл өлшем талшықты оптиканың сигналды белгілі бір жағдайларда беруде қаншалықты тиімді екенін анықтауға мүмкіндік береді. Сондай-ақ, мамандар оптикалық құралдарды пайдаланадыдиссипация мен қарсылықты тіркейтін рефлектор.
талшықты-оптикалық күшейткіштер мен лазерлер
Бұл талшықты-оптикалық технология негізінде жасалған ең озық өнім. Лазердің басқа түрлерінен айырмашылығы, оптикалық жіптерді пайдалану ықшам және бір уақытта тиімді құрылғыларды жасауға мүмкіндік береді. Атап айтқанда, талшықты-оптикалық технология классикалық лазерлік құрылғыларды келесі артықшылықтармен ауыстыруға мүмкіндік берді:
- Жылу қабылдағыштың тиімділігі.
- Шығу радиациясының жоғарылауы.
- Тиімді сору.
- Лазердің жоғары сенімділігі мен тұрақтылығы.
- Төмен салмақты жабдық.
Өз кезегінде күшейткіштер түріне қарай негізгі талшықты желінің өнімділігін арттыра отырып, үй желісінің желілерінде де қолданылуы мүмкін. Дегенмен, талшықты пайдалану көлемін толығырақ қарастырған жөн.
Талшықты оптика не үшін қолданылады?
Талшықты-оптикалық материалдар қолданылатын бірнеше аумақтар бар. Бұл тұрмыстық қолдану саласы, телекоммуникациялық техника және компьютерлік техника, сонымен қатар медицинаның жекелеген салаларын қоса алғанда, жоғары мамандандырылған тауашалар. Осы сегменттердің әрқайсысы үшін арнайы оптикалық талшықтар шығарылады. Теледидарды немесе Интернет сигналын берудің әдеттегі құралы ретінде қолдану, мысалы, орташа сапалы арзан пластикалық модельдермен шектеледі. Бірақ лазерлік жабдық үшін және қымбатмедициналық құрылғылар қосымша модификаторлармен қамтамасыз етілген жоғары сапалы кварц талшықтарын пайдаланады.
Оптикалық талшықты медицинада қолдану
Мұндай талшықтарды медициналық жабдықтар мен аспаптарда қолдануға болады. Стандартты технология дене мүшесінің өзінде сыртқы теледидар камерасына сигнал жібере алатын сынған жарық талшықтарына негізделген арнайы құрылғыны енгізу мүмкіндігін ұсынады. Талшықты оптика медицинада және жарықтандыру материалы ретінде қолданылады. Талшықты модульдермен жабдықталған құрылғылар асқазан, мұрын-жұтқыншақ және т.б. қуыстарды ауыртпалықсыз жарықтандыруға мүмкіндік береді.
Компьютерлік жабдықта оптикалық талшықты пайдалану
Мүмкін бұл оптикалық талшық өз орнын тапқан ең көп таралған тауаша шығар. Бүгінгі күні ақпаратты тарататын жеке құрылғылар арасындағы байланыс желілері бұдан былай онсыз мүмкін емес. Әрине, бұл сымсыз қосылымдарды пайдалану мүмкін емес немесе мүмкін емес аймақтарға қатысты, олар да кабельдерді белсенді түрде ауыстырады. Мысалы, ірі телекоммуникациялық компаниялар талшықты оптиканы пайдаланатын өңіраралық магистральдық желілерді тартуда. Перифериялық жабдықты және телекоммуникация қызметтерінің қарапайым тұтынушыларын қосу үшін мұндай арналарды пайдалану желілік инфрақұрылымды ұстауға жұмсалатын қаржылық шығындарды оңтайландыруға мүмкіндік береді, сонымен қатар деректерді берудің өзі тиімділігін арттырады.
Талшықтың кемшіліктері
Өкінішке орай, оптикалық жіптердің әлсіз жақтары жоқ емес. Мұндай сымдарға қызмет көрсету арзанырақ болса да, жиі жаңарту қажеттілігінің жоқтығын айтпағанда, материалдың өзіндік құны бірдей металл аналогтарынан әлдеқайда жоғары. Сонымен қатар, талшықты оптика және оны медицинада қолдану адам үшін улы болып табылатын кейбір қорытпалардағы қорғасын мен цирконий қоспаларының болуына байланысты өте шектеулі. Бұл негізінен пластикалық емес, ең жоғары сапалы шыны үлгілерге қатысты.
Ресейде оптикалық талшықты өндіру
Импорт алмастыру бағдарламасы аясында 2015 жылы Мордовияда оптикалық талшықты жүйелер зауыты ашылды. Бұл қазіргі уақытта отандық тұтынушылардың оптикалық талшыққа деген сұранысын мүмкіндігінше қанағаттандыруға тырысып жатқан Ресей Федерациясындағы жалғыз кәсіпорын. 2015 жылға дейін Ресей өнеркәсібі талшықты-оптикалық материалдарды өндірумен де айналысты, бірақ тек жеке мақсатты жобалар шеңберінде ғана. Дәл осындай жағдай бүгінде белгілі бір деңгейде сақталуда. Белгілі бір компанияға талшықты оптика қажет болса және оны медицинада немесе телекоммуникация саласында пайдалану қаржылық тұрғыдан негізделген болса, онда мұндай арнайы тапсырыстар бойынша жеке негізде жұмыс істеуге дайын көптеген зауыттар бар. Дегенмен, жақын болашақта тек Мордовия зауыты ғана сол талшықты-оптикалық кабельдерді сериялық өндірумен айналысады. Оның үстіне сұраныс көлеміне сай нарықты әлі қамтамасыз ете алмай отыр. Өнімдердің едәуір бөлігі әлі де АҚШ пен Жапониядан сатып алынады. Тіпті отандық өнімдер импортта өндіріледішикізат.
Қорытынды
Талшықты-оптикалық өнімдер шамамен 15-20 жыл бойы нарық сегменті ретінде қалыптасып келеді. Осы жылдар ішінде тұтынушы жаңа кабельдердің артықшылықтарын бағалай алды, бірақ прогресс әлі де тұрмайды. Техникалық және физикалық сапалардың жетілдірілуімен материалдың қолдану аясы да кеңейіп келеді. Нанотехнологияға негізделген соңғы талшық, атап айтқанда, мұнай-газ өнеркәсібі мен қорғаныс өнеркәсібінде белсенді қолданылады. Өз кезегінде, сызықты емес талшықты оптика қазіргі уақытта технологияның тек тұжырымдамалық, бірақ өте перспективалы бағыттарын дамытуда. Олардың ішінде компрессиялық лазерлік импульстар, оптикалық солитондар, ультра қысқа оптикалық сәулелену және т.б. Әлбетте, ықтимал ашылулармен және таза ғылыми білім шеңберіндегі теориялық зерттеулерден басқа, жаңа әзірлемелер нарықтағы әртүрлі деңгейдегі тұтынушыларға жаңа ұсыныстар жасауға мүмкіндік береді.
