Optische vezels zijn een voorbeeld van hoe wetenschappelijke kennis zich verta alt in technologische vooruitgang, waardoor het leven van de gemiddelde persoon uiteindelijk gemakkelijker wordt. Sinds enkele jaren wordt glasvezel geassocieerd met communicatiemiddelen voor het verzenden van elektrische signalen. Dunne filamenten ter grootte van een mensenhaar kunnen worden gebruikt om een breed scala aan signalen te verzenden die nodig zijn om een telefoon, internetverbinding, tv, enz. huishoudelijke behoeften.
Optische signa altransmissietechnologie
Op zich is het gebruik van glasvezel als signaalvertaler slechts een deel van de onthulde kennis die wordt onderzocht in de wetenschappelijke sectie van glasvezel. Specialisten op dit gebied bestuderen de overdracht van informatie en de verspreiding van licht, en in één context verenigd door lichtgeleiders. Deze laatste worden zowel als verdelers van licht als als zenders van informatie gebruikt. Trouwens, moderne trends in de ontwikkeling van lasertechnologieën zijn gebaseerd op LED's. In dit geval is een andere vraag interessanter: welk fenomeen is de basis van glasvezel? Dit fenomeeninterne reflectie van (totale) elektromagnetische straling op het grensvlak tussen diëlektrica met verschillende brekingsindices. Bovendien is de informatiedrager helemaal geen elektromagnetisch signaal, maar een gecodeerde lichtstroom. Om de mate van superioriteit van glasvezelkabels ten opzichte van traditionele metalen kabels te begrijpen, is het de moeite waard om nogmaals te verwijzen naar hun bandbreedte. De reeds genoemde vezeldraad, waarvan de dikte niet meer dan 0,5 mm is, kan een hoeveelheid informatie verzenden die gewone koperen bedrading alleen kan dienen met een dikte van 50 mm.
Vezeloptische fabricagemethoden
Er zijn twee hoofdmethoden waarmee optische vezels kunnen worden vervaardigd. Het is een techniek van extrusie en smelten met behulp van preforms. De eerste technologie maakt het mogelijk om materiaal van lage kwaliteit op basis van kunststoffen te verkrijgen, dus tegenwoordig wordt het praktisch niet gebruikt. De tweede methode wordt als de belangrijkste en meest effectieve beschouwd. Een voorvorm is een voorvorm die zich in een structuur bevindt die is ontworpen voor het tekenen van draden. Volgens moderne maatstaven kunnen preforms tot enkele tientallen meters hoog zijn. Uiterlijk is dit een glazen staaf met een diameter van ongeveer 10 cm, waaruit de kern van de draad is gesmolten. Tijdens het fabricageproces wordt de kern, samen met het mengsel voor de vezels, verwarmd tot hoge temperaturen, waarna de filamenten worden gevormd. De lengte van het resulterende materiaal kan enkele kilometers bedragen, hoewel de diameter ongewijzigd blijft - het wordt geregeld door geautomatiseerde regelaars. Afhankelijk van waar de glasvezel wordt gebruikt, is het materiaal voorHet kan worden voorbehandeld met coatings die chemische en fysische bescherming bieden. Wat betreft de filamentmengsels zelf, deze bevatten meestal materialen zoals polyimide, acrylaat en siliconen.
Vezelontwerpkenmerken
Het centrale deel van de draad is de kern - de kern van de vezel, die tijdens bedrijf licht zal verspreiden. De kern wordt gekenmerkt door verhoogde lichtbrekingsindices, die wordt bereikt door glasdoping te gebruiken met modificatie door speciale additieven. Typische brekingscomponenten zoals een doteringsmiddel worden bijvoorbeeld gebruikt voor silicavezels. Op zijn beurt voert de shell verschillende taken uit, waarvan de belangrijkste de directe fysieke bescherming van de kern is. Dit deel geeft ook het effect van breking, maar met een minimale coëfficiënt. De grens tussen de twee materialen vormt een lichtgeleidingsstructuur waardoor het grootste deel van het licht niet uit de kern kan ontsnappen. Het is ook vermeldenswaard dat de basisprincipes van glasvezel het materiaal verwijzen naar verschillende soorten lichtgeleiders. Om preciezer te zijn, we hebben het over diëlektrische golfgeleiders die lichtsignalen uitzenden.
Rassen van optische vezels
De meest voorkomende zijn kwarts-, plastic- en fluoridevezels. Kwartsfilamenten zijn gebaseerd op oxidesmelten of materialen met een vergelijkbare structuur, inclusief gedoteerd siliciumoxide. Deze basis maakt het mogelijk om flexibele en lange vezels te produceren die verschillen inen hoge mechanische sterkte. Kunststofvezeloptica is gemaakt van polymeren en kan, zoals reeds opgemerkt, geen hoge prestaties leveren. Dergelijke threads hebben met name een hoog percentage gegevensverlies, wat het gebruik ervan in veeleisende gebieden beperkt. Anderzijds houdt de betaalbaarheid van kunststofvezels de vraag naar dit materiaal in de richtingen gericht op het huishoudelijke segment. Wat betreft optische fluoridematerialen, hun basis is gebaseerd op fluorzirconaat en fluoraluminaatglazen. Dit zijn vrij moderne en technologische oplossingen voor optische communicatie, maar het geh alte aan zware metalen in de structuur maakt het gebruik ervan in bijvoorbeeld de medische industrie ook niet mogelijk.
Vezel meetapparatuur
De meest gebruikte apparatuur in optische vezelkits zijn sensoren en Bragg-roosters. Glasvezelsensoren zijn apparaten die zijn ontworpen om bepaalde waarden vast te stellen die de toestand van het materiaal op dit moment kenmerken. Verschillende sensoren kunnen bijvoorbeeld mechanische spanning, temperatuur, trillingen, druk en andere grootheden detecteren. Het Bragg-rooster ligt in zijn functie dichter bij de optische kenmerken. Het corrigeert een aperiodieke brekingsverstoring in de vezelkern. Met deze meting kunt u bepalen hoe efficiënt glasvezel is in het doorgeven van een signaal onder bepaalde omstandigheden. Experts gebruiken ook optischereflectometer die dissipatie en weerstand registreert.
Glasvezelversterkers en lasers
Dit is het meest geavanceerde product dat is ontwikkeld op basis van glasvezeltechnologie. In tegenstelling tot andere soorten lasers, maakt het gebruik van optische filamenten het mogelijk om compacte en tegelijkertijd efficiënte apparaten te maken. Met name glasvezeltechnologie heeft het mogelijk gemaakt om klassieke laserapparaten te vervangen met de volgende voordelen:
- Efficiëntie van koellichaam.
- Verhoogde outputstraling.
- Effectief pompen.
- Hoge betrouwbaarheid en stabiliteit van de laser.
- Lage gewicht apparatuur.
Op hun beurt kunnen versterkers, afhankelijk van het type, ook worden gebruikt in thuisnetwerklijnen, waardoor de prestaties van de hoofdvezellijn toenemen. Het is echter de moeite waard om in meer detail te kijken naar de reikwijdte van de werking van de glasvezel.
Waar wordt glasvezel voor gebruikt?
Er zijn verschillende gebieden waarin glasvezelmaterialen worden gebruikt. Dit is het gebied van huishoudelijk gebruik, telecommunicatieapparatuur en computerapparatuur, evenals zeer gespecialiseerde niches, waaronder bepaalde medische gebieden. Voor elk van deze segmenten wordt speciale glasvezel geproduceerd. Toepassing als een typisch middel om bijvoorbeeld een tv- of internetsignaal door te geven, is beperkt tot goedkope plastic modellen van gemiddelde kwaliteit. Maar voor laserapparatuur en duurmedische apparaten maken gebruik van hoogwaardige kwartsvezels, ook voorzien van extra modifiers.
Toepassing van optische vezels in de geneeskunde
Dergelijke vezels kunnen worden gebruikt in medische apparatuur en instrumenten. Standaardtechnologie suggereert de mogelijkheid om een speciaal apparaat te introduceren op basis van gebroken lichtvezels, dat een signaal kan verzenden naar een externe televisiecamera die zich al in het lichaamsorgaan zelf bevindt. Glasvezel wordt gebruikt in de geneeskunde en als verlichtingsmateriaal. Apparaten die zijn uitgerust met vezelmodules maken het mogelijk om de holtes van de maag, nasopharynx, enz. pijnloos te verlichten.
Gebruik van optische vezels in computerapparatuur
Misschien is dit de meest voorkomende niche waarin glasvezel zijn plaats heeft gevonden. Tegenwoordig kunnen communicatielijnen tussen afzonderlijke apparaten die informatie verzenden, niet meer zonder. Dit geldt natuurlijk voor die gebieden waar het gebruik van draadloze verbindingen onmogelijk of onpraktisch is, die ook actief kabels als zodanig vervangen. Zo leggen de grootste telecommunicatiebedrijven interregionale backbone-netwerken aan die gebruik maken van glasvezel. Het gebruik van dergelijke kanalen voor het aansluiten van randapparatuur en gewone consumenten van telecommunicatiediensten stelt u in staat de financiële kosten van het onderhoud van de netwerkinfrastructuur te optimaliseren en verhoogt ook de efficiëntie van de gegevensoverdracht zelf.
Nadelen van vezels
Helaas zijn optische threads niet zonder zwakke punten. Hoewel het onderhoud van dergelijke bedrading goedkoper is, om nog maar te zwijgen van de afwezigheid van frequente updates, zijn de kosten van het materiaal zelf veel hoger dan die van dezelfde metalen tegenhangers. Bovendien is glasvezel en het gebruik ervan in de geneeskunde uiterst beperkt vanwege het geh alte aan lood- en zirkoniumverontreinigingen in sommige legeringen, die giftig zijn voor de mens. Dit geldt voornamelijk voor glazen modellen van de hoogste kwaliteit, niet voor plastic modellen.
Productie van optische vezels in Rusland
Als onderdeel van het importvervangingsprogramma in 2015 werd de fabriek van Optical Fibre Systems in Mordovië geopend. Dit is de enige onderneming in de Russische Federatie die momenteel probeert zoveel mogelijk tegemoet te komen aan de behoeften van huishoudelijke consumenten op het gebied van glasvezel. Tot 2015 was de Russische industrie ook bezig met de productie van glasvezelmaterialen, maar alleen in het kader van individuele gerichte projecten. Dezelfde situatie blijft tot op zekere hoogte vandaag bestaan. Als een bepaald bedrijf glasvezel nodig heeft en het gebruik ervan in de geneeskunde of op het gebied van telecommunicatie financieel verantwoord is, dan zijn er veel fabrieken die klaar staan om op individuele basis aan dergelijke speciale bestellingen te werken. In de nabije toekomst zal echter alleen de fabriek in Mordovië serieproductie van dezelfde glasvezelkabels produceren. Bovendien is het nog niet in staat om de markt te voorzien van de vraag. Een aanzienlijk deel van de producten wordt nog steeds ingekocht in de VS en Japan. En zelfs binnenlandse producten worden geproduceerd op geïmporteerdgrondstoffen.
Conclusie
Glasvezelproducten vormen zich al ongeveer 15-20 jaar als marktsegment. Door de jaren heen heeft de consument de voordelen van nieuwe kabels kunnen waarderen, maar de vooruitgang staat niet stil. Met de verbetering van technische en fysieke kwaliteiten breiden ook de toepassingsgebieden van het materiaal zich uit. Vooral de nieuwste vezel op basis van nanotechnologie wordt actief gebruikt in de olie- en gasindustrie en de defensie-industrie. Op zijn beurt ontwikkelt niet-lineaire glasvezel momenteel alleen conceptuele, maar veelbelovende technologische gebieden. Onder hen zijn compressielaserpulsen, optische solitonen, ultrakorte optische straling, enz. Uiteraard zullen nieuwe ontwikkelingen, naast theoretisch onderzoek met mogelijke ontdekkingen en in het kader van puur wetenschappelijke kennis, het ook mogelijk maken om nieuwe aanbiedingen te doen aan consumenten van verschillende niveaus op de markt.
