Vláknová optika je technika pro přenos světla přes průhledné, flexibilní prameny skla nebo plastu. Tato vlákna se nazývají optická vlákna. Mohou směrovat světlo po zakřivené dráze. Svazky paralelních vláken osvětlují a umožňují pozorování těžko dostupných míst.
Optická vlákna vyrobená z velmi čistého skla propouštějí světlo na velké vzdálenosti. Rozsah je od několika palců do více než 100 mil. Útlum je minimální. Kabely obsahující tato vlákna se používají v komunikačních systémech. Některá jednotlivá vlákna jsou jemnější než lidský vlas. Jejich průměr je menší než 0,00015 palce.
Věda o úplné vnitřní reflexi
Optické vlákno je založeno na jevu úplného vnitřního odrazu. Světlo vstupuje na jeden konec jednoduchého vlákna. Naráží na hranici a odráží se dovnitř. Světlo prochází vláknem v klikatých odrazech. Vychází na druhém konci.
Jiné formy optických vláken tento klikatý pohyb snižují nebo eliminují. Většina optických vláken se skládá ze dvou částí. Je zde jádro pro přenos světla. Okolo jádra je plášť (skořápka). Plášť je vyroben ze skla nebo plastu. Zabraňuje úniku světla. Skořápka odráží dovnitř jakékoli světelné paprsky, které dopadají na její vnitřní povrch.
Detektor přijímá světlo na druhém konci. Může to být fotocitlivé zařízení nebo lidské oko.
Koherentní a nekoherentní svazky a typy vláken
Svazky optických vláken jsou buď koherentní, nebo nekoherentní. Koherentní paprsky mají vlákna uspořádaná pro přenos obrazů. Poskytují také osvětlení. Nesoudržné paprsky nemají konkrétní umístění. Přenášejí pouze osvětlení.
Existují dva hlavní typy optických vláken. Jedná se o jednovidová a vícevidová vlákna.
Single mode vlákna nesou jeden paprsek jako nosič. Používají se pro vysokorychlostní přenos signálu na velké vzdálenosti. Jejich jádro je mnohem menší než multimodová vlákna. Světlo přijímají pouze podél osy vláken. Drobné lasery vysílají světlo přímo do vlákna.
Multimode vlákna přenášejí více světelných paprsků. Mají větší průměr jádra. Přijímají světlo z různých úhlů. Multimode vlákna využívají více typů světelných zdrojů. Používají levnější konektory než jednovidová vlákna. Používají se především pro komunikaci na kratší vzdálenosti.
Nízkoztrátové konektory spojují vlákna v systému. Dělají to bez snížení světelného signálu. Také připojují vlákna k detektoru.
Lékařské použití endoskopů
Využití optických vláken je četné. V medicíně umožňují lékařům vidět a pracovat uvnitř těla. To se děje prostřednictvím malých řezů. Operace není vždy nutná.
Používají se v endoskopech. Jedná se o zařízení pro prohlížení vnitřních dutých orgánů. Většina endoskopů má dvě sady vláken. Vnější prstenec z nesoudržných vláken poskytuje světlo. Vnitřní koherentní paprsek přenáší obraz.
Endoskopy mohou nahlížet do konkrétních oblastí. Lékaři se pomocí artroskopu podívají na kolena a ramena. Některé modely mají třetí sadu vláken. Vysílají laserový paprsek. Laser zastaví krvácení nebo vypálí nemocnou tkáň.
Tělesnou teplotu lze měřit pomocí optického vlákna. Mohou být injikovány do krevních cév. To poskytuje rychlou a přesnou analýzu krevní chemie.
Průmyslové a vědecké aplikace
Ve vědeckém výzkumu a výrobě zařízení s optickými vlákny přenášejí světlo. Jdou do nebezpečných oblastí a zpět. Dostanou se do vakuových komor a stísněných prostor uvnitř strojů.
Některá zařízení používají jako snímač cívky optického vlákna. Změny ve vláknu mají za následek měřitelné změny vlastností světla. Tyto změny jsou způsobeny tlakem, teplotou nebo jinými podmínkami. Optická vlákna měří teplotu, tlak, zrychlení a napětí v průmyslu.
Výhody oproti měděným kabelům
Komunikační systémy z optických vláken mají výhody. Jsou účinnější než systémy využívající tradiční měděné kabely. Mají velkou informační propustnost. Nejsou ovlivněny elektrickým rušením. Vyžadují méně zesilovačů než systémy s měděnými kabely.
Optické vlákno přenáší informace ve formě světelných signálů. Obvykle se jedná o záblesky světla. Signály jsou generovány malým polovodičovým laserem nebo LED. Na druhém konci je detekuje světlocitlivé zařízení. Kabel z optických vláken přenáší mnohem více informací než elektrický kabel stejné velikosti.
Hlavní aplikací je připojení telefonních ústředen. Mnoho telekomunikačních společností instalovalo rozsáhlé sítě. Procházejí napříč kontinenty a pod oceány. Zajišťují přenos informací po celém světě.
Historie a vývoj
První výzkum vláknové optiky byl proveden koncem 19. století. Praktický vývoj začal až na počátku 50. let 20. století. Zavedení laserů podnítilo vývoj. Stalo se tak na počátku 60. let. K výrobě prvních optických vláken z velmi čistého skla došlo v roce 1970.
Komerční využití vláknové optiky se rychle rozvinulo v 80. letech 20. století. To platí zejména pro komunikační systémy.
Často kladené otázky
Jaký je rozdíl mezi jednovidovými a vícevidovými vlákny?
Jednovidová vlákna mají menší jádro a přijímají světlo pouze podél své osy. Používají malé lasery a jsou navrženy pro přenos na velké vzdálenosti při vysokých rychlostech. Multimode vlákna mají velké jádro a přijímají světlo z různých úhlů. Používají levnější konektory a jsou určeny na kratší vzdálenosti.
Jaký je rozdíl mezi koherentními a nekoherentními svazky vláken?
Koherentní paprsky mají vlákna uspořádaná tak, aby přenášela obrazy a světlo. Nesoudržné paprsky nemají konkrétní umístění a propouštějí pouze osvětlení.
Proč je optický kabel lepší než měděný?
Vláknová optika má velkou šířku pásma. Nepodléhá elektrickému rušení. Vyžaduje méně zesilovačů.
Kde se optické vlákno používá v lékařství?
Používá se v endoskopech. Umožňuje lékařům vidět duté orgány. Používá se také v kloubních artroskopech. Některé modely používají k operaci lasery. Mohou měřit tělesnou teplotu a analyzovat krevní chemii.
Kdy začal praktický vývoj optického vlákna?
Praktický vývoj začal na počátku 50. let 20. století. Komerční využití nabralo na síle v 80. letech 20. století.
Optická vlákna versus bezdrátové technologie: rozdíl v rychlosti
Je optická vlákna lepší než bezdrátová technologie? Odpověď je téměř vždy „ano“, pokud vám záleží na čistém výkonu. Vláknová optika těží z rychlosti a spolehlivosti. Přenáší data ve formě světla podél skleněných vláken. Bezdrátové technologie je přenášejí prostřednictvím rádiových vln. Rádiové vlny se přetíží. Sklo – ne.
Bezdrátová technologie má však svou výhodu: pohodlí. Můžete se volně pohybovat. K notebooku nemusíte připojovat kabel. Pokud ale sledujete 4K video nebo provozujete server, je lepší volbou optická vlákna.
Z čeho je vyroben optický kabel?
Lidé se často ptají, z čeho jsou vyrobeny optické komunikace. Odpověď je jednoduchá. Skládá se ze skleněného nebo plastového jádra. Toto jádro je obklopeno vrstvou zvanou plášť. Plášť odráží světlo zpět do jádra. To udržuje signál silný. Bez něj by se světlo rozptýlilo. Kabel může mít také ochranné povlaky, ale jeho základem je skleněná nit.
Single Fiber vs. Multimode: Který typ vlákna je pro vaše potřeby ten pravý?
Existují dva hlavní typy optických kabelů. Abyste si vybrali ten správný, musíte znát rozdíl.
- Singlemode: Používá malé jádro. Velmi malé. Světlo směřuje přímo do středu. Tím se sníží zkreslení. Nejlépe se hodí pro přenos na dlouhé vzdálenosti. Představte si internetové páteřní sítě nebo kabelovou televizi na míle daleko.
- Multimode vlákno: Má větší jádro. Světlo se více odráží. Instalace je levnější. Dobře se hodí na krátké vzdálenosti. Tento typ datová centra často využívají.
Pokud se ptáte, jaký typ je pro vaši domácnost nejlepší, pro LAN to asi moc nevadí. Ale pro vašeho ISP je jedno vlákno standardem pro páteřní připojení.
Kde se používá technologie optických vláken?
Kabely sice nevidíte, ale používáte je každý den. Pro přenos dat se používá optické vlákno. Přebírá hlavní zátěž na internetu. Přenáší signály kabelové televize. Podporuje telefonní systémy.
Hlavní výhodou je vzdálenost. Tyto kabely mohou přenášet data na velké vzdálenosti bez ztráty kvality. Bezdrátové signály slábnou. Signály přes optická vlákna zůstávají čisté. Velká města proto modernizují svou infrastrukturu. Pokládají fyzický základ moderního digitálního světa.
