Оптоволокно – це техніка передачі світла через гнучкі прозорі нитки зі скла або пластику. Ці нитки називаються оптичними волокнами. Вони можуть спрямовувати світло по вигнутому шляху. Пучки паралельних волокон висвітлюють та дозволяють спостерігати важкодоступні місця.
Оптичні волокна дуже чистого скла передають світло на великі відстані. Діапазон становить від кількох дюймів до більш ніж 100 миль. Згасання мінімальне. Кабелі, що містять ці волокна, використовуються у системах зв’язку. Деякі окремі волокна тонші за людське волосся. Їхній діаметр становить менше 0,00015 дюйма.
Наука про повне внутрішнє відображення
Оптоволокно ґрунтується на явищі повного внутрішнього відображення. Світло входить в один кінець найпростішого волокна. Він ударяється об кордон і відбивається усередину. Світло проходить через волокно у вигляді зигзагоподібних відбитків. Він виходить із іншого кінця.
Інші форми оптичних волокон зменшують або усувають цей зигзагоподібний рух. Більшість оптичних волокон складаються із двох частин. Є серцевина передачі світла. Є оболонка (обичайка), що оточує серцевину. Оболонка зроблена зі скла чи пластику. Вона запобігає витоку світла. Оболонка відбиває всередину будь-які світлові промені, що потрапляють на її внутрішню поверхню.
Детектор приймає світло на іншому кінці. Це може бути фоточутливий пристрій чи людське око.
Когерентні та некогерентні пучки, а також типи волокон
Пучки оптичних волокон бувають когерентними, або некогерентними. Когерентні пучки мають волокна, які розташовані таким чином, щоб передавати зображення. Вони також забезпечують освітлення. Некогерентні пучки немає певного розташування. Вони передають лише освітлення.
Існує два основних типи оптичних волокон. Це одномодові та багатомодові волокна.
Одномодові волокна передають один промінь як носій. Вони використовуються для високошвидкісної передачі сигналів великі відстані. Їх серцевина набагато менша, ніж у багатомодових волокон. Вони беруть світло лише вздовж осі волокон. Крихітні лазери направляють світло безпосередньо у волокно.
Багатомодові волокна передають безліч світлових променів. Вони мають більший діаметр серцевини. Вони беруть світло під різними кутами. Багатомодові волокна використовують більше типів джерел світла. Вони використовують дешевші з’єднувачі, ніж одномодові волокна. Вони переважно використовуються для зв’язку на менших відстанях.
З’єднувачі з низькими втратами з’єднують волокна всередині системи. Вони роблять це без зменшення світлового сигналу. Вони також з’єднують волокна із детектором.
Медичне застосування ендоскопів
Застосування оптичних волокон багаточисельне. У медицині вони дозволяють лікарям бачити та працювати всередині тіла. Це відбувається через крихітні розрізи. Хірургічне втручання не завжди потрібне.
Вони застосовуються в ендоскопах. Це прилади для перегляду внутрішніх порожнистих органів. Більшість ендоскопів мають два набори волокон. Зовнішнє кільце із некогерентних волокон забезпечує світло. Внутрішній когерентний пучок передає зображення.
Ендоскопи можуть заглядати у певні області. Лікарі використовують артроскоп для огляду колін та плечей. Деякі моделі мають третій набір волокон. Вони передають лазерний промінь. Лазер зупиняє кровотечу чи випалює хворі тканини.
Температуру тіла можна виміряти за допомогою оптичного волокна. Їх можна вводити у кровоносні судини. Це дає швидкий та точний аналіз хімічного складу крові.
Промислове та наукове застосування
У наукових дослідженнях та виробництві оптоволоконні пристрої передають світло. Вони йдуть у небезпечні зони та назад. Вони досягають вакуумних камер та обмежених просторів усередині машин.
Деякі прилади використовують котушки з оптичного волокна як датчик. Зміни в волокні призводять до змін властивостей світла. Ці зміни викликані тиском, температурою чи іншими умовами. Оптичні волокна вимірюють температуру, тиск, прискорення та напругу в промисловості.
Переваги перед мідними кабелями
Оптоволоконні системи зв’язку мають переваги. Вони ефективніші, ніж системи, що використовують традиційні мідні кабелі. Вони мають велику інформаційну пропускну спроможність. На них не впливає електричне втручання. Вони вимагають менше підсилювачів, ніж системи із мідними кабелями.
Оптичне волокно передає інформацію як світлових сигналів. Зазвичай це спалахи світла. Сигнали генеруються невеликим напівпровідниковим лазером чи світлодіодом. На іншому кінці їх виявляє світлочутливий пристрій. Оптоволоконний кабель передає набагато більше інформації, ніж електричний кабель того самого розміру.
Основним застосуванням є з’єднання телефонних комутаційних станцій. Багато телекомунікаційних компаній встановили великі мережі. Вони проходять через континенти та під океанами. Вони забезпечують передачу інформації у всьому світі.
Історія та розвиток
Перші дослідження оптоволокна було проведено наприкінці 1800-х років. Практичний розвиток розпочався лише на початку 1950-х років. Впровадження лазерів стимулювало розвиток. Це сталося на початку 1960-х років. Виробництво перших оптичних волокон із дуже чистого скла відбулося у 1970 році.
Комерційне використання оптоволокна швидко розвивалося у 1980-х роках. Це особливо правильно для систем зв’язку.
Часті питання
У чому різниця між одномодовими та багатомодовими волокнами?
Одномодові волокна мають меншу серцевину і приймають світло лише вздовж осі. Вони використовують крихітні лазери та призначені для передачі на великі відстані з високою швидкістю. Багатомодові волокна мають велику серцевину і приймають світло під різними кутами. Вони використовують більш дешеві з’єднувачі та призначені для менших відстаней.
У чому різниця між когерентними та некогерентними пучками волокон?
Когерентні пучки мають волокна, розташовані передачі зображень і освітлення. Некогерентні пучки немає певного розташування і передають лише освітлення.
Чому оптоволокно краще за мідні кабелі?
Оптоволокно має велику пропускну здатність. Воно не піддається електричним перешкодам. Воно вимагає менше підсилювачів.
Де оптоволокно використовується в медицині?
Воно використовується у ендоскопах. Воно дозволяє лікарям бачити порожні органи. Воно також використовується у артроскопах для суглобів. Деякі моделі використовують лазери для хірургії. Вони можуть вимірювати температуру тіла та аналізувати хімічний склад крові.
Коли почався практичний розвиток оптоволокна?
Практичний розвиток розпочався на початку 1950-х років. Комерційне використання набрало обертів у 1980-х роках.
Волоконна оптика проти бездротових технологій: розрив у швидкості
Чи є волоконна оптика кращою за бездротові технології? Відповідь майже завжди «так», якщо ви дбаєте про чисту продуктивність. Волоконна оптика виграє за рахунок швидкості та надійності. Вона передає дані у вигляді світла скляними нитками. Бездротові технології передають через радіохвилі. Радіохвилі стають перевантаженими. Скло – ні.
Тим не менш, бездротові технології мають свою перевагу: зручність. Ви можете вільно переміщатися. Вам не потрібно підключати кабель до ноутбука. Але якщо ви дивитеся відео у форматі 4K або запускаєте сервер, волоконна оптика є кращим вибором.
З чого складається оптоволоконний кабель?
Люди часто запитують, з чого зроблено оптоволоконний зв’язок. Відповідь проста. Вона складається зі скляного чи пластикового серцевини. Ця серцевина оточена шаром, званим оболонкою. Оболонка відбиває світло назад у серцевину. Це зберігає сильний сигнал. Без нього світло розсівалося б. Кабель також може мати захисні покриття, але його основа це скляна нитка.
Одиночне волокно проти багатомодового: який тип волокна підходить для ваших потреб?
Існує два основних типи оптоволоконного кабелю. Вам потрібно знати різницю, щоб вибрати правильний.
- Одиночне волокно (Singlemode): Використовує крихітне ядро. Дуже мале. Воно спрямовує світло прямо центром. Це знижує спотворення. Воно найкраще підходить для передачі великі відстані. Уявіть собі магістральні мережі інтернету або кабельне телебачення на відстані милі.
- Багатомодове волокно (Multimode): Має більше ядро. Світло відбивається більше. Воно дешевше в установці. Воно добре підходить для коротких відстаней. Центри обробки даних часто використовують цей тип.
Якщо ви запитуєте, який тип є кращим для вашого будинку, для локальних мереж це, ймовірно, не має великого значення. Але для вашого інтернет-провайдера одиночне волокно є стандартом для магістральних з’єднань.
Де використовуються оптоволоконні технології?
Ви можете не бачити кабелі, але використовуєте їх щодня. Оптоволокно використовується передачі даних. Воно перебирає основне навантаження в інтернеті. Воно передає сигнали кабельного телебачення. Він підтримує телефонні системи.
Ключова перевага – це відстань. Ці кабелі можуть передавати дані великі відстані без втрати якості. Бездротові сигнали згасають. Сигнали по оптоволокну залишаються чіткими. Саме тому великі міста модернізують свою інфраструктуру. Вони прокладають фізичну основу сучасного цифрового світу.
