Оптоволокно — это техника передачи света через прозрачные гибкие нити из стекла или пластика. Эти нити называются оптическими волокнами. Они могут направлять свет по изогнутому пути. Пучки параллельных волокон освещают и позволяют наблюдать труднодоступные места.
Оптические волокна из очень чистого стекла передают свет на большие расстояния. Диапазон составляет от нескольких дюймов до более чем 100 миль. Затухание минимально. Кабели, содержащие эти волокна, используются в системах связи. Некоторые отдельные волокна тоньше человеческого волоса. Их диаметр составляет менее 0,00015 дюйма.
Наука о полном внутреннем отражении
Оптоволокно основано на явлении полного внутреннего отражения. Свет входит в один конец простейшего волокна. Он ударяется о границу и отражается внутрь. Свет проходит через волокно в виде зигзагообразных отражений. Он выходит с другого конца.
Другие формы оптических волокон уменьшают или устраняют это зигзагообразное движение. Большинство оптических волокон состоят из двух частей. Есть сердцевина для передачи света. Есть оболочка (обечайка), окружающая сердцевину. Оболочка сделана из стекла или пластика. Она предотвращает утечку света. Оболочка отражает внутрь любые световые лучи, попадающие на ее внутреннюю поверхность.
Детектор принимает свет на другом конце. Это может быть фоточувствительное устройство или человеческий глаз.
Когерентные и некогерентные пучки, а также типы волокон
Пучки оптических волокон бывают либо когерентными, либо некогерентными. Когерентные пучки имеют волокна, расположенные таким образом, чтобы передавать изображения. Они также обеспечивают освещение. Некогерентные пучки не имеют определенного расположения. Они передают только освещение.
Существует два основных типа оптических волокон. Это одномодовые и многомодовые волокна.
Одномодовые волокна передают один луч в качестве носителя. Они используются для высокоскоростной передачи сигналов на большие расстояния. Их сердцевина намного меньше, чем у многомодовых волокон. Они принимают свет только вдоль оси волокон. Крошечные лазеры направляют свет непосредственно в волокно.
Многомодовые волокна передают множество световых лучей. Они имеют больший диаметр сердцевины. Они принимают свет под разными углами. Многомодовые волокна используют больше типов источников света. Они используют более дешевые соединители, чем одномодовые волокна. Они в основном используются для связи на меньших расстояниях.
Соединители с низкими потерями соединяют волокна внутри системы. Они делают это без уменьшения светового сигнала. Они также соединяют волокна с детектором.
Медицинское применение эндоскопов
Применение оптических волокон многочисленно. В медицине они позволяют врачам видеть и работать внутри тела. Это происходит через крошечные разрезы. Хирургическое вмешательство не всегда требуется.
Они используются в эндоскопах. Это приборы для просмотра внутренних полых органов. Большинство эндоскопов имеют два набора волокон. Внешнее кольцо из некогерентных волокон обеспечивает свет. Внутренний когерентный пучок передает изображение.
Эндоскопы могут заглядывать в определенные области. Врачи используют артроскоп для осмотра коленей и плеч. Некоторые модели имеют третий набор волокон. Они передают лазерный луч. Лазер останавливает кровотечение или выжигает больные ткани.
Температуру тела можно измерять с помощью оптического волокна. Их можно вводить в кровеносные сосуды. Это дает быстрый и точный анализ химического состава крови.
Промышленное и научное применение
В научных исследованиях и производстве оптоволоконные устройства передают свет. Они идут в опасные зоны и обратно. Они достигают вакуумных камер и ограниченных пространств внутри машин.
Некоторые приборы используют катушки из оптического волокна в качестве датчика. Изменения в волокне приводят к измеримым изменениям свойств света. Эти изменения вызваны давлением, температурой или другими условиями. Оптические волокна измеряют температуру, давление, ускорение и напряжение в промышленности.
Преимущества перед медными кабелями
Оптоволоконные системы связи имеют преимущества. Они более эффективны, чем системы, использующие традиционные медные кабели. Они имеют большую информационную пропускную способность. На них не влияет электрическое вмешательство. Они требуют меньше усилителей, чем системы с медными кабелями.
Оптическое волокно передает информацию в виде световых сигналов. Обычно это вспышки света. Сигналы генерируются небольшим полупроводниковым лазером или светодиодом. На другом конце их обнаруживает светочувствительное устройство. Оптоволоконный кабель передает гораздо больше информации, чем электрический кабель того же размера.
Основным применением является соединение телефонных коммутационных станций. Многие телекоммуникационные компании установили крупные сети. Они проходят через континенты и под океанами. Они обеспечивают передачу информации по всему миру.
История и развитие
Первые исследования оптоволокна были проведены в конце 1800-х годов. Практическое развитие началось только в начале 1950-х годов. Внедрение лазеров стимулировало развитие. Это произошло в начале 1960-х годов. Производство первых оптических волокон из очень чистого стекла произошло в 1970 году.
Коммерческое использование оптоволокна быстро развивалось в 1980-х годах. Это особенно верно для систем связи.
Часто задаваемые вопросы
В чем разница между одномодовыми и многомодовыми волокнами?
Одномодовые волокна имеют меньшую сердцевину и принимают свет только вдоль оси. Они используют крошечные лазеры и предназначены для передачи на большие расстояния с высокой скоростью. Многомодовые волокна имеют большую сердцевину и принимают свет под разными углами. Они используют более дешевые соединители и предназначены для меньших расстояний.
В чем разница между когерентными и некогерентными пучками волокон?
Когерентные пучки имеют волокна, расположенные для передачи изображений и освещения. Некогерентные пучки не имеют определенного расположения и передают только освещение.
Почему оптоволокно лучше медных кабелей?
Оптоволокно имеет большую пропускную способность. Оно не подвержено электрическим помехам. Оно требует меньше усилителей.
Где оптоволокно используется в медицине?
Оно используется в эндоскопах. Оно позволяет врачам видеть полые органы. Оно также используется в артроскопах для суставов. Некоторые модели используют лазеры для хирургии. Они могут измерять температуру тела и анализировать химический состав крови.
Когда началось практическое развитие оптоволокна?
Практическое развитие началось в начале 1950-х годов. Коммерческое использование набрало обороты в 1980-х годах.
Волоконная оптика против беспроводных технологий: разрыв в скорости
Является ли волоконная оптика лучше беспроводных технологий? Ответ почти всегда «да», если вы заботитесь о чистой производительности. Волоконная оптика выигрывает за счет скорости и надежности. Она передает данные в виде света по стеклянным нитям. Беспроводные технологии передают их через радиоволны. Радиоволны становятся перегруженными. Стекло — нет.
Тем не менее, у беспроводных технологий есть свое преимущество: удобство. Вы можете свободно перемещаться. Вам не нужно подключать кабель к ноутбуку. Но если вы смотрите видео в формате 4K или запускаете сервер, волоконная оптика является более предпочтительным выбором.
Из чего состоит оптоволоконный кабель?
Люди часто спрашивают, из чего сделана оптоволоконная связь. Ответ прост. Она состоит из стеклянного или пластикового сердцевины. Эта сердцевина окружена слоем, называемым оболочкой. Оболочка отражает свет обратно в сердцевину. Это сохраняет сигнал сильным. Без него свет бы рассеивался. Кабель также может иметь защитные покрытия, но его основа — это стеклянная нить.
Одиночное волокно против многомодового: какой тип волокна подходит для ваших нужд?
Существует два основных типа оптоволоконного кабеля. Вам необходимо знать разницу, чтобы выбрать правильный.
- Одиночное волокно (Singlemode): Использует крошечное ядро. Очень маленькое. Оно направляет свет прямо по центру. Это снижает искажения. Оно лучше всего подходит для передачи на большие расстояния. Представьте себе магистральные сети интернета или кабельное телевидение на расстоянии в мили.
- Многомодовое волокно (Multimode): Имеет более крупное ядро. Свет отражается больше. Оно дешевле в установке. Оно хорошо подходит для коротких расстояний. Центры обработки данных часто используют этот тип.
Если вы спрашиваете, какой тип лучше для вашего дома, для локальных сетей это, вероятно, не имеет большого значения. Но для вашего интернет-провайдера одиночное волокно является стандартом для магистральных соединений.
Где используются оптоволоконные технологии?
Вы можете не видеть кабели, но используете их каждый день. Оптоволокно используется для передачи данных. Оно берет на себя основную нагрузку в интернете. Оно передает сигналы кабельного телевидения. Оно поддерживает телефонные системы.
Ключевое преимущество — это расстояние. Эти кабели могут передавать данные на большие расстояния без потери качества. Беспроводные сигналы затухают. Сигналы по оптоволокну остаются четкими. Именно поэтому крупные города модернизируют свою инфраструктуру. Они прокладывают физический фундамент современного цифрового мира.
