Оптично влакно, наука, FANDOM, захранвано от Wikia

Оптичните влакна (или светлинна вълноводна оптика)са гъвкави или твърди прозрачни структури под формата на оптично влакно, обикновено с кръгло напречно сечение - диелектричен вълновод, състоящ се от диелектричен материал [1], заобиколен от друг диелектричен материал с по-нисък индекс на пречупване n. (малко по-дебели от човешки косъм) или обвити кухи тръби от пресовано кварцово стъкло (силикат) или пластмаса (PMMA плексиглас) с пълно вътрешно отражение на светлината.

Оптично влакно (светлинна оптика) може да работи като вълноводна оптика, или „световод“ [2], за предаване на светлина между двата края на влакно или световодни системи. [3] Като област на приложната наука и технология, свързана с проектирането и приложението на оптични влакна, тя е известна катофиброоптика.

Оптичните влакна като диелектрични вълноводи се използват широко във влакнесто-оптични комуникационни линии, където позволяват предаване на дълги разстояния и при по-висока честотна лента на сигнала (скорост на работа) от проводящите метални кабели. Използват се влакна вместо метални проводници, тъй като сигналите се движат по тях с по-малко загуби и също така има EMI екраниране. Влакната се използват за осветление и са опаковани на снопове по такъв начин, че да могат да се използват за пренасяне на изображения, което позволява гледане в затворени пространства. Вижте например ендоскопи. Специално проектираните влакна се използват за различни други приложения, включително сензори и фибролазери. Оптичните влакна обикновено включват прозрачна сърцевина, заобиколена от прозрачен облицовъчен материал с по-нисък индекс на пречупване.Светлината се провежда и съхранява в ядрото с пълно вътрешно отражение. Това води до това, че влакната могат да действат като вълновод. Влакната, които поддържат множество пътища на разпространение или напречни режими, се наричат ​​многомодови, многомодови влакна, докато тези, които поддържат само един режим, се наричат ​​едномодови влакна. Многомодовите влакна обикновено имат по-голям диаметър на сърцевината и се използват за приложения на къси разстояния и за приложения, при които трябва да се предава голяма мощност. Едномодовите влакна се използват за повечето връзки над 1000 метра (3300 фута). Снаждането на дължини на оптични влакна е по-сложно от снаждането на електрически проводник или кабел. Краищата на влакната трябва да бъдат внимателно разцепени и след това внимателно преплетени едно с друго със сърцевини, които са идеално подравнени. Крайните точки на механичните влакна имат краищата на влакната, които трябва да бъдат свързани заедно механично, а снаждането използва топлина, за да съедини краищата на влакната заедно. Предлагат се и специални оптични конектори за временни или полупостоянни връзки.

Оптичните влакна най-често се изработват от кварцово стъкло, но се използват и други прозрачни пластмаси. Пластмасовите оптични влакна могат да се използват за приложения като приложения на къси разстояния.

Оптичните влакна се използват в мрежи за предаване на данни вместо метални проводници, тъй като сигналите преминават през тях с по-малко загуби и те не се влияят напълно от външно електромагнитно излъчване; те имат по-малко тегло и цена в еквивалентно информационно приложение. Оптичните влакна могат да се използват за локалноосветление. Оптичните влакна, събрани в снопове и опаковани под формата на многовлакнести световоди, могат да се използват за предаване на изображение, което позволява гледане, фотографиране или предаване на оптично изображение от труднодостъпни обекти.

Специално проектирани оптични влакна се използват за други приложения, като например оптични влакна за предаване на високомощно лазерно лъчение, всички видове оптични сензори и др. Оптичните кабели (състоящи се от определен брой влакна в защитна обвивка) се използват в комуникацията с оптични влакна, което позволява предаването на информация на по-големи разстояния при по-висока скорост на трансфер на данни, отколкото в кабелните електронни комуникационни системи. Тези кабели са по-леки и по-евтини от традиционните медни кабели.

Принципът на предаване на светлина вътре в стъклени пръчки е демонстриран за първи път по времето на кралица Виктория (1837-1901), но развитието на съвременните оптични влакна започва през 50-те години на миналия век с напредъка в ултрачистия кварц, чувствителните полупроводникови фотодетектори и полупроводникови излъчватели в твърдо състояние. Те започнаха да се използват в комуникациите малко по-късно, през 70-те години на миналия век; Оттогава технологичният прогрес значително увеличи обхвата на приложения на оптичните влакна, значително намали цената на оптичните комуникационни системи и загубата на сигнал по време на предаването му.

Оптичните устройства могат да бъдат пасивни и активни. Активните фиброоптични устройства включват лазери, радиационни приемници, усилватели и др. Пасивните фиброоптични компоненти включват изолатори, огледала, съединители, съединители, мултиплексори, демултиплексори и др.

Основата на оптичното устройство енеговият оптичен дизайн е набор от фиброоптични компоненти, свързани в определена последователност. Оптичните вериги могат да бъдат затворени или отворени, със или без обратна връзка.

Оптичен вълновод

Монтаж на оптичен кабел

В TOSLINK en: TOSLINK оптичен аудио кабел с червена светлина, светеща в единия край, предава светлина към другия край

Микроструктурирани оптични влакна (MCF), вълноводни диелектрици, които са изкуствено създадени структури, съдържащи въздушни капиляри.

Оптичните влакна (или оптични влакна)са гъвкави, прозрачни влакна, направени от пресовано кварцово стъкло (силикат) или пластмаса (PMMA плексиглас), малко по-дебели от човешки косъм. Оптичното влакно може да работи като вълноводна оптика, или „световод“ [4], за предаване на светлина между двата края на влакно или световодни системи. [5] Като област на приложната наука и технология, свързана с проектирането и приложението на оптични влакна, тя е известна катофиброоптика.

Оптичният вълноводе физическа структура, която провежда електромагнитни вълни в оптичния спектър. Често срещаните видове оптични вълноводи включват оптични влакна и правоъгълни вълноводи.

Оптичните вълноводи се използват като компоненти в интегрални оптични схеми [1] или като среда за предаване на данни в локални и далечни оптични комуникационни системи. [2]

Оптичните вълноводи могат да бъдат класифицирани според тяхната геометрия (плоски, дистанционни или оптични вълноводи), със структурен режим като (едномодово оптично влакно, многомодово оптично влакно), с различен показателпречупване, разпределено върху (стъпка на индекс или градиент) и материал (кварцово стъкло, полимери (PMMA), полупроводници).

Най-общо казано,светлинна тръбаилитръбна светлинаможе да се отнася до:

  • тръби или тръби затранспортиранена светлина до друго място, минимизиране на загубата на светлина;
  • прозрачна тръба или тръба заразпределениена светлината по дължината й, или за равномерно осветяване по цялата й дължина (виж също серни лампи) или в контролирани зони на изтичане на светлина.

И двете имат предназначение за осветление, например в архитектурата.

Фигура 1, Даниел Коладон за първи път описва този ефект през 1842 г. в статия, озаглавена „Относно разпространението на светлинен лъч в параболичен течен поток“. Илюстрация, взета от по-късна статия на Colladon от 1884 г

Опитите да се използва светлина за предаване на информация се връщат към времето, когато човек се е научил да пази огън. Всички видове сигнали, с помощта на огньове, фенери, маяци, човечеството използва от хилядолетия.

През 1790 г. във Франция Cold Chapp изгражда оптична телеграфна система, състояща се от верига семафорни кули със сигнални лостове. Следващата голяма стъпка е направена през 1880 г. от американеца Александър Греъм Бел. Той изобретява фотофона, в който говорните сигнали се предават с помощта на светлина. Тази идея обаче не намери практическо приложение. Времето и състоянието на атмосферата не позволяваха гарантирано предаване на сигнала на приемливи разстояния. Атмосферата като средство за предаване беше неудобна.

Даниел Коладон описва ефект, наречен "светлинен фонтан" или "светлинна тръба" още през 1842 г., а през 1870 г. английският физик Джон Тиндал демонстрира (виж фиг. 1), че светлината може да се предава в поток от вода. Неговите експерименти използваха принципа на пълното вътрешноотражение, което се използва в съвременните световоди.

Влакнести профили

Основни профили на оптични влакна:

  • триъгълен профил,
  • параболичен профил,
  • стъпаловиден профил.

В последния случай, със стъпаловиден профил, индексът на пречупване в стъклото на сърцевината остава постоянен; за други случаи индексът на пречупване постепенно се увеличава от n2 за облицовъчното стъкло до n1 по оста на влакното. Последните се наричат ​​градиентни профили на разпределение на индекса на пречупване.