Просмотр

[[Файл:Fibreoptic.jpg|thumb|right|350px|Пучок оптических волокон]] '''Опти́ческое волокно́''' — нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством [[полное внутреннее отражение|полного внутреннего отражения]]. [[Волоконная оптика]] — раздел прикладной науки и машиностроения, описывающий такие волокна. Кабели на базе оптических волокон используются в [[Волоконно-оптическая связь|волоконно-оптической связи]], позволяющей передавать информацию на бо́льшие расстояния с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи. В ряде случаев они также используются при создании датчиков. == История == Принцип передачи света, используемый в волоконной оптике, был впервые продемонстрирован ещё в XIX веке, но развитие современной волоконной технологии началось в 1950-х годах. Изобретение [[лазер]]ов сделало возможным построение [[Волоконно-оптическая линия передачи|волоконно-оптических линий передачи]], превосходящих по своим характеристикам традиционные проводные средства связи. == Материалы == Стеклянные оптические волокна делаются из кварцевого стекла, но для дальнего инфракрасного диапазона могут использоваться другие материалы, такие как флуоро-цирконат, флуоро-алюминат и халькогенидные стекла. Как и другие стекла, эти имеют показатель преломления около 1,5. В настоящее время развивается применение пластиковых оптических волокон. Сердечник в таком волокне изготовляют из полиметилметакрилата (PMMA), а оболочку из фторированных PMMA (фторполимеров). == Конструкция == Оптическое волокно имеет круглое сечение и состоит из двух частей — сердцевины и оболочки. Для обеспечения полного внутреннего отражения абсолютный показатель преломления сердцевины несколько выше показателя преломления оболочки. Например, если показатель преломления оболочки равен 1,474, то показатель преломления сердцевины — 1,479. Луч света, направленный в сердцевину, будет распространяться по ней, испытывая многократные переотражения от границы раздела «сердцевина — оболочка». Все оптические волокна, используемые в телекоммуникациях, имеют диаметр 125±1 микрон. Диаметр сердцевины может отличаться в зависимости от типа волокна и национальных стандартов. == Классификация == [[Файл:Tipos fibra.jpg|right|300px|thumb|Профиль показателя преломления различных типов оптических волокон: вверху — многомодовое ступенчатое волокно, посередине — многомодовое градиентное волокно, внизу — одномодовое волокно.]] Оптические волокна могут быть одномодовыми и многомодовыми. Диаметр сердцевины одномодовых волокон составляет от 7 до 9 микрон. Благодаря малому диаметру достигается передача по волокну лишь одной моды электромагнитного излучения, за счёт чего исключается влияние дисперсионных искажений. В настоящее время практически все производимые волокна являются одномодовыми.<ref> {{cite web | url = http://kabel-news.ru/netcat_files/90/100/Rynok_opticheskogo_kabelya.pdf | title = Рынок оптического кабеля | author = КАБЕЛЬ−news, №8 | date = август 2008 | publisher = | accessdate = 4 октября 2010 | archiveurl = http://www.webcitation.org/616VQRnr9 | archivedate = 2011-08-21 }}</ref> Существует три основных типа одномодовых волокон: # Одномодовое ступенчатое волокно с несмещённой дисперсией (стандартное) (англ. ''SMF — Step Index Single Mode Fiber''), определяется рекомендацией ITU-T G.652 и применяется в большинстве оптических систем связи. # Одномодовое волокно со смещённой дисперсией (англ. ''DSF — Dispersion Shifted Single Mode Fiber''), определяется рекомендацией ITU-T G.653. В волокнах DSF с помощью примесей область нулевой дисперсии смещена в [[Окно прозрачности кварцевого волокна|третье окно прозрачности]], в котором наблюдается минимальное затухание. # Одномодовое волокно с ненулевой смещённой дисперсией (англ. ''NZDSF — Non-Zero Dispersion Shifted Single Mode Fiber''), определяется рекомендацией ITU-T G.655. Многомодовые волокна отличаются от одномодовых диаметром сердцевины, который составляет 50 микрон в европейском стандарте и 62,5 микрон в североамериканском и японском стандартах. Из-за большого диаметра сердцевины по многомодовому волокну распространяется несколько мод излучения — каждая под своим углом, из-за чего импульс света испытывает дисперсионные искажения и из прямоугольного превращается в колоколоподобный. Многомодовые волокна подразделяются на ступенчатые и градиентные. В ступенчатых волокнах показатель преломления от оболочки к сердцевине изменяется скачкообразно. В градиентных волокнах это изменение происходит иначе — показатель преломления сердцевины плавно возрастает от края к центру. Это приводит к явлению рефракции в сердцевине, благодаря чему снижается влияние дисперсии на искажение оптического импульса. Профиль показателя преломления градиентного волокна может быть параболическим, треугольным, ломаным и т. д. Полимерные (пластиковые) волокна производят диаметром 50, 62,5, 120 и 980 микрон и оболочкой диаметром 490 и 1000 мкм. == Применение == === Волоконно-оптическая связь === {{main|Волоконно-оптическая связь}} Основное применение оптические волокна находят в качестве среды передачи на волоконно-оптических телекоммуникационных сетях различных уровней: от межконтинентальных магистралей до домашних компьютерных сетей. Применение оптических волокон позволяет оперировать с чрезвычайно высокими скоростями передачи, измеряемыми терабитами в секунду. === Волоконно-оптический датчик === Оптическое волокно может быть использовано как датчик для измерения напряжения, температуры, давления и других параметров. Малый размер и фактическое отсутствие необходимости в электрической энергии, даёт волоконно-оптическим датчикам преимущество перед традиционными электрическими в определённых областях. Оптическое волокно используется в гидрофонах в сейсмических или гидролокационных приборах. Созданы системы с гидрофонами, в которых на волоконный кабель приходится более 100 датчиков. Системы с гидрофоновым датчиком используются в нефтедобывающей промышленности, а также флотом некоторых стран. Немецкая компания Sennheiser разработала лазерный микроскоп, работающий с лазером и оптическим волокном<ref>{{cite web|title=TP: Der Glasfaser-Schallwandler|url=http://www.heise.de/tp/r4/artikel/19/19822/1.html|accessdate=December 4|accessyear=2005|archiveurl=http://www.webcitation.org/616VR8wbx|archivedate=2011-08-21}}</ref>. Волоконно-оптические датчики, измеряющие температуры и давления, разработаны для измерений в нефтяных скважинах. Они хорошо подходят для такой среды, работая при температурах, слишком высоких для полупроводниковых датчиков. Разработаны устройства дуговой защиты с волоконно-оптическими датчиками, основными преимуществами которых перед традиционными устройствами дуговой защиты являются: высокое быстродействие, нечувствительность к электромагнитным помехам, гибкость и лёгкость монтажа, диэлектрические свойства. Оптическое волокно применяется в [[лазерный гироскоп|лазерном гироскопе]], используемом в Boeing 767 и в некоторых моделях машин (для навигации). Специальные оптические волокна используются в интерферометрических датчиках магнитного поля и электрического тока. Это волокна, полученные при вращении заготовки с сильным встроенным двойным лучепреломлением. === Другие применения оптического волокна === [[Файл:Flashflight red.jpg|thumb|300px|right| Диск фрисби, освещённый оптическим волокном]] Оптические волокна широко используются для освещения. Они используются как световоды в медицинских и других целях, где яркий свет необходимо доставить в труднодоступную зону. В некоторых зданиях оптические волокна направляют солнечный свет с крыши в какую-нибудь часть здания. Волоконно-оптическое освещение также используется в декоративных целях, включая коммерческую рекламу, искусство и искусственные новогодние ёлки. Оптическое волокно также используется для формирования изображения. Пучок света, передаваемый оптическим волокном, иногда используется совместно с линзами — например, в эндоскопе, который используется для просмотра объектов через маленькое отверстие. Один из способов механической шифровки изображения заключается в следующем: большое количество оптических волокон, оба конца которых расположены упорядоченно, тщательно переплетают в середине, а затем разрезают пополам. Одна половина получившейся конструкции используется для шифровки изображения, а другая — для дешифровки: изображение, пройдя через переплетённые световоды, превращается в бессмысленный набор точек разного цвета, но после прохода через вторую половину этот набор точек восстанавливается до оригинала. Преимущество этого метода заключается в простоте изготовления шифрующего механизма и в невозможности расшифровать передаваемое изображение без шифратора или дешифратора (шифратор и дешифратор в такой системе абсолютно взаимозаменяемы). Недостаток заключается в значительной потере качества изображения, зависящей от толщины используемых световодов, и в необходимости очень точно позиционировать зашифрованное изображение перед дешифратором — малейший перекос будет препятствовать расшифровке. Оптическое волокно используется при конструировании [[Волоконный лазер|волоконного лазера]]. == Примечания == {{примечания}} == См. также == * [[Оптические материалы]] * [[Оптические системы]] * [[Сварка оптического волокна]] * [[Сплайс-пластина]] * [[Оптический рефлектометр]] * [[Субдлинноволновое оптическое волокно]] * [[Подводный коммуникационный кабель]] * [[Оптоволоконное измерение температуры]] * [[Фотонно-кристаллические волноводы]] == Литература == * {{книга |автор = Листвин А. В., Листвин В. Н., Швырков Д. В. |часть = |заглавие = Оптические волокна для линий связи |оригинал = |ссылка = |ответственный = |издание = |место = М. |издательство = ЛЕСАРарт |год = 2003 |том = |страницы = |страниц = 288 |серия = |isbn = 5-902367-01-8 |тираж = 10 000 }} * Gambling, W. A., «The Rise and Rise of Optical Fibers», ''IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics'', Vol. 6, No. 6, pp.&nbsp;1084–1093, Nov./Dec. 2000 * Gowar, John, ''Optical Communication Systems'', 2 ed., Prentice-Hall, Hempstead UK, 1993 (ISBN 0-13-638727-6) * {{книга |автор=Hecht, Jeff |заглавие=City of Light, The Story of Fiber Optics |издательство=Oxford University Press |место=New York |год=1999 |isbn=0-19-510818-3 }} * Hecht, Jeff, ''Understanding Fiber Optics'', 4th ed., Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ, USA 2002 (ISBN 0-13-027828-9) * Nagel S. R., MacChesney J. B., Walker K. L., «An Overview of the Modified Chemical Vapor Deposition (MCVD) Process and Performance», ''IEEE Journal of Quantum Mechanics'', Vol. QE-18, No. 4, April 1982 * {{книга |автор=Ramaswami, R., Sivarajan, K. N. |заглавие=Optical Networks: A Practical Perspective |издательство=Morgan Kaufmann Publishers |место=San Francisco |год=1998 |isbn=1-55860-445-6 }} == Ссылки == * {{cite web|url=http://www.66.ru/user/113296/blog/261017/|title=Изготовление оптических волокон(видео)}} * {{cite web|url=http://www.teleinfo.ru/seminar/79.htm|title=Сварка оптического волокна / видеоинструкция, 3:12 мин.}} * {{cite web|url=http://www.skomplekt.com/solution/ismer.htm|title=Измерения на волоконно-оптических линиях связи / Цикл статей}} * {{cite web|url=http://incab.ru/information/cable/select/|title=Выбор подвесного оптического кабеля исходя из условий эксплуатации/ Статья}} * {{cite web|url=http://tools.ru/tools/1.htm|title=Инструментарий для работы с волоконно-оптическим кабелем / Цикл статей}} [[Категория:Волоконно-оптическая связь]]

Возврат к странице Оптическое волокно.