Оптическое волокно
Материал из Телевики — свободной вики-энциклопедии о мире телекоммуникаций
INSAR (обсуждение | вклад) (→История) |
INSAR (обсуждение | вклад) м (эритрофобия) |
||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
[[Файл:Fibreoptic.jpg|thumb|right|350px|Пучок оптических волокон]] | [[Файл:Fibreoptic.jpg|thumb|right|350px|Пучок оптических волокон]] | ||
| − | '''Опти́ческое волокно́''' — нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса | + | '''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 | + | [[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 == | == История == | ||
| Строка 11: | Строка 11: | ||
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. | 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 | + | В настоящее время развивается применение пластиковых оптических волокон. Сердечник в таком волокне изготовляют из полиметилметакрилата (PMMA), а оболочку из фторированных PMMA (фторполимеров). |
== Конструкция == | == Конструкция == | ||
| Строка 22: | Строка 22: | ||
== Классификация == | == 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.]] | [[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 | + | 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 | {{cite web | ||
| url = http://kabel-news.ru/netcat_files/90/100/Rynok_opticheskogo_kabelya.pdf | | url = http://kabel-news.ru/netcat_files/90/100/Rynok_opticheskogo_kabelya.pdf | ||
| Строка 35: | Строка 35: | ||
Существует три основных типа одномодовых волокон: | Существует три основных типа одномодовых волокон: | ||
| − | # Одномодовое ступенчатое волокно с несмещённой дисперсией (стандартное) ( | + | # 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 ( | + | # 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 ( | + | # 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 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 | + | 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. | Полимерные (пластиковые) волокна производят диаметром 50, 62.5, 120 и 980 микрон и оболочкой диаметром 490 и 1000 мкм. | ||
| Строка 54: | Строка 54: | ||
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 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 | + | 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. | 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. | ||
| Строка 60: | Строка 60: | ||
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. | 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 | + | 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 === | === Другие применения оптического волокна === | ||
| − | [[Файл:Flashflight red.jpg|thumb|300px|right| Диск | + | [[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, | + | 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 | + | 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. | 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. | ||
