Kas ir optiskais šķidrālinis?

Definīcija

Optiskais šķiedra ūdeņradis ir smalks, elastīgs virsotnes (kvartsa) vai plastmasas stieņu, kas speciāli izstrādāts optisko (gaismas) signālu pārraidei. Neraugoties uz tā delikāto izskatu, parasti optiskā šķiedra ūdenradītā diametrā ir lielāks nekā cilvēka matas.

Precīzāk sakot, optiskais šķiedra ūdeņradis darbojas kā vilnvejdis, ļaujot elektromagnētiskajiem vilniem, kas veido gaismu optiskajos frekvenču diapazonos, tikt pārraidītiem. Šī unikālā īpašība ļauj tam efektīvi un ar minimālām signāla zudējumiem nodot informāciju garākos attālumos, padarot to par moderno komunikācijas tehnoloģiju pamatbloku.

Optiskā šķiedra ūdenradīta struktūra

Optiskais šķiedra ūdeņradis būtībā sastāv no diviem galvenajiem komponentiem: kodola un apbalsta. Kodols, cilindrisks dielektisks konstrukcijas elements, kas galvenokārt izgatavots no stikla, palīdz kā ceļš gaismas plūsmai. Tā centrālajā daļā pārvietojas optiskie signāli, vadībā balstoties uz pilnas iekšējās atspoguļošanas principiem. Apkārt kodolam atrodas apbalsts, parasti izgatavots no plastmasas. Apbalsts spēlē būtisku lomu, uzturējot gaismu kodolā, nodrošinot, ka optiskie signāli paliek nepārtraukti un var tikt pārraidīti garākos attālumos bez būtiskiem izplūdes vai degradācijas apmēriem.

Zemāk redzamā attēlā parādīta optiskā šķiedra ūdenradīta detalizētā struktūra, izcelot kodola un apbalsta atsevišķās slānis un to lomu efektīvā gaismas pārraidei.

Struktūras un funkcionalitātes detaļas

Visa optiskā šķiedra ūdenradīta montāža ir ieņemta elastīgā ādā, kas darbojas kā aizsardzības slānis. Šis ādas slānis aizsargā šķiedru no fiziskās kaitējuma, vides faktoriem un mehāniskām spēkiem, nodrošinot tā integritāti laikā instalācijas, darbības un manipulācijas.

Jāatzīmē, ka optiskajos šķiedros apbalsts tieši neatbilst gaismas vilnu pārraidei; gan gaismas plūsma notiek tikai caur kodolu. Tomēr, kodola un apbalsta kombinācija ir būtiska, lai samazinātu signāla zudējumus, ko rada spridze. Tas jo īpaši notiek tāpēc, ka starp abiem elementiem ir atšķirīgas refrakcijas indeksi, kas ļauj efektīvu gaismas vadību. Konkrēti, kodola refrakcijas indekss jābūt augstākam nekā apbalsta. Šis refrakcijas indeksa atšķirība ir pamatprincips, kas ļauj efektīvu gaismas pārraidei šķiedrā.

Gaismas plūsma optiskajos šķiedros

Optiskie šķiedri ir izstrādāti, lai pārraidītu signālus formā gaismas (fotoni). Tad rodas jautājums: kā gaismas patiešām plūst caur optisko šķiedru? Atbilde atrodama pilnas iekšējās atspoguļošanas paradoksā.

Kad gaismas ieplūst optiskajā šķiedrā, tā plūst caur kodolu, veicot nepārtrauktas atspoguļojumu no apbalsta. Šie atspoguļojumi ir pilnas iekšējās atspoguļojumi, kas notiek noteiktās apstākļos. Kā jau iepriekš minēts, šis paradokss notiek, kad gaismas plūst no materiāla ar augstu refrakcijas indeksu (blīvāks kodols) uz materiālu ar zemu refrakcijas indeksu (retāks apbalsts) pie leņķa, kas lielāks par kritisku leņķi.

Ar šādu ieplūdes leņķi, vietā, lai tikt refrektēts apbalstā, gaismas turpinās plūst caur kodolu, veicot sekojošus atspoguļojumus. Kodola cilindriskais formas, ar relatīvi mazu diametru, nodrošina, ka tikai mazākā daļa gaismas tiek atspoguļota no kodola - apbalsta saskara. Tas savukārt garantē, ka ieplūdes leņķis gaismas plūsmā paliek nemainīgi lielāks par kritisko leņķi, ļaujot gaismam efektīvi tikt vadītam pa šķiedra garumu.

Propagācijas režīmi optiskajos šķiedros

Kad gaismas plūst pa optisko šķiedru, tā var sekot vienai vai vairākām ceļiem, plūstot caur kodolu. Būtībā "propagācijas režīmi" attiecas uz skaitu, cik atsevišķi ceļi, ko gaismas plūsma var izsekot, plūstot caur šķiedru. Galvenokārt ir divi fundamentālie propagācijas režīmi optiskajos šķiedros:

Vienmodulis šķiedrs

Vienmodulīs šķiedros gaismas plūsma plūst caur šķiedru tikai vienu ceļu. Šis viens ceļš vilni plūsmas būtiski samazina signāla distorciju pārnešanas procesā. Tā kā nav vairāku ceļu, kā gaismas plūsma varētu plūst, signāla integritāte var tikt saglabāta garākos attālumos, nodrošinot augstu precizitāti komunikācijā.

Vienmodulīs šķiedra kodols ir ļoti maza diametra, kas prasa izmantot augsti fokusētu gaismas plūsmu. Tāpēc galvenokārt tiek izmantotas lazeru gaismas avoti, kuri var emitēt šauru, koherentu plūsmu, kas var efektīvi plūst caur saistošo kodolu bez būtiskiem diverģence vai spridzes apmēriem.

Vairākmodulis šķiedrs

Vairākmodulīs šķiedros kodols ir būtiski lielāks salīdzinājumā ar vienmodulīs šķiedra kodolu. Šis platāks kodols ļauj gaismas plūsmam plūst caur vairākiem ceļiem kodolā. Lai arī šī īpašība ļauj šķiedram nesēt vairāk gaismas vienlaikus, tā arī palielina signāla dispersijas un slāpēšanas iespējamību. Signāla dispersija notiek, kad dažādi gaismas plūsmas, plūstot dažādos ceļos kodolā, nonāk galamērķī nedaudz atšķirīgos laikos, surogādam signālu. Slāpēšana, vai arī signāla vājināšanās, ir arī izteiktāka vairākmodulīs šķiedros, tāpēc, ka faktori, piemēram, spridze un absorbcija plašākā kodolā. Tomēr, širokākais kodola diametrs sniedz priekšrocību, nodrošinot vairākas plūsmas ceļus, kas ir piemērots lietojumam, kur vienkāršība un zema cena ir prioritāte salīdzinājumā ar ļoti garām attālumiem, augsta izraisījuma pārnešanu.

Kas ir stikla šķiedras?

Stikls ir amorfā solīda rakstura, kas raksturojas ar savu grūtību, caurumu un spraugību. To radīt, izmantojot materiālu kombināciju, kas pēc tam tiek ātri dzesēta (quenching). Atšķirībā no kristāliskiem solidiem, stikls nav labi definētas, regulāras molekulārās struktūras. Gaidīt, tā molekulas ir novietotas neregulārā, arbitrārā modelī.

Stikls ir unikālas īpašības: mainot tā materiālu sastāvu, tā īpašības atbilstoši mainās. Šī izplešanās īpašības padara stiklu universālu materiālu, it īpaši, kad runa par optisko šķiedru ražošanu ar pielāgotiem veiktspējas atribūtiem.

Optiskā šķiedra priekšrocības

• Distorcijas nepārtrauka signāla pārnešana: Optiskie šķiedri ļauj gaismas vilņu plūsmu, ļaujot signālus tikt pārnēsātiem ar izcilu imunitāti pret distorciju. Tas nodrošina, ka informācijas pārnese paliek nepārtraukta, pat garākos attālumos.

• Droša un ilgstoša komunikācija: Šie šķiedri nodrošina drošu datu pārnēsāšanu garākos attālumos. Gaismas vilņu pārnese šķiedrā ierobežo signālu, samazinot risku, ka tas tiks piesaistīts vai traucēts, padarot to ideālu lietojumam, kur datu drošība ir prioritāte.

• Ilgāks dzīveslaiks: Salīdzinājumā ar citiem pārnešanas kabeļiem, optiskie šķiedri ir būtiski ilgāks servisa laiku. Viņu ilgtermiņa izturība un resistences pret izsmalcināšanos un izsmalcināšanos ieguldījums viņu spējā uzturēt uzticamu veiktspēju ilgā laikā, samazinot nepieciešamību bieži aizvietot tos.

Optiskā šķiedra trūkumi

• Augsts instalācijas un uzturēšanas izmaksas: Sākotnējā instalācija un regulāra uzturēšana optiskajiem sistēmām var būt salīdzinoši dārga. Tas ietver specializēto aprīkojuma izmaksas, instalācijas specializēto darbinieku un regulāras uzturēšanas, lai nodrošinātu optimālo veiktspēju.

• Vaicājums pret vides faktoriem: Tāpēc, ka to spraugīga rakstura, optiskajiem šķiedriem ir nepieciešama papildu aizsardzība pret vides apstākļiem. Fiziskā stressa, ekstrēmās temperatūras, mitruma un citu vides faktoru iedarbība var potenciāli kaitēt šķiedriem un traucēt signāla pārnešanai.

• Repeateru nepieciešamība: Lai gan optiskie šķiedri var pārnēsāt signālus garākos attālumos ar minimālām distorcijām, dažreiz ir nepieciešams izmantot repeaterus signāla pārnešanā. Šie repeateri pastiprina un atjauno signālu, lai kompensētu jebkādus attāluma laikā radušos apmērus, pievienojot sarežģītību un izmaksas vispārējai sistēmai.

Optiskie šķiedri parasti izgatavo no kvartsa, tāpēc, ka tā superiūra darbības īpašības. Kvarts ir ķīmiski stabils materiāls, kas ļauj tam izturēt smagus vides apstākļus bez būtiskiem apmēriem. Tā stabilitāte un optiskās īpašības padara to par izvēles materiālu optiskajām komunikācijas lietojumiem, nodrošinot uzticamu un efektīvu signāla pārnešanu.