Nini ni Safu ya Taa?

Maana

Namba ya mwanga ni umbi udogo unaofanana na kifundo uliojengwa kutoka kwenye gilasi (silika) au plastiki, uliyoundwa kusoma kwa maeneo ya utaratibu wa ishara za mwanga. Ingawa inaonekana kuwa na uwezo mdogo, namba ya mwanga mara nyingi ina ukubwa zaidi kuliko nywele ya mtu.

Kwa ukuaji zaidi, namba ya mwanga hufanya kazi kama waveguide, inayoweza kusimamia mawimbi ya nishati ya elektromagnetiki katika aina ya mwanga kwenye maghali za mwanga. Uwezo huu mzuri unaweza kumpeleka taarifa zaidi ya umbali mkubwa na ustawi mkubwa na upungufu mdogo wa ishara, kufanya ikibaki msingi wa teknolojia za mawasiliano ya sasa.

Mfumo wa Namba ya Mwanga

Namba ya mwanga ni muhimu kujumuisha viwango viwili vya muhimu: core na cladding. Core, mfumo wa dielectric wenye umbo la silindri, uliojengwa kwa kawaida kutoka kwenye gilasi, hufanya kazi kama njia ya usafiri wa mwanga. Ni katika eneo hili la kituo ambapo ishara za mwanga husafiri, hulihudumiwa kwa mapitio ya total internal reflection. Kilichozunguka core ni cladding, mara nyingi inajengwa kutoka kwenye plastiki. Cladding ina jukumu la muhimu la kuhifadhi mwanga ndani ya core, hakikisha kwamba ishara za mwanga hazijapotee na wanaweza kutumika kwa umbali mkubwa bila upungufu au upungufu mkubwa.

Picha chini hii inaelezea mfumo wa kutosha wa namba ya mwanga, inayopambana na vibale vya core na cladding na majukumu yao yanayofanana kwa kusaidia utaratibu wa mwanga kwa ustawi.

Maelezo ya Mfumo na Kazi

Mchakato wote wa namba ya mwanga unahifadhiwa kwenye jacket yenye ubavu, ambayo inafanya kazi kama kianda cha hifadhi. Jacket hii inahifadhi namba ya mwanga kutokana na dharura, vitu vya mazingira, na shida ya mekaniki, kuhakikisha integriti yake wakati wa uzalishaji, kazi, na kupata.

Ni muhimu kukumbuka kwamba katika namba za mwanga, cladding haijumuishi moja kwa moja kwenye utaratibu wa mawimbi ya mwanga; badala yake, mwanga husema tu kwa njia ya core. Lakini, mzunguko wa core na cladding ni muhimu kwa ajili ya kupunguza upungufu wa ishara kwa sababu ya scattering. Hii ni kwa sababu tofauti ya refractive indices kati ya viwango vya wito vinavyoweza kusimamia mwanga kwa ustawi. Kwa ujumla, index wa refractive wa core lazima iwe zaidi kuliko ya cladding. Tofauti hii ya index wa refractive ni msingi muhimu unaojulisha kwa ustawi utaratibu wa mwanga ndani ya namba.

Utaratibu wa Mwanga katika Namba za Mwanga

Namba za mwanga zimeundwa kusafirisha ishara katika aina ya mwanga (photons). Swali linalotoka ni: Jinsi mwanga anasafiri ndani ya namba ya mwanga? Jibu linaelekea kwenye tabia ya total internal reflection.

Wakati mwanga anainia namba ya mwanga, anasafiri ndani ya core kwa kushiriki rangi kutoka kwenye cladding. Hayo mashiriki yanajulikana kama total internal reflections, ambayo yanatosha kwa masharti fulani. Kama ilivyoelezwa kabla katika muktadha wa total internal reflection, tabia hii hutokea wakati mwanga anasafiri kutoka kwenye medium inayojumuisha index wa refractive wa juu (core yenye ukubwa) hadi medium inayojumuisha index wa refractive chache (cladding yenye ukubwa kidogo) kwa kivuli kubwa zaidi ya angle of incidence.

Na kivuli kubwa zaidi ya angle of incidence, badala ya kureflect kwenye cladding, mwanga anastarehe kusafiri ndani ya core kwa kushiriki rangi tofauti. Umbo la silindri la core, na ukubwa wake mdogo, huchukua tu kiasi kidogo cha mwanga kushiriki rangi kutoka kwenye interface ya core - cladding. Hii, kwa misingi, huchukua kwamba kivuli cha mwanga ray remains consistently greater than the critical angle, enabling the light to be effectively guided along the length of the fiber.

Modes of Propagation in Optical Fibers

Wakati mwanga anasafiri ndani ya namba ya mwanga, anaweza kufuata njia moja tu au njia zaidi kama anasafiri ndani ya core. Kwa ujumla, "modes" of propagation yanamaanisha idadi ya njia tofauti ambazo mwanga ray anaweza kuchukua wakati anasafiri ndani ya namba. Kuna kwa ujumla modes miwili muhimu za propagation katika namba za mwanga:

Single - mode Fiber

Katika single - mode fiber, mwanga rays anasafiri ndani ya namba kwa njia moja tu. Njia moja hii ya utaratibu wa mawimbi huongeza sana upungufu wa ishara wakati wa transfer. Tangu hakuna njia nyingi za mwanga ray kusafiri, integriti ya ishara inaweza hifadhiwa kwa umbali mkubwa, kuhakikisha mawasiliano ya high - fidelity.

Core wa single - mode fiber una ukubwa mdogo, ambayo inahitaji tathmini ya mwanga beam. Kwa hivyo, vyanzo vya mwanga laser vinyenyekevu vynatumika, kwa sababu vinaweza kutokana na beam sahihi, coherent ambayo inaweza kusafiri kwa urahisi kwenye core fupi bila divergence kubwa au scattering.

Multimode Fiber

Multimode fibers ina core ambao ukubwa wake ni mkubwa zaidi kumpate na single - mode fibers. Ukubwa huu wa core unaweza kumpeleka mwanga ray kusafiri kwa njia nyingi ndani ya core. Ingawa tabia hii inaweza kunyanyasa namba kusafiri mwanga zaidi, pia inongeza uwezekano wa signal dispersion na attenuation. Signal dispersion inatosha kama mwanga rays safiri kwa njia mbalimbali ndani ya core wanapowasili point ya mwisho kwa muda tofauti kidogo, kuleta blur ya ishara. Attenuation, au weakening of the signal, pia inajulikana zaidi katika multimode fibers kutokana na sababu kama scattering na absorption ndani ya core mkubwa. Lakini, ukubwa wa core unaweza kuwa na faida ya kuwa na njia nyingi za utaratibu wa mwanga, kufanya iwe inapatikana kwa matumizi ambako simplicity na gharama chache zinachukuliwa kwa kipaumbele kumpate utaratibu wa umbali mkubwa, bandwidth kubwa.

What are Glass Fibers?

Glass ni solid amorphous unayejulikana kwa nguvu zake, transparency, na brittleness. Inaundwa kwa njia ya melting combination ya materials na kisha kuchoma (quenching) zao. Kama crystalline solids, glass haina structure molecular well - defined, regular. Badala yake, molecules zake zimejumuisha kwa pattern disordered, arbitrary.

Glass ina tabia unique: kubadilisha composition yake ya material inaweza kubadilisha properties yake. Uwezekano huu wa properties unafanya glass kuwa na material versatile, hasa wakati unazungumzia kujenga optical fibers na performance attributes tailored.

Advantages of Optical Fiber

• Distortion - Resistant Signal Transmission: Optical fibers hufanikisha utaratibu wa mawimbi ya mwanga, inayoweza kusimamia ishara kwa ustawi mdogo wa distortion. Hii huchukua kwamba integriti ya taarifa inayosafirishwa inaweza hifadhiwa, hata kwa umbali mkubwa.

• Secure and Long - Range Communication: Namba hizi zinatoa njia ya ustawi wa kutuma data kwa umbali mkubwa. Tabia ya transmission ya mawimbi ya mwanga ndani ya namba hutoa ishara, kupunguza hatari ya kuegesha na interference, kufanya ikibaki ideal for applications where data security is paramount.

• Extended Lifespan: Kulingana na aina nyingine za cables za transmission, optical fibers ana service life mkubwa zaidi. Ustawi wao na resistance wao kwa wear and tear huwasaidia kumpeleka performance ya thamani kwa muda mrefu, kupunguza hitaji wa replacements ya mara kwa mara.

Disadvantages of Optical Fiber

• High Installation and Maintenance Costs: Initial installation na ongoing maintenance ya optical fiber systems inaweza kuwa gharama kubwa. Hii inajumuisha gharama za equipment specialized, skilled labor kwa installation, na upkeep ya mara kwa mara kuhakikisha performance optimal.

• Vulnerability kwa Environmental Factors: Kwa sababu ya nature yao ya fragile, optical fibers inahitaji protection enhanced kutokana na environmental conditions. Exposure kwa physical stress, extreme temperatures, moisture, na environmental elements nyingine inaweza potentially damage the fibers na disrupt signal transmission.

• Requirement for Repeaters: Ingawa optical fibers zinaweza kutuma ishara kwa umbali mkubwa kwa upungufu mdogo wa distortion, use of repeaters inaweza kuwa necessary wakati wa transmission ya ishara. Repeaters hawa huzidhibiti na kurudia ishara ili kumkomboa chochote degradation kinachotosha kwa umbali, kuongeza complexity na gharama za system kamili.

Optical fibers zinajengwa kwa mara nyingi kutoka kwenye silica kwa sababu operating characteristics zake bora. Silica ni material chemically stable, ambayo inaweza kusimamia environmental conditions harsh bila degradation significant. Stability yake na properties za optics zinamfanya material of choice kwa optical communication applications, kuhakikisha reliable na efficient signal transmission.