Optische Fasern sind ein Beispiel dafür, wie wissenschaftliche Erkenntnisse in technologischen Fortschritt umgesetzt werden und letztendlich das Leben des Durchschnittsbürgers erleichtern. Faseroptik ist seit mehreren Jahren mit Kommunikationsmitteln zum Übertragen elektrischer Signale verbunden. Dünne Filamente in der Größe eines menschlichen Haares können verwendet werden, um eine Vielzahl von Signalen zu übertragen, die zum Betrieb von Telefon, Internetanschluss, Fernseher usw. erforderlich sind Haush altsbedarf.
Optische Signalübertragungstechnik
Die Verwendung von Lichtwellenleitern als Signalübersetzer an sich ist nur ein Teil des offengelegten Wissens, das im wissenschaftlichen Bereich der Faseroptik erforscht wird. Spezialisten auf diesem Gebiet untersuchen die Informationsübertragung und die Ausbreitung von Licht, und zwar in einem Zusammenhang, vereint durch Lichtleiter. Letztere dienen sowohl als Lichtverteiler als auch als Informationsübermittler. Moderne Trends in der Entwicklung von Lasertechnologien basieren übrigens auf LEDs. In diesem Fall ist eine andere Frage interessanter - welches Phänomen ist die Grundlage der Glasfaser? Dieses Phänomeninterne Reflexion von (totaler) elektromagnetischer Strahlung an der Grenzfläche zwischen Dielektrika mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Außerdem ist der Informationsträger überhaupt kein elektromagnetisches Signal, sondern ein kodierter Lichtstrom. Um den Grad der Überlegenheit von Glasfaserkabeln gegenüber herkömmlichen Metallkabeln zu verstehen, lohnt es sich, noch einmal auf ihre Bandbreite hinzuweisen. Der bereits erwähnte Faserfaden, dessen Dicke nicht mehr als 0,5 mm beträgt, ist in der Lage, eine Menge an Informationen zu übertragen, die eine gewöhnliche Kupferleitung nur mit einer Dicke von 50 mm liefern kann.
Glasfaser-Fertigungsverfahren
Es gibt zwei Hauptmethoden, mit denen Glasfasern hergestellt werden können. Es ist eine Technik des Extrudierens und Schmelzens unter Verwendung von Vorformlingen. Die erste Technologie ermöglicht es, minderwertiges Material auf Kunststoffbasis zu erh alten, so dass es heute praktisch nicht verwendet wird. Die zweite Methode gilt als die wichtigste und effektivste. Ein Vorformling ist ein Vorformling, der sich in einer Struktur befindet, die zum Ziehen von Fäden bestimmt ist. Nach modernen Maßstäben können Preforms bis zu mehreren zehn Metern hoch sein. Äußerlich ist dies ein Glasstab mit einem Durchmesser von etwa 10 cm, aus dem der Kern des Fadens geschmolzen wird. Während des Herstellungsprozesses wird der Kern zusammen mit der Mischung für die Fasern auf hohe Temperaturen erhitzt, wonach die Filamente geformt werden. Die Länge des resultierenden Materials kann mehrere Kilometer erreichen, obwohl der Durchmesser unverändert bleibt - es wird von automatisierten Reglern gesteuert. Je nachdem, wo der Lichtleiter eingesetzt werden soll, ist das Material zEs kann mit Beschichtungen vorbehandelt werden, die einen chemischen und physikalischen Schutz bieten. Die Filamentmischungen selbst enth alten normalerweise Materialien wie Polyimid, Acrylat und Silikon.
Faserdesignmerkmale
Der zentrale Teil des Fadens ist der Kern - der eigentliche Kern der Faser, der während des Betriebs Licht verbreitet. Der Kern zeichnet sich durch erhöhte Lichtbrechungsindizes aus, was durch eine Glasdotierung mit Modifikation durch spezielle Additive erreicht wird. Beispielsweise werden für Quarzfasern typische refraktive Komponenten wie ein Dotierstoff verwendet. Die Hülle erfüllt wiederum mehrere Aufgaben, von denen die wichtigste der direkte physische Schutz des Kerns ist. Dieser Teil bietet auch den Brechungseffekt, jedoch mit einem minimalen Koeffizienten. Die Grenze zwischen den beiden Materialien bildet eine Lichtleiterstruktur, die den Großteil des Lichts nicht aus dem Kern entweichen lässt. Es ist auch erwähnenswert, dass die Grundlagen der Faseroptik das Material auf verschiedene Lichtleiter beziehen. Genauer gesagt sprechen wir von dielektrischen Wellenleitern, die Lichtsignale übertragen.
Glasfaser-Varianten
Am häufigsten sind Quarz-, Kunststoff- und Fluoridfasern. Quarzfilamente basieren auf Oxidschmelzen oder strukturähnlichen Materialien, darunter auch dotiertes Siliziumoxid. Diese Basis ermöglicht es, flexible und lange Fasern herzustellen, die sich in unterscheidenund hohe mechanische Festigkeit. Kunststoff-Faseroptiken werden aus Polymeren hergestellt und können, wie bereits erwähnt, keine hohe Leistung erbringen. Insbesondere weisen solche Threads einen hohen Anteil an Datenverlust auf, was den Einsatz in anspruchsvollen Bereichen einschränkt. Andererseits hält die Erschwinglichkeit von Kunststofffasern die Nachfrage nach diesem Material in Richtung des Haush altssegments. Was optische Fluoridmaterialien betrifft, so basiert ihre Basis auf Fluorzirkonat- und Fluoraluminatgläsern. Dies sind ziemlich moderne und technologische Lösungen zur Bereitstellung optischer Kommunikation, aber der Geh alt an Schwermetallen in der Struktur erlaubt auch ihre Verwendung beispielsweise in der medizinischen Industrie nicht.
Fasermessgeräte
Die am häufigsten in Glasfaserbausätzen verwendeten Geräte sind Sensoren und Bragg-Gitter. Faseroptische Sensoren sind Geräte, die dazu bestimmt sind, bestimmte Werte festzulegen, die den momentanen Zustand des Materials charakterisieren. Beispielsweise können verschiedene Sensoren mechanische Spannungen, Temperatur, Vibration, Druck und andere Größen erfassen. Das Bragg-Gitter kommt in seiner Funktion den optischen Eigenschaften näher. Es behebt eine aperiodische Brechungsstörung im Faserkern. Mit dieser Messung können Sie bestimmen, wie effizient Glasfaser unter bestimmten Bedingungen ein Signal überträgt. Auch Experten verwenden optischeReflektometer, das Verlustleistung und Widerstand registriert.
Glasfaserverstärker und Laser
Dies ist das fortschrittlichste Produkt, das auf der Grundlage der Glasfasertechnologie entwickelt wurde. Im Gegensatz zu anderen Lasertypen ermöglicht die Verwendung optischer Filamente die Herstellung kompakter und gleichzeitig effizienter Geräte. Insbesondere die Glasfasertechnologie hat es ermöglicht, klassische Lasergeräte mit folgenden Vorteilen zu ersetzen:
- Kühlkörpereffizienz.
- Erhöhte Ausgangsstrahlung.
- Effektives Pumpen.
- Hohe Zuverlässigkeit und Stabilität des Lasers.
- Geräte mit geringem Gewicht.
Verstärker wiederum können je nach Typ auch in Heimnetzleitungen eingesetzt werden, wodurch die Leistung der Hauptfaserleitung erhöht wird. Der Umfang des Glasfaserbetriebs ist jedoch eine genauere Betrachtung wert.
Wofür wird Glasfaser verwendet?
Es gibt mehrere Bereiche, in denen faseroptische Materialien verwendet werden. Dies ist der Bereich des häuslichen Gebrauchs, der Telekommunikationsausrüstung und der Computerausrüstung sowie hochspezialisierter Nischen, einschließlich bestimmter Bereiche der Medizin. Für jedes dieser Segmente werden spezielle Lichtwellenleiter hergestellt. Die Anwendung als typisches Mittel zur Übertragung beispielsweise eines TV- oder Internetsignals ist auf billige Kunststoffmodelle mittlerer Qualität beschränkt. Aber für Lasergeräte und teuerMedizinprodukte verwenden hochwertige Quarzfasern, die auch mit zusätzlichen Modifikatoren versehen sind.
Anwendung von Glasfasern in der Medizin
Solche Fasern können in medizinischen Geräten und Instrumenten verwendet werden. Die Standardtechnologie schlägt die Möglichkeit vor, ein spezielles Gerät einzuführen, das auf gebrochenen Lichtfasern basiert, die bereits im Körperorgan selbst ein Signal an eine externe Fernsehkamera übertragen können. Faseroptik wird in der Medizin und als Beleuchtungsmaterial verwendet. Mit Fasermodulen ausgestattete Geräte ermöglichen eine schmerzfreie Ausleuchtung der Hohlräume des Magens, des Nasenrachenraums etc.
Verwendung von Glasfasern in Computeranlagen
Vielleicht ist dies die häufigste Nische, in der Glasfaser ihren Platz gefunden hat. Kommunikationsleitungen zwischen einzelnen Geräten, die Informationen übertragen, kommen heute nicht mehr ohne ihn aus. Dies gilt natürlich für jene Bereiche, in denen es unmöglich oder unpraktisch ist, drahtlose Verbindungen zu verwenden, die auch Kabel als solche aktiv ersetzen. Beispielsweise verlegen die größten Telekommunikationsunternehmen überregionale Backbone-Netze, die Glasfaser verwenden. Die Verwendung solcher Kanäle zum Verbinden von Peripheriegeräten und normalen Verbrauchern von Telekommunikationsdiensten ermöglicht es Ihnen, die finanziellen Kosten für die Wartung der Netzwerkinfrastruktur zu optimieren und auch die Effizienz der Datenübertragung selbst zu erhöhen.
Nachteile von Glasfaser
Leider sind optische Threads nicht ohne Schwächen. Obwohl die Wartung einer solchen Verkabelung billiger ist, ganz zu schweigen davon, dass keine häufigen Aktualisierungen erforderlich sind, sind die Materialkosten selbst viel höher als bei denselben Gegenstücken aus Metall. Darüber hinaus ist die Faseroptik und ihre Verwendung in der Medizin aufgrund des Geh alts an Blei- und Zirkoniumverunreinigungen in einigen Legierungen, die für Menschen giftig sind, äußerst begrenzt. Dies gilt hauptsächlich für die hochwertigsten Glasmodelle, nicht für Kunststoffmodelle.
Produktion von Glasfasern in Russland
Im Rahmen des Importsubstitutionsprogramms wurde 2015 das Werk Optical Fiber Systems in Mordowien eröffnet. Dies ist das einzige Unternehmen in der Russischen Föderation, das derzeit versucht, den Bedarf der heimischen Verbraucher an Glasfaser so weit wie möglich zu decken. Bis 2015 beschäftigte sich die russische Industrie auch mit der Herstellung von Glasfasermaterialien, jedoch nur im Rahmen einzelner gezielter Projekte. Die gleiche Situation besteht bis zu einem gewissen Grad heute. Wenn ein bestimmtes Unternehmen Glasfaser benötigt und deren Einsatz in der Medizin oder im Bereich der Telekommunikation finanziell gerechtfertigt ist, dann gibt es viele Fabriken, die bereit sind, solche Sonderaufträge individuell zu bearbeiten. In naher Zukunft wird jedoch nur das Werk in Mordowien die Serienproduktion der gleichen Glasfaserkabel herstellen. Außerdem ist sie noch nicht in der Lage, den Markt entsprechend der Nachfrage zu beliefern. Ein erheblicher Teil der Produkte wird immer noch aus den USA und Japan bezogen. Und sogar einheimische Produkte werden importiertRohstoffe.
Schlussfolgerung
Glasfaserprodukte bilden sich seit etwa 15-20 Jahren als Marktsegment heraus. Im Laufe der Jahre konnte der Verbraucher die Vorzüge neuer Kabel schätzen, aber der Fortschritt steht nicht still. Mit der Verbesserung der technischen und physikalischen Eigenschaften erweitern sich auch die Einsatzgebiete des Materials. Insbesondere die neueste Faser auf Basis der Nanotechnologie wird aktiv in der Öl- und Gasindustrie sowie in der Verteidigungsindustrie eingesetzt. Die nichtlineare Faseroptik wiederum entwickelt derzeit nur konzeptionelle, aber sehr vielversprechende Technologiebereiche. Darunter sind Kompressionslaserpulse, optische Solitonen, ultrakurze optische Strahlung usw. Neben der theoretischen Forschung mit möglichen Entdeckungen und im Rahmen rein wissenschaftlicher Erkenntnisse werden neue Entwicklungen natürlich auch neue Angebote für Verbraucher unterschiedlicher Marktstufen ermöglichen.
