Optiskā šķiedra ir cilindra{0}}veida viļņvads, ko izmanto dažādās lietojumprogrammās, piemēram, komunikācijā, izklaidē, celtniecībā, dekorācijā, medicīnā, veselības aprūpē, pētniecībā, attīstībā utt.
Materiāli, ko parasti izmanto optisko šķiedru izgatavošanai, ir silīcija dioksīds, stikls un plastmasa. Optiskās šķiedras ir nedaudz biezākas un nedaudz biezākas nekā cilvēka matu diametrs.
To var plaši iedalīt trīs pamattipos, pamatojoties uz izmantotā materiāla veidu, serdes un apšuvuma laušanas koeficientu un gaismas izplatīšanās veidu. Daži no visizplatītākajiem optisko šķiedru veidiem ir pakāpeniskā-indeksa optiskā šķiedra, pakāpeniskā-indeksa optiskā šķiedra, plastmasas optiskā šķiedra, stikla optiskā šķiedra, silīcija optiskā šķiedra, viena-modu optiskā šķiedra un daudzmodu optiskā šķiedra.
Optiskās šķiedras ir izdevīgas, jo tās ir elastīgas, vieglas, plānas un ne{0}}uzliesmojošas. Turklāt reālajā dzīvē optisko šķiedru izmantošanai dažādiem lietojumiem ir noteikti ierobežojumi, jo optiskās šķiedras nav tik izturīgas kā tradicionālie vadi, ir ļoti jutīgas pret iespiedumiem un var viegli salūzt, ja pārāk daudz saliektas. Turklāt optisko šķiedru kabeļu ražošanas un uzstādīšanas izmaksas ir daudz augstākas nekā vara vai alumīnija kabeļiem. Stikla šķiedras optiskie kabeļi ir ļoti trausli. Viņiem nepieciešama augsta līmeņa apkope un aprūpe.
Dažādu ikdienas lietojumu pamatdarbība ir atkarīga no optiskajām šķiedrām.
| Pieteikums | Tipisks lietošanas gadījums | Galvenās priekšrocības |
|---|---|---|
| Sakaru sistēmas | Datu, balss, video pārraide tāls un īss{0}}tālums | Liels joslas platums, drošs, mazs traucējums |
| Medicīniskais aprīkojums | Endoskopi, otoskopi, diagnostikas instrumenti | Minimāli invazīvs, elastīgs, drošs |
| Internets | Ātrgaitas{0}}platjoslas savienojumi | Ātra, uzticama, liela datu ietilpība |
| Automobiļu rūpniecība | Apgaismojums, drošības sensori,{0}}komunikācija automašīnā | Viegls, mazjaudas, ātra reakcija |
| Militārais | Avionika, misijas kontrole, droša datu pārraide | Šifrēts,{0}}izturīgs pret traucējumiem |
| Kosmosa lietojumprogrammas | Satelītu saites, attālā uzrāde, lāzersistēmas | Liels joslas platums, viegls, uzticams |
| Kabeļtelevīzija | Signāla izplatīšana vairākām mājsaimniecībām | Plašs pārklājums,{0}}ekonomiski izdevīgi |
1. Sakaru sistēmas
Optisko šķiedru sakaru sistēma ietver informācijas pārraidi no avota uz galamērķi infrasarkano gaismas signālu impulsu veidā.
Šī saziņas metode ir piemērota liela attāluma-un īsa{1}}saziņai, ļaujot lietotājiem apmainīties ar dažādiem signāliem, tostarp balss, video, datu un telemetrijas signāliem. Optisko šķiedru sakaru sistēmas elementi ietver raidītāja shēmas, gaismas avotus, fotodetektorus un uztvērēja shēmas.
Gaismas -izstarojošās diodes vai LĀZERA gaisma ir ieteicamie avoti signālu pārraidīšanai optiskās šķiedras sakaros. Turpretim uztveršanas un noteikšanas nolūkiem vēlamie fotodetektori ir PN savienojuma diodes un lavīnu diodes.
Optisko šķiedru sakaru sistēmai parasti tiek dota priekšroka salīdzinājumā ar citiem sakaru režīmiem, jo tā izrādās uzticama un nodrošina minimālu iespēju, ka ieejas signālu ietekmē elektromagnētiskie traucējumi. Turklāt optiskās šķiedras{1}}sakaru sistēmai ir ievērojami liels joslas platums, mazāka signāla pasliktināšanās iespēja, tā nodrošina augstu datu drošību, ir salīdzinoši rentabla un patērē mazāk enerģijas.
2. Medicīniskais aprīkojums
Optiskās šķiedras tiek plaši izmantotas dažādās medicīnas iekārtās un pētniecības laboratoriju iekārtās. Piemēram, endoskops, otoskops, oftalmoskops utt. ir daži diagnostikas medicīniskie sīkrīki, kuru vispārējā darbība ir atkarīga no optiskām šķiedrām.
Optiskās šķiedras parasti tiek dotas priekšroka medicīniskai diagnostikai un ārstēšanai, jo tās nerada blakusparādības un kaitīgas sekas vai tās ir minimālas, tās ir elastīgas, tām ir ievērojami mazāks virsmas laukums un tās neizdala toksisku starojumu. Izņemot diagnostikas un ārstēšanas lietojumus, optiskās šķiedras var izmantot arī pētniecībā mikrobioloģijas un biomedicīnas nozarē.
3. Internets
Internets ir viens no izcilākajiem piemēriem reālajā dzīvē{0}}lietotajām lietojumprogrammām, kurās tiek izmantotas optiskās šķiedras. Optiskās šķiedras var pārsūtīt lielu datu apjomu no vienas vietas uz otru salīdzinoši īsākā laikā.
Lielais datu pārraides ātrums, elastība, vieglais raksturs un spēja viegli pārsūtīt lielapjoma datus padara optiskās šķiedras piemērotas interneta kabeļiem tradicionālo vara vadu vietā.
4. Automobiļu rūpniecība
Automobiļu rūpniecība izmanto optiskās šķiedras, lai apgaismotu transportlīdzekļu interjeru. Tas ir tāpēc, ka optiskās šķiedras neaizņem daudz vietas, izstaro spilgtu gaismu, tās var elastīgi izvietot automašīnas mehāniskajā konstrukcijā, tās ir ekonomiskas, nepatērē daudz enerģijas, tām ir minimāla signāla pasliktināšanās un noplūdes iespēja, tām ir ievērojami ilgāks kalpošanas laiks un nav nepieciešama bieža apkope.
Papildus salona apgaismojuma lietojumiem automobiļu rūpniecība var izmantot arī optiskās šķiedras transportlīdzekļa ārējos lukturos. Arī optiskās šķiedras var izmantot sistēmā sakaru nolūkos. Piemēram, negadījuma gadījumā optisko šķiedru tīklu var izmantot, lai pārraidītu sadursmes detektora vai sensora radīto signālu uz transportlīdzekļa iekšējo shēmu, un tas palīdz ātri aktivizēt vilces kontroli un gaisa spilvenu sistēmu.
Optisko šķiedru izmantošana saziņai starp dažādām transportlīdzekļa daļām ir izdevīga, jo optiskais signāls virzās gaismas ātrumā, tādējādi uzlabojot vadības sistēmu reakcijas laiku.
5. Tālrunis
Vietējā telefona savienojamība ēkā, pilsētā vai valstī un globālā telefona savienojamība starp lietotājiem dažādās valstīs parasti balstās uz optisko šķiedru primāro darbības principu.
Optiskās šķiedras kabeļi ir savienoti kopā mobilo sakaru nodrošināšanai un novietoti pazemē vai zem jūras virsmas. Tas palielina signāla drošību, jo plūstošie dati ir mazāk jutīgi pret elektromagnētiskiem traucējumiem, ko rada citi elektromagnētiskie viļņi vidē.
Optiskās šķiedras{0}}telefona savienojums ļauj lietotājiem izveidot savienojumu sekundes daļas laikā, kad optiskais signāls plūst gaismas ātrumā. Turklāt šī saziņas sistēma novērš iespējamās problēmas un aizkaves problēmas, ļaujot abām pusēm veidot skaidru sarunu ar maziem vai bez traucējumiem.
Optisko šķiedru izmantošanas trūkums telefona sakariem ir tāds, ka kabeļi ir pakļauti mikro izliekumiem zem zemes esošo deformāciju dēļ un var traucēt signāla kvalitāti vai saturu.
6. Pārbaudes ierīces
Šķiedru optika ir ļoti noderīga pārbaudes un apkopes inženieriem. Tas ir tāpēc, ka optiskās šķiedras kabeļi ir elastīgi, un tos var izmantot, lai pārbaudītu grūti--aizsniedzamas vietas. Pārbaudes aprīkojuma konstrukcija mēdz atšķirties atkarībā no zonas veida, kurā tā tiek ieviesta. Piemēram, vienā no populārākajām optisko šķiedru-optiskās{6}}pārbaudes ierīcēm tiek izmantota neliela kamera, kas uzstādīta uz garas, elastīgas optiskās šķiedras{7}}caurules, kas izgatavota no silīcija dioksīda, plastmasas vai stikla.
Lai sāktu pārbaudes procesu, zonā ir novietotas vairākas kameras un caurules. Videokameras mēdz uztvert vizuālo informāciju un nodot to optiskās šķiedras kabeļiem. Pēc tam tehniķis vai inženieris iegūst informāciju displeja ierīcē.
Optisko šķiedru izmantošanas priekšrocības pārbaudei ietver lielāku elastību, labāku redzes lauku, minimālu signāla zudumu vai bojājumu, ātrāku informācijas pārraidi un daudz ko citu.
7. Militārie pielietojumi
Ar optiskās šķiedras palīdzību pārsūtītie dati ir ļoti droši, un tiem var piekļūt tikai autentificēti lietotāji. Tā kā militārajās lietojumprogrammās galvenā uzmanība tiek pievērsta datu drošībai un privātumam, šo unikālo optiskās šķiedras īpašību var izmantot daudzos militāros lietojumos.
Visas trīs militārās lietojumprogrammas, proti, armija, flote un kosmosa, izmanto optiskās šķiedras, lai izveidotu kopīgu kanālu starp stacijām informācijas apmaiņai un datu analīzei. Daži nozīmīgi optiskās šķiedras pielietojumi militārajā jomā ir aviācijas elektronika un misijas kontroles sistēmas, ātrgaitas misijas datu apmaiņa, lidojumu plānošana, sensoru datu saplūšana, ieroču sistēmu darbības kontrole utt.
8. Kosmosa lietojumprogrammas
Dažas kosmosa lietojumprogrammas, piemēram, satelīta sakari, attālā uzrāde, lieljaudas{0}}lāzeru sistēmas, multispektrālā un hiperspektrālā attēlveidošana, optiskie datu sakari, lidars, atmosfēras uzraudzība un analīze utt., darbojas ar optiskajām šķiedrām.
Tas ir tāpēc, ka optiskā šķiedra samazina traucējumu risku, nodrošina maksimālu joslas platumu un padara sistēmu izmaksu{0}}efektīvu, elastīgu, vienkāršu un vieglu.
9. Kabeļtelevīzija
Kabeļtelevīzija izmanto optisko šķiedru kabeļu tīklu, lai pārsūtītu kabeļtelevīzijas signālu no avota uz vairākiem galamērķiem. Optisko šķiedru kabeļu lielais joslas platums un pārraides ātrums bieži tiek izmantots kabeļtelevīzijas lietojumprogrammās.
Turklāt ir izdevīgi izmantot optiskās šķiedras tradicionālo vara vadu vietā, jo to ražošana, izvietošana un apkope ir salīdzinoši lētāka.
FAQ
1. Kādi ir visizplatītākie optiskās šķiedras pielietojumi?
Sakari, internets, medicīna, automobiļi, telefons, pārbaudes ierīces, militārās, kosmosa un kabeļtelevīzija.
2. Kāpēc saziņai optiskā šķiedra ir labāka par vara kabeļiem?
Tas piedāvā lielāku joslas platumu, lielāku ātrumu, mazāku signāla zudumu un imunitāti pret elektromagnētiskiem traucējumiem.
3. Kā optisko šķiedru izmanto medicīnas jomā?
Endoskopos, otoskopos un ķirurģiskajos lāzeros diagnostikai un ārstēšanai elastības un drošības dēļ.
4. Kādu lomu automobiļu rūpniecībā spēlē optiskās šķiedras tehnoloģija?
Izmanto apgaismojumam, informācijas un izklaides sistēmām, sadursmes sensoriem un ātrai signālu pārraidei starp transportlīdzekļa sistēmām.
5. Kā optiskā šķiedra tiek izmantota militārās sistēmās?
Drošai saziņai, avionikai, misijas kontrolei, sensoru saplūšanai un ieroču sistēmas darbībām.
6. Kāpēc optiskās šķiedras kabelis ir svarīgs interneta savienojumam?
Tas ātri pārsūta lielu datu apjomu ar zemu latentumu un minimālu signāla pasliktināšanos.
7. Kādas priekšrocības optiskās šķiedras sniedz kosmosa lietojumos?
Viegla, liela{0}}joslas platuma un-traucējumu nesaturoša veiktspēja satelītiem, sensoru un lāzeru sistēmām.
8. Vai optiskās šķiedras izmaksas ir-efektīvas salīdzinājumā ar tradicionālajiem kabeļiem?
Lai gan uzstādīšanas izmaksas ir augstākas, ilgtermiņa ieguvumi,{0}}piemēram, izturība, joslas platums un efektivitāte, samazina kopējās izmaksas.
