Strauji attīstoties zinātnei un tehnoloģijai, optiskā šķiedra ir paplašinājusies sakaru, elektronikas un elektroenerģijas jomā, kļūstot par daudzsološu jaunu pamatmateriālu. Pievienotā optisko šķiedru tehnoloģija arī iegūst cilvēku&# 39 labvēlību ar novitāti un ērtībām.
Pilnīga enerģijas pārvades funkcija
Amerikas Savienoto Valstu Larian Corporation veiksmīgi izmantoja optisko šķiedru, lai pabeigtu enerģijas pārvades funkciju, paverot pavisam jaunu veidu enerģijas jomā. Pārraides galā viņi izmanto pusvadītāju lāzera diodes, lai pārveidotu elektrisko enerģiju lāzera gaismā optisko šķiedru pārraidei, un kā uztvērēja gala ierīci izmanto saules baterijas. Šī ierīce kā izolācijas substrātu izmanto 300 mikronu biezu gallija arsenīdu, kas pārklāts ar 20 mikronu biezu saules bateriju. Tas ir sadalīts 6 neatkarīgās zonās, kuras virknē savieno ar apzeltītiem gaisa tiltiem. Kad optiskās šķiedras pārraidītā lāzera gaisma nonāk saules baterijā, gaismas enerģija nekavējoties kļūst par elektrisko enerģiju. Katrā apgabalā radītais spriegums ir precīzi 1 volts, un sešu virkņu zonu spriegums ir 6 volti, kas ir pietiekams lielākajai daļai sensoru vadības ķēdes.
plaši lietots
Ja lāzera diodes jauda tiek nepārtraukti palielināta un aprīkota ar pilnīgu enerģijas pārvades sistēmu, optiskās šķiedras enerģijas pārvadi var plaši izmantot militāros, rūpnieciskos, komerciālos un citos aspektos. Francijas' Bogen laboratorija, kas specializējas datoru, elektronisko iekārtu, signālu apstrādes un attēlu tehnoloģijās, izmanto optisko solitonu un īsus impulsus, lai panāktu optisko šķiedru bez traucējumiem pārraidi. Šī tehnoloģija var atrisināt hromatiskās izkliedes un nelineāro efektu problēmas, nepieprasot vairākas atjaunošanas ierīces gar optisko kabeli. Vienīgi, strādājot, ir jāiestata pastiprinātājs. Vientuļie viļņi var iziet cauri viens otram, netraucējot viens otram. Mēdz teikt, ka šī jaunā tehnoloģija tiek izmantota zemūdens zemūdenē 6450–12900 kilometru rādiusā un var atrisināt komunikācijas grūtību problēmu. Neregulāra nesēja signāla optisko šķiedru sakaru tehnoloģija, ko izstrādājuši amerikāņu sakaru drošības eksperti, ir īpaši izstrādāta, lai šodien rīkotos ar&# 39 aizvien niknākiem un izsmalcinātākiem noklausītājiem. Šī tehnoloģija vispirms pārveido noderīgu informāciju, piemēram, balsi, digitālā impulsa signālos, un pēc tam kodē šos digitālā impulsa signālus un modulē tos nejaušos mikroviļņu nesējos, kas mainās neregulāri. Sūtot, lāzera raidīšanas ierīce ar optiskās šķiedras sakaru sistēmas starpniecību pārraida neregulāru nesēja signālu, kas pārvadā informāciju uztvērējam. Uztvērēja lāzera uztvērējs izmanto īpašu tehnoloģiju, lai sinhronizētu un dinamiski koordinētu ar sūtošo lāzera ierīci, un visbeidzot pabeidz uzdevumu demontēt noderīgus signālus no neregulāriem nesējiem. Izmantojot šo tehnoloģiju, noklausītāji vairs nebūs noderīgi, viņi dzirdēs tikai haotiskus trokšņus. Austrālija Pauline nesen izstrādāja šķiedru svēršanas skalu, kas kravas automašīnas var nosvērt ar vienu šķiedru un vienu lāzeru. Šāda veida šķiedru mērogā tiek izmantota optiskā šķiedra ar ļoti īpašām pretestības īpašībām. Kad tā ir pakļauta spiedienam vai spriedzei, optiskā šķiedra nedaudz deformējas, izraisot lāzera īpašību maiņu. Šajā laikā detektors nekavējoties iemācīsies šīs izmaiņas un pārvērtīs to par elektriskā signāla maiņu. Tas ir atspoguļots instrumenta displeja panelī. Tā kā optiskā šķiedra ir izgatavota no stikla, tai ir mitrumizturība un izturība pret radiāciju. Vēl svarīgāk ir to, ka to ir viegli uzstādīt un uzturēt. Tas ir piemērots uzstādīšanai uz galvenajiem ceļiem pilsētu teritorijās, ap rūpnīcām, lidostām un skrejceļiem, noliktavām un ostām. Nepārtraukts darbs 24 stundas. Tāpēc papildus svēršanai tam var būt arī uzraudzības loma, un tā precizitāte ir daudz lielāka nekā esošo elektronisko ierīču precizitāte.
Plastmasas optiskā šķiedra
Saskaņā ar neseno ASV žurnāla ziņojumu, plastmasas optiskās šķiedras, ko izstrādājusi Bostonas Optisko šķiedru korporācija Masačūsetsā, pārraides ātrums ir 30 reizes lielāks nekā pašreizējais parastais vara stieple, un tā ir vieglāka, elastīgāka un zemākas izmaksas nekā stikla šķiedra. . Šāda veida optiskā šķiedra izmanto gaismas refrakciju vai gaismas lēkājošo režīmu šķiedrās, lai sasniegtu lielāku pārraides ātrumu, un var pārraidīt datus ar ātrumu 3 megabiti sekundē 100 metru attālumā. Pašlaik visā pasaulē ir novietoti 370 000 kilometru zemūdens optisko kabeļu. Šis garums 10 reizes var gandrīz apņemt zemi. Turklāt, tā kā abos galos tiek izmantoti lāzeri, signālu pastiprināšanai atkārtotāji retranslācijas laikā vairs nav nepieciešami, kas ievērojami samazinās izmaksas un zvana izmaksas. Saskaņā ar ziņojumiem drīzumā tiks atvērts pasaulē lielākais zemūdens optiskais kabelis&# 39, kas savieno Eiropu un Amerikas Savienotās Valstis. Šis zemūdens sakaru optiskās šķiedras kabelis, kas savieno pasauli, tiek ieguldīts. Šis ir 20. gadsimta krāšņākais projekts komunikācijas jomā, un to atbalsta 30 starptautiskas telekomunikāciju organizācijas visā pasaulē. Tas šķērso Atlantijas okeānu, šķērso Vidusjūru, iet caur Sarkano jūru un Indijas okeānu un šķērso Malakas šaurumu Klusajā okeānā. Ar tā kopējo garumu gandrīz 320 000 kilometru, tas savienojas ar 175 valstīm un reģioniem un vienlaikus var veikt 2,4 miljonus tālruņa zvanu vai pārsūtīt simtiem tūkstošu saspiestu attēlu. Viss projekts izmaksāja 14 miljardus ASV dolāru, un to paredzēts pabeigt 2003. gadā.
Sastāva princips
Optisko šķiedru tehnoloģija parasti sastāv no trim daļām: optiskā signāla pārraides gala, optiskās šķiedras, ko izmanto optiskā signāla pārraidīšanai, un optiskā signāla uztveršanas gala.
Optiskā signāla pārraides gala funkcija ir pārveidot pārraidāmo elektrisko signālu optiskā signālā caur elektrooptiskās pārveidošanas ierīci. Pašlaik pārraides gala elektrooptiskās pārveidošanas ierīce parasti izmanto gaismas diodi vai pusvadītāju lāzera cauruli. Gaismas diodes izejas gaismas jauda ir salīdzinoši zema, signāla modulācijas ātrums ir salīdzinoši zems, bet cena ir lēta. Tā izejas gaismas jauda un piedziņas strāva principā ir lineāri noteiktā diapazonā, kas ir vairāk piemērots maza attāluma, maza ātruma un analogā signāla pārraidīšanai; Diodes izejas jauda ir liela, signāla modulācijas ātrums ir augsts, bet cena ir salīdzinoši augsta, un tā ir piemērota liela attāluma, liela ātruma, digitālā signāla pārraidīšanai. Optiskās šķiedras funkcija ir optiskā signāla pārraidīšana optiskā signāla raidīšanas galā uz optiskā signāla uztveres galu ar pēc iespējas mazāku vājinājumu un izkropļojumiem. Pašlaik optisko šķiedru parasti izmanto tuvējā infrasarkanā joslā.0.84& mikro; m 、 1.31& mikro; m 、 1.55& mikro; mMulti-mode vai vienmoda kvarca šķiedra ar labu caurlaidību. Optiskā signāla uztveršanas gala funkcija ir atjaunot optisko signālu attiecīgajam elektriskajam signālam, izmantojot fotoelektrisko pārveidošanas ierīci. Fotoelektriskās pārveidošanas ierīce parasti izmanto pusvadītāju fotodiodi vai lavīnu fotodiodi. Gaismas avota, kas izstaro optiskās šķiedras pārraides sistēmu, viļņa garumam jāatbilst pārraides šķiedras mazo zudumu loga viļņu garuma joslai un fotoelektriskās noteikšanas ierīces maksimālās atbildes joslai. Raidošā gala elektrooptiskās pārveidošanas ierīce pieņem centrālā izstarojuma viļņa garumu0,84& mikro; m Augstas spilgtuma gandrīz infrasarkano staru pusvadītāju gaismas izstarojošā diode, pārvades šķiedra pieņem daudzmodu kvarca šķiedru, un uztverošā gala fotoelektriskā pārveidošanas ierīce pieņem maksimālā reakcijas viļņa garums ir 0,8& mikro; m-0,9& mikro; mSilicon fotodiode. Katra daļa tiks sīkāk iepazīstināta zemāk.
Salokāms optiskā signāla raidītājs
Sistēmā izmantotās gaismas diodes piedziņas un modulācijas shēma ir parādīta 2. attēlā. Signāla modulācijā tiek izmantota gaismas intensitātes modulācijas metode, un gaismas intensitātes regulēšanas potenciometrs tiek nosūtīts, lai pielāgotu statisko braukšanas strāvu, kas plūst caur LED, tādējādi attiecīgi mainot gaismas diodes izstaroto gaismas jaudu, iestatītais statiskās braukšanas strāvas regulēšanas diapazons ir 0-20 mA, kas atbilst paneļa gaismas caurlaidības intensitātes displeja vērtībai braukšanas displeja vērtībā 0-2000 vienību, ja piedziņas strāva ir maza, gaisma izstarojošo diožu emisijas jauda un piedziņas strāva pamatā ir lineāra, audio Signāls tiek savienots ar cita op pastiprinātāja negatīvo ieejas spaili pēc tam, kad to ir izolējis kondensators, pretestības tīkls un op amp, un ir pārklāts ar gaismas statisko braukšanas strāvu - izstarojošā diode, lai liktu gaismas diodei nosūtīt optisko signālu, kas mainās līdz ar audio signālu, un pēc tam caur optiskās šķiedras savienotāju Th ir optiskais signāls ir savienots ar pārraides šķiedru. Pārraidāmās signāla frekvences zemo galu var noteikt ar kondensatoru un rezistoru tīklu, un sistēmas zemās frekvences reakcija nav lielāka par 20Hz
Salokāms optiskā signāla uztvērējs
Tā ir optiskā signāla saņemšanas gala darbības principa diagramma. Pārraides šķiedra caur optiskās šķiedras savienotāju savieno optisko signālu no raidīšanas gala līdz fotoelektriskās pārveidošanas ierīces fotodiodei. Fotodiode pārveido optisko signālu par strāvas signālu, kas tam proporcionāls. Lietošanas laikā diodei jābūt pretēji nobīdītai, un foto strāvas signāls tiek pārveidots par sprieguma signālu, kas tam proporcionāls ar op amp stiprinājuma strāvas un sprieguma pārveidi. Audio signāls, kas atrodas sprieguma signālā, ir savienots ar audio barošanas pastiprinātāju, lai runātājs varētu dzirdēt skaņu caur kondensatoru un pretestību. Fotodiodes frekvences reakcija parasti ir augsta, un sistēmas augstfrekvences reakcija galvenokārt ir atkarīga no darbības pastiprinātāja reakcijas frekvences.
Transmisijas šķiedra
Pašlaik optiskajā šķiedrā, ko izmanto optiskajā komunikācijā, parasti izmanto silīcija dioksīda šķiedru. Tas ir pārklāts ar apšuvuma slāni ar nelielu refrakcijas indeksu n1 serdes iekšpusē ar lielu refrakcijas indeksu n2. Gaisma ir pilnībā izkliedēta uz saskarnes starp serdi un apšuvumu. Atstarošana ir ierobežota, lai izplatītos šķiedras kodolā. Kā parādīts 5. attēlā, optiskā šķiedra faktiski ir sava veida dielektriskais viļņvads. Gaisma ir bloķēta optiskajā šķiedrā, un to var pārraidīt tikai pa optisko šķiedru. Optiskās šķiedras serdes diametrs parasti ir no dažiem mikroniem līdz simtiem mikronu. Atbilstoši pārraides gaismas režīmam to var iedalīt daudzrežīmu un vienmoda šķiedros, un tos var iedalīt refrakcijas indeksa pakāpes tipā un refrakcijas indeksa šķirošanā pēc dažādiem šķiedru refrakcijas indeksa sadalījuma veidiem. Refrakcijas indeksa pakāpes šķiedra satur divus apļveida simetriskus koaksiālos materiālus, kas abi ir vienveidīgi pēc struktūras, bet tiem ir atšķirīgi refrakcijas indeksi. Ārējā slāņa refrakcijas indekss ir zemāks nekā iekšējā slāņa.
Šķiro indeksa šķiedra ir tāda veida šķiedra, kuras refrakcijas koeficients tiek šķiro pa šķiedras šķērsgriezumu. Refrakcijas indeksa mainīšanas mērķis ir padarīt dažādu režīmu grupas ātrumus līdzīgus, tādējādi samazinot modālo izkliedi un palielinot sakaru joslas platumu. Daudzmodu refrakcijas indeksa pakāpju tipa šķiedras rada dažādu režīmu izkliedi dažādu režīmu pārraides atšķirīgo grupas ātrumu dēļ, un pārraides joslas platums ir ierobežots. Daudzmodu refrakcijas indeksa šķiedra palielina signāla pārraides joslas platumu, pateicoties īpašajam refrakcijas indeksa sadalījumam, kas katra režīma pārraides grupas ātrumu padara vienādu. Vienmoda šķiedra ir šķiedra, kas pārraida tikai vienu optisko režīmu, un vienmoda šķiedra var pārraidīt visaugstāko signāla joslas platumu. Pašlaik vienmodu optiskās šķiedras lielākoties izmanto tālsatiksmes optiskajos sakaros.
Galvenie silīcija dioksīda šķiedras tehniskie rādītāji ietver vājināšanās raksturlielumus, skaitlisko apertūru un izkliedi. Skaitliskā diafragma: Skaitliskā diafragma apraksta šķiedras raksturlielumus, kas savienoti ar gaismas avotu, detektoru un citām optiskām ierīcēm. Tās izmērs atspoguļo optiskās šķiedras spēju savākt gaismu. Kā parādīts 5. attēlā, gaismas atnākšana uz optiskās šķiedras gala virsmu cietajā leņķī 2θmax ir pilnībā atspoguļota pārraidāmās optiskās šķiedras iekšējā saskarnē, un gaisma, kas nonāk optiskās šķiedras gala pusē ārpusē 2θmax diapazons ir Šķiedras iekšējais interfeiss nerada pilnīgu atstarošanos, bet tiek pārnests uz apšuvumu un tiek nekavējoties novājināts. Šķiedras skaitlisko apertūru definē šādi: NA=Sinθmax, tās vērtība parasti ir no 0,1 līdz 0,6, un atbilstošā θmax ir no 90 līdz 330, multimodālai šķiedrai ir liela skaitliskā apertūra un vienmoda šķiedras skaitliskā apertūra ir samērā mazs, tāpēc parasti vienmoda šķiedrai kā tās gaismas avotam ir nepieciešams LD pusvadītāju lāzers.
