As fibras ópticas são um exemplo de como o conhecimento científico se traduz em progresso tecnológico, facilitando a vida das pessoas comuns. Há vários anos, a fibra óptica tem sido associada a meios de comunicação para transmissão de sinais elétricos. Filamentos finos do tamanho de um cabelo humano podem ser usados para transmitir uma ampla gama de sinais necessários para operar um telefone, conexão à Internet, TV, etc. necessidades domésticas.
Tecnologia de transmissão de sinal óptico
Por si só, o uso da fibra óptica como tradutor de sinais é apenas parte do conhecimento divulgado que está sendo explorado na seção científica de fibra óptica. Especialistas nesta área estão estudando a transmissão de informações e a propagação da luz, e em um contexto, unidos por guias de luz. Estes últimos são usados tanto como distribuidores de luz quanto como transmissores de informação. A propósito, as tendências modernas no desenvolvimento de tecnologias a laser são baseadas em LEDs. Neste caso, outra questão é mais interessante - qual fenômeno é a base da fibra óptica? Este fenômenoreflexão interna de radiação eletromagnética (total) na interface entre dielétricos com diferentes índices de refração. Além disso, o portador de informação não é um sinal eletromagnético, mas um fluxo de luz codificado. Para entender o grau de superioridade dos cabos de fibra ótica sobre os cabos metálicos tradicionais, vale mais uma vez referir-se à sua largura de banda. O já mencionado fio de fibra, cuja espessura não é superior a 0,5 mm, é capaz de transmitir uma quantidade de informações que a fiação de cobre comum só servirá com espessura de 50 mm.
Métodos de fabricação de fibra óptica
Existem dois métodos principais pelos quais a fibra óptica pode ser fabricada. É uma técnica de extrusão e fusão utilizando pré-formas. A primeira tecnologia permite obter material de baixa qualidade à base de plástico, por isso hoje praticamente não é usado. O segundo método é considerado o principal e mais eficaz. Uma pré-forma é uma pré-forma que está em uma estrutura projetada para desenhar roscas. Pelos padrões modernos, as pré-formas podem ter até várias dezenas de metros de altura. Externamente, esta é uma haste de vidro com um diâmetro de cerca de 10 cm, a partir da qual o núcleo do fio é derretido. Durante o processo de fabricação, o núcleo, juntamente com a mistura para as fibras, é aquecido a altas temperaturas, após o que se formam os filamentos. O comprimento do material resultante pode chegar a vários quilômetros, embora o diâmetro permaneça in alterado - é controlado por reguladores automatizados. Dependendo de onde a fibra óptica será usada, o material paraPode ser pré-tratado com revestimentos que proporcionam proteção química e física. Quanto às próprias misturas de filamentos, elas geralmente incluem materiais como poliimida, acrilato e silicone.
Recursos de design de fibra
A parte central do fio é o núcleo - o próprio núcleo da fibra, que espalhará a luz durante a operação. O núcleo é caracterizado por índices de refração de luz aumentados, que são alcançados usando dopagem de vidro com modificação por aditivos especiais. Por exemplo, componentes refrativos típicos como um dopante são usados para fibras de sílica. Por sua vez, o shell executa várias tarefas, sendo a principal a proteção física direta do núcleo. Esta parte também fornece o efeito de refração, mas com um coeficiente mínimo. A fronteira entre os dois materiais forma uma estrutura de guia de luz que não permite que a maior parte da luz escape do núcleo. Vale ress altar também que os fundamentos da fibra ótica remetem o material a variedades de guias de luz. Para ser mais preciso, estamos falando de guias de onda dielétricos que transmitem sinais de luz.
Variedades de fibras ópticas
As mais comuns são as fibras de quartzo, plástico e flúor. Os filamentos de quartzo são baseados em óxidos fundidos ou materiais semelhantes em estrutura, incluindo óxido de silício dopado. Esta base permite produzir fibras flexíveis e longas que diferem eme alta resistência mecânica. As fibras ópticas de plástico são feitas de polímeros e, como já mencionado, não podem fornecer alto desempenho. Em particular, tais threads têm uma alta porcentagem de perda de dados, o que limita seu uso em áreas exigentes. Por outro lado, a acessibilidade das fibras plásticas mantém a demanda por esse material nas direções voltadas para o segmento doméstico. Quanto aos materiais ópticos fluoretados, sua base é baseada em vidros de fluorozirconato e fluoroaluminato. São soluções bastante modernas e tecnológicas para fornecer comunicação óptica, mas o teor de metais pesados na estrutura também não permite seu uso, por exemplo, na indústria médica.
Equipamento de Medição de Fibra
Os equipamentos mais comuns utilizados em kits de fibra óptica são sensores e redes de Bragg. Os sensores de fibra óptica são dispositivos projetados para fixar determinados valores que caracterizam o estado do material no momento. Por exemplo, diferentes sensores podem detectar estresse mecânico, temperatura, vibração, pressão e outras quantidades. A grade de Bragg em sua função está mais próxima das características ópticas. Ele corrige um distúrbio de refração aperiódica no núcleo da fibra. Essa medição permite determinar a eficiência da fibra óptica na transmissão de um sinal sob condições específicas. Além disso, os especialistas usam ópticareflectômetro que registra dissipação e resistência.
Amplificadores e lasers de fibra óptica
Este é o produto mais avançado desenvolvido com base na tecnologia de fibra óptica. Ao contrário de outros tipos de lasers, o uso de filamentos ópticos permite criar dispositivos compactos e ao mesmo tempo eficientes. Em particular, a tecnologia de fibra óptica tornou possível substituir os dispositivos laser clássicos com as seguintes vantagens:
- Eficiência do dissipador de calor.
- Aumento da radiação de saída.
- Bombeamento eficaz.
- Alta confiabilidade e estabilidade do laser.
- Equipamento de baixo peso.
Por sua vez, amplificadores, dependendo do tipo, também podem ser usados em linhas de rede doméstica, aumentando o desempenho da linha de fibra principal. No entanto, vale a pena considerar o escopo da operação da fibra com mais detalhes.
Para que serve a fibra ótica?
Existem várias áreas em que os materiais de fibra óptica são usados. Esta é a esfera de uso doméstico, equipamentos de telecomunicações e equipamentos de informática, bem como nichos altamente especializados, incluindo certas áreas da medicina. Para cada um desses segmentos, são produzidas fibras ópticas especiais. A aplicação como meio típico de transmissão de um sinal de TV ou Internet, por exemplo, limita-se a modelos plásticos baratos de qualidade média. Mas para equipamentos a laser e carosos dispositivos médicos usam fibras de quartzo de alta qualidade, também fornecidas com modificadores adicionais.
Aplicação da fibra óptica na medicina
Tais fibras podem ser usadas em equipamentos e instrumentos médicos. A tecnologia padrão sugere a possibilidade de introduzir um dispositivo especial baseado em fibras de luz refratadas, que pode transmitir um sinal para uma câmera de televisão externa já no próprio órgão do corpo. A fibra óptica é usada na medicina e como material de iluminação. Dispositivos equipados com módulos de fibra permitem iluminar sem dor as cavidades do estômago, nasofaringe, etc.
Uso de fibra óptica em equipamentos de informática
Talvez este seja o nicho mais comum em que a fibra óptica encontrou seu lugar. Hoje, as linhas de comunicação entre dispositivos individuais que transmitem informações não podem mais ficar sem ela. Obviamente, isso se aplica às áreas em que é impossível ou impraticável usar conexões sem fio, que também estão substituindo ativamente os cabos. Por exemplo, as maiores empresas de telecomunicações estão instalando redes de backbone inter-regionais que usam fibra ótica. A utilização de tais canais para conectar equipamentos periféricos e consumidores comuns de serviços de telecomunicações permite otimizar os custos financeiros de manutenção da infraestrutura de rede, além de aumentar a eficiência da própria transmissão de dados.
Desvantagens da fibra
Infelizmente, os fios ópticos não são isentos de fraquezas. Embora a manutenção dessa fiação seja mais barata, sem contar a ausência da necessidade de atualizações frequentes, o custo do material em si é muito maior do que as mesmas contrapartes metálicas. Além disso, a fibra óptica e seu uso na medicina são extremamente limitados devido ao teor de impurezas de chumbo e zircônio em algumas ligas, que são tóxicas para os seres humanos. Isso se aplica principalmente aos modelos de vidro da mais alta qualidade, não aos de plástico.
Produção de fibra óptica na Rússia
Como parte do programa de substituição de importações em 2015, foi inaugurada a fábrica de Sistemas de Fibra Óptica na Mordóvia. Esta é a única empresa na Federação Russa, que atualmente está tentando atender às necessidades dos consumidores domésticos em fibra óptica na medida do possível. Até 2015, a indústria russa também estava envolvida na fabricação de materiais de fibra óptica, mas apenas no âmbito de projetos específicos. A mesma situação persiste até certo ponto hoje. Se uma determinada empresa precisa de fibra óptica e seu uso na medicina ou no campo das telecomunicações é justificado financeiramente, existem muitas fábricas que estão prontas para trabalhar em tais pedidos especiais individualmente. No entanto, em um futuro próximo, apenas a fábrica da Mordovia produzirá a produção em série dos mesmos cabos de fibra óptica. Além disso, ainda não é capaz de abastecer o mercado de acordo com o volume de demanda. Uma proporção significativa de produtos ainda é comprada nos EUA e no Japão. E até os produtos nacionais são produzidos emmatérias-primas.
Conclusão
Os produtos de fibra óptica vêm se formando como um segmento de mercado há cerca de 15-20 anos. Ao longo dos anos, o consumidor pôde apreciar os méritos dos novos cabos, mas o progresso não fica parado. Com o aprimoramento das qualidades técnicas e físicas, as áreas de aplicação do material também estão se expandindo. A mais recente fibra baseada em nanotecnologia, em particular, é usada ativamente na indústria de petróleo e gás e na indústria de defesa. Por sua vez, a fibra óptica não linear está atualmente desenvolvendo apenas áreas conceituais, mas muito promissoras da tecnologia. Entre eles estão pulsos de laser de compressão, solitons ópticos, radiação óptica ultracurta, etc. Obviamente, além da pesquisa teórica com possíveis descobertas e no âmbito do conhecimento puramente científico, novos desenvolvimentos também permitirão fazer novas ofertas para consumidores de diferentes níveis do mercado.
