Le fibre ottiche forniscono un esempio di come la conoscenza scientifica si traduca in progresso tecnologico, rendendo la vita più facile per la persona media. Da diversi anni la fibra ottica è stata associata ai mezzi di comunicazione per la trasmissione di segnali elettrici. Filamenti sottili delle dimensioni di un capello umano possono essere utilizzati per trasmettere un'ampia gamma di segnali necessari per azionare un telefono, una connessione Internet, una TV, ecc. Naturalmente, grazie alle sue elevate prestazioni, le fibre ottiche hanno trovato impiego non solo in bisogni domestici.
Tecnologia di trasmissione del segnale ottico
Di per sé, l'uso della fibra ottica come traduttore di segnali è solo una parte delle conoscenze divulgate che vengono esplorate nella sezione scientifica della fibra ottica. Specialisti in questo settore stanno studiando la trasmissione di informazioni e la propagazione della luce e, in un contesto, uniti da guide di luce. Questi ultimi vengono utilizzati sia come distributori di luce che come trasmettitori di informazioni. A proposito, le tendenze moderne nello sviluppo delle tecnologie laser si basano sui LED. In questo caso, un' altra domanda è più interessante: quale fenomeno è alla base della fibra ottica? Questo fenomenoriflessione interna della radiazione elettromagnetica (totale) all'interfaccia tra dielettrici aventi diversi indici di rifrazione. Inoltre, il vettore di informazione non è affatto un segnale elettromagnetico, ma un flusso luminoso codificato. Per comprendere il grado di superiorità dei cavi in fibra ottica rispetto ai tradizionali cavi metallici, vale la pena fare riferimento ancora una volta alla loro larghezza di banda. Il già citato filo di fibra, il cui spessore non è superiore a 0,5 mm, è in grado di trasmettere una quantità di informazioni che il normale cablaggio in rame servirà solo con uno spessore di 50 mm.
Metodi di fabbricazione in fibra ottica
Ci sono due metodi principali con cui la fibra ottica può essere prodotta. È una tecnica di estrusione e fusione mediante preforme. La prima tecnologia consente di ottenere materiale di bassa qualità a base di plastica, quindi oggi praticamente non viene utilizzato. Il secondo metodo è considerato il principale e il più efficace. Una preforma è una preforma che si trova in una struttura progettata per disegnare fili. Secondo gli standard moderni, le preforme possono essere alte fino a diverse decine di metri. Esternamente, questa è una bacchetta di vetro con un diametro di circa 10 cm, da cui viene fusa l'anima del filo. Durante il processo di fabbricazione, l'anima, insieme alla miscela per le fibre, viene riscaldata ad alte temperature, dopodiché si formano i filamenti. La lunghezza del materiale risultante può raggiungere diversi chilometri, sebbene il diametro rimanga invariato: è controllato da regolatori automatizzati. A seconda di dove verrà utilizzata la fibra ottica, il materiale perPuò essere pretrattato con rivestimenti che forniscono protezione chimica e fisica. Per quanto riguarda le miscele di filamenti stesse, di solito includono materiali come poliimmide, acrilato e silicone.
Caratteristiche del design della fibra
La parte centrale del filo è il nucleo, il nucleo stesso della fibra, che diffonderà la luce durante il funzionamento. Il nucleo è caratterizzato da un aumento degli indici di rifrazione della luce, che si ottiene utilizzando il drogaggio del vetro con la modifica di speciali additivi. Ad esempio, per le fibre di silice vengono utilizzati componenti rifrangenti tipici come un drogante. A sua volta, la shell svolge diversi compiti, il principale dei quali è la protezione fisica diretta del core. Questa parte fornisce anche l'effetto di rifrazione, ma con un coefficiente minimo. Il confine tra i due materiali forma una struttura di guida della luce che non consente alla maggior parte della luce di fuoriuscire dal nucleo. Vale anche la pena notare che le basi della fibra ottica fanno riferimento al materiale a varietà di guide di luce. Per essere più precisi, stiamo parlando di guide d'onda dielettriche che trasmettono segnali luminosi.
Varietà di fibre ottiche
Le più comuni sono le fibre di quarzo, plastica e fluoruro. I filamenti di quarzo sono basati su ossidi fusi o materiali simili nella struttura, compreso l'ossido di silicio drogato. Questa base permette di produrre fibre flessibili e lunghe che si differenziano pered elevata resistenza meccanica. Le ottiche in fibra plastica sono realizzate con polimeri e, come già notato, non possono fornire prestazioni elevate. In particolare, tali thread hanno un'elevata percentuale di perdita di dati, che ne limita l'utilizzo in aree impegnative. D' altra parte, la convenienza delle fibre plastiche mantiene la domanda di questo materiale nelle direzioni focalizzate sul segmento domestico. Per quanto riguarda i materiali ottici al fluoruro, la loro base si basa su vetri fluorozirconato e fluoroalluminato. Si tratta di soluzioni abbastanza moderne e tecnologiche per fornire comunicazioni ottiche, ma anche il contenuto di metalli pesanti nella struttura non ne consente l'uso, ad esempio, nell'industria medica.
Attrezzature per la misurazione delle fibre
Le apparecchiature più comuni utilizzate nei kit in fibra ottica sono sensori e reticoli di Bragg. I sensori a fibra ottica sono dispositivi progettati per fissare determinati valori che caratterizzano lo stato del materiale in questo momento. Ad esempio, sensori diversi possono rilevare sollecitazioni meccaniche, temperatura, vibrazioni, pressione e altre grandezze. Il reticolo di Bragg nella sua funzione è più vicino alle caratteristiche ottiche. Ripara un disturbo di rifrazione aperiodico nel nucleo della fibra. Questa misurazione consente di determinare l'efficienza della fibra ottica nella trasmissione di un segnale in condizioni specifiche. Inoltre, gli esperti usano l'otticariflettometro che registra dissipazione e resistenza.
Amplificatori a fibra ottica e laser
Questo è il prodotto più avanzato sviluppato sulla base della tecnologia della fibra ottica. A differenza di altri tipi di laser, l'utilizzo di filamenti ottici consente di realizzare dispositivi compatti e allo stesso tempo efficienti. In particolare, la tecnologia della fibra ottica ha consentito di sostituire i classici dispositivi laser con i seguenti vantaggi:
- Efficienza del dissipatore di calore.
- Radiazione in uscita aumentata.
- Efficace pompaggio.
- Elevata affidabilità e stabilità del laser.
- Attrezzatura a basso peso.
A loro volta, gli amplificatori, a seconda del tipo, possono essere utilizzati anche nelle linee di rete domestica, aumentando le prestazioni della linea principale in fibra. Tuttavia, vale la pena considerare più in dettaglio l'ambito delle operazioni in fibra ottica.
A cosa serve la fibra ottica?
Ci sono diverse aree in cui vengono utilizzati materiali in fibra ottica. Questa è la sfera dell'uso domestico, delle apparecchiature per le telecomunicazioni e delle apparecchiature informatiche, nonché delle nicchie altamente specializzate, comprese alcune aree della medicina. Per ciascuno di questi segmenti vengono prodotte speciali fibre ottiche. L'applicazione come mezzo tipico per trasmettere un segnale TV o Internet, ad esempio, è limitata a modelli economici in plastica di media qualità. Ma per apparecchiature laser e costosoi dispositivi medici utilizzano fibre di quarzo di alta qualità, dotate anche di modificatori aggiuntivi.
Applicazione della fibra ottica in medicina
Tali fibre possono essere utilizzate in apparecchiature e strumenti medici. La tecnologia standard suggerisce la possibilità di introdurre uno speciale dispositivo basato su fibre di luce rifratta, in grado di trasmettere un segnale ad una telecamera esterna già presente nell'organo stesso. La fibra ottica è usata in medicina e come materiale di illuminazione. I dispositivi dotati di moduli in fibra consentono di illuminare indolore le cavità dello stomaco, rinofaringe, ecc.
Uso della fibra ottica nelle apparecchiature informatiche
Forse questa è la nicchia più comune in cui la fibra ottica ha trovato il suo posto. Oggi le linee di comunicazione tra i singoli dispositivi che trasmettono informazioni non possono più farne a meno. Naturalmente, questo vale per quelle aree in cui è impossibile o impraticabile utilizzare connessioni wireless, che stanno anche attivamente sostituendo i cavi in quanto tali. Ad esempio, le più grandi società di telecomunicazioni stanno realizzando reti backbone interregionali che utilizzano la fibra ottica. L'uso di tali canali per il collegamento di apparecchiature periferiche e consumatori ordinari di servizi di telecomunicazione consente di ottimizzare i costi finanziari del mantenimento dell'infrastruttura di rete e aumenta anche l'efficienza della trasmissione dei dati stessa.
Svantaggi della fibra
Purtroppo i fili ottici non sono privi di punti deboli. Sebbene la manutenzione di tale cablaggio sia più economica, per non parlare dell'assenza della necessità di frequenti aggiornamenti, il costo del materiale stesso è molto più alto rispetto alle stesse controparti metalliche. Inoltre, la fibra ottica e il suo utilizzo in medicina sono estremamente limitati a causa del contenuto di impurità di piombo e zirconio in alcune leghe, che sono tossiche per l'uomo. Ciò si applica principalmente ai modelli in vetro di altissima qualità, non a quelli in plastica.
Produzione di fibra ottica in Russia
Nel 2015, nell'ambito del programma di sostituzione delle importazioni, è stato aperto lo stabilimento Optical Fiber Systems a Mordovia. Questa è l'unica impresa nella Federazione Russa, che sta attualmente cercando di soddisfare le esigenze dei consumatori domestici in fibra ottica, nella misura del possibile. Fino al 2015, l'industria russa era impegnata anche nella produzione di materiali in fibra ottica, ma solo nell'ambito di singoli progetti mirati. La stessa situazione persiste in una certa misura oggi. Se una determinata azienda ha bisogno della fibra ottica e il suo utilizzo in medicina o nel campo delle telecomunicazioni è giustificato finanziariamente, ci sono molte fabbriche pronte a lavorare su ordini così speciali su base individuale. Tuttavia, nel prossimo futuro, solo lo stabilimento Mordoviano produrrà in serie gli stessi cavi in fibra ottica. Inoltre, non è ancora in grado di rifornire il mercato in base al volume della domanda. Una percentuale significativa di prodotti viene ancora acquistata dagli Stati Uniti e dal Giappone. E anche i prodotti nazionali vengono prodotti importatimaterie prime.
Conclusione
I prodotti in fibra ottica si sono formati come segmento di mercato per circa 15-20 anni. Nel corso degli anni, il consumatore ha potuto apprezzare i pregi dei nuovi cavi, ma il progresso non si ferma. Con il miglioramento delle qualità tecniche e fisiche si ampliano anche i campi di applicazione del materiale. L'ultima fibra basata sulla nanotecnologia, in particolare, viene utilizzata attivamente nell'industria petrolifera e del gas e nell'industria della difesa. A sua volta, la fibra ottica non lineare sta attualmente sviluppando solo aree tecnologiche concettuali, ma molto promettenti. Tra questi ci sono impulsi laser a compressione, solitoni ottici, radiazioni ottiche ultracorte, ecc. Ovviamente, oltre alle ricerche teoriche con possibili scoperte e nell'ambito di conoscenze prettamente scientifiche, i nuovi sviluppi permetteranno anche di proporre nuove offerte a consumatori di diversi livelli sul mercato.
