Талшықты оптикалық кабель

Шуратбаев Ильяс Адильханулы

272рб

"Ustaz tilegi"Республикалық ғылыми-әдістемелік сайтында мақала жариялады.

Баяндама тақырыбы: Нанотехнология

Оптикалық талшық – толық ішкі шағылысу арқылы жарықты өз ішінде өткізу үшін қолданылатын оптикалық мөлдір материалдан (шыны, пластик) жіп.

Талшықты оптика – мұндай талшықтарды сипаттайтын қолданбалы ғылым мен техниканың бір саласы. Оптикалық талшықты кабельдер талшықты-оптикалық байланыстарда қолданылады, бұл ақпаратты электронды байланысқа қарағанда жоғары жылдамдықпен ұзақ қашықтыққа жіберуге мүмкіндік береді. Кейбір жағдайларда олар сенсорларды жасау үшін де қолданылады.

1. Тарих

Талшықты оптикада қолданылатын жарық өткізу принципі алғаш рет Королева Виктория (1837-1901) кезінде көрсетілді, бірақ қазіргі заманғы талшықты технологияның дамуы 1950 жылдары басталды. Лазерлердің өнертабысы дәстүрлі сымды байланысқа қарағанда өнімділігі жағынан жоғары талшықты-оптикалық тарату желілерін салуға мүмкіндік берді.

2. Материалдар

Шыны оптикалық талшықтар кварц шынысынан жасалған, бірақ алыс инфрақызыл үшін фтор-цирконат, фтор-алюминат және халькогенидті шынылар сияқты басқа материалдарды пайдалануға болады. Басқа көзілдірік сияқты олардың сыну көрсеткіші шамамен 1,5 құрайды.

Қазіргі уақытта пластикалық оптикалық талшықтарды қолдану дамып келеді. Мұндай талшықтағы өзек полиметилметакрилаттан (PMMA), ал қабық фторланған PMMA-дан (фторполимерлер) жасалған.

3. Құрылыс

Оптикалық талшық дөңгелек қимасы бар және екі бөліктен тұрады - өзек және қаптама. Толық ішкі шағылуды қамтамасыз ету үшін ядроның абсолютті сыну көрсеткіші қаптамаға қарағанда сәл жоғары. Мысалы, қаптаманың сыну көрсеткіші 1,474 болса, ядроның сыну көрсеткіші 1,479.

Ядроға бағытталған жарық шоғы оның бойымен таралып, «ядро-қабық» интерфейсінен бірнеше рет қайта шағылысуды бастан кешіреді.

Телекоммуникацияда қолданылатын барлық оптикалық талшықтардың диаметрі 125±1 мкм. Өзек диаметрі талшық түріне және ұлттық стандарттарға байланысты өзгеруі мүмкін.

4. Классификация

Оптикалық талшықтардың әртүрлі түрлерінің сыну көрсеткішінің профилі: жоғарғы сол жақта – бір модты талшық, төменгі сол жақта – көпмодалы сатылы талшық, оң жақта – параболалық профилі бар градиент талшық.

Оптикалық талшықтар бір режимді немесе көп режимді болуы мүмкін. Бір модты талшықтардың өзек диаметрі 7-ден 9 микронға дейін. Кіші диаметрдің арқасында талшық арқылы электромагниттік сәулеленудің бір ғана режимі беріледі, бұл дисперсиялық бұрмаланулардың әсерін болдырмайды. Қазіргі уақытта өндірілетін талшықтардың барлығы дерлік бір режимді болып табылады.[1]

Бір режимді талшықтардың үш негізгі түрі бар:

Жылжымаған дисперсиясы бар бір режимді сатылы талшық (стандартты) (ағылш. SMF - Step Index Single Mode Fiber) ITU-T G.652 ұсынысымен анықталады және оптикалық байланыс жүйелерінің көпшілігінде қолданылады.

ITU-T G.653 анықтаған дисперсиялық ығысқан жалғыз режимді талшық (DSF). DSF талшықтарында қоспалардың көмегімен нөлдік дисперсия аймағы ең аз әлсіреу байқалатын үшінші мөлдірлік терезесіне ауысады.

Нөлдік емес дисперсиялық жылжымалы жалғыз режимді талшық (NZDSF) ITU-T G.655 бойынша анықталған.

Көпмодты талшықтар бірмодалы талшықтардан өзек диаметрі бойынша ерекшеленеді, бұл еуропалық стандартта 50 микрон және Солтүстік Америка және Жапон стандарттарында 62,5 микрон. Ядроның үлкен диаметріне байланысты мультимодалы талшық арқылы бірнеше сәулелену режимдері таралады - әрқайсысы өз бұрышында, соның арқасында жарық импульсі дисперсиялық бұрмалануды бастан кешіреді және тікбұрыштыдан қоңырау тәріздіге айналады.

Көпмодалы талшықтар сатылы және градиентті талшықтарға бөлінеді. Қадамдық талшықтарда сыну көрсеткіші қаптамадан өзекке қарай сатылы өзгереді. Градиент талшықтарында бұл өзгеріс басқаша жүреді – өзекшенің сыну көрсеткіші шетінен ортасына қарай біркелкі өседі. Бұл ядродағы сыну құбылысына әкеледі, осылайша оптикалық импульстің бұрмалануына дисперсия әсерін азайтады. Сыныпталған талшықтың сыну көрсеткішінің профилі параболалық, үшбұрышты, сынған және т.б.

Полимерлі (пластикалық) талшықтар диаметрі 50, 62,5, 120 және 980 мкм және қабықшасы диаметрі 490 және 1000 мкм шығарылады.

5. Қолданба

5.1. Талшықты-оптикалық байланыс

Оптикалық талшықтар негізінен әртүрлі деңгейдегі талшықты-оптикалық телекоммуникация желілерінде: континентаралық магистральдардан үйдегі компьютерлік желілерге дейін тасымалдаушы ретінде пайдаланылады. Оптикалық талшықтарды пайдалану секундына терабитпен өлшенетін өте жоғары жіберу жылдамдығымен жұмыс істеуге мүмкіндік береді.

5.2.талшықты-оптикалық сенсор

Оптикалық талшықты кернеуді, температураны, қысымды және басқа параметрлерді өлшеу үшін сенсор ретінде пайдалануға болады. Шағын өлшем және электр энергиясына қажеттіліктің виртуалды болмауы талшықты-оптикалық сенсорларға белгілі бір аймақтардағы дәстүрлі электрлік сенсорлардан артықшылық береді.

Оптикалық талшық сейсмикалық немесе дыбыстық аспаптардағы гидрофондарда қолданылады. Гидрофондық жүйелер әр талшықты кабельге 100-ден астам сенсорлармен әзірленген. Гидрофондық сенсорлық жүйелер мұнай өнеркәсібінде, сонымен қатар кейбір елдердің флоттарында қолданылады. Немістің Sennheiser компаниясы лазермен және оптикалық талшықпен жұмыс істейтін лазерлік микроскопты жасап шығарды [2].

Температура мен қысымды өлшейтін талшықты-оптикалық сенсорлар мұнай ұңғымаларында өлшеуге арналған. Олар қатты күйдегі сенсорлар үшін тым жоғары температурада жұмыс істейтін осы ортаға жақсы сәйкес келеді.

Талшықты-оптикалық сенсорлары бар доғадан қорғау құрылғылары әзірленді, олардың дәстүрлі доғадан қорғау құрылғыларынан негізгі артықшылықтары: жоғары жылдамдық, электромагниттік кедергілерге сезімталдық, икемділік және орнатудың қарапайымдылығы, диэлектрлік қасиеттері.

Оптикалық талшық Boeing 767-де қолданылатын лазерлік гироскопта және автомобильдердің кейбір үлгілерінде (навигация үшін) қолданылады. Арнайы оптикалық талшықтар интерферометриялық магнит өрісі мен электр тогының сенсорларында қолданылады. Бұл күшті кіріктірілген қос сынғыштығы бар преформаны айналдыру арқылы алынған талшықтар.