Օպտիկական մանրաթելերը օրինակ են տալիս, թե ինչպես է գիտական գիտելիքները վերածվում տեխնոլոգիական առաջընթացի, որն ի վերջո հեշտացնում է սովորական մարդու կյանքը: Մի քանի տարի է, ինչ օպտիկամանրաթելային կապը կապված է էլեկտրական ազդանշանների փոխանցման հաղորդակցման միջոցների հետ: Մարդու մազի չափի բարակ թելերը կարող են օգտագործվել ազդանշանների լայն շրջանակ փոխանցելու համար, որոնք անհրաժեշտ են հեռախոսի, ինտերնետ կապի, հեռուստացույցի և այլն գործարկելու համար: Իհարկե, օպտիկամանրաթելային օպտիկամանրաթելն իր բարձր արդյունավետության շնորհիվ օգտագործել է ոչ միայն կենցաղային կարիքներ.
Օպտիկական ազդանշանի փոխանցման տեխնոլոգիա
Ինքնին, օպտիկական մանրաթելերի օգտագործումը որպես ազդանշանի թարգմանիչ բացահայտված գիտելիքների միայն մի մասն է, որն ուսումնասիրվում է օպտիկամանրաթելային գիտական բաժնում: Այս ոլորտի մասնագետներն ուսումնասիրում են տեղեկատվության փոխանցումը և լույսի տարածումը և մեկ համատեքստում՝ միավորված լուսային ուղեցույցներով։ Վերջիններս օգտագործվում են և՛ որպես լույսի բաշխիչներ, և՛ որպես տեղեկատվության հաղորդիչներ։ Ի դեպ, լազերային տեխնոլոգիաների զարգացման ժամանակակից միտումները հիմնված են լուսադիոդների վրա։ Այս դեպքում ավելի հետաքրքիր է մեկ այլ հարց՝ ո՞ր երեւույթի հիմքում ընկած է օպտիկամանրաթելային համակարգը։ Այս երեւույթըԷլեկտրամագնիսական ճառագայթման (ընդհանուր) ներքին արտացոլումը տարբեր բեկման ինդեքսներ ունեցող դիէլեկտրիկների միջերեսում: Ընդ որում, տեղեկատվության կրիչը ամենևին էլ էլեկտրամագնիսական ազդանշան չէ, այլ կոդավորված լուսային հոսք։ Հասկանալու համար օպտիկամանրաթելային մալուխների գերազանցության աստիճանը ավանդական մետաղական մալուխների նկատմամբ, արժե ևս մեկ անգամ անդրադառնալ դրանց թողունակությանը: Արդեն նշված օպտիկամանրաթելային թելը, որի հաստությունը 0,5 մմ-ից ոչ ավելի է, ի վիճակի է փոխանցել այնքան տեղեկատվություն, որ սովորական պղնձե լարերը կծառայեն միայն 50 մմ հաստությամբ:
օպտիկամանրաթելային արտադրության մեթոդներ
Կա երկու հիմնական մեթոդ, որոնցով կարելի է արտադրել օպտիկական մանրաթել: Դա արտամղման և հալման տեխնիկա է՝ օգտագործելով նախածանցներ։ Առաջին տեխնոլոգիան հնարավորություն է տալիս պլաստմասսայի հիման վրա ցածրորակ նյութ ստանալ, ուստի այսօր այն գործնականում չի օգտագործվում։ Երկրորդ մեթոդը համարվում է հիմնական և ամենաարդյունավետը: Preform-ը նախածանց է, որը գտնվում է թելեր գծելու համար նախատեսված կառուցվածքում: Ժամանակակից չափանիշներով նախածանցերը կարող են լինել մինչև մի քանի տասնյակ մետր բարձրություն: Արտաքուստ սա մոտ 10 սմ տրամագծով ապակե ձող է, որից հալվում է թելի միջուկը։ Արտադրական գործընթացի ընթացքում միջուկը մանրաթելերի համար նախատեսված խառնուրդի հետ միասին տաքացվում է մինչև բարձր ջերմաստիճան, որից հետո ձևավորվում են թելերը։ Ստացված նյութի երկարությունը կարող է հասնել մի քանի կիլոմետրի, չնայած տրամագիծը մնում է անփոփոխ. այն վերահսկվում է ավտոմատացված կարգավորիչներով: Կախված նրանից, թե որտեղ է օգտագործվելու օպտիկամանրաթելը՝ նյութըԱյն կարող է նախապես մշակվել ծածկույթներով, որոնք ապահովում են քիմիական և ֆիզիկական պաշտպանություն: Ինչ վերաբերում է թելերի խառնուրդներին, դրանք սովորաբար ներառում են այնպիսի նյութեր, ինչպիսիք են պոլիիմիդը, ակրիլատը և սիլիկոնը:
Fiber դիզայնի առանձնահատկությունները
Թելի կենտրոնական մասը միջուկն է՝ մանրաթելի հենց միջուկը, որը շահագործման ընթացքում լույս կտարածի։ Միջուկը բնութագրվում է լույսի բեկման ինդեքսների ավելացմամբ, ինչը ձեռք է բերվում ապակու դոպինգի կիրառմամբ՝ հատուկ հավելումների փոփոխությամբ: Օրինակ, սիլիցիումի մանրաթելերի համար օգտագործվում են բնորոշ բեկող բաղադրիչներ, ինչպիսիք են դոպանտը: Իր հերթին կեղևը կատարում է մի քանի առաջադրանքներ, որոնցից հիմնականը միջուկի անմիջական ֆիզիկական պաշտպանությունն է։ Այս հատվածը նույնպես ապահովում է բեկման ազդեցություն, բայց նվազագույն գործակցով։ Երկու նյութերի միջև սահմանը ձևավորում է թեթև ուղղորդող կառուցվածք, որը թույլ չի տալիս լույսի մեծ մասը դուրս գալ միջուկից: Հարկ է նաև նշել, որ օպտիկամանրաթելային հիմունքները վերաբերում են նյութը լուսային ուղեցույցների տարատեսակներին: Ավելի ստույգ՝ խոսքը դիէլեկտրական ալիքատարների մասին է, որոնք փոխանցում են լուսային ազդանշաններ։
Օպտիկական մանրաթելերի տարատեսակներ
Առավել տարածված են քվարցը, պլաստմասսա և ֆտորային մանրաթելերը: Քվարցային թելերը հիմնված են օքսիդի հալվածքների կամ կառուցվածքով նման նյութերի վրա, ներառյալ սիլիցիումի օքսիդը: Այս հիմքը հնարավորություն է տալիս արտադրել ճկուն և երկար մանրաթելեր, որոնք տարբերվում են միմյանցիցև բարձր մեխանիկական ուժ։ Պլաստիկ մանրաթելային օպտիկաները պատրաստված են պոլիմերներից և, ինչպես արդեն նշվեց, չեն կարող ապահովել բարձր արդյունավետություն: Մասնավորապես, նման թելերն ունեն տվյալների կորստի բարձր տոկոս, ինչը սահմանափակում է դրանց օգտագործումը պահանջկոտ տարածքներում: Մյուս կողմից, պլաստիկ մանրաթելերի մատչելիությունը պահպանում է այս նյութի պահանջարկը կենցաղային հատվածի վրա կենտրոնացած ուղղություններով: Ինչ վերաբերում է ֆտորիդային օպտիկական նյութերին, ապա դրանց հիմքը հիմնված է ֆտորոզիրկոնատ և ֆտորալյումինատ ակնոցների վրա: Սրանք բավականին ժամանակակից և տեխնոլոգիական լուծումներ են օպտիկական հաղորդակցություն ապահովելու համար, սակայն կառուցվածքում ծանր մետաղների պարունակությունը նույնպես թույլ չի տալիս դրանք օգտագործել, օրինակ, բժշկական արդյունաբերության մեջ։
Օպտիկամանրաթելային Չափիչ Սարքավորում
Օպտիկական մանրաթելերի հավաքածուներում օգտագործվող ամենատարածված սարքավորումները սենսորներն են և Bragg ցանցերը: Օպտիկամանրաթելային սենսորները սարքեր են, որոնք նախատեսված են որոշակի արժեքներ ամրագրելու համար, որոնք բնութագրում են տվյալ պահին նյութի վիճակը: Օրինակ, տարբեր սենսորները կարող են հայտնաբերել մեխանիկական սթրես, ջերմաստիճան, թրթռում, ճնշում և այլ քանակություններ: Bragg ցանցն իր գործառույթով ավելի մոտ է օպտիկական բնութագրերին: Այն ամրացնում է մանրաթելային միջուկում բեկման պարբերական խանգարումը: Այս չափումը թույլ է տալիս որոշել, թե որքան արդյունավետ է օպտիկամանրաթելային համակարգը որոշակի պայմաններում ազդանշան փոխանցելու համար: Բացի այդ, փորձագետները օգտագործում են օպտիկականռեֆլեկտաչափ, որը գրանցում է ցրումը և դիմադրությունը:
օպտիկամանրաթելային ուժեղացուցիչներ և լազերներ
Սա ամենաառաջադեմ արտադրանքն է, որը մշակվել է օպտիկամանրաթելային տեխնոլոգիայի հիման վրա: Ի տարբերություն լազերների այլ տեսակների, օպտիկական թելերի օգտագործումը հնարավորություն է տալիս ստեղծել կոմպակտ և միևնույն ժամանակ արդյունավետ սարքեր։ Մասնավորապես, օպտիկամանրաթելային տեխնոլոգիան հնարավորություն է տվել փոխարինել դասական լազերային սարքերը հետևյալ առավելություններով.
- Ջերմատարի արդյունավետություն.
- Ավելացել է ելքային ճառագայթումը։
- Արդյունավետ մղում.
- Լազերի բարձր հուսալիություն և կայունություն։
- Ցածր քաշի սարքավորումներ.
Իր հերթին ուժեղացուցիչները, կախված տեսակից, կարող են օգտագործվել նաև տնային ցանցի գծերում՝ մեծացնելով հիմնական մանրաթելային գծի աշխատանքը։ Այնուամենայնիվ, մանրաթելերի շահագործման շրջանակը արժե ավելի մանրամասն դիտարկել:
Ինչի՞ համար է օգտագործվում օպտիկամանրաթելային համակարգը:
Կան մի քանի ոլորտներ, որտեղ օգտագործվում են օպտիկամանրաթելային նյութեր: Սա կենցաղային օգտագործման, հեռահաղորդակցության սարքավորումների և համակարգչային սարքավորումների, ինչպես նաև բարձր մասնագիտացված նիշերի ոլորտն է, ներառյալ բժշկության որոշ ոլորտներ։ Այս հատվածներից յուրաքանչյուրի համար արտադրվում է հատուկ օպտիկամանրաթել: Կիրառումը որպես հեռուստատեսային կամ ինտերնետ ազդանշանի փոխանցման տիպիկ միջոց, օրինակ, սահմանափակվում է միջին որակի էժան պլաստիկ մոդելներով: Բայց լազերային սարքավորումների համար և թանկԲժշկական սարքերում օգտագործվում են բարձրորակ քվարցային մանրաթելեր, որոնք տրամադրվում են նաև լրացուցիչ փոփոխիչներով:
Օպտիկական մանրաթելերի կիրառումը բժշկության մեջ
Նման մանրաթելերը կարող են օգտագործվել բժշկական սարքավորումների և գործիքների մեջ: Ստանդարտ տեխնոլոգիան առաջարկում է բեկված լուսային մանրաթելերի վրա հիմնված հատուկ սարքի ներդրման հնարավորությունը, որը կարող է ազդանշան փոխանցել արտաքին հեռուստատեսային տեսախցիկին, որն արդեն գտնվում է հենց մարմնի օրգանում: Օպտիկամանրաթելն օգտագործվում է բժշկության մեջ և որպես լուսավորող նյութ։ Օպտիկամանրաթելային մոդուլներով հագեցած սարքերը հնարավորություն են տալիս առանց ցավի լուսավորել ստամոքսի խոռոչները, քիթ-կոկորդը և այլն։
Օպտիկական մանրաթելերի օգտագործումը համակարգչային սարքավորումներում
Միգուցե սա ամենատարածված տեղն է, որում իր տեղը գտել է օպտիկական մանրաթելը: Այսօր տեղեկատվություն փոխանցող առանձին սարքերի միջև կապի գծերն այլևս չեն կարող առանց դրա: Իհարկե, դա վերաբերում է այն ոլորտներին, որտեղ անհնար է կամ անիրագործելի է օգտագործել անլար կապեր, որոնք նույնպես ակտիվորեն փոխարինում են մալուխները որպես այդպիսին: Օրինակ, հեռահաղորդակցության խոշորագույն ընկերությունները միջտարածաշրջանային հիմնական ցանցեր են ստեղծում, որոնք օգտագործում են օպտիկամանրաթելային սարքեր: Նման ալիքների օգտագործումը ծայրամասային սարքավորումների և հեռահաղորդակցության ծառայությունների սովորական սպառողների միացման համար թույլ է տալիս օպտիմալացնել ցանցային ենթակառուցվածքի պահպանման ֆինանսական ծախսերը, ինչպես նաև մեծացնում է տվյալների փոխանցման արդյունավետությունը:
Բջջանյութի թերությունները
Ցավոք, օպտիկական թելերն առանց թույլ կողմերի չեն: Թեև նման էլեկտրագծերի սպասարկումն ավելի էժան է, էլ չենք խոսում հաճախակի թարմացումների անհրաժեշտության մասին, նյութի արժեքը ինքնին շատ ավելի բարձր է, քան նույն մետաղական գործընկերները: Բացի այդ, օպտիկամանրաթելային համակարգը և դրա օգտագործումը բժշկության մեջ չափազանց սահմանափակ է որոշ համաձուլվածքներում կապարի և ցիրկոնիումի կեղտերի պարունակության պատճառով, որոնք թունավոր են մարդկանց համար: Սա հիմնականում վերաբերում է ամենաորակյալ ապակե մոդելներին, այլ ոչ թե պլաստիկին:
Օպտիկական մանրաթելերի արտադրություն Ռուսաստանում
Ներմուծման փոխարինման ծրագրի շրջանակներում 2015 թվականին Մորդովիայում բացվեց Optical Fiber Systems գործարանը։ Սա միակ ձեռնարկությունն է Ռուսաստանի Դաշնությունում, որը ներկայումս փորձում է հնարավորինս բավարարել ներքին սպառողների կարիքները օպտիկական մանրաթելերի գծով։ Մինչև 2015 թվականը ռուսական արդյունաբերությունը զբաղվում էր նաև օպտիկամանրաթելային նյութերի արտադրությամբ, բայց միայն առանձին նպատակային նախագծերի շրջանակներում։ Նույն իրավիճակը որոշ չափով պահպանվում է նաև այսօր։ Եթե որոշակի ընկերությանը անհրաժեշտ է օպտիկամանրաթել, և դրա օգտագործումը բժշկության կամ հեռահաղորդակցության ոլորտում ֆինանսապես արդարացված է, ապա կան բազմաթիվ գործարաններ, որոնք պատրաստ են անհատական հիմունքներով աշխատել նման հատուկ պատվերներով։ Սակայն մոտ ապագայում նույն օպտիկամանրաթելային մալուխների սերիական արտադրությունը կկատարի միայն Մորդովյան գործարանը: Ավելին, այն դեռևս չի կարողանում շուկան մատակարարել պահանջարկի ծավալին համապատասխան։ Ապրանքների զգալի մասը դեռ գնվում է ԱՄՆ-ից և Ճապոնիայից։ Եվ նույնիսկ հայրենական արտադրանքը արտադրվում է ներկրվածի վրահումք.
Եզրակացություն
Օպտիկամանրաթելային արտադրանքը ձևավորվում է որպես շուկայի սեգմենտ մոտ 15-20 տարի: Տարիների ընթացքում սպառողը կարողացել է գնահատել նոր մալուխների արժանիքները, սակայն առաջընթացը դեռ չի կանգնում: Տեխնիկական և ֆիզիկական որակների բարելավմամբ ընդլայնվում են նաև նյութի կիրառման ոլորտները։ Նանոտեխնոլոգիայի վրա հիմնված վերջին մանրաթելը, մասնավորապես, ակտիվորեն օգտագործվում է նավթի և գազի արդյունաբերության և պաշտպանական արդյունաբերության մեջ: Իր հերթին, ոչ գծային օպտիկամանրաթելային համակարգը ներկայումս զարգացնում է միայն հայեցակարգային, բայց շատ խոստումնալից տեխնոլոգիայի ոլորտները: Դրանցից են կոմպրեսիոն լազերային իմպուլսները, օպտիկական սոլիտոնները, գերկարճ օպտիկական ճառագայթումը և այլն։ Ակնհայտ է, որ տեսական հետազոտություններից բացի հնարավոր բացահայտումներով և զուտ գիտական գիտելիքների շրջանակներում, նոր զարգացումները հնարավորություն կտան նաև շուկայում տարբեր մակարդակի սպառողներին նոր առաջարկներ անել։
