Оптичко влакно
Оптичките влакна се употребуваат за пренос на големи количества податоци (до 1 терабит во секунда). Тоа е е тенко, флексибилно, проѕирно влакно кое се однесува како „светлинска цевка“ за да пренесе светлина помеѓу двата краја на влакното во брановидна форма.Често се користи во комуникации со оптички влакна кои дозволуваат пренос на долги релации со поголем пропусен опсег од другите комуникации, затоа што сигналот може да се пренесува на огромни далечини без при тоа да има потреба од засилување. Влакната се користат наместо метални жици, затоа што сигналите патуваат низ нив со помалку загуба и исто така имаат огромна отпорност во однос на електромагнетни пречки (како на пример: радио сигнали, електромотори или близина на далноводи). Влакната исто така се користат и за осветлување, обвиткани во снопови за да можат да пренесуваат слики. Специјално дизајнирани влакна се користат за разни други апликации, вклучувајќи сензори и ласери.
Оптичкото влакно типично се состои од проѕирно јадро обвиткано од обложен слој со понизок показател на одбивање. Светлината се чува во јадрото со целосна внатрешно одбивање. Ова предизвикува влакното да ја пренесува светлината во брановидна форма. Влакното кое поддржува повеќе разновидни патеки или дијагонален режим се нарекува влакно со повеќе режими (MMF), додека оние кои поддржуваат единечен режим се нарекуваат влакна со еден режим (SMF). Влакната со повеќе режими имаат поголем дијаметар на јадрото и се користат за комуникациски врски на помала далечина и апликации каде висока моќност мора да биде пренесена. Влакната со еден режим се користат за повеќето комуникациски врски, подолги од 1.050 метри.
Спојувњето на оптичките влакна е покомплексно од спојуавањето на електрични жици и кабли. Краевите на влакното мора да бидат внимателно раздвоени, а потоа споени било механички или спојување со загревање. Специјални приклучоци за оптички влакна се користат за да се направи пренослива врска.
Содржина |
Историја [уреди]
,1884.JPG)
Оптичките влакна, кои се користат масовно во модерниот свет е релативно едноставна и стара технологија. Водени од одбивањето на светлината Даниел Коладон и Жак Бабине во Париз во 1940 година за прв пат го демонстрирале и докажале дека е можен принципот на оптичко влакно. Неколку години подоцна Џон Тиндал вклучил демонстрација за оптичко влакно во неговото јавно предавање во Лондон.[1] Tyndall исто така во 1870 година напишал книга во која се осврнал на целосното внатрешно одбивање и природата на светлината, меѓу што напишал: “ Кога светлината преминува од воздух во вода, зраците нормално се прекршуваат... Кога зраците преминуваат од вода во воздух се свиткани под прав агол... Ако аголот каде зракот ја допира површината на водата е поголем од 48°, тогаш зракот нема да влезе во водата воопшто, тој ќе биде целосно одбиен од површината. Аголот која ја означува границата на целосното одбивање се нарекува ограничувачки агол на медиумот. За вода тој агол е 48°27’, за стакло е 38°41’ , додека за дијамант овој агол е 23°42’. ”[2][3]
Преносот на слики низ цевки бил претставен независно од Clarence Hansell и телевизискиот пионер John Logie Barid во 1920 година. Принципот првично се користел во медицината во декадата која следувала. Во 1952 година, физичарот Narinder Singh Kapany извел серија експерименти кои довеле до изумот за оптичкото влакно.
Модерните оптички влакна каде стаклото е обложено со проѕирен слој за да се постигне поголем показател на одбивање се појавиле во следната деценија. Развојот тогаш се насочил кон сноповите од влакна за пренос на слики. Првиот гастроскоп кој работел со помош на оптичките влакна бил измислен и патентиран од Basil Hirschowitz, C.Wilbur Peters и Lawrence E. Curtiss, истражувачи од Универзитетот во Мичиген во 1956 година. Во овој процес на развој на гастроскопот Curtiss го создала првото влакно обложено со стакло, дотогаш влакната се произведувале со обложување од материјали како масла и восоци. Александар Бел го измислил „фотофонот“ за пренос на гласни сигнали низ оптички зрак.[4]
Британската компанија Standard Telephones and Cables (STC) била првата што ја промовирала идеата за намалување на слабеењето на сигналот во оптичките влакна на 20 децибели за километар (dB/km), дозволувајќи му на оптичкото влакно да се претвори во практичен медиум за комуникација.[5] Тие откриле дека слабеењето во влакното е предизвикано од нечистотиите кои можат да бидат отстранети со мала искра која ќе се создаде. Точно и систематизирано ги докажале својствата на влакното и неговата загуба на сигналот и го посочиле вистинскиот материјал за производство на влакно со подобри перформанси - стакло од силика со голема чистота. Ова подоцна им ја донело Нобеловата награда за физика во 2009 година. [6]
NASA ги користи оптичките влакна во телевизиските камери кои ги праќа на месечината, што ги докажува големите перформанси на оптичкото влакно. [7]
Ослабувањето на сигналот во модерните оптички кабли е далеку помал од електричните кабли што доведува до долги поврзувања на оптички влакна со користење на повторувачи дури на 70-150 километри.
Во 1991 година, усовршувањето на кристалите од фотон, довело до развој на влакна базирани на овој материјал што ја спроведуваат светлината со дифракција од периодична структура наместо целосна внатрешно одбивање. Првото вакво влакно било произведено во 2000 година и може да пренесе многу повеќе моќност од обичното оптичко влакно со пропусен опсег кој може да се прилагодува за да се подобрат перформансите.
Комуникации со оптички влакна [уреди]
Оптичкото влакно се користи како медиум во телекомуникациите и мрежите, затоа што е флексибилен и може да се формира сноп како и со каблите. Има многу предности за комуникациите на долги растојанија, затоа што светлината се движи низ влакното со мало ослабување во споредба со електричните кабли. Тоа овозможува големи далечини да бидат поминати со неколку повторувачи. Секое влакно може да носи повеќе независни канали, притоа секој користејќи различна брановидна должина од светлина. Моментално, лабораториското оптичко влакно развиено од Бел Лабс, Франција, поддржува 155 канали, секој носејќи 100 Gbit/s на далечина повеќе од 7000 км.
За апликации на помали далечини, како создавање мрежа без зграда со канцеларии, оптичкото влакно може да се искориси за да се заштеди простор за цевки од кабли. Ова е така затоа што едно оптичко влакно може да пренесе многу повеќе податоци отколку со повеќе електрични кабли, на пример 4 пара Ethernet Cat-5 каблирање. Влакното е исто така отпорно на електрични влијанија, нема мешање на сигналите од различните кабли во снопот и не е под влијание од надворешната врева т.е шум. Може да се користат и во средини каде има експлозивни гасови без опасност од палење.
Начин на работа [уреди]
Оптичкото влакно е цилиндрично диелектрично влакно кое пренесува светлина низ неговата оска со целосна внатрешно одбивање. Се состои од јадро обвиткано со обложен слој, и двата направени од диелектрични материјали. За да го задржат сигналот во јадрото, индексот на прекршување на јадрото мора да биде поголем од оној на обложниот слој.
Показател на одбивање [уреди]
Индексот на одбивање (наречен и „индекс на рефлексија“) е показател со чија помош може да се измери брзината на светлината во материјалот. Светлината патува побрзо во вакум отколку во друг простор. Брзината на светлината во вакум е околку 300.000 километри во секунда. Показателот на одбивање се пресметува делејќи ја брзината на светлината во вакум со брзината во некој друга средина. По дефиниција показателот на одбивање во вакум изнесува 1. Вредноста за обложниот слој на оптичкото влакно е 1,46, а вредноста на јадрото е 1,48. Колку е поголем показателот на одбивање, толку побавно патува светлината во средината. Од оваа информација произлегува правилото дека сигналот кој користи оптичко влакно за комуникација ќе патува отприлика со 200 милиони метри во секунда. Така телефонски повик кој се одвива преку оптичко влакно помеѓу Сиднеј и Њујорк на 12000 километри оддалеченост, ќе се пренесе со минимално задоцнување од 60 милисекунди. Но сепак треба да се напомене дека ќе се јави дополнително доцнење од комуникациската опрема како преклопници и кодери и декодери кои ќе го претвараат гласот погоден за пренос низ оптичкото влакно и обратно.
Целосно внатрешно одбивање [уреди]
Целосна внатрешно одбивање - кога светлината се пренесува низ медиум удира во границите под остар агол и целосно се одбива. Овој принцип се користи и во оптичките влакна за да се задржи светлината во јадрото. Затоа што светлината мора да удри во границите со агол поголем од критичниот, само светлината која влегува во влакното под определен агол може да патува низ него без протекување. Овие агли се нарекуваат прифатлив конус на влакното. Големината на овој прифатлив конус е функција од показателот на одбивањ. Значи постои максимален агол за оската на влакното под кој треба да влезе светлината во него за да може да се движи односно да патува во јадрото на оптичкото влакно.
Механизми за слабеење [уреди]
Слабеењето на сигналот во оптичкото влакно уште познато и како загуба во пренос, е намалување на интензитетот на светлинскиот зрак или сигналот во однос на далечината помината низ медиумот за пренос. Коефициентот на слабеење во опричкото влакно обично ја користи мерката dB/km кое се должи на релативно високиот квалитет на транспарентност на модерните оптички медиуми. Слабеењето е важен фактор затоа што го ограничува преносот на дигиталните сигнали на големи релации. Истражувањата покажале дека слабеењето се должи на расејувањето и апсорпцијата.
Материјали [уреди]
Стаклените оптички влакна се речиси секогаш направени од силика кое е хемиско соединение на силиконот, но и други материјали како калгогенидно стакло или сафирот кој се користи за апликации со инфрацрвени зраци. Материјалот силика има индекс на прекршување околу 1.5 , но некои други материјали имаат и многу поголеми индекси од околу 3 како калгогенидното сткло. Типично разликата помеѓу индексите на јадрото и обложниот слој е помало од 1 процент. Има и пластични оптички влакна кои се користат најчесто за влакната со повеќе режими и имаат дијаметар на јадрото од 0,5 милиметри. Тие имаат поголем коефициент на слабеење отколку стаклените влакна, околу 1 dB/m или поголем и оваа слабеење го ограничува опсегот на системите базирани на пластични оптички влакна.
Оптички кабли [уреди]
1. Јадро: 8 µm дијаметри
2. Обвивка: 125 µm дијаметри
3. Бафер: 250 µm дијаметри
4. Заштитен слој: 400 µm дијаметри
Во пракса, обвивката на влакното е премачкана со слој од смола, кој може да биде понатаму опкружен со заштитен слој од стакло. Овие слоеви му даваат цврстина на влакното, но не допринесуваат за подобрување на неговите карактеристики. Понекогаш помеѓу влакната кои се врзани во сноп се поставува стакло кое ја апсорбира светлината таканаречено темно стакло. За да се спречи светлината која може да излезе од едно влакно и да влезе во друго. Ова го спречува вкрстувањето на сигналите помеѓу влакната или го намалува одблесокот во снопот од влакна наменет за апликациите со слики.[8]
Модерните оптички кабли доаѓаат со голема разновидност на обвивки наменети за различни потреби како изолација од висок напон, двојно користење за линии кои пренесуваат моќност, антени за телефон, инсталации за подморници или асвалтирани улици.
Оптичките кабли можат да бидат многу флексибилни, но нормалната загуба во голема мера порасна кај влакната со радиус помал од 30 мм. Ова создава проблем кога кабелот е свиткан околу аглите или замотан правејќи FTTX инсталации. Каблите кои можат да се вијат и лесно да се употребуваат за инсталации во домовите се стандардизирани како ITU-T G.657. Овој вид на оптички кабел може да биде свиткан во радиус од 7,5 мм без негативни последици. [9]Исто така овие кабли се отпорни на хакери зошто сигналот во влакното е неприметно мониториран од истекување.
Друга важна функција на кабелот е издржливоста од хоризонтално применетата сила. Технички се нарекува затегнувачка цврстина дефинирајќи колку сила може да се примени врз кабелот додека трае процесот на инсталација.
Поврзување на оптичките кабли [уреди]
Оптичките влакна се поврзани со терминали и опрема со помош на посебни приклучоци за таа намена. Тие приклучоци се со стандардна форма и се познати како FC, SC, ST, LC и MTRJ.
Оптичките влакна можат да се поврзат меѓусебно со приклучоци или со метод на спојување односно слепување на две влакна заедно за да се формира непрекината брановидна форма на оптичко влакно. Генерално прифатениот метод на спојување е спојување со фузија на лак кое ги топи краевите на влакното заедно, со електричен лак. За побрзо прицврстување се кориси и механичко спојување.
Спојувањето со топење се прави со помош на специјални инструменти кои го прават следново: двата краеви на каблите се прицврстуваат внатрешно со заградување при што на краевите на влакното им се отстранува заштитната обвивка. Краевите се сечат и расцепуваат со голема точност и се ставаат во посебни држачи на приклучокот. Спојувачот користи мали мотори за да ги усогласи краевите заедно и да емитира мала искра меѓу електродите на јазолот за да ги изгори правот и влагата. Потоа спојувачот генерира поголема искра која ја покачува температурата над точката на топење на стаклото, спојувајќи ги краевите трајно. Локацијата и енергијата на спојувачот е внимателно контролирана за да стопеното јадро и обвивката не се спојат, а воедно тоа ја минимизира оптичката загуба. Комплексноста на овој процес го прави спојуањето на оптичките влакна многу потешко отколку спојувањето на бакарните жици.
Механичките спојувања се побрзи, но сепак постои потребата за соголување, внимателнио отстранување и сечење. Краевите на влакната се усогласени и споени со прецизно направена спојка користејќи често и специјален гел за подобрување на преност низ местото каде се споени краевите. Вака направените споеви често имаат поголеми оптички загуби и се помалку стабилни отколку спојките со топење, посебно ако се користел гел. Сите техники на спојување вклучуваат користење на заградување во кое е позиционирана спојката за подоцнежна заштита.
Приклучоците за оптичките влакна имаат форма на цилиндрично буре. Механизмот за спојување може да биде “стави и кликни”, “завртка” или “заврти и заклучи”. Приклучоците се ставаат со претходна подготовка на влакното и вметнување во телото на приклучот. Леплив сет најчесто се користи за да влакното се прицврсти. Откога лепливиот сет ќе се стави краевите се полираат до огледало. Овие приклучоци имаат многу поголема загуба отколку приклучоците за преносни сметачи, но во голема мера го намалуваат и одразот, затоа што светлината која се одбива од аглите истекува од површината на јадрото. Загубата во сигналот се нарекува загуба на јазот.
Наводи [уреди]
- ↑ Bates, Regis J (2001). „Optical Switching and Networking Handbook“. New York: McGraw-Hill. стр. 10. ISBN 007137356X.
- ↑
- пренасочување Шаблон:Наведена книга
- ↑ Tyndall, John (1873). „Six Lectures on Light“. http://www.archive.org/details/sixlecturesonlig00tynduoft.
- ↑ The Birth of Fiber Optics
- ↑ Hecht, Jeff (1999). „City of Light, The Story of Fiber Optics“. New York: Oxford University Press. стр. 114. ISBN 0195108183. http://books.google.com/?id=4oMu7RbGpqUC&pg=PA114.
- ↑ „Press Release — Nobel Prize in Physics 2009“. The Nobel Foundation. http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2009/press.html. проверено на 2009-10-07.
- ↑ http://history.nasa.gov/alsj/MSC-SESD-28-105.pdf
- ↑ „Light collection and propagation“. „National Instruments' Developer Zone“. National Instruments Corporation. http://zone.ni.com/devzone/cda/ph/p/id/129#toc2. проверено на 2007-03-19.
- ↑ Corning Incorporated (2007-07-23). "Corning announces breakthrough optical fiber technology". Соопштение за печат. (проверено на 2007-12-09)
Надворешни врски [уреди]
 |
Заедничката Ризница има податотеки поврзани со: „Оптичко влакно“ |
- Здружение за влакнеста оптика (FOA) (англиски)
- Стандардни на бои за приклучоците - FOA (англиски)
