Με την ταχεία ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, οι οπτικές ίνες επεκτείνονται στους τομείς της επικοινωνίας, της ηλεκτρονικής και της ηλεκτρικής ενέργειας, καθιστώντας ένα πολλά υποσχόμενο νέο βασικό υλικό. Η συνοδευτική τεχνολογία οπτικών ινών κερδίζει επίσης την εύνοια των ανθρώπων με καινοτομία και άνεση.
Πλήρης λειτουργία μετάδοσης ισχύος
Η Larian Corporation των Ηνωμένων Πολιτειών χρησιμοποίησε με επιτυχία την οπτική ίνα για να ολοκληρώσει τη λειτουργία μετάδοσης ισχύος, ανοίγοντας έναν ολοκαίνουργιο τρόπο στο πεδίο ισχύος. Χρησιμοποιούν διόδους λέιζερ ημιαγωγών στο άκρο μετάδοσης για να μετατρέψουν την ηλεκτρική ενέργεια σε φως λέιζερ για μετάδοση σε οπτικές ίνες και χρησιμοποιούν ηλιακά στοιχεία ως συσκευή λήψης. Αυτή η συσκευή χρησιμοποιεί αρσενίδιο πάχους 300 μικρών γαλλίου ως μονωτικό υπόστρωμα, καλυμμένο με ηλιακή κυψέλη πάχους 20 μικρών. Χωρίζεται σε 6 ανεξάρτητες περιοχές, οι οποίες συνδέονται εν σειρά με επιχρυσωμένες αερογέφυρες. Όταν το φως λέιζερ που εκπέμπεται από την οπτική ίνα χτυπά το ηλιακό στοιχείο, η φωτεινή ενέργεια γίνεται αμέσως ηλεκτρική ενέργεια. Η τάση που παράγεται από κάθε περιοχή είναι ακριβώς 1 βολτ και οι έξι περιοχές σε σειρά έχουν τάση 6 βολτ, η οποία επαρκεί για το κύκλωμα ελέγχου των περισσότερων αισθητήρων.
ευρέως χρησιμοποιημένο
Εάν η ισχύς της διόδου λέιζερ αυξάνεται συνεχώς και είναι εξοπλισμένη με ένα πλήρες σύστημα μετάδοσης ισχύος, η μετάδοση ισχύος οπτικών ινών μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως σε στρατιωτικές, βιομηχανικές, εμπορικές και άλλες πτυχές. Το εργαστήριο Bogen της Γαλλίας&# 39, το οποίο ειδικεύεται στους υπολογιστές, τον ηλεκτρονικό εξοπλισμό, την επεξεργασία σήματος και την τεχνολογία εικόνας, χρησιμοποιεί οπτικό soliton και σύντομους παλμούς για να επιτύχει μετάδοση χωρίς παραμόρφωση στις οπτικές ίνες. Αυτή η τεχνολογία μπορεί να λύσει τα προβλήματα της χρωματικής διασποράς και των μη γραμμικών εφέ χωρίς να απαιτεί πολλαπλές συσκευές αναγέννησης κατά μήκος του οπτικού καλωδίου. Χρειάζεται μόνο να ρυθμίσετε έναν ενισχυτή κάθε 100 χιλιόμετρα περίπου όταν εργάζεστε. Τα μοναχικά κύματα μπορούν να περάσουν μεταξύ τους χωρίς να παρεμβαίνουν μεταξύ τους. Λέγεται ότι αυτή η νέα τεχνολογία χρησιμοποιείται σε υποβρύχιο υποβρύχιο που κυμαίνεται από 6450-12900 χιλιόμετρα και μπορεί να λύσει το πρόβλημα των δυσκολιών επικοινωνίας. Μια ακανόνιστη τεχνολογία επικοινωνίας οπτικών ινών μεταφορέων που αναπτύχθηκε από Αμερικανούς εμπειρογνώμονες στον τομέα της ασφάλειας επικοινωνιών έχει σχεδιαστεί ειδικά για να αντιμετωπίσει τις ολοένα και πιο εξελιγμένες και εξελιγμένες υποκλοπές της&# 39. Αυτή η τεχνολογία μετατρέπει πρώτα χρήσιμες πληροφορίες, όπως η φωνή σε ψηφιακά σήματα παλμού και, στη συνέχεια, κωδικοποιεί αυτά τα ψηφιακά σήματα παλμού και τα διαμορφώνει σε τυχαίους φορείς μικροκυμάτων που αλλάζουν ακανόνιστα. Κατά την αποστολή, η συσκευή μετάδοσης λέιζερ μεταδίδει το ακανόνιστο μεταφορικό σήμα μεταφοράς πληροφοριών στον δέκτη μέσω του συστήματος επικοινωνίας οπτικών ινών. Ο δέκτης λέιζερ του δέκτη χρησιμοποιεί ειδική τεχνολογία για συγχρονισμό και δυναμικό συντονισμό με τη συσκευή αποστολής λέιζερ και τελικά ολοκληρώνει το έργο της αποδιαμόρφωσης χρήσιμων σημάτων από ακανόνιστους φορείς. Χρησιμοποιώντας αυτήν την τεχνολογία, οι υποκλοπές δεν θα είναι πλέον χρήσιμοι, θα ακούσουν μόνο χαοτικούς θορύβους. Η Αυστραλία Pauline ανέπτυξε πρόσφατα μια κλίμακα ζύγισης ινών που μπορεί να ζυγίζει φορτηγά με μία ίνα και ένα λέιζερ. Αυτό το είδος κλίμακας ινών χρησιμοποιεί μια οπτική ίνα με πολύ ειδικά χαρακτηριστικά αντοχής. Όταν βρίσκεται υπό πίεση ή ένταση, η οπτική ίνα θα παραμορφωθεί ελαφρώς, προκαλώντας την αλλαγή των χαρακτηριστικών του λέιζερ. Αυτή τη στιγμή, ο ανιχνευτής θα μάθει αμέσως αυτήν την αλλαγή και θα τη μετατρέψει σε αλλαγή ηλεκτρικού σήματος. Αυτό αντικατοπτρίζεται στον πίνακα οθόνης του οργάνου. Δεδομένου ότι η οπτική ίνα είναι κατασκευασμένη από γυαλί, έχει αντοχή στην υγρασία και αντοχή στην ακτινοβολία. Το πιο σημαντικό είναι ότι είναι εύκολο να εγκατασταθεί και να συντηρηθεί. Είναι κατάλληλο για εγκατάσταση σε κεντρικούς δρόμους σε αστικές περιοχές, γύρω από εργοστάσια, αεροδρόμια και διαδρόμους, αποθήκες και λιμάνια. Συνεχής εργασία για 24 ώρες. Επομένως, εκτός από τη ζύγιση, μπορεί επίσης να διαδραματίσει ρόλο παρακολούθησης και η ακρίβεια είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτήν των υφιστάμενων ηλεκτρονικών συσκευών.
Πλαστικές οπτικές ίνες
Σύμφωνα με μια πρόσφατη έκθεση από το US Journal, μια πλαστική οπτική ίνα που αναπτύχθηκε από την Boston Optical Fiber Corporation, Μασαχουσέτη, έχει ταχύτητα μετάδοσης 30 φορές ταχύτερη από το σημερινό τυπικό σύρμα χαλκού και είναι ελαφρύτερο, πιο ευέλικτο και χαμηλότερο κόστος από τις ίνες γυαλιού . Αυτό το είδος οπτικής ίνας χρησιμοποιεί τη διάθλαση του φωτός ή τη λειτουργία άλματος του φωτός στην ίνα για να φτάσει σε υψηλότερη ταχύτητα μετάδοσης και μπορεί να μεταδώσει δεδομένα με ταχύτητα 3 megabit ανά δευτερόλεπτο εντός 100 μέτρων. Προς το παρόν, έχουν τοποθετηθεί 370.000 χιλιόμετρα υποβρυχίων οπτικών καλωδίων σε όλο τον κόσμο. Αυτό το μήκος μπορεί σχεδόν να περιβάλλει τη γη 10 φορές. Επιπλέον, επειδή τα λέιζερ χρησιμοποιούνται και στα δύο άκρα, δεν χρειάζονται πλέον επαναλήπτες για την ενίσχυση σημάτων κατά τη μετάδοση, γεγονός που θα μειώσει σημαντικά το κόστος και το κόστος κλήσης. Σύμφωνα με αναφορές, το υποβρύχιο οπτικό καλώδιο μεγαλύτερης χωρητικότητας&# 39 που συνδέει την Ευρώπη και τις Ηνωμένες Πολιτείες πρόκειται να ανοίξει. Αυτό το υποβρύχιο καλώδιο οπτικών ινών επικοινωνίας που συνδέει τον κόσμο έχει τοποθετηθεί. Αυτό είναι το πιο υπέροχο έργο στον τομέα της επικοινωνίας τον 20ο αιώνα και υποστηρίζεται από 30 διεθνείς οργανισμούς τηλεπικοινωνιών σε όλο τον κόσμο. Διασχίζει τον Ατλαντικό Ωκεανό, διασχίζει τη Μεσόγειο Θάλασσα, διασχίζει την Ερυθρά Θάλασσα και τον Ινδικό Ωκεανό και διασχίζει τα Στενά της Μάλακας στον Ειρηνικό Ωκεανό. Με συνολικό μήκος σχεδόν 320.000 χιλιόμετρα, συνδέεται με 175 χώρες και περιοχές και μπορεί να πραγματοποιήσει 2,4 εκατομμύρια τηλεφωνικές κλήσεις ή να μεταδώσει εκατοντάδες χιλιάδες συμπιεσμένες εικόνες ταυτόχρονα. Το σύνολο του έργου κόστισε 14 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ και αναμένεται να ολοκληρωθεί το 2003.
Αρχή της σύνθεσης
Η τεχνολογία οπτικών ινών αποτελείται γενικά από τρία μέρη: το άκρο μετάδοσης οπτικού σήματος, την οπτική ίνα που χρησιμοποιείται για τη μετάδοση του οπτικού σήματος και το άκρο λήψης οπτικού σήματος.
Η λειτουργία του οπτικού άκρου μετάδοσης σήματος είναι η μετατροπή του ηλεκτρικού σήματος που πρόκειται να μεταδοθεί σε οπτικό σήμα μέσω συσκευής ηλεκτρο-οπτικής μετατροπής. Επί του παρόντος, η συσκευή ηλεκτρο-οπτικής μετατροπής τελικού μετάδοσης χρησιμοποιεί γενικά μια δίοδο εκπομπής φωτός ή έναν σωλήνα λέιζερ ημιαγωγών. Η ισχύς εξόδου της δίοδος εκπομπής φωτός είναι σχετικά χαμηλή, ο ρυθμός διαμόρφωσης σήματος είναι σχετικά χαμηλός, αλλά η τιμή είναι φθηνή. Η ισχύς του φωτός εξόδου και το ρεύμα κίνησης είναι βασικά γραμμικά εντός ενός συγκεκριμένου εύρους, το οποίο είναι πιο κατάλληλο για μετάδοση σήματος μικρής απόστασης, χαμηλής ταχύτητας και αναλογικού σήματος. Η ισχύς εξόδου της διόδου είναι μεγάλη, ο ρυθμός διαμόρφωσης σήματος είναι υψηλός, αλλά η τιμή είναι σχετικά υψηλή και είναι κατάλληλη για μετάδοση ψηφιακού σήματος μεγάλων αποστάσεων, υψηλής ταχύτητας. Η λειτουργία της οπτικής ίνας είναι η μετάδοση του οπτικού σήματος στο άκρο μετάδοσης στο άκρο λήψης του οπτικού σήματος με όσο το δυνατόν λιγότερη εξασθένιση και παραμόρφωση. Προς το παρόν, η οπτική ίνα χρησιμοποιείται γενικά στη ζώνη εγγύς υπέρυθρων. 0,84& micro; m micro 1,31& micro; m 、 1,55& micro; mMulti-mode ή single-mode quartz fiber με καλή μετάδοση. Η λειτουργία του άκρου λήψης οπτικού σήματος είναι η επαναφορά του οπτικού σήματος στο αντίστοιχο ηλεκτρικό σήμα μέσω της συσκευής φωτοηλεκτρικής μετατροπής. Η συσκευή φωτοηλεκτρικής μετατροπής χρησιμοποιεί γενικά μια φωτοδίοδο ημιαγωγού ή μια φωτοδίοδο χιονοστιβάδας. Το μήκος κύματος που εκπέμπει φως της πηγής φωτός που αποτελεί το σύστημα μετάδοσης οπτικών ινών πρέπει να ταιριάζει με τη ζώνη μήκους κύματος του παραθύρου χαμηλής απώλειας της ίνας μετάδοσης και τη ζώνη απόκρισης κορυφής της φωτοηλεκτρικής συσκευής ανίχνευσης. Η τελική ηλεκτρο-οπτική συσκευή μετατροπής μετάδοσης υιοθετεί το κεντρικό μήκος κύματος εκπομπών 0,84& micro; mΗ δίοδος εκπομπής φωτός ημιαγωγού υψηλής υπέρυθρης ακτινοβολίας, η ίνα μετάδοσης υιοθετεί ίνες χαλαζία πολλαπλών τρόπων και η συσκευή φωτοηλεκτρικής μετατροπής λήψης λήψης υιοθετεί το μέγιστο μήκος κύματος απόκρισης 0,8& micro; m-0,9& micro; mSilicon φωτοδίοδος. Κάθε μέρος θα εισαχθεί περαιτέρω παρακάτω.
Αναδιπλούμενο πομπό οπτικού σήματος
Το κύκλωμα οδήγησης και διαμόρφωσης του LED που χρησιμοποιείται στο σύστημα παρουσιάζεται στο Σχήμα 2. Η διαμόρφωση σήματος υιοθετεί τη μέθοδο διαμόρφωσης έντασης φωτός και το ποτενσιόμετρο ρύθμισης έντασης φωτός αποστέλλεται για να ρυθμίσει το στατικό ρεύμα οδήγησης που ρέει μέσω του LED, αντιστοίχως αλλαγή της εκπεμπόμενης ισχύος φωτός των LED, Το ρυθμισμένο εύρος ρύθμισης του στατικού ρεύματος οδήγησης είναι 0-20 mA, που αντιστοιχεί στην τιμή εμφάνισης της έντασης μετάδοσης του φωτός του πίνακα οδήγησης, η τιμή οθόνης 0-2000 μονάδες, όταν το ρεύμα οδήγησης είναι μικρό, το φως Η ισχύς εκπομπής διόδου εκπομπής και το ρεύμα οδήγησης είναι βασικά γραμμικά, ήχος Το σήμα συνδέεται με τον αρνητικό ακροδέκτη εισόδου ενός άλλου ενισχυτή μετά την απομόνωση από τον πυκνωτή, το δίκτυο αντίστασης και τον ενισχυτή op, και υπερτίθεται με το στατικό ρεύμα οδήγησης του φωτός- δίοδος εκπομπής για να κάνει τη δίοδο εκπομπής φωτός να στείλει ένα οπτικό σήμα που αλλάζει με το σήμα ήχου και, στη συνέχεια, μέσω του ζεύκτη οπτικών ινών Th είναι οπτικό σήμα συζευγμένο με την ίνα μετάδοσης. Το χαμηλό άκρο της μεταδιδόμενης συχνότητας σήματος μπορεί να προσδιοριστεί από το δίκτυο πυκνωτών και αντιστάσεων και η απόκριση χαμηλής συχνότητας του συστήματος δεν είναι μεγαλύτερη από 20Hz
Πτυσσόμενος δέκτης οπτικού σήματος
Είναι το διάγραμμα αρχής λειτουργίας του άκρου λήψης οπτικού σήματος. Η ίνα μετάδοσης συνδέει το οπτικό σήμα από το άκρο μετάδοσης έως τη φωτοδίοδο της φωτοηλεκτρικής συσκευής μετατροπής μέσω του ζεύκτη οπτικών ινών. Η φωτοδίοδος μετατρέπει το οπτικό σήμα σε σήμα ρεύματος ανάλογο με αυτό. Η δίοδος πρέπει να είναι αντίστροφης μεροληψίας όταν χρησιμοποιείται, και το σήμα φωτορεύματος μετατρέπεται σε σήμα τάσης ανάλογο με αυτό με τη μετατροπή ρεύματος-τάσης του ενισχυτή. Το ηχητικό σήμα που περιέχεται στο σήμα τάσης συνδέεται με τον ενισχυτή ισχύος ήχου για να οδηγήσει το ηχείο να ηχεί μέσω του πυκνωτή και της αντίστασης. Η απόκριση συχνότητας της φωτοδιόδου είναι γενικά υψηλή, και η απόκριση υψηλής συχνότητας του συστήματος εξαρτάται κυρίως από τη συχνότητα απόκρισης του λειτουργικού ενισχυτή.
Ίνα μετάδοσης
Προς το παρόν, η οπτική ίνα που χρησιμοποιείται για την οπτική επικοινωνία χρησιμοποιεί γενικά ίνες διοξειδίου του πυριτίου. Καλύπτεται με ένα στρώμα επένδυσης με ένα μικρό δείκτη διάθλασης n1 μέσα στον πυρήνα με ένα μεγάλο δείκτη διάθλασης n2. Το φως κατανέμεται πλήρως στη διεπαφή μεταξύ του πυρήνα και της επένδυσης. Η αντανάκλαση περιορίζεται να διαδίδεται στον πυρήνα της ίνας. Όπως φαίνεται στο σχήμα 5, η οπτική ίνα είναι στην πραγματικότητα ένα είδος διηλεκτρικού κυματοδηγού. Το φως είναι κλειδωμένο στην οπτική ίνα και μπορεί να μεταδοθεί μόνο κατά μήκος της οπτικής ίνας. Η διάμετρος πυρήνα της οπτικής ίνας είναι γενικά από μερικά μικρά έως εκατοντάδες μικρά. Σύμφωνα με τον τρόπο μετάδοσης φωτός, μπορεί να χωριστεί σε ίνες πολλαπλών τρόπων και ίνες μονής λειτουργίας, και μπορεί να χωριστεί σε τύπο βαθμίδας διαθλαστικού δείκτη και βαθμονομημένες ίνες διαθλαστικού δείκτη σύμφωνα με τους διαφορετικούς τρόπους κατανομής δείκτη διαθλαστικών ινών. Η διαθλαστική ινώδης βαθμίδα τύπου ινών περιέχει δύο κυκλικά συμμετρικά ομοαξονικά μέσα, και τα δύο είναι ομοιόμορφα στην υφή, αλλά έχουν διαφορετικούς δείκτες διαθλάσεως. Ο δείκτης διάθλασης του εξωτερικού στρώματος είναι χαμηλότερος από αυτόν του εσωτερικού στρώματος.
Μια διαβαθμισμένη ίνα δείκτη είναι ένα είδος ίνας του οποίου ο δείκτης διάθλασης βαθμολογείται κατά μήκος της διατομής της ίνας. Ο σκοπός της αλλαγής του δείκτη διάθλασης είναι να κάνει τις ταχύτητες της ομάδας διαφόρων τρόπων παρόμοιες, μειώνοντας έτσι τη διασπορά του τρόπου και αυξάνοντας το εύρος ζώνης επικοινωνίας. Οι πολυδιάστατες διαθλαστικές ίνες βαθμίδας τύπου δείκτη παράγουν διασπορά μεταξύ τρόπων λόγω των διαφορετικών ταχυτήτων ομάδας κάθε μετάδοσης λειτουργίας και το εύρος ζώνης μετάδοσης είναι περιορισμένο. Ο διαβαθμισμένος δείκτης διαθλαστικού δείκτη πολλαπλών τρόπων αυξάνει το εύρος ζώνης μετάδοσης σήματος λόγω της ειδικής διανομής διαθλαστικού δείκτη, γεγονός που καθιστά την ταχύτητα ομάδας κάθε μετάδοσης λειτουργίας ίδια. Η ίνα μονής λειτουργίας είναι μια ίνα που μεταδίδει μόνο μία οπτική λειτουργία και η ίνα μονής λειτουργίας μπορεί να μεταδώσει το υψηλότερο εύρος ζώνης σήματος. Προς το παρόν, οι οπτικές ίνες μονής λειτουργίας χρησιμοποιούνται κυρίως σε οπτικές επικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων.
Οι κύριοι τεχνικοί δείκτες των ινών πυριτίου περιλαμβάνουν χαρακτηριστικά εξασθένησης, αριθμητικό άνοιγμα και διασπορά. Αριθμητικό διάφραγμα: Το αριθμητικό διάφραγμα περιγράφει τα χαρακτηριστικά των ινών σε συνδυασμό με την πηγή φωτός, τον ανιχνευτή και άλλες οπτικές συσκευές. Το μέγεθός του αντικατοπτρίζει την ικανότητα των οπτικών ινών να συλλέγουν φως. Όπως φαίνεται στο Σχήμα 5, το φως που προσπίπτει στην ακραία όψη της οπτικής ίνας εντός της στερεάς γωνίας 2θmax αντανακλάται πλήρως στην εσωτερική διεπαφή της οπτικής ίνας που πρόκειται να μεταδοθεί και το φως που προσπίπτει στην τελική όψη της οπτικής ίνας έξω το εύρος 2θmax είναι Η εσωτερική διεπαφή της ίνας δεν παράγει απόλυτη αντανάκλαση αλλά μεταδίδεται στην επένδυση και εξασθενεί αμέσως. Το αριθμητικό διάφραγμα της ίνας ορίζεται ως: NA=Sinθmax, η τιμή του είναι γενικά μεταξύ 0,1 και 0,6, και το αντίστοιχο θmax είναι μεταξύ 90 και 330, η ίνα πολλαπλών τρόπων έχει μεγάλο αριθμητικό άνοιγμα και το αριθμητικό άνοιγμα ινών μονής λειτουργίας είναι σχετικά μικρό, οπότε γενικά η ίνα μονής λειτουργίας χρειάζεται λέιζερ ημιαγωγών LD ως πηγή φωτός.
