Ποιες είναι οι συνιστώσες των οπτικών ινών
Ποια είναι τα συστατικά των οπτικών ινών; Μια τυπική οπτική ίνα περιλαμβάνει τρία βασικά στοιχεία: τον πυρήνα, ο οποίος φέρει το φως. το περίβλημα, το οποίο περιβάλλει τον πυρήνα με ένα χαμηλότερο δείκτη διάθλασης και περιέχει το φως. και την επίστρωση, η οποία προστατεύει την εύθραυστη ίνα μέσα.
Πυρήνας
Ο πυρήνας , ο οποίος φέρει το φως, είναι το μικρότερο μέρος της οπτικής ίνας. Ο πυρήνας των οπτικών ινών είναι συνήθως κατασκευασμένος από γυαλί, αν και μερικοί είναι κατασκευασμένοι από πλαστικό. Το γυαλί που χρησιμοποιείται στον πυρήνα είναι εξαιρετικά καθαρό διοξείδιο του πυριτίου (SiO2), ένα υλικό τόσο καθαρό που θα μπορούσατε να κοιτάξετε μέσα από 5 μίλια από αυτό σαν να κοιτάζετε μέσα από ένα παράθυρο νοικοκυριού.
Στη διαδικασία παρασκευής χρησιμοποιούνται ενισχυτικά όπως η γερμανία, το πεντοξείδιο του φωσφόρου ή η αλουμίνα για την αύξηση του δείκτη διάθλασης υπό ελεγχόμενες συνθήκες.
Οι πυρήνες οπτικών ινών κατασκευάζονται σε διαφορετικές διαμέτρους για διαφορετικές εφαρμογές. Οι τυπικοί πυρήνες γυαλιού κυμαίνονται από όσο το 3.7um έως 200um. Τα μεγέθη πυρήνα που χρησιμοποιούνται συνήθως στις τηλεπικοινωνίες είναι 9um, 50um και 62.5um. Οι πλαστικοί πυρήνες οπτικών ινών μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτεροι από το γυαλί. Ένα δημοφιλές μέγεθος πλαστικού πυρήνα είναι 980um.
Επένδυση
Η επένδυση περιβάλλει τον πυρήνα και παρέχει τον χαμηλότερο δείκτη διάθλασης για να κάνει την εργασία των οπτικών ινών. Όταν χρησιμοποιείται γυάλινη επένδυση, η επένδυση και ο πυρήνας κατασκευάζονται μαζί από το ίδιο υλικό με βάση το διοξείδιο του πυριτίου σε μόνιμη κατάσταση συντήξεως. Η διαδικασία παρασκευής προσθέτει διαφορετικές ποσότητες προσμείξεων στον πυρήνα και στην επένδυση για να διατηρήσει μια διαφορά στους δείκτες διάθλασης μεταξύ τους περίπου 1%.
Ένας τυπικός πυρήνας μπορεί να έχει δείκτη διάθλασης 1,49 στα 1300nm, ενώ η επένδυση μπορεί να έχει δείκτη διάθλασης 1,47. Αυτοί οι αριθμοί, ωστόσο, εξαρτώνται από το μήκος κύματος. Ο πυρήνας της ίδιας ίνας θα έχει διαφορετικό δείκτη διάθλασης σε διαφορετικό μήκος κύματος.
Όπως και ο πυρήνας, η επένδυση κατασκευάζεται σε τυπικές διαμέτρους. Οι δύο πιο συχνά χρησιμοποιούμενες διαμέτρους είναι 125um και 140um. Η επένδυση 125um τυπικά υποστηρίζει μεγέθη πυρήνων 9um, 50um, 62.5um και 85um. Η επένδυση 140 μm τυπικά έχει πυρήνα 100 μm.
Επένδυση
Η επικάλυψη είναι το προστατευτικό στρώμα της οπτικής ίνας. Η επικάλυψη απορροφά τους κραδασμούς, τις εγκοπές, τις γρατζουνιές και ακόμη και την υγρασία που μπορεί να προκαλέσει ζημιά στην επένδυση. Χωρίς την επίστρωση, η οπτική ίνα είναι πολύ εύθραυστη. Ένα ενιαίο μικροσκοπικό ψευδώνυμο στην επένδυση θα μπορούσε να προκαλέσει σπάσιμο της οπτικής ίνας όταν είναι λυγισμένο. Η επίστρωση είναι απαραίτητη για τις ίνες γυαλιού και δεν πωλούνται χωρίς αυτήν.
Η επικάλυψη είναι αποκλειστικά προστατευτική. Δεν συμβάλλει στην ικανότητα φωτοεκπομπής της οπτικής ίνας με οποιονδήποτε τρόπο. Η εξωτερική διάμετρος της επικάλυψης είναι τυπικά είτε 250um είτε 500um. Γενικά, η επικάλυψη είναι άχρωμη. Σε μερικές εφαρμογές, ωστόσο, η επικάλυψη είναι χρωματισμένη, έτσι ώστε να μπορούν να ταυτοποιηθούν μεμονωμένες οπτικές ίνες σε μια ομάδα οπτικών ινών.
Η επίστρωση που βρίσκεται σε μια οπτική ίνα επιλέγεται για έναν συγκεκριμένο τύπο απόδοσης ή περιβάλλοντος. Ένας από τους πιο συνηθισμένους τύπους επίστρωσης είναι ακρυλικό. Αυτή η επικάλυψη τυπικά εφαρμόζεται σε δύο στρώσεις. Η κύρια επικάλυψη εφαρμόζεται απευθείας πάνω στην επένδυση. Αυτή η επίστρωση είναι μαλακή και παρέχει ένα μαξιλάρι για την οπτική ίνα όταν είναι λυγισμένο. Η δευτερεύουσα επίστρωση είναι σκληρότερη από την πρωτογενή επίστρωση και παρέχει μια σκληρή εξωτερική επιφάνεια. Το ακρυλικό, ωστόσο, είναι περιορισμένο σε θερμοκρασιακές επιδόσεις. Τα τυπικά ακρυλικά μπορούν να εκτελούν σε θερμοκρασίες έως 125º C.
Η σιλικόνη, ο άνθρακας και το πολυϊμίδιο είναι επικαλύψεις που μπορούν να βρεθούν σε οπτικές ίνες που χρησιμοποιούνται σε σκληρές συνθήκες όπως αυτές που σχετίζονται με την αεροηλεκτρονική, την αεροδιαστημική και το χώρο. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε οπτικές ίνες σχεδιασμένες για εξόρυξη ή γεωτρήσεις πετρελαίου και αερίου.
Πρότυπα
Ενώ είναι δυνατοί πολλοί συνδυασμοί μεγέθους πυρήνα και επένδυσης, είναι απαραίτητα πρότυπα για να διασφαλιστεί ότι οι σύνδεσμοι και ο εξοπλισμός μπορούν να ταιριάζουν σωστά. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό όταν ασχολούμαστε με εξαρτήματα τόσο μικρά όσο εκείνα που χρησιμοποιούνται στην οπτική ίνα, όπου ακόμη και μικρές αποκλίσεις μπορούν να καταστήσουν το σύνολο του συστήματος άχρηστο.
Δύο οργανισμοί δημοσιεύουν πρότυπα που καθορίζουν την απόδοση των οπτικών ινών που χρησιμοποιούνται στον τομέα των τηλεπικοινωνιών. είναι η Ένωση Τηλεπικοινωνιακών Βιομηχανιών (TIA) και η Διεθνής Ένωση Τηλεπικοινωνιών (ITU). Ενώ η TIA και η ITU δημοσιεύουν πολλά πρότυπα για τις οπτικές ίνες, τα βασικά πρότυπα που πρέπει να γνωρίζετε με τα ANSI / TIA-568-C.3, ITU-TG.653, ITU-TG.655 και ITU-T G.657.
Το πρότυπο ANSI / TIA-568-C.3 εφαρμόζεται στις εγκαταστάσεις καλωδίωσης οπτικών ινών. Τα πρότυπα της ITU ισχύουν για το καλώδιο οπτικών ινών ενιαίου τύπου. Τα παρακάτω είναι οι περιγραφές τους:
> ITU-TG.652: Χαρακτηριστικά μιας οπτικής ίνας και καλωδίου μονής λειτουργίας
> ITU-T G.655: Χαρακτηριστικά μιας οπτικής ίνας και καλωδίου μονού τρόπου μετατόπισης διασποράς
> ITU-T G.657: Χαρακτηριστικά μιας οπτικής ίνας και καλωδίου μονής κατεύθυνσης μη μεταβλητής διασποράς
Αυτά τα πρότυπα περιέχουν σημαντικές πληροφορίες που καθορίζουν την απόδοση της οπτικής ίνας, του καλωδίου δικτύου οπτικών ινών και εξαρτημάτων όπως οι οπτικοί σύνδεσμοι και οι σύνδεσμοι.
Υλικά
Οι οπτικές ίνες συνήθως κατασκευάζονται με γυάλινο πυρήνα και γυάλινη επένδυση, αλλά μπορούν να χρησιμοποιηθούν και άλλα υλικά εάν η απόδοση της ίνας πρέπει να εξισορροπείται με το κόστος εγκατάστασης της ίνας, την τοποθέτηση με συνδετήρες και την εξασφάλιση της σωστής προστασίας από ζημιές. Σε πολλές περιπτώσεις, οι ίνες πρέπει να τρέχουν μόνο σε μικρή απόσταση και τα οφέλη από την υψηλή ποιότητα όλων των ινών γυαλιού καθίστανται λιγότερο σημαντικά από την απλή εξοικονόμηση χρημάτων. Υπάρχουν επίσης περιπτώσεις κατά τις οποίες οι ίνες εκτίθενται σε δύσκολες συνθήκες, όπως κραδασμοί, ακραίες θερμοκρασίες, επαναλαμβανόμενος χειρισμός ή συνεχής κίνηση. Οι διαφορετικές ταξινομήσεις ινών έχουν εξελιχθεί ώστε να ταιριάζουν σε διαφορετικές συνθήκες, παράγοντες κόστους και απαιτήσεις απόδοσης.
Οι κύριες ταξινομήσεις ινών ανά υλικό είναι :
Ύλες από γυαλί : Αυτές έχουν γυάλινο πυρήνα και γυάλινη επένδυση. Χρησιμοποιούνται όταν απαιτούνται υψηλοί ρυθμοί δεδομένων, αποστάσεις μεγάλης μετάδοσης ή συνδυασμός και των δύο. Οι ίνες γυαλιού είναι οι πιο εύθραυστες από τους διάφορους διαθέσιμους τύπους και ως εκ τούτου πρέπει να εγκαθίστανται σε περιβάλλοντα όπου δεν θα υποστούν μεγάλες καταχρήσεις ή θα πρέπει να προστατεύονται από ειδικά καλώδια ή περιβλήματα για να εξασφαλίζεται ότι είναι δεν έχει υποστεί ζημιά.
Οι γυάλινες ίνες συνήθως απαντώνται σε εφαρμογές δεδομένων μεγάλης απόστασης και μεταξύ δικτύων και διαδικτυακής δικτύωσης.
Πλαστικό επιστρωμένο διοξείδιο του πυριτίου (PCS) : Αυτές οι ίνες έχουν γυάλινο πυρήνα και πλαστική επένδυση. Ο πυρήνας είναι μεγαλύτερος από όλες τις ίνες γυαλιού. τυπικά, 200 μm με πάχος επένδυσης 50 μm. Όπως μια γυάλινη οπτική ίνα γυαλιού επικαλυμμένη με σιλικόνη, η πλαστική επικάλυψη μιας οπτικής ίνας PCS χρησιμοποιείται συνήθως με ένα θερμοπλαστικό ρυθμιστικό που περιβάλλει την πλαστική επένδυση. Μια τυπική προδιαγραφή ίνας PCS θα είναι 200 / 300μm. Η πλαστική επένδυση χρησιμεύει επίσης ως προστατευτικό στρώμα για τον γυάλινο πυρήνα, επομένως η επίστρωση που κανονικά βρίσκεται σε γυάλινες ίνες δεν περιλαμβάνεται στις ίνες PCS. Οι ίνες PCS χρησιμοποιούνται συνήθως για εφαρμογές βιομηχανικής ανίχνευσης και ιατρικές / οδοντικές εφαρμογές.
Σκληρή επικάλυψη πυριτίας (HCS) : Αυτές οι ίνες είναι παρόμοιες με τις ίνες PCS, αλλά έχουν γυάλινο πυρήνα με επένδυση από σκληρό πολυμερές ή άλλο υλικό, τυπικά ισχυρότερο από άλλα υλικά επένδυσης. Οι σκληρυμένες ίνες διοξειδίου του πυριτίου χρησιμοποιούνται συνήθως σε χώρους όπου η αντοχή είναι πρωταρχικής σημασίας, όπως η κατασκευή, η αυτοματοποίηση του εργοστασίου και άλλες περιοχές όπου οι κραδασμοί και οι κραδασμοί καθιστούν τις ίνες γυαλιού μη αξιόπιστες. Οι οπτικές ίνες HCS είναι συνήθως πολύ μεγαλύτερες από τις οπτικές ίνες γυαλιού. Ένα πολύ δημοφιλές μέγεθος είναι 200 / 230μm.
Πλαστικές ίνες : Αυτές οι ίνες έχουν πλαστικό πυρήνα και πλαστική επένδυση. Επιλέγονται για το χαμηλό κόστος, τη στιβαρότητα και την ευκολία χρήσης τους και εγκαθίστανται όπου δεν απαιτείται μεγάλη απόσταση και μεγάλη απόσταση αποστολής. Ενώ οι πλαστικές ίνες δεν είναι κατάλληλες για μεταδόσεις μεγάλης απόστασης, υψηλής απόδοσης, μπορούν ακόμα να μεταφέρουν σήματα με χρήσιμα ποσοστά δεδομένων σε αποστάσεις μικρότερες των 100 μέτρων. Ένα πολύ δημοφιλές μέγεθος είναι 980 / 1000μm. Οι πλαστικές ίνες είναι συνήθως σχεδιασμένες για ορατά μήκη κύματος στην περιοχή των 650 nm. Ορισμένες τυπικές τοποθεσίες για πλαστικές ίνες περιλαμβάνουν συστήματα οικιακής ψυχαγωγίας, αυτοκινητοβιομηχανία και συστήματα ελέγχου παραγωγής. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε συνδέσεις μεταξύ υπολογιστών και περιφερειακών συσκευών και στον ιατρικό εξοπλισμό.
Τα πλεονεκτήματα των πλαστικών οπτικών ινών μεγάλου πυρήνα
Είναι εύκολο να είσαι ενθουσιασμένος για τις δυνατότητες μετάδοσης μεγάλου εύρους ζώνης και μεγάλων αποστάσεων από γυάλινες οπτικές ίνες. Είναι σαφώς καλύτερη από κάθε άλλο μέσο. Ωστόσο, πολλές εφαρμογές δεν απαιτούν μεγάλο εύρος ζώνης σε μεγάλες αποστάσεις. Υπάρχουν πολλές εφαρμογές για οπτικές ίνες στο σπίτι σας. Μπορεί να έχετε ήδη ένα σύστημα οικιακής ψυχαγωγίας που χρησιμοποιεί πλαστική οπτική ίνα ή μπορείτε να είστε κάτοχος αυτοκινήτου που χρησιμοποιεί πλαστική οπτική ίνα για τη σύνδεση συσκευών ήχου ή DVD changer. Καμία από αυτές τις εφαρμογές δεν απαιτεί μεγάλο εύρος ζώνης σε μεγάλες αποστάσεις. Αυτές οι εφαρμογές είναι ιδανικές για πλαστικές οπτικές ίνες πλαστικού πυρήνα. Οι πλαστικές οπτικές ίνες είναι συνήθως σχεδιασμένες να λειτουργούν σε ένα ορατό μήκος κύματος γύρω από την περιοχή 650nm. Το να βλέπεις το φως καθώς βγαίνει από την οπτική ίνα έχει ένα σημαντικό πλεονέκτημα. δεν απαιτείται ακριβός εξοπλισμός δοκιμών. Ένας μετρητής ισχύος είναι απαραίτητος για τη μέτρηση του φωτός που εξέρχεται από μια γυάλινη οπτική ίνα που λειτουργεί στην περιοχή υπερύθρων. Οι μετρητές ισχύος μπορούν να κοστίζουν περισσότερο από το σύστημα οικιακής ψυχαγωγίας.
Ο μεγάλος πυρήνας της πλαστικής οπτικής ίνας έχει ένα άλλο πλεονέκτημα σε σχέση με τις μικρές ίνες γυαλιού: είναι εύκολο να ευθυγραμμιστεί με άλλη ίνα ή πηγή φωτός ή ανιχνευτή. Φανταστείτε να ευθυγραμμίζετε δύο ανθρώπινες τρίχες έτσι ώστε τα άκρα να αγγίζουν και να είναι τέλεια στο κέντρο. Τώρα φανταστείτε να κάνετε το ίδιο πράγμα με δύο άψητα μακαρόνια σπαγγέτι.