S hitrim razvojem znanosti in tehnologije se optična vlakna širijo na področjih komunikacije, elektronike in električne energije in postajajo obetaven nov osnovni material. Tudi spremljajoča tehnologija optičnih vlaken prinaša novost in udobje ljudi'
Popolna funkcija prenosa moči
Larian Corporation iz ZDA je uspešno uporabila optična vlakna za dokončanje funkcije prenosa moči, s čimer je odprla povsem nov način na področju moči. Uporabljajo polprevodniške laserske diode na oddajnem koncu za pretvorbo električne energije v lasersko svetlobo za prenos v optična vlakna in uporabljajo sončne celice kot sprejemno končno napravo. Ta naprava kot gazilen substrat, prekrito z 20-mikronsko debelo sončno celico, uporablja gazij-arzelid s 200 mikroni debelim arzenidom. Razdeljen je na 6 neodvisnih območij, ki jih zaporedno povezujejo pozlačeni zračni mostovi. Ko laserska svetloba, ki jo oddaja optično vlakno, zadene sončno celico, svetlobna energija takoj postane električna energija. Napetost, ki jo ustvari vsako območje, znaša natančno 1 volt, šest zaporednih območij pa ima napetost 6 voltov, kar zadostuje za krmilno vezje večine tipal.
za široko uporabo
Če se moč laserske diode nenehno povečuje in je opremljen s celotnim sistemom za prenos moči, se prenos energije iz optičnih vlaken lahko široko uporablja v vojaških, industrijskih, trgovinskih in drugih vidikih. France' s Bogen laboratorij, ki je specializiran za računalnike, elektronsko opremo, obdelavo signalov in tehnologijo slik, uporablja optični soliton in kratke impulze za dosego prenosa brez popačenj v optičnih vlaknih. Ta tehnologija lahko reši težave kromatske disperzije in nelinearnih učinkov, ne da bi potrebovali več naprav za regeneracijo vzdolž optičnega kabla. Pri delu morate samo na vsakih 100 kilometrov nastaviti ojačevalnik. Samotne valete se lahko pretakajo med seboj, ne da bi se med seboj motile. Govori se, da se ta nova tehnologija uporablja v podmornici podmornice v dosegu 6450-12900 kilometrov in lahko reši težavo pri komunikaciji. Nepravilna komunikacijska tehnologija optičnih vlaken z nosilnimi signali, ki so jo razvili ameriški strokovnjaki za varnost komunikacij, je zasnovana posebej za današnje vse bolj razširjene in izpopolnjene prisluškovalce' Ta tehnologija najprej pretvori koristne informacije, kot je glas, v digitalne impulzne signale, nato pa te kodira digitalne impulzne signale in jih modulira na naključne nosilce mikrovalov, ki se nepravilno spreminjajo. Laserska oddajna naprava pri komunikaciji z optičnimi vlakni posreduje informacije o nepravilnem nosilcu, ki prenašajo informacije, na sprejemnik. Laserski sprejemnik sprejemnika uporablja posebno tehnologijo za sinhronizacijo in dinamično usklajevanje z oddajno lasersko napravo ter končno opravi nalogo demodulacije uporabnih signalov iz nepravilnih nosilcev. S to tehnologijo prisluškovalci ne bodo več uporabni, slišali bodo le kaotične zvoke. Avstralija Pauline je nedavno razvila tehtnico za tehtanje vlaken, ki lahko tehta tovornjake z enim vlaknom in enim laserjem. Za tovrstno lestvico vlaken uporabljajo optična vlakna z zelo posebnimi odpornimi lastnostmi. Ko je pod pritiskom ali napetostjo, se bo optično vlakno rahlo deformiralo, zaradi česar se bodo lastnosti laserja spremenile. Trenutno se detektor te spremembe takoj nauči in pretvori v spremembo električnega signala. To se odraža na prikazovalni plošči instrumenta. Ker je optično vlakno izdelano iz stekla, ima odpornost na vlago in odpornost na sevanje. Še pomembneje je, da ga je enostavno namestiti in vzdrževati. Primeren je za namestitev na glavnih cestah v mestnih območjih, okoli tovarn, letališč in vzletno-pristajalnih stez, skladišč in pristanišč. Nenehno delo 24 ur. Zato lahko poleg tehtanja igra tudi vlogo spremljanja, natančnost pa je veliko večja kot pri obstoječih elektronskih napravah.
Plastična optična vlakna
Po nedavnem poročilu ameriškega časopisa ima plastično optično vlakno, ki ga je razvila Boston Optical Fiber Corporation, Massachusetts, hitrost prenosa 30-krat hitreje od trenutne standardne bakrene žice in je lažja, prožnejša in poceni od steklenih vlaken . Ta vrsta optičnih vlaken uporablja lom svetlobe ali skočni način svetlobe v vlaknu, da doseže večjo hitrost prenosa, in lahko v 100 metrih prenaša podatke s hitrostjo 3 megabitov na sekundo. Trenutno je po vsem svetu položenih 370.000 kilometrov podmorničnih optičnih kablov. Ta dolžina lahko skoraj 10-krat obkroži zemljo. Ker se laserji uporabljajo na obeh koncih, med prenosom niso več potrebni repetitorji za ojačevanje signalov, kar bo znatno zmanjšalo stroške in stroške klica. Po poročilih naj bi se odprl največji podvodni optični kabel&# 39, ki povezuje Evropo in ZDA. Postavlja se ta optični kabel za podmornice, ki povezuje svet. To je najbolj veličasten projekt na področju komunikacije v 20. stoletju in ga podpira 30 mednarodnih telekomunikacijskih organizacij po vsem svetu. Prečka Atlantski ocean, prečka Sredozemsko morje, prehaja Rdeče morje in Indijski ocean ter prečka Malackino ožino v Tihi ocean. S skupno dolžino skoraj 320.000 kilometrov se povezuje v 175 držav in regij, hkrati pa lahko opravi 2,4 milijona telefonskih klicev ali hkrati prenaša več sto tisoč stisnjenih slik. Celoten projekt je stal 14 milijard ameriških dolarjev in naj bi bil končan leta 2003.
Načelo sestave
Tehnologija optičnih vlaken na splošno je sestavljena iz treh delov: konca, ki oddaja optični signal, optičnega vlakna, ki se uporablja za prenos optičnega signala, in konca, ki sprejema optični signal.
Funkcija konca, ki oddaja optični signal, je pretvoriti električni signal, ki se odda, v optični signal prek elektro-optične pretvorbene naprave. Trenutno oddajna končna elektro-optična pretvorbena naprava običajno uporablja svetlečo diodo ali polprevodniško lasersko cev. Moč izhodne svetlobe svetleče diode je relativno nizka, hitrost modulacije signala je razmeroma nizka, cena pa je poceni. Njegova izhodna svetlobna moč in pogonski tok sta v osnovi linearni v določenem območju, kar je bolj primerno za prenos na kratki razdalji, nizko hitrost in analogni signal; Izhodna moč diode je velika, hitrost modulacije signala je visoka, vendar je cena razmeroma visoka, primerna pa je za prenos na dolge in visoke hitrosti, digitalni prenos signala. Funkcija optičnega vlakna je prenašanje optičnega signala na oddajnem koncu na sprejemni konec optičnega signala s čim manjšim slabljenjem in izkrivljanjem. Trenutno se optično vlakno običajno uporablja v bližnjem infrardečem pasu. Funkcija konca, ki sprejema optični signal, je povrnitev optičnega signala v ustrezni električni signal prek fotoelektrične pretvorbene naprave. Naprava za fotoelektrično pretvorbo običajno uporablja polprevodniški fotodiod ali lavinski fotodiod. Svetlobna dolžina svetlobnega vira svetlobnega vira, ki sestavlja sistem prenosa optičnih vlaken, se mora ujemati z pasom valovne dolžine okna z majhnimi izgubami prenosnega vlakna in vrhom odzivnosti fotoelektrične naprave za zaznavanje. Oddajna elektro-optična pretvorbena naprava sprejme centralno emisijsko valovno dolžino 0,84& mikro; mVisoko svetlost blizu infrardeče polprevodniške svetleče diode, prenosno vlakno sprejme večmodalno kremenčevo vlakno, sprejemna končna fotoelektrična pretvorbena naprava pa sprejme največja odzivna valovna dolžina 0,8& mikro; m-0,9& mikro; mSilicijev fotodiod. Vsak del bo predstavljen v nadaljevanju.
Zložljivi oddajnik optičnega signala
Gonilni in modulacijski tokokrog LED, ki se uporablja v sistemu, je prikazan na sliki 2. Modulacija signala sprejme metodo modulacije jakosti svetlobe in potenciometer za nastavitev jakosti svetlobe se pošlje za prilagoditev statičnega voznega toka, ki teče skozi LED, in s tem ustrezno spreminjanje svetlobne moči LED, nastavljeno območje nastavitve statičnega voznega toka je 0-20 mA, kar ustreza prikazni vrednosti intenzitete prenosa svetlobe na plošči 0-2000 enot, ko je pogonski tok majhen, lučka emisijska moč diode in pogonski tok sta v osnovi linearna, zvok Signal je povezan z negativnim vhodnim terminalom drugega op amperja, potem ko ga izolirajo kondenzator, uporno omrežje in op amper ter obloži s statičnim gonilnim tokom svetlobne- oddajajoča dioda, s katero lahko svetleča dioda pošlje optični signal, ki se spremeni z zvočnim signalom, nato pa prek spojke optičnih vlaken Th je optični signal povezan s prenosnim vlaknom. Nizek konec oddajne frekvence signala je mogoče določiti s kondenzatorskim in upornim omrežjem, nizkofrekvenčni odziv sistema pa ni večji od 20Hz
Zložljivi sprejemnik optičnega signala
To je diagram principa delovanja konca sprejema optičnega signala. Prenosno vlakno povezuje optični signal s prenosnega konca na fotoelektrično pretvorbeno napravo fotodiod prek spojke optičnih vlaken. Fotodioda pretvori optični signal v trenutni signal, ki je sorazmeren z njim. Ko je dioda v uporabi, mora biti dioda obratno pristranska, fotonapetostni signal pa se pretvori v napetostni signal, ki je sorazmeren z pretvorbo toka v napetost op. Zvočni signal, ki ga vsebuje napetostni signal, je povezan z ojačevalnikom zvoka, da zvočnik poganja zvok skozi kondenzator in upor. Frekvenčni odziv fotodioda je na splošno visok, visokofrekvenčni odziv sistema pa je v glavnem odvisen od odzivne frekvence operacijskega ojačevalnika.
Prenosna vlakna
Trenutno optično vlakno, ki se uporablja za optično komunikacijo, na splošno uporablja kremena. Pokrit je s plastjo obloge z majhnim indeksom loma n1 znotraj jedra z velikim indeksom loma n2. Luč se v celoti porazdeli na vmesnik med jedrom in oblogo. Razmišljanje je omejeno na širjenje v jedru vlakna. Kot prikazuje slika 5, je optično vlakno pravzaprav nekakšen dielektrični valovod. Svetloba je zaklenjena v optično vlakno in se lahko prenaša le vzdolž optičnega vlakna. Premer jedra optičnega vlakna je običajno od nekaj mikronov do sto mikronov. Glede na način svetlobne oddaje se lahko razdeli na večslojno vlakno in enonapetostno vlakno, glede na različne načine porazdelitve indeksa lomljivosti vlaken pa ga lahko razdelimo na lomno indeksno stopnjo in stopnjo ločljivosti. Vlakna stopnja lomnega indeksa vsebuje dva krožno simetrična koaksialna medija, ki sta po teksturi enakomerna, vendar imata različne indekse loma. Indeks loma zunanje plasti je nižji od indeksa loma.
Razvrščeno indeksno vlakno je vrsta vlakna, katerega indeks loma je razvrščen vzdolž preseka vlakna. Namen spremembe indeksa loma je narediti podobne skupinske hitrosti različnih načinov, s čimer se zmanjša modalna disperzija in poveča pasovna širina komunikacije. Vlakna tipa z večkratnimi lomnimi indeksi ustvarjajo medsebojno disperzijo zaradi različnih skupinskih hitrosti vsakega načina prenosa, pasovna širina prenosa pa je omejena. Multimodna lomljiva indeksna vlakna povečajo pasovno širino prenosa signala zaradi posebne porazdelitve indeksa lomljivosti, zaradi česar je skupinska hitrost vsakega načina prenosa enaka. Vlak z enim načinom je vlakno, ki prenaša samo en optični način, enorezijsko vlakno pa lahko prenaša največjo pasovno širino signala. Trenutno se enosmerna optična vlakna večinoma uporabljajo v optičnih komunikacijah na dolge razdalje.
Glavni tehnični kazalci kremenčevih vlaken vključujejo oslabitve, numerično odprtino in disperzijo. Numerična odprtina: Številčna odprtina opisuje značilnosti vlaken skupaj z virom svetlobe, detektorjem in drugimi optičnimi napravami. Njegova velikost odraža sposobnost optičnega vlakna, da zbira svetlobo. Kot je prikazano na sliki 5, se svetloba, ki se pojavlja na zadnji strani optičnega vlakna znotraj trdnega kota 2θmax, v celoti odraža na notranjem vmesniku optičnega vlakna, ki se oddaja, in svetlobi, ki pade na zadnji strani optičnega vlakna zunaj razpon 2θmax je Notranji vmesnik vlaken ne ustvarja popolne refleksije, ampak se prenaša na oblogo in je takoj oslabljen. Številčna odprtina vlakna je opredeljena kot: NA=Sinθmax, njena vrednost je na splošno med 0,1 in 0,6, ustrezna θmax pa med 90 in 330, Multimode vlakna ima veliko numerično odprtino, numerična odprtina enosmernega vlakna je sorazmerno majhen, zato na splošno eno-modno vlakno potrebuje LD polprevodniški laser kot vir svetlobe.
