ใยแก้วนำแสงเป็นตัวอย่างของความรู้ทางวิทยาศาสตร์ที่แปลเป็นความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ซึ่งทำให้ชีวิตคนทั่วไปง่ายขึ้นในที่สุด เป็นเวลาหลายปีที่ใยแก้วนำแสงมีความเกี่ยวข้องกับวิธีการสื่อสารในการส่งสัญญาณไฟฟ้า เส้นใยบางขนาดเท่าเส้นผมมนุษย์สามารถใช้เพื่อส่งสัญญาณได้หลากหลายซึ่งจำเป็นต่อการใช้งานโทรศัพท์ การเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต ทีวี ฯลฯ แน่นอนว่าไฟเบอร์ออปติกมีการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูง ไม่เพียงแต่ใน ความต้องการภายในประเทศ
เทคโนโลยีการส่งสัญญาณออปติคอล
ในตัวของมันเอง การใช้ใยแก้วนำแสงเป็นตัวแปลสัญญาณเป็นเพียงส่วนหนึ่งของความรู้ที่เปิดเผยซึ่งกำลังถูกสำรวจในส่วนวิทยาศาสตร์ของใยแก้วนำแสง ผู้เชี่ยวชาญในพื้นที่นี้กำลังศึกษาการส่งข้อมูลและการแพร่กระจายของแสง และในบริบทเดียวที่นำแสงมารวมกัน หลังใช้เป็นทั้งผู้จัดจำหน่ายแสงและเป็นผู้ส่งข้อมูล อย่างไรก็ตาม แนวโน้มที่ทันสมัยในการพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์นั้นขึ้นอยู่กับ LED ในกรณีนี้ มีคำถามอื่นที่น่าสนใจกว่า - ปรากฏการณ์อะไรเป็นพื้นฐานของไฟเบอร์ออปติก? ปรากฏการณ์นี้การสะท้อนภายในของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า (ทั้งหมด) ที่ส่วนต่อประสานระหว่างไดอิเล็กตริกที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่างกัน ยิ่งกว่านั้นผู้ให้บริการข้อมูลไม่ใช่สัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้า แต่เป็นฟลักซ์แสงแบบเข้ารหัส เพื่อให้เข้าใจถึงระดับความเหนือกว่าของสายไฟเบอร์ออปติกเหนือสายโลหะแบบเดิมๆ ควรพิจารณาแบนด์วิดท์อีกครั้ง เส้นใยไฟเบอร์ที่กล่าวถึงแล้วซึ่งมีความหนาไม่เกิน 0.5 มม. สามารถส่งข้อมูลจำนวนหนึ่งที่การเดินสายทองแดงธรรมดาจะมีความหนาเพียง 50 มม.
วิธีผลิตไฟเบอร์ออปติก
การผลิตใยแก้วนำแสงมี 2 วิธีหลัก เป็นเทคนิคการอัดรีดและการหลอมโดยใช้พรีฟอร์ม เทคโนโลยีแรกทำให้ได้วัสดุคุณภาพต่ำจากพลาสติก ดังนั้นวันนี้จึงแทบไม่ได้ใช้งานจริง วิธีที่สองถือเป็นวิธีหลักและมีประสิทธิภาพมากที่สุด พรีฟอร์มคือพรีฟอร์มที่อยู่ในโครงสร้างที่ออกแบบมาสำหรับการวาดเกลียว ตามมาตรฐานสมัยใหม่ พรีฟอร์มสามารถสูงได้ถึงหลายสิบเมตร ด้านนอกเป็นแท่งแก้วที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 10 ซม. ซึ่งแกนของด้ายจะหลอมละลาย ในระหว่างกระบวนการผลิต แกนกลางร่วมกับส่วนผสมของเส้นใย จะถูกให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิสูง หลังจากนั้นจึงสร้างเส้นใยขึ้น ความยาวของวัสดุที่ได้สามารถยาวได้ถึงหลายกิโลเมตร แม้ว่าเส้นผ่านศูนย์กลางจะยังคงไม่เปลี่ยนแปลง แต่ก็ถูกควบคุมโดยตัวควบคุมอัตโนมัติ ขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่จะใช้ไฟเบอร์ออปติก วัสดุสำหรับสามารถเคลือบด้วยสารเคลือบที่ให้การป้องกันทางเคมีและกายภาพได้ สำหรับไส้หลอดที่ผสมเข้าด้วยกันนั้น มักจะมีวัสดุต่างๆ เช่น โพลิอิไมด์ อะคริเลต และซิลิโคน
คุณสมบัติการออกแบบไฟเบอร์
แกนกลางของด้ายคือแกน - แกนกลางของเส้นใยซึ่งจะกระจายแสงระหว่างการใช้งาน แกนกลางมีลักษณะเฉพาะด้วยดัชนีการหักเหของแสงที่เพิ่มขึ้น ซึ่งทำได้โดยการใช้สารเติมแต่งแก้วที่มีการดัดแปลงโดยสารเติมแต่งพิเศษ ตัวอย่างเช่น ส่วนประกอบการหักเหของแสงทั่วไป เช่น สารเจือปน ใช้สำหรับเส้นใยซิลิกา ในทางกลับกัน เชลล์ทำงานหลายอย่าง ซึ่งงานหลักคือการป้องกันทางกายภาพโดยตรงของแกนกลาง ส่วนนี้ยังให้ผลของการหักเหของแสง แต่มีค่าสัมประสิทธิ์ขั้นต่ำ แนวกั้นระหว่างวัสดุทั้งสองก่อให้เกิดโครงสร้างนำแสงที่ไม่ยอมให้แสงจำนวนมากหลุดออกจากแกนกลาง นอกจากนี้ ยังควรสังเกตด้วยว่าพื้นฐานของไฟเบอร์ออปติกอ้างอิงวัสดุไปยังตัวนำทางแสงแบบต่างๆ เพื่อให้แม่นยำยิ่งขึ้น เรากำลังพูดถึงท่อนำคลื่นอิเล็กทริกที่ส่งสัญญาณแสง
ใยแก้วนำแสงต่างๆ
ที่พบมากที่สุดคือเส้นใยควอทซ์ พลาสติก และฟลูออไรด์ เส้นใยควอทซ์มีพื้นฐานมาจากออกไซด์ที่หลอมละลายหรือวัสดุที่คล้ายคลึงกันในโครงสร้าง ซึ่งรวมถึงซิลิกอนออกไซด์ที่เจือด้วย ฐานนี้ทำให้สามารถผลิตเส้นใยที่ยืดหยุ่นและยาวที่แตกต่างกันในและความแข็งแรงทางกลสูง ใยแก้วนำแสงพลาสติกทำจากโพลีเมอร์และตามที่ระบุไว้แล้วไม่สามารถให้ประสิทธิภาพสูงได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เธรดดังกล่าวมีเปอร์เซ็นต์การสูญเสียข้อมูลสูง ซึ่งจำกัดการใช้งานในพื้นที่ที่มีความต้องการสูง ในทางกลับกัน ความสามารถในการจ่ายของเส้นใยพลาสติกทำให้ความต้องการวัสดุนี้อยู่ในทิศทางที่เน้นกลุ่มครัวเรือน สำหรับวัสดุออปติคัลฟลูออไรด์ พื้นฐานของวัสดุเหล่านี้อิงจากแก้วฟลูออโรเซอร์โคเนตและฟลูออโรอะลูมิเนต สิ่งเหล่านี้เป็นวิธีแก้ปัญหาที่ทันสมัยและเทคโนโลยีสำหรับการสื่อสารด้วยแสง แต่เนื้อหาของโลหะหนักในโครงสร้างก็ไม่อนุญาตให้ใช้เช่นในอุตสาหกรรมการแพทย์
เครื่องวัดไฟเบอร์
อุปกรณ์ที่ใช้กันทั่วไปในชุดใยแก้วนำแสงคือเซ็นเซอร์และตะแกรงแบรกก์ ไฟเบอร์ออปติกเซนเซอร์เป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อแก้ไขค่าบางอย่างที่บ่งบอกถึงสถานะของวัสดุในขณะนี้ ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์ต่างๆ สามารถตรวจจับความเค้นทางกล อุณหภูมิ การสั่นสะเทือน ความดัน และปริมาณอื่นๆ ตะแกรงแบรกก์ทำหน้าที่ใกล้เคียงกับลักษณะทางแสงมากขึ้น แก้ไขการรบกวนการหักเหของแสงในแกนไฟเบอร์ การวัดนี้ช่วยให้คุณกำหนดประสิทธิภาพของไฟเบอร์ออปติกในการส่งสัญญาณภายใต้เงื่อนไขเฉพาะ นอกจากนี้ ผู้เชี่ยวชาญยังใช้ opticalรีเฟล็กโตมิเตอร์ที่ลงทะเบียนการกระจายและความต้านทาน
เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์ออปติกและเลเซอร์
นี่คือผลิตภัณฑ์ที่ทันสมัยที่สุดที่พัฒนาบนพื้นฐานของเทคโนโลยีใยแก้วนำแสง ไม่เหมือนกับเลเซอร์ประเภทอื่น การใช้เส้นใยแสงทำให้สามารถสร้างอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดและในเวลาเดียวกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เทคโนโลยีใยแก้วนำแสงทำให้สามารถเปลี่ยนอุปกรณ์เลเซอร์แบบคลาสสิกด้วยข้อดีดังต่อไปนี้:
- ประสิทธิภาพของฮีตซิงก์
- เพิ่มการแผ่รังสี
- สูบฉีดอย่างมีประสิทธิภาพ
- ความน่าเชื่อถือและความเสถียรสูงของเลเซอร์
- อุปกรณ์น้ำหนักเบา
ในทางกลับกัน แอมพลิฟายเออร์ขึ้นอยู่กับประเภทก็สามารถใช้กับสายเครือข่ายในบ้านได้ เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของสายไฟเบอร์หลัก อย่างไรก็ตาม ขอบเขตของการทำงานของไฟเบอร์นั้นควรค่าแก่การพิจารณาในรายละเอียดเพิ่มเติม
ใยแก้วนำแสงใช้ทำอะไร
มีหลายพื้นที่ที่ใช้วัสดุใยแก้วนำแสง นี่คือขอบเขตของการใช้ในบ้าน อุปกรณ์โทรคมนาคม และอุปกรณ์คอมพิวเตอร์ ตลอดจนสาขาเฉพาะทางสูง รวมถึงการแพทย์บางสาขา สำหรับแต่ละเซ็กเมนต์เหล่านี้จะมีการผลิตไฟเบอร์ออปติกพิเศษ แอปพลิเคชั่นเป็นวิธีการทั่วไปในการส่งสัญญาณทีวีหรืออินเทอร์เน็ต จำกัด เฉพาะรุ่นพลาสติกราคาถูกคุณภาพปานกลาง แต่สำหรับอุปกรณ์เลเซอร์และราคาแพงอุปกรณ์ทางการแพทย์ใช้เส้นใยควอทซ์คุณภาพสูง พร้อมโมดิฟายเออร์เพิ่มเติมด้วย
การใช้ใยแก้วนำแสงในยา
เส้นใยดังกล่าวสามารถใช้กับเครื่องมือและอุปกรณ์ทางการแพทย์ได้ เทคโนโลยีมาตรฐานชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการแนะนำอุปกรณ์พิเศษที่ใช้เส้นใยแสงหักเห ซึ่งสามารถส่งสัญญาณไปยังกล้องโทรทัศน์ภายนอกที่มีอยู่แล้วในอวัยวะของร่างกาย ไฟเบอร์ออปติกใช้ในยาและเป็นวัสดุให้แสงสว่าง อุปกรณ์ที่ติดตั้งโมดูลไฟเบอร์ทำให้สามารถส่องช่องของกระเพาะอาหาร ช่องจมูก ฯลฯ ได้อย่างไม่ลำบาก
การใช้ใยแก้วนำแสงในอุปกรณ์คอมพิวเตอร์
บางทีนี่อาจเป็นช่องที่พบได้บ่อยที่สุดที่ใยแก้วนำแสงมาแทนที่ ทุกวันนี้ สายการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์แต่ละเครื่องที่ส่งข้อมูลไม่สามารถทำได้อีกต่อไปหากไม่มีอุปกรณ์ดังกล่าว แน่นอนว่าสิ่งนี้ใช้กับพื้นที่ที่ไม่สามารถใช้การเชื่อมต่อไร้สายได้หรือทำไม่ได้ซึ่งกำลังเปลี่ยนสายเคเบิลอย่างแข็งขันเช่นกัน ตัวอย่างเช่น บริษัทโทรคมนาคมรายใหญ่ที่สุดกำลังวางเครือข่ายแกนหลักระหว่างภูมิภาคที่ใช้ไฟเบอร์ออปติก การใช้ช่องทางดังกล่าวในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่อพ่วงและผู้บริโภคทั่วไปของบริการโทรคมนาคมช่วยให้คุณปรับค่าใช้จ่ายทางการเงินในการบำรุงรักษาโครงสร้างพื้นฐานของเครือข่ายให้เหมาะสมที่สุด และยังเพิ่มประสิทธิภาพในการรับส่งข้อมูลด้วยตัวมันเอง
ข้อเสียของไฟเบอร์
แต่น่าเสียดายที่เส้นแสงไม่มีจุดอ่อน แม้ว่าการบำรุงรักษาการเดินสายดังกล่าวจะมีราคาถูกกว่า ไม่ต้องพูดถึงความจำเป็นในการปรับปรุงบ่อยครั้ง แต่ต้นทุนของวัสดุเองนั้นสูงกว่าโลหะชนิดเดียวกันมาก นอกจากนี้ ใยแก้วนำแสงและการใช้ในทางการแพทย์ยังมีข้อจำกัดอย่างมาก เนื่องจากมีสารตะกั่วและเซอร์โคเนียมเจือปนในโลหะผสมบางชนิด ซึ่งเป็นพิษต่อมนุษย์ สิ่งนี้ใช้ได้กับรุ่นแก้วคุณภาพสูงสุดเป็นหลัก ไม่ใช่รุ่นพลาสติก
การผลิตใยแก้วนำแสงในรัสเซีย
ในฐานะส่วนหนึ่งของโครงการทดแทนการนำเข้าในปี 2558 โรงงานระบบใยแก้วนำแสงได้เปิดขึ้นในมอร์โดเวีย นี่เป็นองค์กรเดียวในสหพันธรัฐรัสเซียซึ่งกำลังพยายามตอบสนองความต้องการของผู้บริโภคในประเทศในด้านใยแก้วนำแสงให้มากที่สุด จนถึงปี 2558 อุตสาหกรรมรัสเซียยังมีส่วนร่วมในการผลิตวัสดุใยแก้วนำแสง แต่อยู่ในกรอบของโครงการเป้าหมายแต่ละโครงการเท่านั้น สถานการณ์เดียวกันยังคงมีอยู่บ้างในวันนี้ หากบริษัทบางแห่งต้องการไฟเบอร์ออปติกและการใช้งานในทางการแพทย์หรือด้านโทรคมนาคมนั้นสมเหตุสมผลทางการเงิน ก็มีโรงงานหลายแห่งที่พร้อมทำงานตามคำสั่งพิเศษดังกล่าวเป็นรายบุคคล อย่างไรก็ตาม ในอนาคตอันใกล้นี้ เฉพาะโรงงาน Mordovian เท่านั้นที่จะผลิตสายเคเบิลใยแก้วนำแสงชนิดเดียวกันเป็นอนุกรม นอกจากนี้ ยังไม่สามารถจัดหาตลาดให้สอดคล้องกับปริมาณความต้องการได้ ยังคงมีการซื้อผลิตภัณฑ์ในสัดส่วนที่สำคัญจากสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่น และแม้แต่สินค้าในประเทศก็ผลิตด้วยการนำเข้าวัตถุดิบ
สรุป
ผลิตภัณฑ์ไฟเบอร์ออปติกได้เป็นส่วนหนึ่งของตลาดมาประมาณ 15-20 ปีแล้ว ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ผู้บริโภคสามารถชื่นชมข้อดีของสายเคเบิลใหม่ได้ แต่ความคืบหน้าไม่หยุดนิ่ง ด้วยการปรับปรุงคุณภาพทางเทคนิคและทางกายภาพ พื้นที่ของการใช้วัสดุก็ขยายตัวเช่นกัน เส้นใยล่าสุดที่ใช้นาโนเทคโนโลยีโดยเฉพาะอย่างยิ่งมีการใช้อย่างแข็งขันในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซและอุตสาหกรรมการป้องกันประเทศ ในทางกลับกัน ใยแก้วนำแสงแบบไม่เชิงเส้นกำลังพัฒนาเฉพาะด้านแนวคิด แต่มีแนวโน้มอย่างมากในด้านเทคโนโลยี ในหมู่พวกเขาคือพัลส์เลเซอร์บีบอัด, โซลิตันออปติคัล, การแผ่รังสีแสงเกินขีด ฯลฯ เห็นได้ชัดว่า นอกเหนือจากการวิจัยเชิงทฤษฎีที่มีการค้นพบที่เป็นไปได้และอยู่ภายใต้กรอบความรู้ทางวิทยาศาสตร์อย่างหมดจดแล้ว การพัฒนาใหม่ๆ ยังช่วยให้สามารถเสนอข้อเสนอใหม่ๆ ให้กับผู้บริโภคในระดับต่างๆ ในตลาดได้