La fibre optique et son application

Les fibres optiques montrent un exemple de la façon dont les connaissances scientifiques se transforment en progrès technologique, ce qui permet de réduire la vie d'une personne ordinaire. Depuis un certain nombre d'années, des moyens de communication pour transmettre des signaux électriques ont été associés à des fibres optiques. Les fils fins de la taille des cheveux humains peuvent être utilisés pour transmettre une large gamme de signaux nécessaires au fonctionnement du téléphone, à la connexion Internet, à la télévision, etc. Bien sûr, en raison des capacités opérationnelles élevées, la fibre optique a trouvé une application non seulement dans les besoins domestiques.

Technologie de transmission du signal par fibre optique

En soi, l'utilisation de la fibre optique comme traducteur de signaux n'est qu'une partie de la connaissance explorée dans la section scientifique de la fibre optique. Les spécialistes de cette zone se consacrent à l'étude de la transmission de l'information et de la propagation de la lumière, et dans un contexte, combiné avec des guides légers. Ces derniers sont utilisés à la fois comme distributeurs de lumière et comme émetteurs d'informations. En passant, les LED sont basées sur les orientations modernes du développement des technologies laser. Dans ce cas, une autre question est plus intéressante: quel phénomène est à la base de la fibre optique? Ce phénomène de réflexion interne du rayonnement électromagnétique (complet) dans les limites des diélectriques ayant des indices de réfraction différents. En outre, le transporteur d'informations n'est pas un signal électromagnétique, mais un flux de lumière codé. Afin de comprendre le degré de supériorité des câbles à fibres optiques devant les câbles métalliques traditionnels, il vaut la peine de recourir à leur bande passante. Le fil de fibres déjà mentionné, dont l'épaisseur n'est pas supérieure à 0,5 mm, est capable de transmettre la quantité d'informations que le câblage de cuivre ordinaire ne servira qu'à une épaisseur de 50 mm.

Méthodes de fabrication de fibres optiques

Il existe deux méthodes principales par lesquelles une fibre optique peut être fabriquée. Il s'agit d'une technique d'extrusion et de fusion utilisant des préformes. La première technologie permet d'obtenir des matériaux de qualité basés sur les plastiques, donc aujourd'hui, il n'est pratiquement pas utilisé. La deuxième méthode est considérée comme la principale et la plus efficace. Préforme – un blanc, situé dans une structure conçue pour les threads de dessin. Selon les normes modernes, les préformes peuvent avoir une hauteur allant jusqu'à plusieurs dizaines de mètres. À l'extérieur, il s'agit d'une tige de verre d'environ 10 cm de diamètre, à partir de laquelle le noyau du filament est fondu. Au cours du processus de fabrication, le noyau avec le mélange de fibres est chauffé à des températures élevées, après quoi les fils sont formés. La longueur du matériau résultant peut atteindre plusieurs kilomètres, bien que le diamètre reste inchangé – il est contrôlé par des régulateurs automatisés. Selon l'endroit où les fibres optiques seront utilisées, le matériau peut être traité de manière préliminaire avec des revêtements qui fournissent une protection chimique et physique. En ce qui concerne les mélanges pour les fils, ils comprennent généralement des matériaux tels que le polyimide, l'acrylate et le silicone.

Caractéristiques de la fibre

La partie centrale du filament est le noyau – le noyau même de la fibre, qui diffusera la lumière dans le processus d'exploitation. Le noyau est caractérisé par un indice de réfraction élevé de la lumière, qui est réalisé en utilisant le dopage en verre avec modification avec des additifs spéciaux. Par exemple, les fibres de quartz utilisent des composants réfractifs typiques comme le dopant. À son tour, la coquille exécute plusieurs tâches, dont la principale est la protection physique immédiate du noyau. Cette partie fournit également un effet de réfraction, mais avec un coefficient minimal. La frontière entre les deux matériaux forme une structure de guidage de lumière qui ne permet pas au volume principal de lumière d'aller au-delà du noyau. Il convient également de noter que les fondamentaux de la fibre optique classent le matériau comme un type de fibre. Pour plus précisément, nous parlons de guides d'ondes diélectriques qui transmettent des signaux lumineux.

Variétés de fibres optiques

Les plus courantes sont les fibres de quartz, de plastique et de fluor. Les filaments de quartz sont basés sur des mélanges d'oxyde ou des matériaux structurellement similaires, parmi lesquels l'oxyde de silicium dopé. Cette base permet de produire des fibres flexibles et longues, qui sont également caractérisées par une forte résistance mécanique. L'optique fibre optique est constituée de polymères et, comme déjà indiqué, ne peut pas fournir de hautes performances. En particulier, ces threads ont un pourcentage élevé de perte de données, ce qui limite leur utilisation dans des zones exigeantes. D'autre part, la disponibilité des prix des fibres en plastique maintient la demande de ce matériau dans des directions orientées vers le segment des ménages. En ce qui concerne les matériaux optiques fluorés, leur base est basée sur des verres de fluorocyranate et de fluoroaluminate. Ce sont des solutions modernes et technologiques pour fournir une communication optique, mais le contenu des métaux lourds dans la structure ne leur permet pas non plus d'être utilisé, par exemple, dans l'industrie médicale.

Équipement de mesure pour fibres optiques

L'équipement le plus courant utilisé dans les ensembles avec fibre optique est les capteurs et les réseaux de Bragg. Les capteurs à fibre optique sont des dispositifs conçus pour corriger certaines valeurs qui caractérisent l'état du matériau à un moment donné. Par exemple, différents capteurs peuvent détecter le stress mécanique, la température, les vibrations, la pression et d'autres quantités. Le réseau de Bragg dans sa fonction est plus proche des caractéristiques optiques. Il corrige une perturbation apériodique de la réfraction dans le noyau de la fibre optique. Cette mesure vous permet de déterminer la quantité de fibre optique efficace pour traduire le signal dans des conditions spécifiques. En outre, les spécialistes utilisent un réflectomètre optique qui enregistre la dispersion et la résistance.

Amplificateurs et lasers à fibre optique

C'est le produit le plus progressif, développé sur la base de la technologie des fibres optiques. Contrairement à d'autres types de lasers, l'utilisation de fibres optiques permet la création de dispositifs compacts et simultanément efficaces. En particulier, la technologie de la fibre optique a permis de remplacer les appareils laser classiques en raison des avantages suivants:

• L'efficacité du robinet thermique.
• Augmentation du rayonnement de sortie.
• Pompage efficace.
• Haute fiabilité et stabilité du fonctionnement au laser.
• Une petite masse d'équipement.

À leur tour, les amplificateurs, selon le type, peuvent être utilisés dans les lignes de réseau domestique, ce qui augmente les performances de la ligne de fibre principale. Cependant, la portée des opérations des fibres optiques devrait être considérée plus en détail.

À quoi sert la fibre optique?

Il existe plusieurs directions dans lesquelles des matériaux à fibres optiques sont impliqués. Cette sphère d'utilisation domestique, les équipements de télécommunications et les technologies informatiques, ainsi que les niches de niche, parmi lesquelles se trouvent les domaines distincts de la médecine. Pour chacun de ces segments, des fibres optiques spéciales sont produites. L'application comme moyen typique de transmission d'un signal télévisé ou Internet, par exemple, est limitée aux modèles en plastique bon marché de qualité moyenne. Mais des fibres de quartz de haute qualité sont utilisées pour les équipements laser et les dispositifs médicaux coûteux, qui sont également fournis avec des modificateurs supplémentaires.

Application des fibres optiques en médecine

De telles fibres peuvent être utilisées dans des équipements et instruments médicaux. La technologie standard suppose la possibilité d'introduire un appareil spécial sur les fibres légères réfractées, qui déjà dans l'organe du corps peut transmettre un signal à une caméra de télévision externe. Les fibres optiques en médecine et en tant que matériau d'éclairage sont utilisées. L'appareil équipé de modules de fibres permet un éclairage indolore de la cavité stomacale, du nasopharynx, etc.

Application des fibres optiques dans le matériel informatique

C'est peut-être la niche la plus commune dans laquelle la fibre optique a trouvé sa place. Sans elle, les lignes de communication entre les dispositifs individuels qui transmettent des informations ne peuvent plus être supprimées aujourd'hui. Bien sûr, cela s'applique aux domaines dans lesquels il est impossible ou inapproprié d'utiliser des connexions sans fil, qui déplacent également activement les câbles en tant que tels. Par exemple, les plus grandes entreprises de télécommunications installent des réseaux de base interrégionaux, qui impliquent des fibres optiques. L'utilisation de ces canaux pour la communication d'équipements périphériques et les consommateurs ordinaires de services de télécommunications permet d'optimiser les coûts financiers de l'entretien de l'infrastructure réseau et d'améliorer l'efficacité de la transmission de données elle-même.

Inconvénients de la fibre

Malheureusement, les threads optiques ne peuvent pas se passer de points faibles. Bien que la maintenance de ce câblage soit moins coûteuse, sans parler du manque de mises à jour fréquentes, le coût du matériel lui-même est beaucoup plus élevé que les mêmes homologues métalliques. En outre, la fibre optique et son utilisation en médecine sont extrêmement limitées en raison du contenu des impuretés au plomb et au zirconium, qui sont toxiques pour les humains, dans les alliages individuels. Fondamentalement, cela s'applique aux modèles en verre de la plus haute qualité, et non aux plastiques.

Fabrication de fibres optiques en Russie

Dans le cadre du programme de substitution des importations en 2015, l'usine "Systèmes à fibres optiques" a été ouverte à Mordovia. C'est la seule entreprise de la Fédération de Russie qui, pour le moment, essaie de répondre aux besoins des consommateurs domestiques en fibre. Jusqu'en 2015, l'industrie russe était également engagée dans la fabrication de matériaux à fibres optiques, mais uniquement dans le cadre de projets ciblés distincts. La même situation est encore en partie aujourd'hui. Si une certaine entreprise a besoin de fibres optiques et son utilisation en médecine ou en télécommunications est financièrement justifiée, il existe de nombreuses usines prêtes à travailler sur ces commandes spéciales individuellement. Cependant, dans un proche avenir, seule l'usine de Mordovian exécutera la production en série des mêmes câbles à fibres optiques. En outre, jusqu'à présent, il est incapable de fournir le marché en fonction du volume de la demande. Une partie importante du produit est encore achetée aux États-Unis et au Japon. Et même les produits domestiques sont produits sur des matières premières importées.

Conclusion

Les produits fibre optique sont formés comme un segment du marché pour environ 15-20 ans. Au cours de ces années, le consommateur a pu apprécier les avantages des nouveaux câbles, mais les progrès ne s'arrêtent pas. Au fur et à mesure que les qualités techniques et physiques augmentent, les champs d'application du matériau se développent également. La plus récente fibre sur la base des nanotechnologies, en particulier, est activement utilisée dans l'industrie du pétrole et du gaz et le complexe de défense. À son tour, la fibre optique non linéaire ne développe que des directions de technologie conceptuelles, mais très prometteuses. Les impulsions laser à compression, les solitons optiques, les rayons optiques ultra-courts, etc. peuvent être distingués parmi eux. De toute évidence, en plus des études théoriques avec des découvertes possibles et dans le cadre de connaissances strictement scientifiques, de nouveaux développements permettront au marché de faire de nouvelles propositions aux consommateurs de différents niveaux.