Teaduse ja tehnoloogia kiire arenguga on optiline kiud laienenud kommunikatsiooni, elektroonika ja elektrienergia valdkonnas, saades paljutõotavaks uueks algmaterjaliks. Kaasnev optilise kiudtehnoloogia võidab inimeste uudsuse ja mugavuse abil ka&# 39.
Täielik jõuülekande funktsioon
Ameerika Ühendriikide Larian Corporation kasutas jõuülekandefunktsiooni täitmiseks edukalt optilist kiudu, avades elektriväljal täiesti uue tee. Nad kasutavad edastavas otsas pooljuhtide laserdioode, et muundada optilistes kiududes edastamiseks elektrienergiat laservalguseks, ning vastuvõtva lõppseadmena kasutada päikeseelemente. See seade kasutab isoleermaterjalina 300 mikroni paksust galliumarseniidi, mis on kaetud 20 mikroni paksuse päikesepatareiga. See on jagatud 6 iseseisvaks alaks, mis on üksteise järel ühendatud kullatud õhusildadega. Kui optilise kiu kaudu edastatav laservalgus tabab päikesepatareid, muutub valgusenergia kohe elektrienergiaks. Iga piirkonna tekitatav pinge on täpselt 1 volt ja kuue järjestikuse ala pinge on 6 volti, mis on enamiku andurite juhtimisahela jaoks piisav.
laialt kasutatav
Kui laserdioodi võimsust suurendatakse pidevalt ja see on varustatud täieliku jõuülekandesüsteemiga, saab kiudoptilist jõuülekannet laialdaselt kasutada sõjalistes, tööstuslikes, kaubanduslikes ja muudes aspektides. Prantsusmaa' Bogeni laboratoorium, mis on spetsialiseerunud arvutitele, elektroonikaseadmetele, signaalitöötlusele ja pilditehnikale, kasutab optilistes kiududes moonutusteta edastuse saavutamiseks optilist solitoni ja lühikesi impulsse. See tehnoloogia suudab lahendada kromaatilise hajumise ja mittelineaarsete efektide probleemid ilma, et oleks vaja mitu optilist kaablit kasutavat regenereerimisseadet. Võimendi tuleb seadistada ainult iga 100 kilomeetri tagant. Üksildased lained võivad üksteist läbi viia, ilma et nad üksteist segaksid. Öeldakse, et seda uut tehnoloogiat kasutatakse allveelaevades 6450–12900 kilomeetri raadiuses ja see võib lahendada suhtlemisraskuste probleemi. Ameerika kommunikatsiooniturbe ekspertide välja töötatud ebaregulaarse kandesignaaliga kiudoptiline kommunikatsioonitehnoloogia on loodud spetsiaalselt&# 39 tänapäeval üha ohjeldamatuimate ja keerukamate pealtkuulajate jaoks. See tehnoloogia muundab kõigepealt kasuliku teabe, näiteks hääle, digitaalseteks impulssideks, seejärel kodeerib need digitaalsed impulsisignaalid ja moduleerib neid juhuslikel mikrolainekandjatel, mis muutuvad ebaregulaarselt. Saates edastab laseri edastamise seade vastuvõtjale optilise kiudude sidesüsteemi kaudu ebaregulaarset kandesignaali. Vastuvõtja laservastuvõtja kasutab spetsiaalset tehnoloogiat, et sünkroniseerida ja dünaamiliselt koordineerida saatva laserseadmega ning viimaks lõpule ebaregulaarsete kandjate kasulike signaalide demoduleerimise ülesanne. Seda tehnoloogiat kasutades pole pealtkuulajad enam kasulikud, nad kuulevad ainult kaootilisi helisid. Austraalia Pauline töötas hiljuti välja kiu kaalude skaala, mis suudab veoautosid kaaluda ühe kiu ja ühe laseriga. Seda tüüpi kiu skaala kasutab väga eriliste takistusomadustega optilist kiudu. Kui see on rõhu all või pinge all, deformeerub optiline kiud veidi, põhjustades laseri omaduste muutumist. Sel ajal õpib detektor selle muudatuse kohe ära ja teisendab selle elektrilise signaali muutuseks. See kajastub seadme ekraanipaneelil. Kuna optiline kiud on valmistatud klaasist, on sellel niiskuskindlus ja kiirguskindlus. Mis veelgi olulisem - seda on lihtne paigaldada ja hooldada. See sobib paigaldamiseks linnapiirkondade peateedele, tehaste, lennujaamade ja lennuradade, ladude ja sadamate ümbrusesse. Pidev töö 24 tundi. Seetõttu võib sellel lisaks kaalumisele olla ka jälgimisroll ja täpsus on tunduvalt suurem kui olemasolevatel elektroonilistel seadmetel.
Plastik optiline kiud
USA ajakirja hiljutise raporti kohaselt on Boston Optical Fiber Corporationi (Massachusetts) välja töötatud plastikoptilise kiu edastuskiirus 30 korda kiirem kui praegusel tavalisel vasktraadil ning see on kergem, paindlikum ja odavam kui klaaskiud . Seda tüüpi optiline kiud kasutab suurema valguskiiruse saavutamiseks valguse murdumist või valguse hüppamisrežiimi ning suudab andmeid edastada kiirusega 3 megabitti sekundis 100 meetri raadiuses. Praegu on kogu maailmas paigaldatud 370 000 kilomeetrit merealuseid optilisi kaableid. See pikkus võib maa ümber maarata kümme korda. Kuna laserid on mõlemas otsas, pole signaalide võimendamiseks edastamise ajal enam vaja repiiterit, mis vähendab oluliselt kõne- ja kõnekulusid. Aruannete kohaselt on plaanis avada maailma suurim&# 39 allveelaeva optiline kaabel, mis ühendab Euroopat ja Ameerika Ühendriike. See maailmat ühendav allveelaeva sidekiudoptiline kaabel pannakse paika. See on 20. sajandi kõige suursugusem projekt kommunikatsiooni valdkonnas ja seda toetab 30 rahvusvahelist telekommunikatsiooniorganisatsiooni kogu maailmas. See ületab Atlandi ookeani, ületab Vahemere, läbib Punase mere ja India ookeani ning ületab Malacca väina Vaikse ookeani. Ligikaudu 320 000 kilomeetri pikkuse ühenduse kaudu ühendatakse see 175 riigi ja regiooniga ning sellega saab teha 2,4 miljonit telefonikõnet või edastada sadu tuhandeid tihendatud pilte korraga. Kogu projekti maksumus oli 14 miljardit USA dollarit ja see peaks valmima 2003. aastal.
Koostise põhimõte
Kiudoptiline tehnoloogia koosneb üldiselt kolmest osast: optilist signaali edastav ots, optilise signaali edastamiseks kasutatav optiline kiud ja optilise signaali vastuvõtmise ots.
Optilist signaali edastava otsa ülesandeks on edastatava elektrilise signaali muundamine optiliselt signaaliks läbi elektrooptilise muundamise seadme. Praegu kasutab edastav ots-elektro-optiline muundamisseade tavaliselt valgusdioodi või pooljuhtlaseritoru. Valgusdioodi väljundvõimsus on suhteliselt madal, signaali modulatsiooni kiirus on suhteliselt madal, kuid hind on odav. Selle väljundvõimsus ja ajami voolutugevus on põhimõtteliselt teatud vahemikus lineaarsed, mis sobib rohkem lühikese vahemaa, väikese kiirusega ja analoogsignaali edastamiseks; Dioodi väljundvõimsus on suur, signaali modulatsiooni kiirus on kõrge, kuid hind on suhteliselt kõrge ja see sobib pikamaa, kiire, digitaalse signaali edastamiseks. Kiudopti funktsioon on optilise signaali edastamine optilise signaali edastavas otsas võimalikult vähese sumbumise ja moonutusteta optilise signaali vastuvõtvasse otsa. Praegu kasutatakse optilist kiudu üldjuhul lähi-infrapuna ribavahemikus.0.84& mikro; m 、 1.31& mikro; m 、 1.55& mikro; mMulti režiimis või üherežiimilises kvartsikiudes, millel on hea läbilaskvus. Optilise signaali vastuvõtuotsa funktsioon on optilise signaali taastamine vastava elektrilise signaalini läbi fotoelektrilise muundamise seadme. Fotoelektriline muundamisseade kasutab tavaliselt pooljuhtide fotodioodi või laviini fotodioodi. Kiudoptilist edastussüsteemi moodustava valgusallika valguse kiirgav lainepikkus peab vastama ülekandekiu väiksema kadumisega akna lainepikkuse ribale ja fotoelektrilise tuvastusseadme maksimaalse reageerimise ribale. Saatev ots-elektro-optiline muundamisseade võtab vastu keskmise emissiooni lainepikkuse 0,84& mikro; mKõrgheledusega infrapuna-pooljuhtide valgusdiood, ülekandekiud võtab multimodeeritud kvartskiudu ja vastuvõtva otsa fotoelektriline muundusseade võtab vastu tippkoste lainepikkus on 0,8& mikro; m-0,9& mikro; m ränidioodi fotodiood. Iga osa tutvustatakse lähemalt allpool.
Kokkupandav optilise signaali saatja
Süsteemis kasutatava LED-i sõidu- ja modulatsiooniahel on näidatud joonisel 2. Signaali modulatsioon võtab kasutusele valguse intensiivsuse moduleerimise meetodi ja valguse intensiivsuse reguleerimise potentsiomeeter saadetakse LED-ist voolava staatilise sõiduvoo reguleerimiseks, seeläbi vastavalt LED-i kiirgava valguse võimsuse muutmine, Seadistatud staatilise sõiduvoo reguleerimisvahemik on 0-20 mA, mis vastab paneeli valguse läbilaskvuse intensiivsusele sõidu kuvaväärtusel 0-2000 ühikut, kui sõiduvool on väike, kiirgava dioodi emissioonivõimsus ja sõiduvool on põhimõtteliselt lineaarsed, heli Signaal ühendatakse teise optivampli negatiivse sisendklemmiga pärast seda, kui kondensaator, takistivõrk ja op-amp on isoleeritud ning ühendatud valguse staatilise voolutugevusega - kiirgusdiood, et valgusdiood saadaks optilise signaali, mis muutub koos helisignaaliga, ja seejärel läbi optilise kiudühenduse Th on optiline signaal ühendatud ülekandekiuga. Edastatava signaali sageduse madalamat otsa saab kindlaks teha kondensaatori ja takisti võrgu abil ning süsteemi madalsageduslik reageering ei ole suurem kui 20Hz
Kokkupandav optilise signaali vastuvõtja
See on optilise signaali vastuvõtmise otsa tööpõhimõte. Edastuskiud ühendab optilise signaali edastavast otsast fotoelektrilise muundamise seadme fotodioodini läbi optilise kiu siduri. Fotodiood teisendab optilise signaali sellega võrdeliseks voolusignaaliks. Diood peaks kasutamisel olema vastupidine nihutatud ja fotovoolu signaal teisendatakse op-ampri voolu-pinge muundamisega sellega võrdeliseks pingesignaaliks. Pinge signaalis sisalduv helisignaal on ühendatud helivõimendiga, et kõlar saaks helistada läbi kondensaatori ja takistuse. Fotodioodi sageduskarakteristik on üldiselt kõrge ja süsteemi kõrge sagedusreaktsioon sõltub peamiselt operatsioonvõimendi reageerimise sagedusest.
Ülekandekiud
Praegu kasutab optiliseks sideks kasutatav optiline kiud tavaliselt ränidioksiidkiudu. See on kaetud kattekihiga, mille südamikus on väikese murdumisnäitajaga n1 suur murdumisnäitaja n2. Valgus on täielikult jaotunud südamiku ja katte vahel. Peegeldus on piiratud kiu tuumas levimisega. Nagu on näidatud joonisel 5, on optiline kiud tegelikult omamoodi dielektriline lainejuhis. Valgus on lukustatud kiudoptilisse ja seda saab edastada ainult mööda optilist kiudu. Kiudoptilise südamiku läbimõõt on tavaliselt mõnest mikronist sadadesse mikronitesse. Läbivalgustuse režiimi kohaselt võib selle jagada mitmemoodiliseks kiuks ja üherežiimiliseks kiuks ning vastavalt kiu murdumisnäitaja jaotamise erinevatele viisidele võib selle murdumisnäitaja astme tüübiks ja murdumisnäitaja järgi sorteeritavaks kiuks jagada. Murdumisnäitaja tüüpi kiud sisaldavad kahte ümmarguselt sümmeetrilist koaksiaalkeskkonda, mis mõlemad on tekstuurilt ühtlased, kuid neil on erinevad murdumisnäitajad. Välimise kihi murdumisnäitaja on madalam kui sisemise kihi murdumisnäitaja.
Sortitud indekskiud on teatud tüüpi kiud, mille murdumisnäitaja liigitatakse piki kiu ristlõiget. Murdumisnäitaja muutmise eesmärk on muuta erinevate režiimide grupikiirused sarnaseks, vähendades sellega modaalset hajutatust ja suurendades kommunikatsiooni ribalaiust. Mitmemoodilised murdumisnäitaja astmelised kiud tekitavad režiimidevahelise hajutatuse, mis on tingitud iga režiimi edastuse erinevatest kiirustest rühmas ja edastuse ribalaius on piiratud. Mitmeliigiline murdumisnäitaja sorteeritud kiud suurendab signaali edastamise ribalaiust tänu spetsiaalsele murdumisnäitaja jaotusele, mis muudab iga režiimi edastuse grupikiiruse samaks. Ühemoodiline kiud on kiud, mis edastab ainult ühte optilist režiimi ja ühe režiimiga kiud suudab edastada suurimat signaali ribalaiust. Praegu kasutatakse ühemoodilisi optilisi kiude enamasti pikamaa optilises sides.
Ränidioksiidkiu peamised tehnilised näitajad hõlmavad sumbumisnäitajaid, arvulist ava ja dispersiooni. Numbriline ava: Numbriline ava kirjeldab valgusallika, detektori ja muude optiliste seadmetega ühendatud kiu omadusi. Selle suurus peegeldab optilise kiu võimet valgust koguda. Nagu on näidatud joonisel 5, peegeldub optilise kiu otspinnal langev valgus nurga all 2θmax täielikult edastatava optilise kiu sisemisel liidesel ja valguse langemine optilise kiu otspinnale väljastpoolt 2θmax vahemik on Kiu sisemine liides ei tekita täielikku peegeldust, vaid kandub kattesse ja on kohe nõrgestatud. Kiudude numbriline ava määratletakse järgmiselt: NA=Sinθmax, selle väärtus on tavaliselt vahemikus 0,1 kuni 0,6 ja vastav θmax on vahemikus 90 kuni 330, multimode kiul on suur arvuline ava ja ühe režiimiga kiu arvuline ava on suhteliselt väike, seega vajab ühemoodiline kiud oma valgusallikana LD-pooljuhtlaserit.
