Nyumba za macho hutoa mfano wa jinsi maarifa ya kisayansi yanavyotafsiri kuwa maendeleo ya kiteknolojia, hatimaye kurahisisha maisha kwa mtu wa kawaida. Kwa miaka kadhaa, optics ya nyuzi imehusishwa na njia za mawasiliano za kupeleka ishara za umeme. Filamenti nyembamba zenye ukubwa wa nywele za binadamu zinaweza kutumika kusambaza ishara mbalimbali zinazohitajika kuendesha simu, muunganisho wa Intaneti, TV, n.k. Bila shaka, kutokana na utendaji wake wa juu, optics za nyuzi zimepata matumizi si tu katika mahitaji ya nyumbani.
Teknolojia ya utumaji wa mawimbi ya macho
Kwenyewe, matumizi ya nyuzi macho kama kitafsiri mawimbi ni sehemu tu ya maarifa yaliyofichuliwa ambayo yanachunguzwa katika sehemu ya kisayansi ya fibre optics. Wataalamu katika eneo hili wanasoma upitishaji wa habari na uenezaji wa mwanga, na katika muktadha mmoja, wameunganishwa na miongozo ya mwanga. Mwisho hutumika kama wasambazaji wa nuru na wasambazaji wa habari. Kwa njia, mwenendo wa kisasa katika maendeleo ya teknolojia ya laser ni msingi wa LEDs. Katika kesi hii, swali lingine ni la kuvutia zaidi - ni jambo gani ambalo ni msingi wa fiber optics? Jambo hiliuakisi wa ndani wa (jumla) mionzi ya sumakuumeme kwenye kiolesura kati ya dielectri zenye fahirisi tofauti za kuakisi. Kwa kuongezea, mtoaji wa habari sio ishara ya sumakuumeme hata kidogo, lakini flux ya taa iliyosimbwa. Ili kuelewa kiwango cha ubora wa nyaya za fiber optic juu ya nyaya za jadi za chuma, inafaa kurejelea tena kipimo data chao. Uzi wa nyuzi uliotajwa tayari, ambao unene wake si zaidi ya 0.5 mm, una uwezo wa kupitisha kiasi cha habari ambacho wiring ya shaba ya kawaida itatumika tu na unene wa mm 50.
Njia za kutengeneza Fibre-optic
Kuna mbinu kuu mbili ambazo kwazo nyuzi za macho zinaweza kutengenezwa. Ni mbinu ya extrusion na kuyeyuka kwa kutumia preforms. Teknolojia ya kwanza inafanya uwezekano wa kupata nyenzo za ubora wa chini kulingana na plastiki, kwa hiyo leo haitumiki. Njia ya pili inachukuliwa kuwa kuu na yenye ufanisi zaidi. Preform ni preform ambayo iko katika muundo iliyoundwa kwa kuchora nyuzi. Kwa viwango vya kisasa, preforms inaweza kuwa hadi makumi kadhaa ya mita juu. Kwa nje, hii ni fimbo ya glasi yenye kipenyo cha cm 10, ambayo msingi wa nyuzi huyeyuka. Wakati wa mchakato wa utengenezaji, msingi, pamoja na mchanganyiko kwa nyuzi, huwashwa kwa joto la juu, baada ya hapo filaments huundwa. Urefu wa nyenzo zinazoweza kusababisha zinaweza kufikia kilomita kadhaa, ingawa kipenyo bado hakijabadilika - inadhibitiwa na vidhibiti otomatiki. Kulingana na wapi optics ya nyuzi itatumika, nyenzo kwaInaweza kutibiwa kabla na mipako ambayo hutoa ulinzi wa kemikali na kimwili. Kuhusu michanganyiko ya nyuzi zenyewe, kwa kawaida hujumuisha nyenzo kama vile polyimide, akrilate na silikoni.
Vipengele vya muundo wa nyuzi
Sehemu ya kati ya uzi ni msingi - msingi kabisa wa nyuzi, ambayo itaeneza mwanga wakati wa operesheni. Msingi ni sifa ya kuongezeka kwa fahirisi za refractive za mwanga, ambazo hupatikana kwa kutumia doping ya kioo na marekebisho na viongeza maalum. Kwa mfano, vijenzi vya kawaida vya kuakisi kama vile dopant hutumiwa kwa nyuzi za silika. Kwa upande wake, shell hufanya kazi kadhaa, ambayo kuu ni ulinzi wa moja kwa moja wa kimwili wa msingi. Sehemu hii pia hutoa athari ya kukataa, lakini kwa mgawo wa chini. Mpaka kati ya vifaa viwili huunda muundo wa mwongozo wa mwanga ambao hauruhusu wingi wa mwanga kutoroka kutoka kwa msingi. Pia ni muhimu kuzingatia kwamba misingi ya optics ya fiber inarejelea nyenzo kwa aina za miongozo ya mwanga. Ili kuwa sahihi zaidi, tunazungumza kuhusu miongozo ya mawimbi ya dielectric ambayo husambaza mawimbi ya mwanga.
Aina za nyuzi macho
Zinazojulikana zaidi ni nyuzi za quartz, plastiki na floridi. Filaments za quartz zinatokana na kuyeyuka kwa oksidi au nyenzo zinazofanana katika muundo, ikiwa ni pamoja na oksidi ya silicon iliyopigwa. Msingi huu hufanya iwezekanavyo kuzalisha nyuzi zinazobadilika na ndefu ambazo hutofautiana ndanina nguvu ya juu ya mitambo. Optics ya plastiki-nyuzi hufanywa kutoka kwa polima na, kama ilivyoonyeshwa tayari, haiwezi kutoa utendaji wa juu. Hasa, nyuzi kama hizo zina asilimia kubwa ya upotezaji wa data, ambayo inazuia matumizi yao katika maeneo yanayohitajika. Kwa upande mwingine, upatikanaji wa nyuzi za plastiki huweka mahitaji ya nyenzo hii katika mwelekeo unaozingatia sehemu ya kaya. Kwa ajili ya vifaa vya macho vya fluoride, msingi wao ni msingi wa glasi za fluorozirconate na fluoroaluminate. Hizi ni suluhisho za kisasa na za kiteknolojia za kutoa mawasiliano ya macho, lakini yaliyomo kwenye metali nzito katika muundo pia hairuhusu matumizi yao, kwa mfano, katika tasnia ya matibabu.
Kifaa cha Kupima Nyuzinyuzi
Vifaa vinavyotumika sana katika vifaa vya nyuzi macho ni vitambuzi na vipandio vya Bragg. Sensorer za macho ya nyuzi ni vifaa iliyoundwa kurekebisha maadili fulani ambayo yanaonyesha hali ya nyenzo kwa sasa. Kwa mfano, sensorer tofauti zinaweza kugundua mkazo wa mitambo, halijoto, mtetemo, shinikizo na viwango vingine. Bragg grating katika kazi yake ni karibu na sifa za macho. Inarekebisha usumbufu wa kinzani wa aperiodic katika msingi wa nyuzi. Kipimo hiki kinakuwezesha kuamua jinsi fiber optics inavyofaa katika kupeleka ishara chini ya hali maalum. Pia, wataalam hutumia machokipima mwanga kinachosajili kutoweka na upinzani.
Amplifaya za Fiber-optic na leza
Hii ndiyo bidhaa ya juu zaidi iliyotengenezwa kwa misingi ya teknolojia ya fiber optics. Tofauti na aina nyingine za lasers, matumizi ya filaments ya macho hufanya iwezekanavyo kuunda compact na wakati huo huo vifaa vya ufanisi. Hasa, teknolojia ya fiber optics imewezesha kubadilisha vifaa vya leza ya classical kwa faida zifuatazo:
- Ufanisi wa sinki la joto.
- Kuongezeka kwa mionzi ya pato.
- Kusukuma maji kwa ufanisi.
- Kuegemea juu na uthabiti wa leza.
- Vifaa vya uzani wa chini.
Kwa upande wake, vikuza, kulingana na aina, vinaweza pia kutumika katika laini za mtandao wa nyumbani, na kuongeza utendakazi wa laini kuu ya nyuzi. Hata hivyo, upeo wa utendakazi wa nyuzi unafaa kuzingatiwa kwa undani zaidi.
Fiber optics inatumika kwa nini?
Kuna maeneo kadhaa ambayo nyenzo za fiber optic hutumiwa. Hii ni nyanja ya matumizi ya nyumbani, vifaa vya mawasiliano ya simu na vifaa vya kompyuta, pamoja na niches maalumu sana, ikiwa ni pamoja na maeneo fulani ya dawa. Kwa kila moja ya makundi haya, optics maalum ya fiber huzalishwa. Utumaji maombi kama njia ya kawaida ya kusambaza TV au mawimbi ya mtandao, kwa mfano, ni mifano ya bei nafuu ya plastiki yenye ubora wa wastani. Lakini kwa vifaa vya laser na gharama kubwavifaa vya matibabu hutumia nyuzi za quartz za ubora wa juu, zinazotolewa pia na virekebishaji vya ziada.
Utumiaji wa nyuzi macho kwenye dawa
Nyuzi kama hizo zinaweza kutumika katika vifaa vya matibabu na ala. Teknolojia ya kawaida inaonyesha uwezekano wa kuanzisha kifaa maalum kulingana na nyuzi za mwanga zilizokataa, ambazo zinaweza kusambaza ishara kwa kamera ya nje ya televisheni tayari katika chombo cha mwili yenyewe. Fiber optics hutumiwa katika dawa na kama nyenzo ya taa. Vifaa vilivyo na moduli za nyuzi hufanya iwezekane kuangazia bila maumivu mashimo ya tumbo, nasopharynx, n.k.
Matumizi ya nyuzi macho kwenye vifaa vya kompyuta
Labda hii ndiyo niche inayojulikana zaidi ambapo nyuzi za macho zimepata nafasi yake. Leo, mistari ya mawasiliano kati ya vifaa vya mtu binafsi vinavyosambaza habari haiwezi tena kufanya bila hiyo. Kwa kweli, hii inatumika kwa maeneo ambayo haiwezekani au haiwezekani kutumia viunganisho visivyo na waya, ambavyo pia vinachukua nafasi ya nyaya kama hizo. Kwa mfano, makampuni makubwa zaidi ya mawasiliano ya simu yanaweka mitandao ya uti wa mgongo kati ya kanda inayotumia nyuzi za macho. Matumizi ya chaneli kama hizo kwa kuunganisha vifaa vya pembeni na watumiaji wa kawaida wa huduma za mawasiliano hukuruhusu kuongeza gharama za kifedha za kudumisha miundombinu ya mtandao, na pia huongeza ufanisi wa usambazaji wa data yenyewe.
Hasara za nyuzinyuzi
Kwa bahati mbaya, nyuzi za macho hazina udhaifu. Ingawa matengenezo ya wiring vile ni ya bei nafuu, bila kutaja kutokuwepo kwa hitaji la sasisho za mara kwa mara, gharama ya nyenzo yenyewe ni kubwa zaidi kuliko wenzao sawa wa chuma. Aidha, fiber optics na matumizi yake katika dawa ni mdogo sana kutokana na maudhui ya uchafu wa risasi na zirconium katika baadhi ya aloi, ambayo ni sumu kwa wanadamu. Hii inatumika hasa kwa miundo ya glasi ya ubora wa juu zaidi, si ya plastiki.
Uzalishaji wa nyuzi macho nchini Urusi
Kama sehemu ya mpango wa uagizaji badala ya 2015, kiwanda cha Optical Fiber Systems kilifunguliwa huko Mordovia. Hii ndiyo biashara pekee katika Shirikisho la Urusi, ambayo kwa sasa inajaribu kukidhi mahitaji ya watumiaji wa ndani katika fiber ya macho kwa kiasi iwezekanavyo. Hadi 2015, sekta ya Kirusi pia ilihusika katika utengenezaji wa vifaa vya fiber optic, lakini tu ndani ya mfumo wa miradi inayolengwa ya mtu binafsi. Hali hiyohiyo inaendelea kwa kadiri fulani leo. Ikiwa kampuni fulani inahitaji fiber optics na matumizi yake katika dawa au katika uwanja wa mawasiliano ya simu ni haki ya kifedha, basi kuna viwanda vingi ambavyo viko tayari kufanya kazi kwa maagizo hayo maalum kwa misingi ya mtu binafsi. Walakini, katika siku za usoni, mmea wa Mordovia pekee ndio utakuwa ukitoa uzalishaji wa serial wa nyaya sawa za fiber optic. Zaidi ya hayo, bado haijaweza kusambaza soko kulingana na wingi wa mahitaji. Sehemu kubwa ya bidhaa bado inanunuliwa kutoka Marekani na Japan. Na hata bidhaa za ndani zinazalishwa kutoka njemalighafi.
Hitimisho
Bidhaa za Fiber optic zimekuwa zikiundwa kama sehemu ya soko kwa takriban miaka 15-20. Kwa miaka mingi, mtumiaji ameweza kufahamu sifa za nyaya mpya, lakini maendeleo hayasimama. Pamoja na uboreshaji wa sifa za kiufundi na za kimwili, maeneo ya matumizi ya nyenzo pia yanapanua. Fiber ya hivi karibuni kulingana na nanoteknolojia, hasa, inatumika kikamilifu katika sekta ya mafuta na gesi na sekta ya ulinzi. Kwa upande mwingine, optics ya nyuzi zisizo za mstari kwa sasa inakuza tu maeneo ya dhana, lakini yenye kuahidi sana ya teknolojia. Miongoni mwao ni mapigo ya laser ya compression, solitons za macho, mionzi ya macho ya ultrashort, nk. Ni wazi, pamoja na utafiti wa kinadharia na ugunduzi unaowezekana na ndani ya mfumo wa maarifa ya kisayansi tu, maendeleo mapya yatawezesha kutoa ofa mpya kwa watumiaji wa viwango tofauti kwenye soko.
