Оптичко влакно

С Википеди?е, слободне енциклопеди?е

Више оптичких влакана ко?е чине ?езгро оптичког кабла
Инсталерска екипа ради на постав?а?у оптичког кабла са 432 влакна испод улица Менхетна, ?у?орк Сити
TOSLINK фибер оптички аудио кабл чи?и ?едан кра? ?е обас?ан црвеним светлом преноси светло на други кра?
Зидни ормар ко?и садржи ме?усобне везе оптичких влакана. Жути каблови су ?едносмерна влакна ; наран?асти и аква каблови су вишемодна влакна : 50/125 μm OM2 и 50/125 μm OM3 влакна.

Оптичко влакно ?е врста оптичког таласовода ради?алне симетри?е, ко?а ?во?е?е“ електромагнетског таласа заснива на ефекту тоталне унутраш?е рефлекси?е . flexible, Транспарентно влакно микрометарских димензи?а, изра?ено од стакла или пластике , служи као меди?ум у оптичком каблу за пренос информаци?а помо?у светлости. [1] Влакна има?у концентричну сло?евиту структуру. У средини се налази ?езгро, ко?е води светлост, окружено са омотачем (?акном) са нешто нижим индексом прелама?а и заштитним сло?ем пластике. У зависности од примене, пречник ?езгра ?е у распону од неколико до више стотина микрона. А од ди?аметра и профила индекса прелама?а изме?у ?езгра и омотача, зависи бро? режима (модова) способних да пропагира?у кроз влакно. Оптичка влакана могу бити мономодна (?еднорежимска) и мултимодна (вишережимска). Кроз ?еднорежимска се простире само ?едан мод ласерске светлости и оваква влакна се користе за пренос информаци?а на ве?е уда?ености, док се кроз вишережимска влакна простире више модова и ова влакна се користе за приступне мреже. Овакав пренос информаци?а ?е бржи, поуздани?и и сигурни?и од преноса бакарним кабловима.

Оптичка влакна се на?чеш?е користе као средство за пренос светлости [а] изме?у два кра?а влакна и проналазе широку употребу у оптичким комуникаци?ама , где омогу?ава?у пренос на ве?е уда?ености и при ве?им пропусним опсезима (брзинама преноса података) од електричних каблови. Влакна се користе уместо металних жица, ?ер сигнали путу?у дуж ?их са ма?е губитака ; поред тога, влакна су имуна на електромагнетне смет?е , проблем коме су подложне металне жице. [2] Влакна се тако?е користе за освет?е?е и ими?инг, и често су умотана у снопове, тако да се могу користити за пренос светлости или слике из затворених простора, као у случа?у фиберскопа . [3] Посебно диза?нирана влакна се користе и у низу других примена, неке од ко?их су оптички сензори и ласерска влакна . [4]

Оптичка влакна обично садрже ?езгро окружено прозирним обложним матери?алом са нижим индексом прелама?а . Светлост се задржава у сржи путем феномена потпуне унутраш?е рефлекси?е због чега влакно делу?е као таласовод . [5] Влакна ко?а подржава?у многе путеве шире?а или попречне модове назива?у се вишемодна влакна , док се она ко?а подржава?у ?едан мод назива?у ?еднодомна влакна (SMF). [6] Вишемодна влакна углавном има?у шири пречник ?езгра [7] и користе се за комуникационе везе на кратким уда?еностима и за апликаци?е у ко?има се мора преносити велика снага. [8] ?едномодна влакна се користе за ве?ину комуникационих веза дужих од 1.000 m (3.300 ft).

Могу?ност спа?а?а оптичких влакана са малим губицима ?е важна у оптичко? комуникаци?и. [9] Ово ?е сложени?е од спа?а?а електричне жице или кабла и ук?учу?е паж?иво цепа?е влакана, прецизно поравнава?е ?езгара влакана и спа?а?е ових поравнатих ?езгара. За апликаци?е ко?е захтева?у тра?ну везу уобича?ено ?е фузионо спа?а?е . У ово? техници се користи електрични лук за стапа?е кра?ева влакана. ?ош ?една уобича?ена техника ?е механичко спа?а?е , где се кра?еви влакана држе у контакту механичком силом. Привремене или полутра?не везе оствару?у се помо?у специ?ализованих конектора оптичких влакана . [10]

Област приме?ене у науци и инже?ерству ко?а се бави диза?ном и применом оптичких влакана позната ?е као оптика влакана ( енгл. fiber optics ). Термин ?е осмислио инди?ско-амерички физичар Нариндер Синг Капани , ко?и ?е широко признат као отац оптике влакана. [11]

Истори?а [ уреди | уреди извор ]

Даниел Коладон ?е први пут описао ову ?светлосну фонтану“ или ?светлосну цев“ у чланку из 1842. године под насловом ?О рефлекси?ама зрака светлости унутар параболичне течности“. Ова конкретна илустраци?а потиче из касни?ег Коладоновог чланка из 1884. године.

Во?е?е светлости рефракци?ом, принцип ко?и омогу?ава де?ство оптичких влакана, први пут су демонстрирали Даниел Колдон и Жак Бабине у Паризу почетком 1840-их. ?он Тиндал ?е урстио демонстраци?у оптичких влакана у сво?а ?авна предава?а у Лондону , 12 година касни?е. [12] Тиндал ?е тако?е писао о сво?ствима потпуне унутраш?е рефлекси?е у уводно? к?изи о природи светлости 1870. године: [13] [14]

Када светлост прелази из ваздуха у воду, прелом?ени зрак се сави?а према нормали ... Када зрак прелази из воде у ваздух сави?а се из нормале ... Ако ?е угао ко?и зрак у води затвара нормалом на површину ни?е ве?и од 48 степени, зрак уопште не?е напустити воду: он ?е се у потпуности рефлектовати на површини ... Угао ко?и означава границу где почи?е тотална рефлекси?а назива се гранични угао меди?а. За воду ?е ова? угао 48° 27′, за кремено стакло 38° 41′, док ?е за ди?амант 23° 42′.

Кра?ем 19. и почетком 20. века, светлост се водила кроз сави?ене стаклене шипке да би се осветлиле телесне шуп?ине. [15] Практичне примене попут блиског унутраш?ег освет?е?а при стоматолошким захватима по?авиле су се почетком двадесетог века. Пренос слике кроз цеви независно су демонстрирали радио експериментатор Кларенс Хансел и телевизи?ски пионир ?он Логи Берд током 1920-их. Тридесетих година Ха?нрих Лам ?е показао да се слике могу преносити кроз сноп необложених оптичких влакана и користио их за интерне медицинске прегледе, али ?егов рад ?е углавном заборав?ен. [12] [16]

Холандски научник нл Брам ван Хел ?е 1953. године први пут демонстрирао пренос слике кроз снопове оптичких влакана са провидном облогом. [16] Исте године, Харолд Хопкинс и Нариндер Синг Капани на Импери?алном коле?у у Лондону успели су да направе снопове ко?и преносе слике са преко 10 000 влакана, а потом су остварили пренос слике кроз сноп дугачак 75 cm ко?и комбину?е неколико хи?ада влакана. [16] [17] [18] Први практични полуфлексибилни гастроскоп са оптичким влакнима патентирали су Басил Хeршовиц , К. Вилбур Петерс и Ловренс Е. Куртис, истраживачи са Универзитета у Мичигену , 1956. У процесу разво?а гастроскопа, Куртис ?е произвео прва влакна обложена стаклом; претходна оптичка влакна осла?ала су се на ваздух или непрактична у?а и воскове као нискоиндексни матери?ал за облага?е. [16]

Капани ?е сковао термин оптичка влакна . Он ?е написао чланак у часопису Scientific American 1960. године у коме ?е представио тему широко? публици. Он ?е исто тако написао прву к?игу о новом по?у. [16] [19]

Први функционални систем за пренос оптичким влакнима демонстрирао ?е немачки физичар Манфред Бернер у истраживачким лаборатори?ама Телефункен у Улму 1965. године, што ?е пра?ено првом патентном при?авом за ову технологи?у 1966. године. [20] [21] НАСА ?е 1968. године користила оптичка влакна у телевизи?ским камерама ко?е су послате на Месец. У то време ?е употреба у камерама била повер?ива , а особ?е ко?е ?е руковало камерама морао ?е да надгледа неко са одговара?у?ом безбедносном дозволом. [22]

Чарлс К. Као и ?ор? А. Хокам из британске компани?е Стандардни телефони и каблови (STC) први су 1965. године промовисали иде?у да се слаб?е?е сигнала оптичких влакана може сма?ити испод 20 децибела по километру (dB/km), чине?и влакна практичним комуникационим меди?ем. [23] Они су предложили да ?е слаб?е?е сигнала у влакнима доступним у то време било узроковано нечисто?ама ко?е су се могле уклонити, а не основним физичким ефектима попут расипа?а. Они су тачно и систематично теоретизовали сво?ства губитка светлости у оптичким влакнима и указали на прави матери?ал за употребу у таквим влакнима - силици?умско стакло високе чисто?е. Ово откри?е донело ?е Кау Нобелову награду за физику 2009. [24] К?учну границу слаб?е?а од 20 dB/km први пут су 1970. године остварили истраживачи Роберт Д. Маурер , Доналд Кек , Петер К. Шулц и Франк Зимар, раде?и за америчког произво?ача стакла Корнинг Глас Воркс . [25] Они су демонстрирали влакно са слаб?е?ем од 17 dB/km допингом силици?умског стакла титани?умом . Неколико година касни?е они су произвели влакно са слаб?е?ем од само 4 dB/km, користе?и германи?ум диоксид као главни додатак. ?енерал Електрик ?е 1981. године произвео кварцне инготе од топ?еног матери?ала ко?и су се могли уву?и у нити дужине 25 mi (40 km). [26]

У почетку су висококвалитетна оптичка влакна могла да се производе само брзином од 2 метра у секунди. Хеми?ски инже?ер Томас Менсах придружио се Корнингу 1983. године и пове?ао брзину производ?е на преко 50 метара у секунди, чине?и каблове од оптичких влакана ?ефтини?им од традиционалних бакарних. [27] Ове иноваци?е отвориле су еру телекомуникаци?а преко оптичких влакана.

Итали?ански истраживачки центар CSELT сара?ивао ?е са Корнингом на разво?у практичних оптичких каблова, што ?е резултирало тиме да ?е први метрополитански оптички кабл постав?ен у Торину 1977. [28] [29] CSELT ?е тако?е развио рану технику за спа?а?е оптичких влакана, названу спрингрув . [30]

Оптичка влакна у мраку ствара?у ефекат експлози?е у свемиру.

Види ?ош [ уреди | уреди извор ]

Напомене [ уреди | уреди извор ]

  1. ^ Инфрацрвена светлост се користи у комуникаци?и оптичким влакнима због нижег слаб?е?а сигнала

Референце [ уреди | уреди извор ]

  1. ^ ?Optical Fiber” . www.thefoa.org . The Fiber Optic Association . Приступ?ено 17. 4. 2015 .  
  2. ^ Senior, John M.; Jamro, M. Yousif (2009). Optical fiber communications: principles and practice . Pearson Education. стр. 7?9. ISBN   978-0130326812 .  
  3. ^ ?Birth of Fiberscopes” . www.olympus-global.com . Olympus Corporation . Приступ?ено 17. 4. 2015 .  
  4. ^ Lee, Byoungho (2003). ?Review of the present status of optical fiber sensors.”. Optical Fiber Technology . 9 (2): 57?79. Bibcode : 2003OptFT...9...57L . doi : 10.1016/s1068-5200(02)00527-8 .  
  5. ^ Senior , стр. 12?14
  6. ^ Pearsall, Thomas (2010). Photonics Essentials (2nd изд.). McGraw-Hill. ISBN   978-0-07-162935-5 . Архивирано из оригинала 17. 08. 2021. г . Приступ?ено 01. 05. 2021 .  
  7. ^ The Optical Industry & Systems Purchasing Directory (на ?езику: енглески). Optical Publishing Company. 1984.  
  8. ^ Hunsperger (2017). Photonic Devices and Systems (на ?езику: енглески). Routledge. ISBN   9781351424844 .  
  9. ^ Senior , стр. 218
  10. ^ Senior , стр. 234?235
  11. ^ ?Narinder Singh Kapany Chair in Opto-electronics” . ucsc.edu.  
  12. ^ а б Bates, Regis J (2001). Optical Switching and Networking Handbook . New York: McGraw-Hill. стр.  10 . ISBN   978-0-07-137356-2 .  
  13. ^ Tyndall, John (1870). ?Total Reflexion” . Notes about Light .  
  14. ^ Tyndall, John (1873). Six Lectures on Light . New York : D. Appleton.  
  15. ^ Mary Bellis. ?How Fiber Optics Was Invented” . Архивирано из оригинала 12. 07. 2012. г . Приступ?ено 20. 01. 2020 .  
  16. ^ а б в г д Hecht, Jeff (2004). City of Light: The Story of Fiber Optics (revised изд.). Oxford University. стр.  55 ?70. ISBN   9780195162554 .  
  17. ^ Hopkins, H. H.; Kapany, N. S. (1954). ?A flexible fibrescope, using static scanning”. Nature . 173 (4392): 39?41. Bibcode : 1954Natur.173...39H . S2CID   4275331 . doi : 10.1038/173039b0 .  
  18. ^ Two Revolutionary Optical Technologies . Scientific Background on the Nobel Prize in Physics 2009. Nobelprize.org. 6 October 2009
  19. ^ ?How India missed another Nobel Prize ? Rediff.com India News” . Приступ?ено 8. 2. 2017 .   . News.rediff.com (2009-10-12)
  20. ^ DE patent 1254513 , Borner, Manfred, "Mehrstufiges Ubertragungssystem fur Pulscodemodulation dargestellte Nachrichten.", issued 16. 11. 1967, assigned to Telefunken Patentverwertungsgesellschaft m.b.H.  
  21. ^ US patent 3845293 , Borner, Manfred, "Electro-optical transmission system utilizing lasers"  
  22. ^ Lunar Television Camera. Pre-installation Acceptance Test Plan . NASA. 12 March 1968
  23. ^ Hecht, Jeff (1999). City of Light, The Story of Fiber Optics . New York: Oxford University Press . стр. 114. ISBN   978-0-19-510818-7 .  
  24. ^ ?Press Release ? Nobel Prize in Physics 2009” . The Nobel Foundation . Приступ?ено 2009-10-07 .  
  25. ^ Hecht, Jeff (1999). City of Light, The Story of Fiber Optics . New York: Oxford University Press . стр. 271. ISBN   978-0-19-510818-7 .  
  26. ^ ?1971?1985 Continuing the Tradition” . GE Innovation Timeline . General Electric Company . Приступ?ено 2012-09-28 .  
  27. ^ ?About the Author ? Thomas Mensah” . The Right Stuff Comes in Black. Архивирано из оригинала 02. 01. 2015. г . Приступ?ено 29. 3. 2015 .  
  28. ^ Catania B, Michetti L, Tosco F, Occhini E, Silvestri L (1976). ?First Italian Experiment with a Buried Optical Cable” (PDF) . Proceedings of 2nd European Conference on Optical Communication (II ECOC) . Приступ?ено 2019-05-03 .  
  29. ^ ?Archivio storico Telecom Italia: 15 settembre 1977, Torino, prima stesura al mondo di una fibra ottica in esercizio.” . Архивирано из оригинала 17. 09. 2017. г . Приступ?ено 01. 05. 2021 .  
  30. ^ ?Springroove, il giunto per fibre ottiche brevettato nel 1977” . archiviostorico.telecomitalia.com . Архивирано из оригинала 16. 08. 2016. г . Приступ?ено 8. 2. 2017 .  

Литература [ уреди | уреди извор ]

Спо?аш?е везе [ уреди | уреди извор ]

Оптичко влакно на Викимеди?ино? остави .
Преузето из ? https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Оптичко_влакно&oldid=27786131 ”