Serat optik memberikan contoh bagaimana pengetahuan ilmiah diterjemahkan ke dalam kemajuan teknologi, yang pada akhirnya membuat hidup lebih mudah bagi kebanyakan orang. Selama beberapa tahun, serat optik telah dikaitkan dengan sarana komunikasi untuk mentransmisikan sinyal listrik. Filamen tipis seukuran rambut manusia dapat digunakan untuk mengirimkan berbagai sinyal yang diperlukan untuk mengoperasikan telepon, koneksi Internet, TV, dll. Tentu saja, karena kinerjanya yang tinggi, serat optik telah digunakan tidak hanya di kebutuhan rumah tangga.
Teknologi transmisi sinyal optik
Dalam dirinya sendiri, penggunaan serat optik sebagai penerjemah sinyal hanyalah sebagian dari pengetahuan yang diungkapkan yang sedang dieksplorasi di bagian ilmiah serat optik. Spesialis di bidang ini sedang mempelajari transmisi informasi dan propagasi cahaya, dan dalam satu konteks, disatukan oleh pemandu cahaya. Yang terakhir digunakan baik sebagai distributor cahaya dan sebagai pemancar informasi. Omong-omong, tren modern dalam pengembangan teknologi laser didasarkan pada LED. Dalam hal ini, pertanyaan lain yang lebih menarik - fenomena apa yang menjadi dasar serat optik? Fenomena inirefleksi internal (total) radiasi elektromagnetik pada antarmuka antara dielektrik yang memiliki indeks bias yang berbeda. Selain itu, pembawa informasi bukanlah sinyal elektromagnetik sama sekali, tetapi fluks cahaya yang dikodekan. Untuk memahami tingkat keunggulan kabel serat optik dibandingkan kabel logam tradisional, perlu sekali lagi mengacu pada bandwidthnya. Benang serat yang telah disebutkan, yang ketebalannya tidak lebih dari 0,5 mm, mampu mentransmisikan sejumlah informasi yang hanya dapat digunakan oleh kabel tembaga biasa dengan ketebalan 50 mm.
Metode fabrikasi serat optik
Ada dua metode utama pembuatan serat optik. Ini adalah teknik ekstrusi dan peleburan menggunakan bentuk awal. Teknologi pertama memungkinkan untuk mendapatkan bahan berkualitas rendah berdasarkan plastik, jadi hari ini praktis tidak digunakan. Metode kedua dianggap yang utama dan paling efektif. Preform adalah preform yang ada dalam struktur yang dirancang untuk menggambar benang. Dengan standar modern, bentuk awal bisa mencapai beberapa puluh meter. Secara lahiriah, ini adalah batang kaca dengan diameter sekitar 10 cm, dari mana inti benang dilebur. Selama proses pembuatan, inti, bersama dengan campuran untuk serat, dipanaskan sampai suhu tinggi, setelah itu filamen terbentuk. Panjang bahan yang dihasilkan dapat mencapai beberapa kilometer, meskipun diameternya tetap tidak berubah - dikendalikan oleh regulator otomatis. Tergantung di mana serat optik akan digunakan, bahan untukItu dapat diperlakukan sebelumnya dengan pelapis yang memberikan perlindungan kimia dan fisik. Untuk campuran filamennya sendiri, biasanya terdiri dari bahan-bahan seperti polimida, akrilat, dan silikon.
Fitur desain serat
Bagian tengah dari benang adalah inti - inti dari serat, yang akan menyebarkan cahaya selama operasi. Inti ditandai dengan peningkatan indeks bias cahaya, yang dicapai dengan menggunakan doping kaca dengan modifikasi aditif khusus. Misalnya, komponen bias khas seperti dopan digunakan untuk serat silika. Pada gilirannya, shell melakukan beberapa tugas, yang utamanya adalah perlindungan fisik langsung dari inti. Bagian ini juga memberikan efek pembiasan, tetapi dengan koefisien minimum. Batas antara dua bahan membentuk struktur pemandu cahaya yang tidak memungkinkan sebagian besar cahaya keluar dari inti. Perlu juga dicatat bahwa dasar-dasar serat optik merujuk bahan ke berbagai panduan cahaya. Untuk lebih tepatnya, kita berbicara tentang pandu gelombang dielektrik yang mengirimkan sinyal cahaya.
Varietas serat optik
Yang paling umum adalah serat kuarsa, plastik, dan fluorida. Filamen kuarsa didasarkan pada lelehan oksida atau bahan yang serupa dalam struktur, termasuk silikon oksida yang didoping. Basis ini memungkinkan untuk menghasilkan serat fleksibel dan panjang yang berbeda dalamdan kekuatan mekanik yang tinggi. Optik serat plastik terbuat dari polimer dan, seperti yang telah disebutkan, tidak dapat memberikan kinerja tinggi. Secara khusus, utas tersebut memiliki persentase kehilangan data yang tinggi, yang membatasi penggunaannya di area yang menuntut. Di sisi lain, keterjangkauan serat plastik membuat permintaan bahan ini diarahkan ke segmen rumah tangga. Adapun bahan optik fluoride, dasar mereka didasarkan pada kacamata fluorozirconate dan fluoroaluminate. Ini adalah solusi yang cukup modern dan teknologi untuk menyediakan komunikasi optik, tetapi kandungan logam berat dalam struktur juga tidak memungkinkan penggunaannya, misalnya, dalam industri medis.
Peralatan Pengukur Serat
Peralatan yang paling umum digunakan dalam kit serat optik adalah sensor dan kisi Bragg. Sensor serat optik adalah perangkat yang dirancang untuk memperbaiki nilai tertentu yang menjadi ciri keadaan material saat ini. Misalnya, sensor yang berbeda dapat mendeteksi tekanan mekanis, suhu, getaran, tekanan, dan besaran lainnya. Kisi Bragg dalam fungsinya lebih mendekati karakteristik optik. Ini memperbaiki gangguan refraksi aperiodik di inti serat. Pengukuran ini memungkinkan Anda untuk menentukan seberapa efisien serat optik dalam mentransmisikan sinyal dalam kondisi tertentu. Juga, para ahli menggunakan optikreflectometer yang mencatat disipasi dan resistansi.
Penguat serat optik dan laser
Ini adalah produk paling canggih yang dikembangkan berdasarkan teknologi serat optik. Tidak seperti jenis laser lainnya, penggunaan filamen optik memungkinkan untuk membuat perangkat yang ringkas dan sekaligus efisien. Secara khusus, teknologi serat optik telah memungkinkan untuk menggantikan perangkat laser klasik dengan keuntungan sebagai berikut:
- Efisiensi pendingin.
- Peningkatan radiasi keluaran.
- Pemompaan yang efektif.
- Keandalan dan stabilitas laser yang tinggi.
- Peralatan berbobot rendah.
Pada gilirannya, amplifier, tergantung pada jenisnya, juga dapat digunakan di saluran jaringan rumah, meningkatkan kinerja saluran serat utama. Namun, ruang lingkup operasi fiber patut dipertimbangkan secara lebih rinci.
Apa kegunaan serat optik?
Ada beberapa area di mana bahan serat optik digunakan. Ini adalah bidang penggunaan rumah tangga, peralatan telekomunikasi dan peralatan komputer, serta ceruk yang sangat khusus, termasuk bidang kedokteran tertentu. Untuk masing-masing segmen ini, serat optik khusus diproduksi. Aplikasi sebagai sarana transmisi sinyal TV atau Internet, misalnya, terbatas pada model plastik murah dengan kualitas sedang. Tapi untuk peralatan laser dan mahalperalatan medis menggunakan serat kuarsa berkualitas tinggi, juga dilengkapi dengan pengubah tambahan.
Penerapan serat optik dalam pengobatan
Serat tersebut dapat digunakan dalam peralatan dan instrumen medis. Teknologi standar menyarankan kemungkinan memperkenalkan perangkat khusus berdasarkan serat cahaya yang dibiaskan, yang dapat mengirimkan sinyal ke kamera televisi eksternal yang sudah ada di organ tubuh itu sendiri. Serat optik digunakan dalam pengobatan dan sebagai bahan penerangan. Perangkat yang dilengkapi dengan modul serat memungkinkan untuk menerangi rongga perut, nasofaring, dll tanpa rasa sakit.
Penggunaan serat optik pada peralatan komputer
Mungkin ini adalah ceruk paling umum di mana serat optik telah menemukan tempatnya. Saat ini, jalur komunikasi antara perangkat individu yang mengirimkan informasi tidak dapat lagi dilakukan tanpanya. Tentu saja, ini berlaku untuk area di mana tidak mungkin atau tidak praktis untuk menggunakan koneksi nirkabel, yang juga secara aktif mengganti kabel. Sebagai contoh, perusahaan telekomunikasi terbesar meletakkan jaringan tulang punggung antar daerah yang menggunakan serat optik. Penggunaan saluran tersebut untuk menghubungkan peralatan periferal dan konsumen biasa dari layanan telekomunikasi memungkinkan Anda untuk mengoptimalkan biaya keuangan pemeliharaan infrastruktur jaringan, dan juga meningkatkan efisiensi transmisi data itu sendiri.
Kekurangan serat
Sayangnya, utas optik bukannya tanpa kelemahan. Meskipun pemeliharaan kabel semacam itu lebih murah, belum lagi tidak adanya kebutuhan untuk pembaruan yang sering, biaya bahannya sendiri jauh lebih tinggi daripada rekan logam yang sama. Selain itu, serat optik dan penggunaannya dalam pengobatan sangat terbatas karena kandungan timbal dan pengotor zirkonium dalam beberapa paduan, yang beracun bagi manusia. Ini terutama berlaku untuk model kaca dengan kualitas terbaik, bukan plastik.
Produksi serat optik di Rusia
Sebagai bagian dari program substitusi impor pada tahun 2015, pabrik Sistem Serat Optik dibuka di Mordovia. Ini adalah satu-satunya perusahaan di Federasi Rusia, yang saat ini berusaha untuk memenuhi kebutuhan konsumen domestik dalam serat optik sejauh mungkin. Hingga 2015, industri Rusia juga terlibat dalam pembuatan bahan serat optik, tetapi hanya dalam kerangka proyek yang ditargetkan individu. Situasi yang sama bertahan sampai batas tertentu hari ini. Jika perusahaan tertentu membutuhkan serat optik dan penggunaannya dalam pengobatan atau di bidang telekomunikasi dibenarkan secara finansial, maka ada banyak pabrik yang siap mengerjakan pesanan khusus tersebut secara individual. Namun, dalam waktu dekat, hanya pabrik Mordovian yang akan memproduksi serial kabel serat optik yang sama. Apalagi belum mampu memasok pasar sesuai dengan volume permintaan. Sebagian besar produk masih dibeli dari AS dan Jepang. Dan bahkan produk dalam negeri diproduksi di imporbahan baku.
Kesimpulan
Produk serat optik telah terbentuk sebagai segmen pasar selama sekitar 15-20 tahun. Selama bertahun-tahun, konsumen dapat menghargai manfaat kabel baru, tetapi kemajuan tidak berhenti. Dengan peningkatan kualitas teknis dan fisik, area penerapan material juga berkembang. Serat terbaru berbasis nanoteknologi, khususnya, secara aktif digunakan dalam industri minyak dan gas dan industri pertahanan. Pada gilirannya, serat optik nonlinier saat ini hanya mengembangkan bidang teknologi yang konseptual, tetapi sangat menjanjikan. Diantaranya adalah pulsa laser kompresi, soliton optik, radiasi optik ultrashort, dll. Jelas, selain penelitian teoretis dengan kemungkinan penemuan dan dalam kerangka pengetahuan ilmiah murni, perkembangan baru juga akan memungkinkan untuk membuat penawaran baru kepada konsumen dari berbagai tingkat di pasar.
