ოპტიკური ბოჭკოები იძლევა მაგალითს იმისა, თუ როგორ იქცევა მეცნიერული ცოდნა ტექნოლოგიურ პროგრესში, რაც საბოლოოდ უადვილებს ცხოვრებას საშუალო ადამიანისთვის. რამდენიმე წელია, ბოჭკოვანი ბოჭკოვანი ასოცირდება ელექტრული სიგნალების გადაცემის საკომუნიკაციო საშუალებებთან. ადამიანის თმის ზომის თხელი ძაფები შეიძლება გამოყენებულ იქნას სიგნალების ფართო დიაპაზონის გადასაცემად, რაც საჭიროა ტელეფონის, ინტერნეტის, ტელევიზორის და ა.შ. მუშაობისთვის. რა თქმა უნდა, მაღალი ეფექტურობის გამო, ოპტიკურ ბოჭკოებს იყენებენ არა მხოლოდ საშინაო საჭიროებები.
ოპტიკური სიგნალის გადაცემის ტექნოლოგია
თავისთავად, ოპტიკური ბოჭკოების გამოყენება, როგორც სიგნალის მთარგმნელი, მხოლოდ იმ ცოდნის ნაწილია, რომელიც შესწავლილია ოპტიკურ-ბოჭკოვანი მეცნიერების განყოფილებაში. ამ სფეროს სპეციალისტები სწავლობენ ინფორმაციის გადაცემას და სინათლის გავრცელებას და ერთ კონტექსტში, გაერთიანებულნი არიან სინათლის გიდები. ეს უკანასკნელი გამოიყენება როგორც სინათლის დისტრიბუტორად, ასევე ინფორმაციის გადამცემად. სხვათა შორის, ლაზერული ტექნოლოგიების განვითარების თანამედროვე ტენდენციები დაფუძნებულია LED-ებზე. ამ შემთხვევაში უფრო საინტერესოა კიდევ ერთი კითხვა - რა ფენომენს უდევს საფუძველი ოპტიკურ-ბოჭკოვანი სისტემის? ეს ფენომენი(სულ) ელექტრომაგნიტური გამოსხივების შიდა ასახვა დიელექტრიკებს შორის ინტერფეისზე, რომლებსაც აქვთ სხვადასხვა რეფრაქციული მაჩვენებლები. უფრო მეტიც, ინფორმაციის გადამზიდავი საერთოდ არ არის ელექტრომაგნიტური სიგნალი, არამედ კოდირებული სინათლის ნაკადი. იმისათვის, რომ გავიგოთ ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კაბელების უპირატესობის ხარისხი ტრადიციულ ლითონის კაბელებთან შედარებით, ღირს კიდევ ერთხელ მივმართოთ მათ გამტარობას. უკვე ნახსენები ბოჭკოვანი ძაფი, რომლის სისქე არ აღემატება 0,5 მმ-ს, შეუძლია გადასცეს იმდენი ინფორმაცია, რომელსაც ჩვეულებრივი სპილენძის გაყვანილობა მხოლოდ 50 მმ სისქით მოემსახურება.
ოპტიკურ-ბოჭკოვანი წარმოების მეთოდები
არსებობს ორი ძირითადი მეთოდი, რომლითაც შესაძლებელია ოპტიკური ბოჭკოების წარმოება. ეს არის ექსტრუზიის და დნობის ტექნიკა პრეფორმების გამოყენებით. პირველი ტექნოლოგია შესაძლებელს ხდის პლასტმასზე დაფუძნებული დაბალი ხარისხის მასალის მიღებას, ამიტომ დღეს იგი პრაქტიკულად არ გამოიყენება. მეორე მეთოდი ითვლება მთავარ და ყველაზე ეფექტურად. პრეფორმა არის პრეფორმა, რომელიც არის სტრუქტურაში, რომელიც განკუთვნილია ძაფების სახატავად. თანამედროვე სტანდარტებით, პრეფორმები შეიძლება იყოს რამდენიმე ათეულ მეტრამდე სიმაღლეზე. გარეგნულად, ეს არის მინის ღერო, რომლის დიამეტრი დაახლოებით 10 სმ, საიდანაც დნება ძაფის ბირთვი. წარმოების პროცესში ბირთვი, ბოჭკოების ნარევთან ერთად, თბება მაღალ ტემპერატურამდე, რის შემდეგაც წარმოიქმნება ძაფები. შედეგად მიღებული მასალის სიგრძე შეიძლება მიაღწიოს რამდენიმე კილომეტრს, თუმცა დიამეტრი უცვლელი რჩება - მას აკონტროლებს ავტომატური რეგულატორები. იმისდა მიხედვით, თუ სად იქნება გამოყენებული ბოჭკოვანი ოპტიკა, მასალამისი წინასწარ დამუშავება შესაძლებელია საფარებით, რომლებიც უზრუნველყოფენ ქიმიურ და ფიზიკურ დაცვას. რაც შეეხება თავად ძაფის ნარევებს, ისინი ჩვეულებრივ შეიცავს მასალებს, როგორიცაა პოლიმიდი, აკრილატი და სილიკონი.
ბოჭკოვანი დიზაინის მახასიათებლები
ძაფის ცენტრალური ნაწილი არის ბირთვი - ბოჭკოს ბირთვი, რომელიც ავრცელებს სინათლეს მუშაობის დროს. ბირთვი ხასიათდება გაზრდილი სინათლის რეფრაქციული ინდექსებით, რაც მიიღწევა მინის დოპინგის გამოყენებით სპეციალური დანამატებით მოდიფიკაციით. მაგალითად, ტიპიური რეფრაქციული კომპონენტები, როგორიცაა დოპანტი, გამოიყენება სილიციუმის ბოჭკოებისთვის. თავის მხრივ, ჭურვი ასრულებს რამდენიმე დავალებას, რომელთაგან მთავარია ბირთვის პირდაპირი ფიზიკური დაცვა. ეს ნაწილი ასევე უზრუნველყოფს რეფრაქციის ეფექტს, მაგრამ მინიმალური კოეფიციენტით. ორ მასალას შორის საზღვარი ქმნის მსუბუქ სახელმძღვანელო სტრუქტურას, რომელიც არ აძლევს სინათლის ძირითად ნაწილს ბირთვიდან გაქცევის საშუალებას. აღსანიშნავია ისიც, რომ ბოჭკოვანი ოპტიკის საფუძვლები მასალას მიმართავს მსუბუქი გიდების სახეობებზე. უფრო ზუსტად რომ ვთქვათ, ჩვენ ვსაუბრობთ დიელექტრიკულ ტალღებზე, რომლებიც გადასცემენ სინათლის სიგნალებს.
ოპტიკური ბოჭკოების ჯიშები
ყველაზე გავრცელებულია კვარცის, პლასტმასის და ფტორის ბოჭკოები. კვარცის ძაფები ეფუძნება ოქსიდის დნობას ან სტრუქტურის მსგავს მასალებს, მათ შორის დოპირებული სილიციუმის ოქსიდის. ეს ბაზა შესაძლებელს ხდის მოქნილი და გრძელი ბოჭკოების წარმოებას, რომლებიც განსხვავდება ერთმანეთისგანდა მაღალი მექანიკური სიმტკიცე. პლასტმასის ბოჭკოვანი ოპტიკა დამზადებულია პოლიმერებისგან და, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ვერ უზრუნველყოფს მაღალ ეფექტურობას. კერძოდ, ასეთ ძაფებს აქვთ მონაცემთა დაკარგვის მაღალი პროცენტი, რაც ზღუდავს მათ გამოყენებას მოთხოვნად ადგილებში. მეორეს მხრივ, პლასტმასის ბოჭკოების ხელმისაწვდომობა ინარჩუნებს მოთხოვნას ამ მასალაზე საყოფაცხოვრებო სეგმენტზე ორიენტირებული მიმართულებით. რაც შეეხება ფტორის ოპტიკურ მასალებს, მათი საფუძველი ფტორცირკონატსა და ფტორალუმინატულ სათვალეებს ეფუძნება. ეს არის საკმაოდ თანამედროვე და ტექნოლოგიური გადაწყვეტილებები ოპტიკური კომუნიკაციის უზრუნველსაყოფად, მაგრამ სტრუქტურაში მძიმე მეტალების შემცველობა ასევე არ იძლევა მათი გამოყენების საშუალებას, მაგალითად, სამედიცინო ინდუსტრიაში.
ბოჭკოვანი საზომი მოწყობილობა
ოპტიკურ ბოჭკოვან კომპლექტებში გამოყენებული ყველაზე გავრცელებული მოწყობილობაა სენსორები და ბრეგის ბადეები. ოპტიკურ-ბოჭკოვანი სენსორები არის მოწყობილობები, რომლებიც შექმნილია გარკვეული მნიშვნელობების დასაფიქსირებლად, რომლებიც ახასიათებს მასალის მდგომარეობას მომენტში. მაგალითად, სხვადასხვა სენსორებს შეუძლიათ ამოიცნონ მექანიკური სტრესი, ტემპერატურა, ვიბრაცია, წნევა და სხვა რაოდენობები. ბრაგის ბადე თავისი ფუნქციით უფრო ახლოს არის ოპტიკურ მახასიათებლებთან. ის აფიქსირებს აპერიოდულ რეფრაქციის დარღვევას ბოჭკოს ბირთვში. ეს გაზომვა საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ რამდენად ეფექტურია ოპტიკურ-ბოჭკოვანი სიგნალის გადაცემა კონკრეტულ პირობებში. ასევე, ექსპერტები იყენებენ ოპტიკურსრეფლექტომეტრი, რომელიც აღრიცხავს გაფანტვას და წინააღმდეგობას.
ოპტიკურ-ბოჭკოვანი გამაძლიერებლები და ლაზერები
ეს არის ყველაზე მოწინავე პროდუქტი, რომელიც შემუშავებულია ბოჭკოვანი ტექნოლოგიის საფუძველზე. სხვა ტიპის ლაზერებისგან განსხვავებით, ოპტიკური ძაფების გამოყენება შესაძლებელს ხდის კომპაქტური და ამავე დროს ეფექტური მოწყობილობების შექმნას. კერძოდ, ოპტიკურ-ბოჭკოვანი ტექნოლოგიამ შესაძლებელი გახადა კლასიკური ლაზერული მოწყობილობების შეცვლა შემდეგი უპირატესობებით:
- გამათბობელის ეფექტურობა.
- გაზრდილი გამომავალი გამოსხივება.
- ეფექტური ამოტუმბვა.
- ლაზერის მაღალი საიმედოობა და სტაბილურობა.
- დაბალწონიანი აღჭურვილობა.
თავის მხრივ, გამაძლიერებლები, ტიპის მიხედვით, ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას სახლის ქსელის ხაზებში, რაც ზრდის ძირითადი ბოჭკოვანი ხაზის მუშაობას. თუმცა, ბოჭკოების მუშაობის ფარგლები უფრო დეტალურად გასათვალისწინებელია.
რისთვის გამოიყენება ოპტიკურ-ბოჭკოვანი?
არსებობს რამდენიმე სფერო, სადაც გამოიყენება ოპტიკურ-ბოჭკოვანი მასალები. ეს არის საშინაო მოხმარების სფერო, სატელეკომუნიკაციო აღჭურვილობა და კომპიუტერული ტექნიკა, ასევე მაღალ სპეციალიზებული ნიშები, მათ შორის მედიცინის გარკვეული სფეროები. თითოეული ამ სეგმენტისთვის იწარმოება სპეციალური ბოჭკოვანი ოპტიკა. გამოყენება, როგორც ტელევიზორის ან ინტერნეტის სიგნალის გადაცემის ტიპიური საშუალება, შემოიფარგლება მხოლოდ საშუალო ხარისხის იაფი პლასტიკური მოდელებით. მაგრამ ლაზერული აღჭურვილობისთვის და ძვირიასამედიცინო მოწყობილობები იყენებს მაღალი ხარისხის კვარცის ბოჭკოებს, ასევე უზრუნველყოფილია დამატებითი მოდიფიკატორებით.
ოპტიკური ბოჭკოების გამოყენება მედიცინაში
ასეთი ბოჭკოების გამოყენება შესაძლებელია სამედიცინო აღჭურვილობასა და ინსტრუმენტებში. სტანდარტული ტექნოლოგია გვთავაზობს სპეციალური მოწყობილობის შემოღების შესაძლებლობას, რომელიც დაფუძნებულია გარდატეხილი სინათლის ბოჭკოებზე, რომელსაც შეუძლია სიგნალის გადაცემა გარე სატელევიზიო კამერაზე უკვე თავად სხეულის ორგანოში. ბოჭკოვანი ოპტიკა გამოიყენება მედიცინაში და როგორც განათების მასალა. ბოჭკოვანი მოდულებით აღჭურვილი მოწყობილობები შესაძლებელს ხდის უმტკივნეულოდ განათდეს კუჭის ღრუები, ნაზოფარინქსი და სხვ.
ოპტიკური ბოჭკოების გამოყენება კომპიუტერულ აღჭურვილობაში
ალბათ ეს არის ყველაზე გავრცელებული ნიშა, რომელშიც ოპტიკურმა ბოჭკომ იპოვა თავისი ადგილი. დღეს, საკომუნიკაციო ხაზები ცალკეულ მოწყობილობებს შორის, რომლებიც ინფორმაციას გადასცემენ, ამის გარეშე აღარ შეუძლიათ. რა თქმა უნდა, ეს ეხება იმ სფეროებს, სადაც შეუძლებელია ან არაპრაქტიკულია უკაბელო კავშირების გამოყენება, რომლებიც ასევე აქტიურად ანაცვლებენ კაბელებს, როგორც ასეთს. მაგალითად, უმსხვილესი სატელეკომუნიკაციო კომპანიები აყალიბებენ რეგიონთაშორისი ხერხემლის ქსელებს, რომლებიც იყენებენ ოპტიკურ ბოჭკოვან ტექნიკას. ასეთი არხების გამოყენება პერიფერიული აღჭურვილობისა და სატელეკომუნიკაციო სერვისების რიგითი მომხმარებლების დასაკავშირებლად საშუალებას გაძლევთ ოპტიმიზაცია გაუწიოთ ქსელის ინფრასტრუქტურის შენარჩუნების ფინანსურ ხარჯებს და ასევე გაზარდოთ თავად მონაცემთა გადაცემის ეფექტურობა.
ბოჭკოვანი ნაკლოვანებები
სამწუხაროდ, ოპტიკური ძაფები არ არის სისუსტეების გარეშე. მიუხედავად იმისა, რომ ასეთი გაყვანილობის შენარჩუნება უფრო იაფია, რომ აღარაფერი ვთქვათ ხშირი განახლებების საჭიროების არარსებობაზე, თავად მასალის ღირებულება გაცილებით მაღალია, ვიდრე იგივე ლითონის კოლეგები. გარდა ამისა, ბოჭკოვანი ბოჭკოვანი და მისი გამოყენება მედიცინაში უკიდურესად შეზღუდულია ზოგიერთ შენადნობში ტყვიისა და ცირკონიუმის მინარევების შემცველობის გამო, რომლებიც ტოქსიკურია ადამიანისთვის. ეს ძირითადად ეხება უმაღლესი ხარისხის მინის მოდელებს და არა პლასტმასს.
ოპტიკური ბოჭკოების წარმოება რუსეთში
2015 წელს იმპორტის ჩანაცვლების პროგრამის ფარგლებში, ოპტიკური ბოჭკოვანი სისტემების ქარხანა გაიხსნა მორდოვიაში. ეს არის ერთადერთი საწარმო რუსეთის ფედერაციაში, რომელიც ამჟამად ცდილობს შეძლებისდაგვარად დააკმაყოფილოს შიდა მომხმარებლების მოთხოვნილებები ოპტიკურ ბოჭკოზე. 2015 წლამდე რუსული ინდუსტრია ასევე ეწეოდა ოპტიკურ-ბოჭკოვანი მასალების წარმოებას, მაგრამ მხოლოდ ინდივიდუალური მიზნობრივი პროექტების ფარგლებში. იგივე მდგომარეობა გარკვეულწილად დღესაც გრძელდება. თუ კონკრეტულ კომპანიას სჭირდება ოპტიკურ-ბოჭკოვანი სისტემა და მისი გამოყენება მედიცინაში ან ტელეკომუნიკაციების სფეროში ფინანსურად გამართლებულია, მაშინ არის მრავალი ქარხანა, რომლებიც მზად არიან ინდივიდუალურად იმუშაონ ასეთ სპეციალურ შეკვეთებზე. თუმცა, უახლოეს მომავალში, მხოლოდ მორდოვის ქარხანა აწარმოებს იგივე ბოჭკოვანი კაბელების სერიულ წარმოებას. უფრო მეტიც, ის ჯერ კიდევ ვერ ახერხებს ბაზრის მოთხოვნის მოცულობის შესაბამისად მიწოდებას. პროდუქციის მნიშვნელოვანი ნაწილი კვლავ შეძენილია აშშ-დან და იაპონიიდან. და თუნდაც შიდა პროდუქტები იწარმოება იმპორტზენედლეული.
დასკვნა
ოპტიკურ-ბოჭკოვანი პროდუქტები დაახლოებით 15-20 წელია ბაზრის სეგმენტად ყალიბდება. წლების განმავლობაში, მომხმარებელს შეუძლია შეაფასოს ახალი კაბელების დამსახურება, მაგრამ პროგრესი არ დგას. ტექნიკური და ფიზიკური თვისებების გაუმჯობესებით, ფართოვდება მასალის გამოყენების სფეროებიც. ნანოტექნოლოგიაზე დაფუძნებული უახლესი ბოჭკოვანი, კერძოდ, აქტიურად გამოიყენება ნავთობისა და გაზის ინდუსტრიაში და თავდაცვის ინდუსტრიაში. თავის მხრივ, არაწრფივი ბოჭკოვანი ოპტიკა ამჟამად ავითარებს ტექნოლოგიის მხოლოდ კონცეპტუალურ, მაგრამ ძალიან პერსპექტიულ სფეროებს. მათ შორისაა შეკუმშვის ლაზერული იმპულსები, ოპტიკური სოლიტონები, ულტრამოკლე ოპტიკური გამოსხივება და ა.შ. ცხადია, თეორიული კვლევების გარდა შესაძლო აღმოჩენებით და წმინდა მეცნიერული ცოდნის ფარგლებში, ახალი განვითარება შესაძლებელს გახდის ბაზარზე სხვადასხვა დონის მომხმარებლებისთვის ახალი შეთავაზებების გაკეთებას.
