เทคโนโลยีใยแก้วนำแสง

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีใยแก้วนำแสงได้รับการขยายตัวในด้านการสื่อสารอิเล็กทรอนิกส์และพลังงานไฟฟ้ากลายเป็นวัสดุพื้นฐานใหม่ที่มีแนวโน้ม เทคโนโลยีใยแก้วนำแสงที่มาพร้อมกันนี้ยังทำให้ผู้คนชื่นชอบ&# 39 ด้วยความแปลกใหม่และสะดวกสบาย

ฟังก์ชั่นการส่งกำลังที่สมบูรณ์
Larian Corporation ของสหรัฐอเมริกาประสบความสำเร็จในการใช้ใยแก้วนำแสงเพื่อทำหน้าที่ส่งกำลังให้สมบูรณ์ซึ่งเป็นการเปิดวิธีใหม่ในด้านพลังงาน พวกเขาใช้ไดโอดเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ที่ปลายการส่งสัญญาณเพื่อเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นแสงเลเซอร์สำหรับการส่งผ่านใยแก้วนำแสงและใช้เซลล์แสงอาทิตย์เป็นอุปกรณ์รับสัญญาณ อุปกรณ์นี้ใช้แกลเลียมอาร์เซไนด์หนา 300 ไมครอนเป็นพื้นผิวฉนวนหุ้มด้วยเซลล์แสงอาทิตย์หนา 20 ไมครอน แบ่งออกเป็น 6 พื้นที่อิสระซึ่งเชื่อมต่อกันเป็นอนุกรมด้วยสะพานอากาศเคลือบทอง เมื่อแสงเลเซอร์ที่ส่งผ่านใยแก้วนำแสงกระทบเซลล์แสงอาทิตย์พลังงานแสงจะกลายเป็นพลังงานไฟฟ้าทันที แรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นในแต่ละพื้นที่เท่ากับ 1 โวลต์และหกพื้นที่ในอนุกรมมีแรงดันไฟฟ้า 6 โวลต์ซึ่งเพียงพอสำหรับวงจรควบคุมของเซ็นเซอร์ส่วนใหญ่

ใช้กันอย่างแพร่หลาย
หากพลังของเลเซอร์ไดโอดเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องและติดตั้งระบบส่งกำลังที่สมบูรณ์การส่งกำลังด้วยใยแก้วนำแสงสามารถใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการทหารอุตสาหกรรมการค้าและด้านอื่น ๆ ห้องปฏิบัติการ Bogen ของ&# 39 ของฝรั่งเศสซึ่งเชี่ยวชาญในคอมพิวเตอร์อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์การประมวลผลสัญญาณและเทคโนโลยีภาพใช้การโซลิตันแบบออปติคัลและพัลส์สั้น ๆ เพื่อให้เกิดการส่งผ่านที่ปราศจากความผิดเพี้ยนในเส้นใยแสง เทคโนโลยีนี้สามารถแก้ปัญหาการกระจายตัวของสีและผลกระทบที่ไม่ใช่เชิงเส้นได้โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์การฟื้นฟูหลายตัวตามสายเคเบิลออปติคัล จำเป็นต้องตั้งค่าแอมป์ทุก ๆ 100 กิโลเมตรหรือมากกว่านั้นเมื่อทำงาน เวฟเล็ตที่โดดเดี่ยวสามารถทะลุผ่านกันได้โดยไม่รบกวนซึ่งกันและกัน กล่าวกันว่าเทคโนโลยีใหม่นี้ใช้ในการปราบเรือดำน้ำในระยะ 6450-12900 กิโลเมตรและสามารถแก้ปัญหาความยากลำบากในการสื่อสารได้ เทคโนโลยีการสื่อสารใยแก้วนำแสงสัญญาณผู้ให้บริการที่ผิดปกติซึ่งพัฒนาโดยผู้เชี่ยวชาญด้านความปลอดภัยการสื่อสารชาวอเมริกันได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อรับมือกับผู้ดักฟังที่มีความซับซ้อนและอาละวาดมากขึ้นเรื่อย ๆ ในปัจจุบัน เทคโนโลยีนี้จะแปลงข้อมูลที่เป็นประโยชน์เช่นเสียงเป็นสัญญาณพัลส์ดิจิทัลก่อนจากนั้นจึงเข้ารหัสสัญญาณพัลส์ดิจิทัลเหล่านี้และปรับสัญญาณบนพาหะไมโครเวฟแบบสุ่มที่เปลี่ยนแปลงไม่สม่ำเสมอ เมื่อทำการส่งอุปกรณ์ส่งเลเซอร์จะส่งข้อมูลสัญญาณพาหะที่ผิดปกติไปยังเครื่องรับผ่านระบบสื่อสารใยแก้วนำแสง เครื่องรับเลเซอร์ของเครื่องรับใช้เทคโนโลยีพิเศษในการซิงโครไนซ์และประสานงานแบบไดนามิกกับอุปกรณ์เลเซอร์ที่ส่งและในที่สุดก็เสร็จสิ้นภารกิจในการแยกสัญญาณที่เป็นประโยชน์จากผู้ให้บริการที่ผิดปกติ การใช้เทคโนโลยีนี้ผู้ดักฟังจะไม่เป็นประโยชน์อีกต่อไปพวกเขาจะได้ยิน แต่เสียงวุ่นวายเท่านั้น ออสเตรเลียเมื่อเร็ว ๆ นี้ Pauline ได้พัฒนาเครื่องชั่งน้ำหนักไฟเบอร์ที่สามารถชั่งรถบรรทุกด้วยไฟเบอร์หนึ่งชิ้นและเลเซอร์หนึ่งชิ้น เครื่องชั่งไฟเบอร์ชนิดนี้ใช้ใยแก้วนำแสงที่มีลักษณะต้านทานพิเศษมาก เมื่ออยู่ภายใต้ความกดดันหรือความตึงเครียดใยแก้วนำแสงจะเสียรูปเล็กน้อยทำให้ลักษณะของเลเซอร์เปลี่ยนไป ในขณะนี้เครื่องตรวจจับจะเรียนรู้การเปลี่ยนแปลงนี้ทันทีและแปลงเป็นการเปลี่ยนแปลงสัญญาณไฟฟ้า สิ่งนี้สะท้อนให้เห็นบนแผงแสดงผลของเครื่องมือ เนื่องจากใยแก้วนำแสงทำจากแก้วจึงมีความทนทานต่อความชื้นและทนต่อรังสี ที่สำคัญติดตั้งและบำรุงรักษาง่าย เหมาะสำหรับติดตั้งบนถนนสายหลักในเขตเมืองรอบ ๆ โรงงานสนามบินและรันเวย์คลังสินค้าและท่าเรือ ทำงานต่อเนื่อง 24 ชั่วโมง ดังนั้นนอกเหนือจากการชั่งน้ำหนักแล้วยังสามารถมีบทบาทในการตรวจสอบได้อีกด้วยและความแม่นยำนั้นสูงกว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีอยู่

ใยแก้วนำแสงพลาสติก
ตามรายงานล่าสุดจาก US Journal ใยแก้วนำแสงพลาสติกที่พัฒนาโดย Boston Optical Fiber Corporation รัฐแมสซาชูเซตส์มีความเร็วในการรับส่งข้อมูลเร็วกว่าลวดทองแดงมาตรฐานในปัจจุบัน 30 เท่าและเบากว่ายืดหยุ่นกว่าและต้นทุนต่ำกว่าใยแก้ว . ใยแก้วนำแสงชนิดนี้ใช้การหักเหของแสงหรือโหมดการกระโดดของแสงในเส้นใยเพื่อให้ได้ความเร็วในการส่งข้อมูลที่สูงขึ้นและสามารถส่งข้อมูลด้วยความเร็ว 3 เมกะบิตต่อวินาทีในระยะ 100 เมตร ปัจจุบันมีการวางสายเคเบิลออปติคอลใต้น้ำ 370,000 กิโลเมตรทั่วโลก ความยาวนี้เกือบจะหมุนรอบโลกได้ 10 เท่า ยิ่งไปกว่านั้นเนื่องจากมีการใช้เลเซอร์ที่ปลายทั้งสองข้างจึงไม่จำเป็นต้องใช้ตัวทำซ้ำสำหรับขยายสัญญาณในระหว่างการส่งอีกต่อไปซึ่งจะช่วยลดต้นทุนและค่าโทรได้มาก จากรายงานรายงานว่าสายเคเบิลใต้น้ำความจุที่ใหญ่ที่สุดในโลกของ&ที่เชื่อมต่อกับยุโรปและสหรัฐอเมริกากำลังจะเปิดตัว กำลังวางสายเคเบิลใยแก้วนำแสงสื่อสารใต้น้ำที่เชื่อมต่อโลก นี่เป็นโครงการที่งดงามที่สุดในด้านการสื่อสารในศตวรรษที่ 20 และได้รับการสนับสนุนจากองค์กรโทรคมนาคมระหว่างประเทศ 30 แห่งทั่วโลก มันข้ามมหาสมุทรแอตแลนติกข้ามทะเลเมดิเตอร์เรเนียนผ่านทะเลแดงและมหาสมุทรอินเดียและข้ามช่องแคบมะละกาไปยังมหาสมุทรแปซิฟิก ด้วยความยาวรวมเกือบ 320,000 กิโลเมตรเชื่อมต่อกับ 175 ประเทศและภูมิภาคและสามารถโทรได้ 2.4 ล้านสายหรือส่งภาพที่บีบอัดได้หลายแสนภาพในเวลาเดียวกัน โครงการทั้งหมดใช้เงิน 14,000 ล้านเหรียญสหรัฐและคาดว่าจะแล้วเสร็จในปี 2546

หลักการจัดองค์ประกอบ
เทคโนโลยีใยแก้วนำแสงโดยทั่วไปประกอบด้วยสามส่วน: ปลายส่งสัญญาณแสงใยแก้วนำแสงที่ใช้ในการส่งสัญญาณแสงและปลายรับสัญญาณแสง

ฟังก์ชั่นของจุดสิ้นสุดการส่งสัญญาณแสงคือการแปลงสัญญาณไฟฟ้าที่จะส่งเป็นสัญญาณออปติคอลผ่านอุปกรณ์แปลงแสงไฟฟ้า ปัจจุบันอุปกรณ์แปลงแสงอิเล็กโทร - ออปติกที่ส่งสัญญาณโดยทั่วไปใช้ไดโอดเปล่งแสงหรือหลอดเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ กำลังขับแสงของไดโอดเปล่งแสงค่อนข้างต่ำอัตราการมอดูเลตสัญญาณค่อนข้างต่ำ แต่ราคาถูก กำลังไฟเอาท์พุตและกระแสของไดรฟ์โดยทั่วไปจะเป็นเส้นตรงภายในช่วงหนึ่งซึ่งเหมาะสำหรับการส่งสัญญาณระยะสั้นความเร็วต่ำและอนาล็อก กำลังขับของไดโอดมีขนาดใหญ่อัตราการมอดูเลตสัญญาณสูง แต่ราคาค่อนข้างสูงและเหมาะสำหรับการส่งสัญญาณดิจิตอลทางไกลความเร็วสูง หน้าที่ของใยแก้วนำแสงคือการส่งสัญญาณแสงที่ปลายการส่งไปยังจุดสิ้นสุดการรับของสัญญาณออปติกโดยมีการลดทอนและการบิดเบือนให้น้อยที่สุด ปัจจุบันใยแก้วนำแสงโดยทั่วไปจะใช้ในแถบอินฟราเรดใกล้ 0.84& micro; m、 1.31& micro; m、 1.55& micro; mMulti-mode หรือ single-mode quartz fiber ที่มีการส่งผ่านที่ดี ฟังก์ชั่นของปลายรับสัญญาณแสงคือการคืนค่าสัญญาณออปติคอลให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สอดคล้องกันผ่านอุปกรณ์แปลงโฟโตอิเล็กทริก อุปกรณ์แปลงโฟโตอิเล็กทริกโดยทั่วไปใช้โฟโตไดโอดเซมิคอนดักเตอร์หรือโฟโตไดโอดถล่ม ความยาวคลื่นที่เปล่งแสงของแหล่งกำเนิดแสงที่เป็นระบบส่งผ่านใยแก้วนำแสงจะต้องตรงกับแถบความยาวคลื่นของหน้าต่างการสูญเสียต่ำของเส้นใยส่งและแถบตอบสนองสูงสุดของอุปกรณ์ตรวจจับโฟโตอิเล็กทริก อุปกรณ์แปลงแสงอิเล็กโทร - ออปติคอลสำหรับการส่งสัญญาณใช้ความยาวคลื่นการแผ่รังสีกลางที่ 0.84&แอมป์ไมโคร; m ไดโอดเปล่งแสงเซมิคอนดักเตอร์อินฟราเรดใกล้ความสว่างสูงเส้นใยส่งใช้เส้นใยควอตซ์มัลติโหมดและอุปกรณ์แปลงตาแมวที่รับปลายทางใช้ ความยาวคลื่นตอบสนองสูงสุด 0.8& micro; m-0.9& micro; mSilicon โฟโตไดโอด แต่ละส่วนจะแนะนำเพิ่มเติมด้านล่าง

เครื่องส่งสัญญาณแสงพับได้
วงจรการขับขี่และการมอดูเลตของ LED ที่ใช้ในระบบแสดงในรูปที่ 2 การมอดูเลตสัญญาณใช้วิธีการมอดูเลตความเข้มของแสงและโพเทนชิออมิเตอร์ปรับความเข้มของแสงจะถูกส่งไปปรับกระแสขับแบบคงที่ที่ไหลผ่าน LED จึงสอดคล้องกัน การเปลี่ยนพลังงานแสงที่ปล่อยออกมาของ LED ช่วงการปรับกระแสการขับขี่แบบคงที่ที่ตั้งไว้คือ 0-20 mA ซึ่งสอดคล้องกับค่าการแสดงผลของความเข้มของการส่งผ่านแสงที่แผงหน้าปัดค่าการแสดงผลการขับขี่ 0-2000 หน่วยเมื่อกระแสไฟขับเคลื่อนมีขนาดเล็กแสง ไดโอดเปล่งพลังงานและกระแสขับโดยทั่วไปเป็นเชิงเส้นเสียงสัญญาณจะเชื่อมต่อกับขั้วอินพุตเชิงลบของแอมป์ออปอื่นหลังจากถูกแยกโดยตัวเก็บประจุเครือข่ายตัวต้านทานและแอมป์ออปและซ้อนทับด้วยกระแสไฟฟ้าสถิตย์ของไฟ - ไดโอดเปล่งแสงเพื่อให้ไดโอดเปล่งแสงส่งสัญญาณออปติคอลที่เปลี่ยนไปตามสัญญาณเสียงจากนั้นผ่านตัวเชื่อมต่อใยแก้วนำแสง Th เป็นสัญญาณออปติกที่เชื่อมต่อกับเส้นใยส่ง ความถี่สัญญาณที่ส่งผ่านต่ำสุดสามารถกำหนดได้โดยเครือข่ายตัวเก็บประจุและตัวต้านทานและการตอบสนองความถี่ต่ำของระบบไม่เกิน 20Hz

ตัวรับสัญญาณแสงพับได้
เป็นแผนภาพหลักการทำงานของจุดสิ้นสุดการรับสัญญาณแสง เส้นใยส่งจะจับคู่สัญญาณออปติกจากจุดสิ้นสุดการส่งไปยังโฟโตไดโอดของอุปกรณ์แปลงโฟโตอิเล็กทริกผ่านตัวเชื่อมต่อใยแก้วนำแสง โฟโตไดโอดแปลงสัญญาณออปติคัลเป็นสัญญาณปัจจุบันตามสัดส่วน ไดโอดควรมีความเอนเอียงย้อนกลับเมื่อใช้งานและสัญญาณโฟโตเคอร์เรนต์จะถูกแปลงเป็นสัญญาณแรงดันไฟฟ้าตามสัดส่วนโดยการแปลงแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันของแอมป์ออป สัญญาณเสียงที่อยู่ในสัญญาณแรงดันไฟฟ้านั้นเชื่อมต่อกับเครื่องขยายเสียงเพื่อขับลำโพงไปยังเสียงผ่านตัวเก็บประจุและความต้านทาน โดยทั่วไปการตอบสนองความถี่ของโฟโตไดโอดจะสูงและการตอบสนองความถี่สูงของระบบส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความถี่ในการตอบสนองของเครื่องขยายเสียงที่ใช้งานได้

ไฟเบอร์เกียร์
ในปัจจุบันใยแก้วนำแสงที่ใช้ในการสื่อสารด้วยแสงโดยทั่วไปจะใช้เส้นใยซิลิกา ถูกปกคลุมด้วยชั้นหุ้มที่มีดัชนีหักเหขนาดเล็ก n1 ภายในแกนกลางที่มีดัชนีหักเหขนาดใหญ่ n2 แสงจะกระจายอย่างเต็มที่บนส่วนเชื่อมต่อระหว่างแกนและกาบ การสะท้อนถูก จำกัด ไม่ให้แพร่กระจายในแกนกลางของเส้นใย ดังแสดงในรูปที่ 5 ใยแก้วนำแสงเป็นท่อนำคลื่นอิเล็กทริกชนิดหนึ่ง แสงถูกล็อคไว้ในใยแก้วนำแสงและสามารถส่งผ่านไปตามใยแก้วนำแสงเท่านั้น เส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางของใยแก้วนำแสงโดยทั่วไปมีขนาดตั้งแต่ไม่กี่ไมครอนถึงหลายร้อยไมครอน ตามโหมดการส่งผ่านแสงสามารถแบ่งออกเป็นเส้นใยหลายโหมดและเส้นใยโหมดเดียวและสามารถแบ่งออกเป็นประเภทขั้นตอนของดัชนีการหักเหของแสงและเส้นใยที่ให้คะแนนดัชนีการหักเหของแสงตามวิธีการกระจายดัชนีการหักเหของแสงแบบต่างๆ เส้นใยชนิดขั้นตอนของดัชนีการหักเหของแสงประกอบด้วยสื่อโคแอกเซียลสมมาตรแบบวงกลมสองอันซึ่งทั้งสองแบบมีพื้นผิวที่สม่ำเสมอกัน แต่มีดัชนีการหักเหของแสงที่แตกต่างกัน ดัชนีหักเหของชั้นนอกต่ำกว่าชั้นใน

เส้นใยดัชนีที่ให้คะแนนเป็นเส้นใยชนิดหนึ่งที่มีดัชนีการหักเหของแสงถูกจัดลำดับตามส่วนตัดขวางของเส้นใย จุดประสงค์ของการเปลี่ยนดัชนีการหักเหของแสงคือการทำให้ความเร็วกลุ่มของโหมดต่างๆใกล้เคียงกันซึ่งจะช่วยลดการกระจายตัวของกิริยาและเพิ่มแบนด์วิดท์การสื่อสาร เส้นใยชนิดขั้นตอนดัชนีการหักเหของแสงหลายโหมดทำให้เกิดการกระจายระหว่างโหมดเนื่องจากความเร็วกลุ่มที่แตกต่างกันของการส่งข้อมูลแต่ละโหมดและแบนด์วิดท์การส่งมี จำกัด เส้นใยที่ให้คะแนนดัชนีการหักเหของแสงแบบหลายโหมดจะเพิ่มแบนด์วิดท์ในการส่งสัญญาณเนื่องจากการกระจายดัชนีการหักเหของแสงแบบพิเศษซึ่งทำให้ความเร็วกลุ่มของการส่งแต่ละโหมดเท่ากัน ไฟเบอร์โหมดเดียวคือไฟเบอร์ที่ส่งสัญญาณโหมดออปติคอลเดียวเท่านั้นและไฟเบอร์โหมดเดียวสามารถส่งแบนด์วิดท์ของสัญญาณสูงสุด ในปัจจุบันเส้นใยแสงโหมดเดียวส่วนใหญ่จะใช้ในการสื่อสารทางแสงทางไกล

ตัวบ่งชี้ทางเทคนิคหลักของเส้นใยซิลิกา ได้แก่ ลักษณะการลดทอนค่ารูรับแสงเชิงตัวเลขและการกระจายตัว รูรับแสงเชิงตัวเลข: รูรับแสงเชิงตัวเลขจะอธิบายลักษณะของเส้นใยควบคู่ไปกับแหล่งกำเนิดแสงเครื่องตรวจจับและอุปกรณ์ออปติกอื่น ๆ ขนาดของมันสะท้อนให้เห็นถึงความสามารถของใยแก้วนำแสงในการรวบรวมแสง ดังแสดงในรูปที่ 5 การตกกระทบของแสงที่หน้าท้ายของใยแก้วนำแสงภายในมุมทึบ2θmaxจะสะท้อนโดยสิ้นเชิงที่ส่วนต่อประสานภายในของใยแก้วนำแสงที่จะส่งและแสงตกกระทบที่ด้านท้ายของใยแก้วนำแสงด้านนอก ช่วง2θmaxคืออินเทอร์เฟซภายในของเส้นใยไม่สร้างการสะท้อนทั้งหมด แต่ถูกส่งไปยังการหุ้มและถูกลดทอนทันที ค่ารูรับแสงที่เป็นตัวเลขของเส้นใยถูกกำหนดเป็น: NA=Sinθmaxโดยทั่วไปค่าของมันจะอยู่ระหว่าง 0.1 ถึง 0.6 และ correspondingmax ที่สอดคล้องกันอยู่ระหว่าง 90 ถึง 330 เส้นใยมัลติโหมดมีรูรับแสงตัวเลขขนาดใหญ่และรูรับแสงที่เป็นตัวเลขของเส้นใยโหมดเดี่ยว มีขนาดค่อนข้างเล็กดังนั้นเส้นใยโหมดเดี่ยวโดยทั่วไปจึงต้องการเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ LD เป็นแหล่งกำเนิดแสง