Les fibres optiques sont un exemple de la façon dont les connaissances scientifiques se traduisent par des progrès technologiques, facilitant ainsi la vie de l'individu moyen. Depuis plusieurs années, la fibre optique est associée aux moyens de communication pour la transmission de signaux électriques. Des filaments fins de la taille d'un cheveu humain peuvent être utilisés pour transmettre une large gamme de signaux nécessaires au fonctionnement d'un téléphone, d'une connexion Internet, d'une télévision, etc. Bien sûr, en raison de ses hautes performances, la fibre optique a trouvé une utilisation non seulement dans besoins domestiques.
Technologie de transmission de signal optique
En soi, l'utilisation de la fibre optique comme traducteur de signal n'est qu'une partie des connaissances divulguées qui sont explorées dans la section scientifique de la fibre optique. Les spécialistes dans ce domaine étudient la transmission de l'information et la propagation de la lumière, et dans un même contexte, unis par des guides de lumière. Ces derniers servent à la fois de diffuseurs de lumière et de transmetteurs d'informations. Soit dit en passant, les tendances modernes dans le développement des technologies laser sont basées sur les LED. Dans ce cas, une autre question est plus intéressante - quel phénomène est à la base de la fibre optique ? Ce phénomèneréflexion interne du rayonnement électromagnétique (total) à l'interface entre des diélectriques ayant des indices de réfraction différents. De plus, le support d'informations n'est pas du tout un signal électromagnétique, mais un flux lumineux codé. Pour comprendre le degré de supériorité des câbles à fibres optiques sur les câbles métalliques traditionnels, il convient une fois de plus de se référer à leur bande passante. Le fil de fibre déjà mentionné, dont l'épaisseur ne dépasse pas 0,5 mm, est capable de transmettre une quantité d'informations qu'un câblage en cuivre ordinaire ne servira qu'avec une épaisseur de 50 mm.
Méthodes de fabrication de fibres optiques
Il existe deux principales méthodes de fabrication de la fibre optique. C'est une technique d'extrusion et de fusion utilisant des préformes. La première technologie permet d'obtenir un matériau de mauvaise qualité à base de plastique, elle n'est donc pratiquement pas utilisée aujourd'hui. La deuxième méthode est considérée comme la principale et la plus efficace. Une préforme est une préforme qui se trouve dans une structure conçue pour tréfiler des fils. Selon les normes modernes, les préformes peuvent mesurer jusqu'à plusieurs dizaines de mètres de haut. Extérieurement, il s'agit d'une tige de verre d'environ 10 cm de diamètre, à partir de laquelle le noyau du fil est fondu. Pendant le processus de fabrication, le noyau, ainsi que le mélange pour les fibres, est chauffé à des températures élevées, après quoi les filaments sont formés. La longueur du matériau résultant peut atteindre plusieurs kilomètres, bien que le diamètre reste inchangé - il est contrôlé par des régulateurs automatisés. Selon l'endroit où la fibre optique sera utilisée, le matériau pourIl peut être prétraité avec des revêtements qui offrent une protection chimique et physique. Quant aux mélanges de filaments eux-mêmes, ils comprennent généralement des matériaux tels que le polyimide, l'acrylate et le silicone.
Caractéristiques de conception de la fibre
La partie centrale du fil est le noyau - le noyau même de la fibre, qui diffusera la lumière pendant le fonctionnement. Le noyau se caractérise par des indices de réfraction de la lumière accrus, obtenus en utilisant un dopage au verre modifié par des additifs spéciaux. Par exemple, des composants de réfraction typiques comme un dopant sont utilisés pour les fibres de silice. À son tour, la coque effectue plusieurs tâches, dont la principale est la protection physique directe du noyau. Cette partie fournit également l'effet de réfraction, mais avec un coefficient minimum. La frontière entre les deux matériaux forme une structure de guide de lumière qui ne permet pas à la majeure partie de la lumière de s'échapper du noyau. Il convient également de noter que les bases de la fibre optique réfèrent le matériau à des variétés de guides de lumière. Pour être plus précis, nous parlons de guides d'ondes diélectriques qui transmettent des signaux lumineux.
Variétés de fibres optiques
Les plus courantes sont les fibres de quartz, de plastique et de fluorure. Les filaments de quartz sont à base d'oxyde fondu ou de matériaux de structure similaire, y compris l'oxyde de silicium dopé. Cette base permet de produire des fibres souples et longues qui se différencient paret haute résistance mécanique. Les fibres optiques en plastique sont fabriquées à partir de polymères et, comme indiqué précédemment, ne peuvent pas fournir de hautes performances. En particulier, ces threads ont un pourcentage élevé de perte de données, ce qui limite leur utilisation dans des domaines exigeants. D'autre part, l'abordabilité des fibres plastiques maintient la demande de ce matériau dans les directions axées sur le segment des ménages. Quant aux matériaux optiques fluorés, leur base est à base de verres fluorozirconate et fluoroaluminate. Ce sont des solutions assez modernes et technologiques pour assurer la communication optique, mais la teneur en métaux lourds de la structure ne permet pas non plus leur utilisation, par exemple dans l'industrie médicale.
Équipement de mesure des fibres
Les équipements les plus couramment utilisés dans les kits de fibre optique sont les capteurs et les réseaux de Bragg. Les capteurs à fibre optique sont des dispositifs conçus pour fixer certaines valeurs qui caractérisent l'état actuel du matériau. Par exemple, différents capteurs peuvent détecter les contraintes mécaniques, la température, les vibrations, la pression et d'autres quantités. Le réseau de Bragg dans sa fonction est plus proche des caractéristiques optiques. Il corrige une perturbation de réfraction apériodique dans le coeur de la fibre. Cette mesure vous permet de déterminer l'efficacité de la fibre optique dans la transmission d'un signal dans des conditions spécifiques. De plus, les experts utilisent l'optiqueréflectomètre qui enregistre la dissipation et la résistance.
Amplificateurs et lasers à fibre optique
C'est le produit le plus avancé développé sur la base de la technologie de la fibre optique. Contrairement à d'autres types de lasers, l'utilisation de filaments optiques permet de créer des dispositifs compacts et en même temps performants. En particulier, la technologie de la fibre optique a permis de remplacer les dispositifs laser classiques avec les avantages suivants:
- Efficacité du dissipateur thermique.
- Radiation de sortie accrue.
- Pompage efficace.
- Haute fiabilité et stabilité du laser.
- Équipement léger.
À leur tour, les amplificateurs, selon le type, peuvent également être utilisés dans les lignes du réseau domestique, augmentant ainsi les performances de la ligne de fibre principale. Cependant, la portée de l'exploitation de la fibre mérite d'être examinée plus en détail.
À quoi sert la fibre optique ?
Il existe plusieurs domaines dans lesquels les matériaux à fibres optiques sont utilisés. Il s'agit de la sphère des usages domestiques, des équipements de télécommunications et des équipements informatiques, ainsi que des créneaux très spécialisés, dont certains domaines de la médecine. Pour chacun de ces segments, des fibres optiques spéciales sont produites. L'application en tant que moyen typique de transmission d'un signal TV ou Internet, par exemple, est limitée aux modèles en plastique bon marché de qualité moyenne. Mais pour les équipements laser et coûteuxles dispositifs médicaux utilisent des fibres de quartz de haute qualité, également fournies avec des modificateurs supplémentaires.
Application de la fibre optique en médecine
Ces fibres peuvent être utilisées dans les équipements et instruments médicaux. La technologie standard suggère la possibilité d'introduire un dispositif spécial basé sur des fibres de lumière réfractées, qui peut transmettre un signal à une caméra de télévision externe déjà dans l'organe du corps lui-même. La fibre optique est utilisée en médecine et comme matériau d'éclairage. Des appareils équipés de modules fibre permettent d'éclairer sans douleur les cavités de l'estomac, du nasopharynx, etc.
Utilisation de la fibre optique dans les équipements informatiques
C'est peut-être le créneau le plus courant dans lequel la fibre optique a trouvé sa place. Aujourd'hui, les lignes de communication entre les appareils individuels qui transmettent des informations ne peuvent plus s'en passer. Bien sûr, cela s'applique aux domaines dans lesquels il est impossible ou peu pratique d'utiliser des connexions sans fil, qui remplacent également activement les câbles en tant que tels. Par exemple, les plus grandes entreprises de télécommunications installent des réseaux fédérateurs interrégionaux qui utilisent la fibre optique. L'utilisation de tels canaux pour connecter des équipements périphériques et des consommateurs ordinaires de services de télécommunications vous permet d'optimiser les coûts financiers de maintenance de l'infrastructure du réseau et d'augmenter également l'efficacité de la transmission de données elle-même.
Inconvénients de la fibre
Malheureusement, les fils optiques ne sont pas sans faiblesses. Bien que la maintenance d'un tel câblage soit moins chère, sans parler de l'absence de nécessité de mises à jour fréquentes, le coût du matériel lui-même est beaucoup plus élevé que les mêmes homologues métalliques. De plus, la fibre optique et son utilisation en médecine sont extrêmement limitées en raison de la teneur en impuretés de plomb et de zirconium de certains alliages, qui sont toxiques pour l'homme. Cela s'applique principalement aux modèles en verre de la plus haute qualité, et non à ceux en plastique.
Production de fibre optique en Russie
Dans le cadre du programme de substitution des importations en 2015, l'usine Optical Fiber Systems a été ouverte en Mordovie. C'est la seule entreprise de la Fédération de Russie qui essaie actuellement de répondre dans la mesure du possible aux besoins des consommateurs nationaux en fibre optique. Jusqu'en 2015, l'industrie russe était également engagée dans la fabrication de matériaux à fibres optiques, mais uniquement dans le cadre de projets ciblés individuels. La même situation persiste dans une certaine mesure aujourd'hui. Si une certaine entreprise a besoin de fibre optique et que son utilisation en médecine ou dans le domaine des télécommunications est financièrement justifiée, de nombreuses usines sont prêtes à travailler sur de telles commandes spéciales sur une base individuelle. Cependant, dans un avenir proche, seule l'usine mordovienne produira la production en série des mêmes câbles à fibres optiques. De plus, elle n'est pas encore en mesure d'approvisionner le marché en fonction du volume de la demande. Une part importante des produits est toujours achetée aux États-Unis et au Japon. Et même les produits nationaux sont fabriqués à partir de produits importésmatières premières.
Conclusion
Les produits à fibre optique constituent un segment de marché depuis environ 15 à 20 ans. Au fil des ans, le consommateur a pu apprécier les mérites des nouveaux câbles, mais les progrès ne s'arrêtent pas. Avec l'amélioration des qualités techniques et physiques, les domaines d'application du matériau s'élargissent également. La dernière fibre basée sur la nanotechnologie, en particulier, est activement utilisée dans l'industrie pétrolière et gazière et l'industrie de la défense. À son tour, la fibre optique non linéaire ne développe actuellement que des domaines technologiques conceptuels mais très prometteurs. Parmi eux figurent les impulsions laser à compression, les solitons optiques, le rayonnement optique ultracourt, etc. Évidemment, en plus des recherches théoriques avec des découvertes possibles et dans le cadre de connaissances purement scientifiques, de nouveaux développements permettront également de proposer de nouvelles offres aux consommateurs de différents niveaux sur le marché.
