Характеристика матеріалів, які використовуються для одержання оптичних волокон: властивості кварцу, очищення силікатного скла, полімерні волокна. Дослідження методів та технології виробництва оптичних волокон. Особливості волоконно-оптичних ліній зв"язку.
Аннотация к работе
Сучасні телекомунікації важко представити без волоконно-оптичних ліній звязку. Винахід в 1970 році фахівцями компанії Corning, Ink оптоволокна, що дозволило без ретрансляторів продублювати на ту ж відстань систему передачі даних телефонного сигналу по мідному дроту, прийнято вважати переломним моментом в історії розвитку оптоволоконних технологій. Розробникам удалося створити провідник, який здатний зберігати не менше одного відсотка потужності оптичного сигналу на відстані одного кілометра. За нинішніми мірками це досить скромне досягнення, а тоді, без малого 40 років тому, - необхідна умова, для того, щоб розвивати новий вигляд дротяного звязку. Складається оптоволокно з центрального провідника світла (серцевини) - скляного волокна, оточеного іншим шаром скла - оболонкою, що володіє меншим показником заломлення, чим серцевина.З більшості видів стекол найнижчим поглинанням у видимої області спектру володіє плавлений кварц - за умови високої міри очищення і гомогенності (однорідності по складу). Висока температура плавлення кварцу (1610 З при швидкому нагріві, 1720 З при повільному), з одного боку, вимагає спеціальної технології для виготовлення оптичного волокна, а з іншої - допомагає позбавитися від різних домішок, які випаровуються при нижчих температурах. Стекла, вживані для виготовлення світлопроводів (серцевини і оптичної оболонки), розрізняються показниками заломлення n. У кварц (показник заломлення n = 1,4585 на довжині хвилі 0,589 мкм) додається оксид бору (n = 1,4585 на довжині хвилі 0,589 мкм), що знижує показник заломлення. Інший спосіб знизити показник заломлення плавленого кварцу - додати в нього фтор.Якість очищення силікатного скла (SIO2), вживаного в даний час в оптичних волокнах з малими втратами, наближається до принципової межі, обумовленої властивостями самого скла [5 ]. Концентрації таких включень, як мідь, залізо і ванадій, були понижені до декількох долею на мільярд часток. Допуски серцевини волокон, що випускаються зараз, на розміри і міру відхилення від кругового перетину менше, ніж один мікрон на багато кілометрів довжини. У випадку з оксидними стеклами, до яких відноситься і кварцеве, основні втрати повязані з поглинанням іонами перехідних металів (ванадію, заліза, хрому, міді, кобальту, нікелю, марганцю), а також гідроксильними групами.Полімери мають наступні переваги: з них легко формувати елементи, у тому числі і волоконні, вони дешевші, при їх виготовленні використовуються менші температури, чим для скла. Проте до недавнього часу оптичні втрати в полімерах були набагато вищі, ніж в склі. Проте втрати в полімерах можуть бути зменшені за рахунок зрушення смуги поглинання, повязаною з коливаннями C-H (полімер в основному складається із звязків вуглець-водень). Для цього необхідно замінити водень на фтор і із-за збільшення ефективної маси коливальної системи поглинання зрушиться в інфрачервону область, не використовуваною при передачі зображень[ 4 ]. Стекла і полімери - аморфні матеріали; бувають волокна полікристалічні, їх отримують за допомогою витискування з кристалічного стержня на спеціальній машині - екструдері.Це означає, що по оптичній лінії звязку можна передавати інформацію із швидкістю порядку 1 Терабіт/с.[ 7 ] Кажучи іншими словами, по одному волокну можна передати одночасно 10 мільйонів телефонних розмов і мільйон відеосигналів. Швидкість передачі даних може бути збільшена за рахунок передачі інформації відразу в двох напрямах, оскільки світлові хвилі можуть поширюватися в одному волокні незалежно один від одного. Крім того, в оптичному волокні можуть поширюватися світлові сигнали двох різних поляризацій, що дозволяє подвоїти пропускну спроможність оптичного каналу звязку (рис.2.1). Лабораторні дослідження показали, що на основі таких волокон можуть бути створені лінії звязку з регенераційними ділянками через 4600 км. при швидкості передачі порядка 1 Гбіт/с.Це якщо вважати від моменту появи перших теоретичних робіт, в яких була показана принципова можливість створення світлопроводів 1 з прийнятним, менше 20 ДБ/км, загасанням. А до того ясність, з чого краще всього робити світлопроводи, повністю відсутня: учені досліджували багатокомпонентні склади скла, пропонували навіть використовувати капіляри з рідиною.Осадження відбувається не в місці нагріву полумям, а перед ним - там, куди полумя ще не дійшло. На поверхні трубки утворюється пористий шар окислу, і, рухаючись далі, пальник його проплавляє - склить. Інший метод, яким користується фірма "Корнінг", називають ще зовнішнім осадженням (на відміну від першого - внутрішнього): скло осідає на вогнетривкий стержень прямо з полумя пальника, куди подаються хлориди вихідних речовин. У середину полумя подають суміш хлоридів германію і кремнію, потім шар буферного газу, потім лише хлорид кремнію для чистого скла, потім знову буферний газ, і, врешті-решт, на краю пальника, кисень з воднем - те, що, власне кажучи, і горить. Таким методом можна створювати заготовки, які вистачає на декілька тисяч кілометрів волокна, а в
План
Зміст
Вступ
Розділ 1. Матеріали які використовуються для одержання оптичних волокон
1. Властивості кварцу
2. Очищення силікатного скла
3. Полімерні волокна
Розділ 2. Методи та технологія виробництва оптичних волокон
2.1 Фізичні особливості оптичних волокон
2.2 Технологія виробництва
2.3 Метод осадження з газової фази
Розділ 3. Волоконно-оптичні лінії звязку
3.1 Волоконно-оптичний кабель
3.2 Електронні компоненти систем оптичного звязку
3.3 Перспективи розвитку оптоволоконної технології
3.4 Переваги та недоліки оптоволоконної технології