En 1966,
Charles Kao Kuen , científico y nativo de China, presentó los resultados de su propia investigación al mundo. El mensaje principal de su desarrollo fue que la comunicación óptica se puede organizar utilizando fibra de vidrio. En su trabajo, Kao presentó al mundo las características de diseño únicas de la fibra y sus materiales. El investigador científico puede considerarse legítimamente la base de las telecomunicaciones de fibra óptica en la actualidad. La primera mención del término "fibra óptica" fue utilizada por primera vez en 1956 por NS Kapany de los Estados Unidos.
Hoy en día, las tecnologías de comunicación de fibra óptica han penetrado con tanta firmeza en nuestras vidas que ya no vemos nada sorprendente en ellas y percibimos su presencia, así como la presencia de un sistema de suministro de agua en un edificio de apartamentos. Por lo tanto, en esta publicación me gustaría hablar más sobre óptica y contar algunos datos interesantes sobre la tecnología en la que se basa la comunicación moderna de alta velocidad.
Un poco de historia
Durante la historia del desarrollo de la fibra óptica, se han llevado a cabo muchos estudios y experimentos interesantes. Veamos solo algunos de ellos.
El físico inglés John Tyndall realizó un experimento con el reflejo de un haz de luz en una corriente de agua, una descripción de la cual registró en su libro.
"Si el ángulo en el que un rayo de luz cae del agua al aire (es decir, el ángulo entre la superficie de dos medios y una perpendicular) excede los 48 grados, entonces el rayo no sale del agua, se refleja completamente desde el límite agua-aire ... Si el ángulo más pequeño la caída a la que se observa una reflexión interna completa, llamada ángulo límite, entonces para el agua será igual a 48 ° 27 ", para vidrio incoloro (vidrio de sílex) - 38 ° 41", y para diamante - 23 ° 42 ", escribe Tyndall.
Configuración experimental de John TyndallEste experimento, si lo desea, puede ser puesto en casa por cualquier persona. Puntero láser necesita brillar en diferentes ángulos en el baño con un chorro de agua del grifo. En cierto ángulo, el haz de luz se reflejará completamente en la corriente de agua.
Se puede hacer un experimento similar con una linterna. Para hacer esto, en una botella de plástico transparente debe hacer un agujero en el costado. Pasamos agua a través de la botella y comenzamos a hacer brillar una linterna en el lado opuesto de la botella. Si sustituimos la palma, entonces se reflejará un punto de luz sobre ella.
La conversación activa sobre los LED de fibra comenzó en los años cincuenta del siglo pasado. Luego comenzaron a hacerlos con varios tipos de materiales transparentes. Pero la transparencia de esos materiales no fue suficiente para una buena conductividad de la luz.
En esos años, la Unión Soviética incluso superó a Occidente en el campo de la fibra óptica. La primera línea de comunicación óptica se lanzó en la URSS en 1977 en Zelenograd. El canal fue creado para conectar la Zona Industrial del Norte y la administración de la ciudad. Fue fabricado en un cable óptico desarrollado por una oficina especial de diseño de la industria del cable (OKB KP), que forma parte de Radioelectronic Technologies Concern (KRET) de Rostec State Corporation, que se especializa en la producción de cables y conjuntos de cables.
En mayo de 1981, la URSS emitió el Decreto del Comité Central del PCUS y del Consejo de Ministros de la URSS "Sobre el desarrollo e implementación de sistemas de comunicación de fibra óptica y transferencia de información". Este evento fue un impulso para el desarrollo de las comunicaciones de fibra óptica y un aumento en el número de desarrollos en este campo.
A principios de los años 60, primero en la URSS y luego en Occidente, los científicos llegaron a la conclusión de que la absorción de luz del vidrio depende en gran medida de los materiales colorantes y los productos de corrosión de los refractarios. Se demostró experimentalmente que la absorción de luz del vidrio perfectamente limpio es tan pequeña que queda fuera de la sensibilidad de los instrumentos de medición.
En 1966, un grupo de científicos dirigido por Charles Kuen Kao llegó a la conclusión de que el vidrio de cuarzo sería el material más adecuado para las comunicaciones de fibra óptica. Incluso entonces, Kao creía que con la ayuda de la óptica sería posible transmitir información y pronto este tipo de comunicación reemplazaría la transmisión de la señal a través de cables de cobre.
Tres años después, Kao recibió una fibra con un coeficiente de atenuación de 4 dB / km. Este resultado fue la primera instancia de vidrio ultra claro. Un año después, Corning Incorporated produjo fibras con un perfil de índice de refracción escalonado y alcanzó un factor de amortiguación de 20 dB / km a una longitud de onda de 633 nm. Por primera vez, una fibra de cuarzo transmitió un haz de luz a una distancia de hasta 2 kilómetros.
De acuerdo a un ritmo similar, la transferencia de datos cuánticos se está desarrollando ahora. Un poquito, pero un poquito. Como experimento y uso comercial en distancias cortas.
¿Dónde se usa la fibra además de las telecomunicaciones?
Hoy en día, la fibra se usa en muchas industrias además de las telecomunicaciones. Estas son máquinas de rayos X, donde proporcionan aislamiento galvánico entre una fuente de alto voltaje y un equipo de control de bajo voltaje. Por lo tanto, el personal y los pacientes reciben aislamiento de la parte de alto voltaje del equipo. La fibra se utiliza en celdas de subestaciones eléctricas como sensor del sistema de protección.
Se utilizan extensivamente fibras ópticas en varios tipos de sistemas de medición, donde es imposible usar aparatos eléctricos tradicionales. Por ejemplo, en sistemas de medición de temperatura en motores a reacción de un avión, en dispositivos de resonancia magnética (dispositivos médicos tomográficos para examinar órganos internos, incluido el cerebro), etc. Los sensores basados en fibras ópticas pueden medir la frecuencia de vibraciones, rotación, desplazamiento, velocidad y aceleración, Par, torsión y otros parámetros.
Hoy en día, se utilizan giroscopios basados en fibra óptica, que funcionan sobre la base del efecto Sagnac. Tal giroscopio no tiene partes móviles, lo que lo hace muy confiable. A pesar del hecho de que los sistemas de navegación modernos utilizan una gran cantidad de sensores diferentes, gracias a los cuales se determina la posición del objeto, el sistema más independiente solo se puede crear sobre la base de giroscopios de fibra óptica.
La óptica es ampliamente utilizada en alarmas antirrobo. Dicho sistema de seguridad se organiza de la siguiente manera: cuando un atacante penetra en el territorio, las condiciones para el paso de la luz a través de una fibra cambian y se activa una alarma.
Un ejemplo de implementación de un giroscopio de fibra óptica
Módulo de medición de inercia de fibra óptica de tres ejes de la serie ASTRIX fabricado por AIRBUS DEFENSE & SPACE; El modulador LiNb03 está integrado en el sensor en cada dirección.La fibra se utiliza activamente con fines decorativos, como decoración para vacaciones, en arte y publicidad.
Se desarrollan constantemente nuevos tipos de fibras ópticas. Por ejemplo, fibras de cristal fotónico. La distribución de la luz en ellos se basa en principios ligeramente diferentes. Dicha fibra se puede usar como sensores de líquidos, químicos y gases. Además, se puede utilizar para transportar radiaciones potentes con fines industriales o médicos.
Los láseres de fibra con varias decenas de kilovatios de potencia de radiación continua ya no son nuevos. Las armas basadas en láseres de 6 fibras y 5,5 kW se probaron en la Marina de los EE. UU. En 2014. Los láseres de fibra cortan metal y hormigón. Por ejemplo, la máquina de corte de metales IPG Photonics tiene una potencia de 100 kW.
El desarrollo de la fibra óptica está en marcha, con la ayuda de la cual sería posible transmitir potencia de radiación láser de varios kilovatios. En teoría, se considera posible la transmisión de radiación con una potencia de 10 kW a lo largo de una fibra con una longitud de 250 m con un diámetro de núcleo de 150 μm.
Fibra de cristal fotónico
También vale la pena señalar que hoy en día las fibras multinúcleo se están desarrollando activamente. Su uso aumentará significativamente el rendimiento general de los enlaces de fibra óptica.
La fibra ya supera los cincuenta, pero la tecnología claramente no se va a retirar. Las innovaciones en el campo de la fibra óptica aparecen regularmente y las telecomunicaciones están lejos de ser la única industria interesada en el desarrollo de la tecnología.