Em 1966,
Charles Kao Kuen , um cientista e natural da China, apresentou os resultados de sua própria pesquisa ao mundo. A principal mensagem de seu desenvolvimento foi que a comunicação óptica pode ser organizada usando fibra de vidro. Em seu trabalho, Kao apresentou ao mundo os recursos de design exclusivos da fibra e de seus materiais. Atualmente, o cientista pesquisador pode ser considerado a base das telecomunicações por fibra óptica. A primeira menção ao termo "fibra óptica" foi usada pela primeira vez em 1956 por NS Kapany dos EUA.
Hoje, as tecnologias de comunicação por fibra ótica penetram tão firmemente em nossas vidas que não vemos mais nada de surpreendente nelas e percebemos sua presença e a presença de um sistema de abastecimento de água em um prédio de apartamentos. Portanto, nesta publicação, gostaria de falar mais sobre óptica e contar alguns fatos interessantes sobre a tecnologia na qual a comunicação moderna de alta velocidade se baseia.
Um pouco de história
Durante a história do desenvolvimento da fibra óptica, muitos estudos e experiências interessantes foram realizados. Vamos olhar apenas para alguns deles.
O físico inglês John Tyndall conduziu um experimento com o reflexo de um feixe de luz em um fluxo de água, cuja descrição ele registrou em seu livro.
“Se o ângulo no qual um raio de luz cai da água para o ar (ou seja, o ângulo entre a superfície de duas mídias e uma perpendicular) excede 48 graus, o feixe não sai da água - ele é completamente refletido a partir do limite água-ar ... Se o menor ângulo a queda na qual a reflexão interna completa é observada, denominada ângulo limite, para a água será igual a 48 ° 27 ", para o vidro incolor (vidro de sílex) - 38 ° 41" e para o diamante - 23 ° 42 ", escreve Tyndall.
Instalação experimental de John TyndallEsse experimento, se desejado, pode ser colocado em casa por qualquer pessoa. Ponteiro laser, você precisa brilhar em diferentes ângulos no banheiro com um fluxo de água da torneira. Em um determinado ângulo, o feixe de luz será completamente refletido no fluxo de água.
Um experimento semelhante pode ser feito com uma lanterna. Para fazer isso, em uma garrafa de plástico transparente, você precisa fazer um buraco na lateral. Passamos a água pela garrafa e começamos a acender uma lanterna no lado oposto da garrafa. Se substituirmos a palma da mão, um ponto de luz será refletido nela.
A conversa ativa sobre os LEDs de fibra começou nos anos cinquenta do século passado. Então eles começaram a fazê-los a partir de vários tipos de materiais transparentes. Mas a transparência desses materiais não era suficiente para uma boa condutividade da luz.
Naqueles anos, a União Soviética chegou a ultrapassar o Ocidente no campo da fibra óptica. A primeira linha de comunicação óptica foi lançada na URSS em 1977 em Zelenograd. O canal foi criado para conectar a Zona Industrial do Norte e a administração da cidade. Foi fabricado em cabo óptico desenvolvido por uma agência de design especial da indústria de cabos (OKB KP), que faz parte da Radioelectronic Technologies Concern (KRET) da Rostec State Corporation, especializada na produção de cabos e conjuntos de cabos.
Em maio de 1981, a URSS emitiu o Decreto do Comitê Central do PCUS e do Conselho de Ministros da URSS "Sobre o desenvolvimento e a implementação de sistemas de comunicação por fibra óptica e transferência de informações". Este evento foi um impulso para o desenvolvimento das comunicações por fibra ótica e um aumento no número de desenvolvimentos nesse campo.
No início dos anos 60, primeiro na URSS e depois no Ocidente, os cientistas chegaram à conclusão de que a absorção de luz do vidro depende fortemente dos materiais corantes e dos produtos da corrosão dos refratários. Foi provado experimentalmente que a absorção de luz do vidro perfeitamente limpo é tão pequena que fica fora da sensibilidade dos instrumentos de medição.
Em 1966, um grupo de cientistas liderados por Charles Kuen Kao chegou à conclusão de que o vidro de quartzo seria o material mais adequado para as comunicações por fibra óptica. Mesmo assim, Kao acreditava que com a ajuda da óptica seria possível transmitir informações e logo esse tipo de comunicação substituiria a transmissão do sinal por fios de cobre.
Três anos depois, Kao recebeu uma fibra com um coeficiente de atenuação de 4 dB / km. Este resultado foi a primeira instância de vidro ultra-claro. Um ano depois, a Corning Incorporated produziu fibras com um perfil de índice de refração escalonado e atingiu um fator de amortecimento de 20 dB / km a um comprimento de onda de 633 nm. Pela primeira vez, uma fibra de quartzo transmitiu um feixe de luz a até 2 quilômetros de distância.
Concorde em um ritmo semelhante, a transferência de dados quânticos está se desenvolvendo agora. Um pouco, mas um pouco. Como experimento e uso comercial em curtas distâncias.
Onde a fibra é usada além das telecomunicações?
Hoje, a fibra é usada em muitos setores além das telecomunicações. São máquinas de raios X, onde fornecem isolamento galvânico entre uma fonte de alta tensão e um equipamento de controle de baixa tensão. Assim, a equipe e os pacientes recebem isolamento da parte de alta tensão do equipamento. A fibra é usada em quadros de subestações elétricas como um sensor do sistema de proteção.
Extensivamente fibras ópticas são usadas em vários tipos de sistemas de medição, onde é impossível usar aparelhos elétricos tradicionais. Por exemplo, em sistemas de medição de temperatura em motores a jato de uma aeronave, em dispositivos de ressonância magnética (dispositivos médicos tomográficos para examinar órgãos internos, incluindo o cérebro), etc. Os sensores baseados em fibras ópticas podem medir a frequência de vibrações, rotação, deslocamento, velocidade e aceleração, torque, torção e outros parâmetros.
Hoje, são usados giroscópios baseados em fibra óptica, que operam com base no efeito Sagnac. Esse giroscópio não possui partes móveis, o que o torna muito confiável. Apesar de os modernos sistemas de navegação usarem um grande número de sensores diferentes, graças aos quais a posição do objeto é determinada, o sistema mais independente pode ser criado apenas com base em giroscópios de fibra óptica.
A óptica é amplamente utilizada em alarmes contra roubo. Esse sistema de segurança é organizado da seguinte maneira: quando um invasor penetra no território, as condições para a passagem da luz através de uma fibra mudam e um alarme é acionado.
Um exemplo de implementação de um giroscópio de fibra óptica
Módulo de medição inercial por fibra óptica de três eixos da série ASTRIX fabricado pela AIRBUS DEFENSE & SPACE; O modulador LiNb03 é integrado no sensor em cada direçãoA fibra é usada ativamente para fins decorativos, como decoração de festas, na arte e na publicidade.
Novos tipos de fibras ópticas estão sendo constantemente desenvolvidos. Por exemplo, fibras de cristal fotônico. A distribuição de luz neles é baseada em princípios ligeiramente diferentes. Essa fibra pode ser usada como sensores de líquidos, produtos químicos e gases. Além disso, ele pode ser usado para transportar radiação poderosa para fins industriais ou médicos.
Lasers de fibra com várias dezenas de quilowatts de energia de radiação contínua não são mais novos. Armas baseadas em lasers de 6,5 kW e 6 fibras foram testadas na Marinha dos EUA em 2014. Lasers de fibra cortam metal e concreto. Por exemplo, a máquina de corte de metal IPG Photonics tem uma potência de 100 kW.
O desenvolvimento da fibra óptica está em andamento, com a ajuda da qual seria possível transmitir energia de radiação a laser de vários quilowatts. Em teoria, é considerada possível a transmissão de radiação com uma potência de 10 kW ao longo de uma fibra com um comprimento de 250 m e um diâmetro de núcleo de 150 μm.
Fibra de cristal fotônica
Também é importante notar que hoje as fibras multinúcleo estão sendo ativamente desenvolvidas. Seu uso aumentará significativamente a taxa de transferência geral dos links de fibra óptica.
A fibra já tem mais de cinquenta anos, mas a tecnologia claramente não vai se aposentar. As inovações no campo da fibra óptica aparecem regularmente e as telecomunicações estão longe de ser a única indústria interessada no desenvolvimento de tecnologia.