Волоконная оптика - метод передачи света через прозрачные гибкие волокна из стекла или пластика. Волокна, называемые оптическими волокнами, могут направлять свет по кривой. Пучки параллельных волокон можно использовать для освещения и наблюдения за труднодоступными местами. Оптические волокна из очень чистого стекла способны переносить свет на большие расстояния от нескольких дюймов или сантиметров до более 100 миль (160 км) с небольшим затемнением. Кабели, содержащие такие волокна, используются в некоторых типах систем связи. Некоторые отдельные волокна тоньше человеческого волоса и имеют диаметр менее 0,00015 дюйма (0,004 мм).
Волоконная оптика основана на оптическом явлении, известном как полное внутреннее отражение. В простейшей форме оптического волокна свет, попадающий на один конец волокна, попадает на границу волокна и отражается внутрь. Свет проходит через волокно в виде последовательности зигзагообразных отражений, пока не выйдет из другого конца волокна. Другие формы оптических волокон сконструированы таким образом, что зигзагообразное движение света значительно сокращается или практически устраняется.
Большинство производимых сегодня оптических волокон состоит как минимум из двух частей: сердцевины, через которую проходит свет, и защитной оболочки (стеклянной или пластиковой), которая окружает сердцевину и помогает предотвратить утечку света из сердцевины. Облицовка изгибает или отражает внутрь световые лучи, падающие на ее внутреннюю поверхность. Детектор, такой как светочувствительное устройство или человеческий глаз, принимает свет на другом конце волокна.
Жгуты оптических волокон когерентны или некогерентны. В связном пучке волокна расположены так, что можно передавать изображения, а также освещение. В некогерентных пучках волокна не расположены каким-либо определенным образом и могут передавать только свет. Существует два основных типа оптических волокон: одномодовые волокна и многомодовые волокна. Одномодовые волокна предназначены для передачи одного луча в качестве несущей и используются для высокоскоростной передачи сигнала на большие расстояния. У них намного меньшие сердцевины, чем у многомодовых волокон, и они принимают свет только вдоль оси волокон. Крошечные лазеры направляют свет прямо в волокно.
Соединители с низкими потерями могут использоваться для соединения волокон в системе без снижения светового сигнала. Такие разъемы также соединяют волокна с детектором. Многомодовые волокна предназначены для переноса нескольких световых лучей. У них намного больший диаметр сердцевины, чем у одномодовых волокон, и они принимают свет под разными углами. В многомодовых волокнах используется больше типов источников света и более дешевые соединители, чем в одномодовых волокнах. В основном они используются для связи на более короткие расстояния.
Оптические волокна используются во многих случаях. В медицине оптические волокна позволяют врачам смотреть и работать внутри тела через крошечные разрезы, не прибегая к хирургическому вмешательству. Они используются в эндоскопических инструментах для осмотра внутренних частей полых органов тела. У большинства эндоскопов есть два набора волокон: внешнее кольцо из некогерентных волокон, которые доставляют свет, и внутренний когерентный пучок, передающий изображение. Эндоскопы могут быть разработаны для исследования определенных областей. Например, врачи используют артроскоп для исследования коленей, плеч и других суставов. В некоторых моделях третий набор волокон передает лазерный луч, который используется для остановки кровотечения или для сжигания пораженных тканей. Температуру тела можно измерить с помощью оптического волокна. Их также можно использовать для введения в кровеносные сосуды для быстрого,точный анализ химического состава крови.
В научных исследованиях и производстве оптоволоконные устройства переносят свет в опасные зоны, вакуумные камеры и замкнутые пространства внутри машин и из них. В некоторых приборах в качестве чувствительного элемента используются оптоволоконные катушки; Изменения в волокне, вызванные изменениями давления, температуры или некоторых других условий, вызывают заметное изменение свойств света, проходящего через волокно. Оптические волокна используются для измерения температуры, давления, ускорения и напряжения в промышленности.
У волоконно-оптических систем связи есть ряд преимуществ, которые делают их более эффективными, чем системы, в которых используются традиционные медные кабели. Они обладают гораздо большей пропускной способностью, не подвержены влиянию электрических помех и требуют меньшего количества усилителей, чем системы с медным кабелем. Как часть системы связи, оптическое волокно передает информацию в виде световых сигналов, обычно в виде вспышек света. Сигналы генерируются небольшим полупроводниковым лазером или светоизлучающим диодом (LED) на одном конце волокна и обнаруживаются светочувствительным устройством на другом конце. Волоконно-оптический кабель может передавать гораздо больше информации, чем электрический кабель того же размера. Основное применение волоконно-оптического кабеля - это связь между телефонными станциями.Многие коммуникационные компании установили большие сети оптоволоконных кабелей на континентах и под океанами для предоставления информации по всему миру.
Первые исследования волоконной оптики были сделаны в конце 1800-х годов, но практическое развитие началось только в начале 1950-х годов. Развитие волоконной оптики было стимулировано появлением лазеров в начале 1960-х годов и производством первых оптических волокон из очень чистого стекла в 1970 году. Коммерческое использование волоконной оптики, особенно в системах связи, быстро развивалось в 1980-х годах.
