Recopilación de datos detallados para la tecnología de fibra óptica
Introducción básica Nombre chino: Campos de aplicación de la tecnología de fibra óptica: comunicaciones, electrónica, electricidad, etc. Definición: Ejemplos de nuevos materiales básicos: la transmisión de fibra óptica completa la función de transmisión de energía y se usa ampliamente. Fibra óptica plástica, principio de composición, transmisor de señal óptica, receptor de señal óptica, fibra óptica de transmisión, completa la función de transmisión de energía. La empresa estadounidense utilizó con éxito la fibra óptica para completar la función de transmisión de energía y abrió un nuevo camino en el campo de la energía. En el extremo transmisor utilizan diodos láser semiconductores para convertir la energía eléctrica en luz láser y transmitirla a través de fibras ópticas, y utilizan células solares como dispositivos finales receptores. El dispositivo utiliza como sustrato aislante arseniuro de galio de 300 micras de espesor, que está cubierto con células solares de 20 micras de espesor. Dividido en seis zonas independientes, conectadas en serie mediante puentes aéreos bañados en oro. Cuando la luz láser de una fibra óptica ilumina una célula solar, la energía luminosa se convierte inmediatamente en energía eléctrica. El voltaje generado por cada área es exactamente 1 V y el voltaje de seis áreas conectadas en serie es 6 V, que es suficiente para los circuitos de control de la mayoría de los sensores. Amplia aplicación Si la potencia de los diodos láser continúa aumentando, junto con un sistema completo de transmisión de energía, la transmisión de energía por fibra óptica puede usarse ampliamente en diversos aspectos, como el militar, la industria y el comercio. El Laboratorio Borgen en Francia se especializa en computadoras, equipos electrónicos, procesamiento de señales y tecnología de imágenes, y puede utilizar solitones y pulsos cortos de luz para lograr una transmisión sin pérdidas en fibras ópticas. Esta tecnología resuelve los problemas de dispersión y efectos no lineales sin requerir múltiples dispositivos de regeneración a lo largo del cable. Cuando trabaje, simplemente configure un amplificador cada 100 kilómetros. Las ondas solitarias pueden cruzarse entre sí sin interferir entre sí. Se dice que esta nueva tecnología se puede utilizar en submarinos dentro del rango de 6450-12900 km, lo que puede resolver el problema de las difíciles comunicaciones. Una tecnología de comunicación de fibra óptica con señal portadora irregular desarrollada por expertos estadounidenses en seguridad de las comunicaciones, diseñada específicamente para hacer frente a los cada vez más desenfrenados y sofisticados expertos en escuchas ilegales de la actualidad. Esta tecnología primero convierte información útil, como la voz, en señales de pulsos digitales y luego codifica estas señales de pulsos digitales y las modula en portadoras de microondas aleatorias que cambian irregularmente. Al transmitir, el transmisor láser emite señales portadoras irregulares que transportan información al receptor a través del sistema de comunicación de fibra óptica. El receptor láser del receptor utiliza una tecnología especial para trabajar dinámicamente y sincrónicamente con el dispositivo emisor de láser y finalmente completa la tarea de demodular señales útiles de portadoras irregulares. Al usar esta tecnología, los espías nunca podrán volver a usarla, solo escucharán un ruido confuso. La empresa australiana Linbao desarrolló recientemente una báscula de fibra óptica que utiliza fibra óptica y láser para pesar camiones. Esta báscula de fibra óptica utiliza un tipo de fibra óptica con propiedades resistivas muy específicas. Cuando se somete a presión o tensión, la fibra se deforma ligeramente, provocando que cambien las características del láser. En este momento, el detector aprenderá inmediatamente este cambio y lo convertirá en un cambio de señal eléctrica. para que se refleje en el panel de visualización del instrumento. Como la fibra óptica está hecha de vidrio, es resistente a la humedad y a la radiación. Más importante aún, es fácil de instalar y mantener, y es adecuado para su instalación en carreteras principales urbanas, fábricas, aeropuertos y pistas, almacenes y puertos para un funcionamiento continuo las 24 horas. Por lo tanto, además de pesar, también puede desempeñar una función de seguimiento y la precisión supera con creces a los equipos electrónicos existentes. Fibra óptica plástica Según un informe reciente de la revista estadounidense, una fibra óptica plástica desarrollada por Boston Optical Fiber Company en Massachusetts es 30 veces más rápida que el cable de cobre estándar actual, más liviana, más flexible y de menor costo que la fibra de vidrio. Este tipo de fibra óptica utiliza la refracción de la luz o el salto de la luz en la fibra óptica para lograr velocidades de transmisión más altas y puede transmitir datos a una velocidad de 3 megabits por segundo en un radio de 100 metros. Actualmente se han tendido 370.000 kilómetros de cables ópticos submarinos en todo el mundo, lo que equivale a casi diez veces la vuelta a la Tierra. Y debido a que se utilizan láseres en ambos extremos, no hay necesidad de repetidores para amplificar la señal durante la transmisión, lo que reducirá en gran medida los costos y los cargos por llamadas se reducirán en consecuencia. Se informa que este año se inaugurará el cable óptico submarino más grande del mundo que conectará Europa y Estados Unidos. Se está tendiendo este cable óptico de comunicaciones submarino que conecta el mundo. Es el proyecto más ambicioso en el campo de las comunicaciones del siglo XX y cuenta con el apoyo de 30 organizaciones internacionales de telecomunicaciones de todo el mundo. Abarca el Océano Atlántico, el Mar Mediterráneo, el Mar Rojo y el Océano Índico, y desemboca en el Océano Pacífico a través del Estrecho de Malaca. Tiene una longitud total de casi 320.000 kilómetros, conecta 175 países y regiones y puede realizar 2,4 millones de llamadas telefónicas o transmitir cientos de miles de imágenes comprimidas al mismo tiempo. Todo el proyecto cuesta 654,38+4 mil millones de dólares y se espera que esté terminado en 2003.
Principio de composición La tecnología de fibra óptica generalmente consta de tres partes: un extremo transmisor de señales ópticas, una fibra óptica que transmite señales ópticas y un extremo receptor de señales ópticas. La función del extremo de transmisión de señales ópticas es convertir la señal eléctrica a transmitir en una señal óptica a través de un dispositivo de conversión electroóptico. En la actualidad, el dispositivo de conversión electroóptica en el extremo de transmisión generalmente utiliza diodos emisores de luz o tubos láser semiconductores. La potencia óptica de salida de los diodos emisores de luz es pequeña y la tasa de modulación de la señal es relativamente baja, pero el precio es económico. Su potencia óptica de salida está básicamente relacionada linealmente con la corriente de conducción dentro de un cierto rango, y es más adecuada para breves. -Transmisión de señales analógicas, a distancia y de baja velocidad. Los diodos láser tienen una alta potencia de salida y una alta tasa de modulación de señal, pero son costosos y adecuados para la transmisión de señales digitales, de alta velocidad y a larga distancia. La función de la fibra óptica es transmitir la señal óptica desde el extremo transmisor al extremo receptor de la señal óptica con la menor atenuación y distorsión posible. En la actualidad, las fibras ópticas se utilizan generalmente en la banda del infrarrojo cercano de fibra óptica multimodo o monomodo de 0,84 µm, 1,31 µm, 1,55 µm, que tiene buena transmitancia. La función del receptor de señal óptica es restaurar la señal óptica en la señal eléctrica correspondiente a través de un dispositivo de conversión fotoeléctrica. El dispositivo de conversión fotoeléctrica generalmente utiliza un fotodiodo semiconductor o un fotodiodo de avalancha. La longitud de onda luminosa de la fuente luminosa que constituye el sistema de transmisión de fibra óptica debe coincidir con la banda en la que la fibra de transmisión presenta una ventana de bajas pérdidas y la banda de pico de reverberación del dispositivo de detección fotoeléctrica. El dispositivo de conversión electroóptica en el extremo transmisor adopta una longitud de onda de emisión central de 0,84 y micro; un diodo emisor de luz semiconductor de infrarrojo cercano de alto brillo, la fibra de transmisión adopta fibra óptica multimodo sensible al tiempo y la conversión fotoeléctrica. El dispositivo en el extremo receptor adopta una longitud de onda de reverberación máxima de fotodiodos de silicio de 0,8 µm a 0,9 µm. Las siguientes secciones entran en más detalles. El circuito de excitación y modulación del LED en el sistema de transmisión de señales ópticas se muestra en la Figura 2. La señal se modula mediante modulación de la intensidad de la luz. El potenciómetro de ajuste de la intensidad de la luz transmitida se utiliza para ajustar la corriente estática que fluye a través del LED, cambiando así la potencia de luz emitida del LED en consecuencia. El rango de ajuste de corriente de conducción estática establecido es de 0-20 mA, correspondiente a la intensidad de transmisión de luz del panel que impulsa el valor de visualización de 0-2000 unidades. Cuando la corriente impulsora es pequeña, la potencia de luz emitida por el LED está básicamente relacionada linealmente con la corriente impulsora. La señal de audio se aísla del amplificador operacional a través de una red de condensadores y resistencias, y luego se acopla al terminal de entrada negativo de otro amplificador operacional. Se superpone a la corriente de conducción estática del LED, lo que hace que el LED emita una señal luminosa. cambia con la señal de audio. Esta señal luminosa se acopla a través del acoplador de fibra óptica a la fibra de transmisión. El extremo inferior de la frecuencia a la que se puede transmitir una señal puede determinarse mediante una red de condensadores y resistencias. La reverberación de baja frecuencia del sistema no supera los 20 Hz. El extremo receptor de la señal óptica es el diagrama del principio de funcionamiento del extremo receptor de la señal óptica. La fibra óptica de transmisión acopla la señal óptica enviada desde el extremo transmisor al fotodiodo del dispositivo de conversión fotoeléctrica a través del acoplador de fibra óptica. El fotodiodo convierte la señal óptica en una señal de corriente proporcional a ella. El fotodiodo debe tener polarización inversa cuando se usa, y la señal de fotocorriente se convierte en una señal de voltaje proporcional a ella mediante la conversión de corriente a voltaje del amplificador operacional. La señal de audio contenida en la señal de voltaje se convierte en una señal de voltaje mediante un condensador. La respuesta de frecuencia de los fotodiodos es generalmente alta y la respuesta de alta frecuencia del sistema depende principalmente de la frecuencia de respuesta del amplificador operacional. Fibra óptica de transmisión En la actualidad, la comunicación óptica generalmente utiliza fibra óptica sensible al tiempo. Está cubierto por un revestimiento con un índice de refracción n2 relativamente grande, y la luz se refleja totalmente en la interfaz entre el núcleo y el revestimiento, de modo que su propagación en el núcleo está restringida. Como se muestra en la Figura 5, la fibra óptica es en realidad una guía de ondas dieléctrica. La luz está encerrada en la fibra óptica y solo puede transmitirse a lo largo de la fibra óptica. Dependiendo del modo de luz transmitida, el diámetro del núcleo de las fibras ópticas suele oscilar entre unas pocas micras y cientos de micras. La fibra óptica escalonada de índice de refracción contiene dos medios coaxiales circularmente simétricos. Los dos medios tienen una textura uniforme pero tienen un índice de refracción diferente. El índice de refracción de la capa exterior es menor que el de la capa interior. Una fibra de índice de gradiente es una fibra óptica en la que el índice de refracción cambia gradualmente a lo largo de la sección transversal de la fibra. El propósito de cambiar el índice de refracción es hacer que las velocidades de grupo de varios modos sean similares, reduciendo así la dispersión modal y aumentando el ancho de banda de comunicación. La fibra óptica con pasos de índice de refracción multimodo produce dispersión entre modos debido a las diferentes velocidades de grupo de cada modo de transmisión, y el ancho de banda de transmisión es limitado. La fibra de índice graduado multimodo aumenta el ancho de banda de transmisión de la señal debido a su distribución especial del índice de refracción, haciendo que la velocidad del grupo de cada modo sea la misma. La fibra óptica monomodo es una fibra óptica que solo transmite un único modo óptico. La fibra óptica monomodo puede transmitir el ancho de banda de señal más alto. Actualmente, las comunicaciones ópticas de larga distancia utilizan principalmente fibra óptica monomodo. Los principales indicadores técnicos de la fibra óptica oportuna son las características de atenuación, la apertura numérica y la dispersión. Apertura numérica: La apertura numérica describe las características de las fibras ópticas cuando se combinan con dispositivos ópticos como fuentes de luz y detectores. Su tamaño refleja la capacidad de la fibra para captar la luz.
Como se muestra en la Figura 5, la luz incidente en la cara del extremo de la fibra dentro del rango de ángulo sólido de 2θmax se refleja y transmite totalmente en la interfaz interna de la fibra, mientras que la luz incidente en la cara del extremo de la fibra fuera del rango de 2θmax no se refleja totalmente en la interfaz interna de la fibra se transmite al revestimiento y se atenúa inmediatamente. El hueco numérico de la fibra óptica se define como: NA=Sinθmax. Su valor generalmente está entre 0,1 ~ 0,6 y el θmax correspondiente está entre 90 ~ 330. La apertura numérica de la fibra óptica multimodo es mayor, mientras que la apertura numérica de la fibra óptica monomodo es relativamente pequeña, por lo que generalmente la fibra óptica monomodo requiere un láser semiconductor LD como fuente de luz.