Силовая передача
Оптическое волокно может быть использовано для передачи энергии с помощью фотоэлектрических элементов для преобразования света в электричество. В то же время этот способ передачи энергии не так эффективен, как обычные. Но особенно полезно это в тех случаях, когда нежелательно использовать металлический проводник. Это же оптимально и в случае использования вблизи машин, которые образуют сильные магнитные поля. Другой пример – питание электроники в мощных антенных элементах и измерительных устройствах, используемых в оборудовании передачи высокого напряжения.
Другие виды использования
Применяются оптические волокна действительно широко. Они используются в качестве световодов в медицине и других сферах, где яркий свет должен светить на мишень без четкой линии прямого видимого пути. В некоторых зданиях, оптические волокна прокладывают маршрут солнечного света от крыши до других частей здания. Волоконно-оптические лампы применяются для освещения в декоративных целяхЭто знаки, предметы искусства, игрушки и искусственные елки. Сваровски бутики используют оптические волокна для того, чтобы осветить свои витрины из хрусталя с разных точек зрения. Но при этом применяется только один источник света. Оптическое волокно является неотъемлемой частью конкретного строительного светопропускающего продукта.
Использование оптического волокна в декоративных лампах или ночниках
Оптическое волокно также используется в визуализации оптики. Когерентный пучок волокон используется, иногда вместе с линзами, на длинном тонком устройстве формирования изображений, называемом эндоскоп, который применяется для просмотра объектов через небольшое отверстие. Используются медицинские эндоскопы для минимально инвазивных разведочных или хирургических процедур. Промышленные эндоскопы используются для проверки того, чего трудно достичь, например, устройства реактивных двигателей. Во многих микроскопах используются волоконно-оптические источники света. Нужны они для того, чтобы обеспечить интенсивное освещение исследуемых образцов.
В спектроскопии применяются жгуты волоконно-оптической передачи света от спектрометра к веществу, которое не может быть помещено внутрь самого спектрометра, с целью анализа его состава. Использование волокон позволяет применять спектрометр для изучения объектов в удаленном режиме.
Оптическое волокно, легированное некоторыми редкоземельными элементами, такими как эрбий, может использоваться в качестве усиливающей среды для лазера или оптического усилителя. Редкоземельные легированные оптические волокна могут использоваться для обеспечения сигнала амплификации путем сплайсинга короткого участок волокна, легированного в обычной (нелегированной) оптической линии. Обе волны света передаются через легированноое волокно, которое передает энергию от второй волны накачки к сигнальной волне. Процесс, вызывает усиление вынужденного излучения.
Оптическое волокно также широко используются в качестве нелинейной среды. Стеклянную среду поддерживает множество нелинейных оптических взаимодействий. Возможно в волокне облегчить разнообразные явления, которые используются в различных сферах и для фундаментальных исследований. С другой стороны, волокна нелинейности могут оказывать вредное воздействие на оптические сигналы, и часто требуются определенные меры, чтобы свести к минимуму такие нежелательные эффекты.
Оптические волокна, легированные длиной волной сдвига, собирают сцинтилляционный свет в физических экспериментах.
В волоконно-оптических прицелах для пистолетов, винтовок, дробовиков применяются части волокна для улучшения необходимой видимости.
Как работает оптическое волокно
Волокно – волновод диэлектрического типа в виде цилиндра. Этот волновод способен пропустить свет при абсолютном внутреннем отражении. В волокне имеется сердцевина, которая окружена оболочкой. Для его изготовления применяются диэлектрические материалы. Для того, чтобы ограничить оптический сигнал в зоне активного характера, необходимо большее преломление сердцевины, по сравнению с наружной оболочкой. Граница между оболочкой и ядром бывает резкой. При этом профиль преломления волокон бывает ступенчатым или постепенным.
Как происходит преломление
Показатель преломления – определенный способ, позволяющий измерить скорость света. В вакууме свет идет очень быстро. Пример – космос. Скорость света в пространстве вакуума составляет 300000 километров в секунду. Преломление рассчитывают делением скорости света в вакууме пространстве на скорость света в определенной среде. Показатель преломления вакуума равен единице. Для коммуникаций традиционно применяется волокно одномодового типа. Его оболочка выполнена из диоксида кремния. Индекс составляет 1,444 при 1500 нм, а также ядро диоксида кремния легированного типа с показателем около 1,4475. Тогла, когда показатель преломления достаточно большой, свет проходит в данной среде с небольшой скоростью. Используя данную информацию можно понять, что сигнал, осуществляющий связь с помощью волокна оптического типа будет путешествовать со скоростью 200000 км/секунду. Говоря иначе, прием сигнала составляет 5 миллисекунд и путешествует 1000 километров. Иными словами, звонок по телефону, который осуществляется между городами посредством волокна, продемонстрирует минимальную задержку 80 миллисекунд между фразой одного абонента и тем моментом, когда ее услышит другой. При этом вполне вероятно, что путешествие волокна будет осуществляться по более протяженному маршруту, и вероятны задержки дополнительного характера по причине необходимости переключать оборудование и процесса кодирования голоса, а также его декодирования.
Внутреннее отражение
При путешествии света в достаточно плотной среде, он попадает на границу под тем углом, который превышает уровень критического характера для данной границы. Свет полностью отражается. Это именуется полным внутренним отражением. Данный эффект применяется в волокнах. Это приведет к ограничению света в активной среде. Происходит прохождение света через сердечник. Отражение идет в обоих направлениях от оболочки к сердцевине и обратно. Поскольку свет должен ударять границу под углом, превышающим критический, единственным источником света, проникающим в волокна в нужном диапазоне является тот, который перемещается по волокну без утечки наружу. Данный диапазон именуется конусом волокон. При этом его размер исчисляется разностью между преломлением сердцевины и облицовки.
Если говорить более простым языком, это максимальный углом оси волокна, который позволит свету войти определенным образом в волокно и обеспечит его распространение или путешествие в световоде. Синус данного угла – апертура волокна числового типа. Если у волокна НС больше, для него не требуется очень высокая точность при сращивании. Если же волокна одномодового типа, NA у них небольшой.