בְּ סיבים אופטיים הם חוטים גמישים העשויים מחומרים שקופים כגון זכוכית או סיבי פלסטיק ואשר משמשים כאמצעי התפשטות אוֹר. סיבים אופטיים הם בדרך כלל דקים מאוד, עם מעטים בלבד מיקרומטרעובי (10-6 מ ', אך יכול להיות באורך של כמה קילומטרים. לסיבים אופטיים יש מספר יישומים, כאשר העברת נתונים היא אחת הנפוצות ביותר.
פיזיקה סיב אופטית
סיבים אופטיים מורכבים מליבה, מעטפת וכיסוי מגן.
סיבים אופטיים נוצרים על ידי ליבה שקופה גבוהה. מדד שבירה מצופה בשכבות פלסטיק שקופות שמדדי השבירה שלהם נמוכים מאלה של הליבה. התופעה הפיזיקלית המאפשרת שימוש בסיבים אופטיים היא ה הִשׁתַקְפוּתפְּנִימִיסך הכל מאור.
בשבילך השתקפות פנימית מוחלטת, אור נפלט לליבת הסיבים האופטיים ב- זווית מינימום של שכיחות, שקוראים לו זווית הגבלה (נקרא גם זווית קריטית), נמדד ביחס לממשק בין הליבה למעטפת שלה. זווית כזו מאפשרת לאור לעבור השתקפויות פנימיות רצופות בתוך הסיב האופטי מבלי שהוא יימלט משם.
באופן זה ניתן להפיץ אור למרחקים ארוכים, עם הפסדים מינימליים בו עָצמָה, בנוסף לניטור הפורמט בו מסודרים כבלים הסיביים.
במילים פשוטות, כבל סיבים אופטיים עובד כמו מנהרת מראה המשקפת אור.
סיבים אופטיים יכולים גם להפיץ יותר מצבע אחד, או אֹרֶך גַל, בפנים. תהליך זה, שנקרא רִבּוּב, מאפשר להעביר מידע נוסף בו זמנית על גבי סיב אופטי יחיד, כגון אינטרנט, טלפון ו- טלוויזיה, דבר שאי אפשר לעשות עם כבלים קונבנציונליים, כגון כבלים עשויים נחושת, בשימוש נרחב להעברה קוביות.
כאשר אורכי גל שונים נפלטים בתוך סיב אופטי, הצבעים נוטים להתערבב, וכך נוצר קֶרֶןלבן, בגלל ה סִינתֶזָהתוסף של צבעים. לפיכך, במסופים של כבל אופטי מסוג זה, נעשה שימוש במעין פריזמה המסוגלת לפזר אור, המפריד בין הצבעים השונים ובכך מציג את ספֵּקטרוּם דיסקרטי, אופייני לכל אורך גל.
תראהגַם:מהי שבירה?
לשם מה זה
האנדוסקופ משמש לצילומי פנים הגרון.
בדוק כמה מהשימושים העיקריים בסיבים אופטיים:
נְהִירָהבקוביות: ניתן להשתמש בסיבים אופטיים להעברת נתונים מהאינטרנט, הטלפון, הטלוויזיה, הרשתות, הרדיו וכו '.
להשיגבתמונות: ניתן להשתמש בסיבים אופטיים כדי להשיג תמונות ממקומות שקשה להגיע אליהם, מכיוון שאור יכול להשתקף בפנים שלהם למרחקים גדולים.
חיישנים: באמצעות סיבים אופטיים ניתן לבנות מגוון רחב של חיישנים המסוגלים שינויים רגישים בטמפרטורה, עיוותים קטנים במוצקים, תדרי אור, קיטוב של אור וכו '
יתרונות וחסרונות
האור מסוגל להתפשט בתוך סיבים אופטיים הודות לתכונות האופטיות של ליבתו.
→ יתרונות
מְהִירוּתבנְהִירָה: רוב הכבלים הסיביים המשמשים בעולם מסוגלים להעביר 40 Gbit / s (ג'יגה ביט לשנייה - 109 עם זאת, כיום ישנן טכנולוגיות המסוגלות להעביר עד 1 Pbit / s (Petabit לשנייה - 1015 ביטים / שנייה).
עמידות להפרעות אלקטרומגנטיות: כבלי סיבים אופטיים עשויים מחומרים דיאלקטריים, והתפשטות האור בתוך חומרים אלה אינה מפריעה על ידי גלים אלקטרומגנטיים חיצוניים.
נָמוּךהֲקָלָהבאוֹת: בניגוד לכבלים מוליכים, סיבים אופטיים יכולים להעביר מידע באמצעות הפסדים קטנים: כ 0.2 dB / km (0.2 דציבלים - יחידת עוצמה של האנרגיה המועברת על ידי גַל).
עֲלוּת: כבלי סיבים אופטיים זולים יותר מכבלי מוליכים מנחושת.
חַיִיםמוֹעִיל: לכבלים מסוג זה חיי שירות ארוכים מאוד, המוערכים ביותר ממאה שנות שימוש רצוף.
מֶרחָב: בגלל קצב העברת הנתונים שלהם, כבלי סיבים אופטיים תופסים מקום קטן בהרבה מכבלים קונבנציונליים.
→ חסרונות
יישום: כבלי סיבים אופטיים הם תת קרקעיים או מחוברים תמיד לקרקע.
שְׁבִירוּת: כבלי סיבים אופטיים רגישים ויכולים להישבר ביתר קלות מכבלי נחושת, והם אינם ניתנים לגמישות כמו כבלים מתכתיים.
מרחקים: למרות שהם סופגים מעט אור כבלים סיבים אופטיים המכסים מרחקים גדולים כמו אלה שהם צוללות, הם זקוקים לחוזרי אותות רבים בכדי לחזק את אובדן העוצמה של אוֹר.
מהירות סיבים אופטיים
לרוב הכבלים הסיביים המשמשים כיום יכולות העברה בין 10 ו -40 ג'יגה-סיביות. עם זאת, ישנם מספר יישומים שבהם נדרשים שיעורי העברה גבוהים יותר, ולכן יש חברות העברות טלקומוניקציה כבר פיתחה כבלים באורך של 7000 ק"מ, המסוגלים להעביר עד 15.5 ביט / שנ (Terabits / s - 1015 ביטים / שנייה). לפי הערכות, כבלי סיבים אופטיים מסוגלים לתמוך בעד 3,000,000 שיחות טלפון בו זמנית או עד 90,000 ערוצי טלוויזיה.
ניתן להשתמש בסיבים אופטיים להעברת אינטרנט.
כיצד מייצרים סיבים אופטיים?
החומר הנפוץ ביותר לבניית סיבים אופטיים הוא סיליקה, השם הפופולרי עבור תַחמוֹצֶתבסִילִיקוֹן (SiO2). עם זאת, בהתאם ליישום הרצוי, ניתן להשתמש בחומרים אחרים בבנייתו, כמו משקפיים שמקורם בפלואור וכמה אלמנטים ממשפחת הכלקוגן, כמו גופרית.
על ידי רפאל הלרברוק
