Οπτική ίνα: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων
Περιεχόμενο που διαγράφηκε Περιεχόμενο που προστέθηκε
Reverted 1 edit by 2a02:214b:8205:400:718c:b4:b74c:8fbd (talk). (TW) |
μ επαναφορά κειμένου |
||
Γραμμή 1:
[[Αρχείο:Fibreoptic.jpg|200px|right|thumb|Οπτικές ίνες]]
Οι '''οπτικές ίνες''' είναι πολύ λεπτά νήματα από πλαστικό ή γυαλί, με διάμετρο μικρότερη των 8μm όπου από μέσα τους, μεταδίδονται ψηφιακά δεδομένα, υπό μορφή φωτός. Συνήθως τις συναντάμε συγκεντρωμένες σε δέσμες, που σχηματίζουν τα λεγόμενα οπτικά καλώδια. Ένα καλώδιο οπτικών ινών<ref name="hep.upatras.gr">{{cite web |url=http://www.hep.upatras.gr/class/download/met_pli/optikes_ines.pdf |title= Οπτικές Ίνες |accessdate=2013-11-21|work=http://www.hep.upatras.gr/}}</ref>, περιέχει μέσα του δεκάδες ή και εκατοντάδες πολύ λεπτές τέτοιες οπτικές ίνες, με διάμετρο μικρότερη και από μία τρίχα. Με τις ακτίνες [[λέιζερ]], ένα σήμα μπορεί να μεταδοθεί δια μέσου οπτικών ινών σε απόσταση μεγαλύτερη από 50 χλμ.
Υπάρχει ιδιαίτερος κλάδος της επιστήμης που ασχολείται με έρευνα για της δυνατότητες και εφαρμογές τους. Οι οπτικές ίνες χρησιμοποιούνται ευρέως σε [[δίκτυα επικοινωνιών]] και επιτρέπουν τη μετάδοση φωτεινών σημάτων σε μεγαλύτερες αποστάσεις και σε υψηλότερο [[εύρος ζώνης]] (ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων) σε σχέση με άλλες μορφές μετάδοσης σημάτων, όπως ο [[χαλκός]], ενώ η ταχύτητα μετάδοσης πλησιάζει αυτή με την οποία διαδίδεται το φως. Οι οπτικές ίνες χρησιμοποιούνται αντί των μεταλλικών καλωδίων, διότι τα σήματα ταξιδεύουν μαζί τους με μικρότερη απώλεια και επίσης δεν επηρεάζονται από [[ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές]]. Οι οπτικές ίνες χρησιμοποιούνται επίσης για φωτισμό. Επίσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μεταφορά εικόνων, επιτρέποντας έτσι την προβολή σε στενούς χώρους. Ειδικά σχεδιασμένες οπτικές ίνες χρησιμοποιούνται και για πολλές άλλες εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των αισθητήρων λέιζερ.
==Είδη οπτικών ινών==
Με την πάροδο των ετών έχουν αναπτυχθεί πολλοί τύποι οπτικών ινών που ο κάθε ένας υποστηρίζει τις ιδιαίτερες απαιτήσεις διάφορων τηλεπικοινωνιακών εφαρμογών. Για όλους τους τύπους των οπτικών ινών υπάρχουν διεθνή πρότυπα στα οποία προδιαγράφονται τα χαρακτηριστικά μετάδοσης καθώς και τα γεωμετρικά, μηχανικά και άλλα χαρακτηριστικά αυτών. Οι οπτικές ίνες χωρίζονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες<ref name="hep.upatras.gr">{{cite web |url=http://www.hep.upatras.gr/class/download/met_pli/optikes_ines.pdf |title= Οπτικές Ίνες |accessdate=2013-11-21|work=http://www.hep.upatras.gr/}}</ref> <ref name="coolweb.gr">{{cite web |url=http://coolweb.gr/ti-einai-optikes-ines-pos-leitourgoun/ |title= Τι είναι οι οπτικές ίνες και πως λειτουργούν;|accessdate=2013-11-21}}</ref>ανάλογα με το αν υποστηρίζουν έναν ή πολλούς ρυθμούς μετάδοσης: στις οπτικές ίνες απλού τύπου και στις οπτικές ίνες πολλαπλού τύπου αντίστοιχα.
[[Αρχείο:Optical fiber types.svg|400px|right|thumb|Είδη οπτικών ινών]]
===Απλού τύπου(Single mode)===
Οι οπτικές ίνες απλού τύπου ή μονοτροπικές ίνες έχουν διαστάσεις μέχρι 10μm. Τα [[κύματα]] φωτός ταξιδεύουν σε ευθεία γραμμή και μπορούμε να στείλουμε δεδομένα σε μεγάλες αποστάσεις. Η μικρή αυτή διάμετρος του πυρήνα επιτρέπει τη διέλευση σε ένα περιορισμένο πλήθος ακτίνων, ουσιαστικά μόνο σε ακτίνες που προσπίπτουν κάθετα στην επιφάνεια της διατομής των. Οι ίνες αυτές χαρακτηρίζονται συνήθως ως ίνες με βηματική [[κατανομή]].
===Πολλαπλού τύπου(Multi mode)===
Οι οπτικές ίνες πολλαπλού τύπου ή πολυτροπικές ίνες έχουν διαστάσεις από 50 − 100 μm, είναι πιο "χοντρές" από τις απλού τύπου, αλλά μπορούν να στείλουν παράλληλα, σε ξεχωριστό μονοπάτι, πολλά κύματα φωτός. Το κάθε κύμα φωτός, εισέρχεται στην οπτική ίνα υπο ελαφρώς διαφορετική γωνία σε σχέση με τα άλλα, και ακολουθεί το δικό του μονοπάτι μέσα της, μέσω των διαδοχικών [[ανακλάσεων]] στο περίβλημα. Αυτό συμβαίνει παράλληλα με πολλά κύματα φωτός (όλα σε διαφορετική γωνία σε σχέση με τα άλλα) κι έτσι μπορούμε να στείλουμε παράλληλα, τεράστιο όγκο δεδομένων.
===Αναλυτικός πίνακας===
<ref name="hep.upatras.gr">{{cite web |url=http://www.hep.upatras.gr/class/download/met_pli/optikes_ines.pdf |title= Οπτικές Ίνες |accessdate=2013-11-21|work=http://www.hep.upatras.gr/}}</ref>
<table border="1" cellpadding="3" cellspacing="0">
<tr>
<th>Χαρακτηριστικά</th>
<th>Πολυτροπικές</th>
<th>Μονοτροπικές</th>
</tr>
<td>
<pre><nowiki>Διάμετρος πυρήνα</nowiki></pre>
</td>
<td>
50–100 μm
</td>
<td>
2–10 μm
</td>
</tr>
tr>
<td>
<pre><nowiki>Τρόποι Διάδοσης</nowiki></pre>
</td>
<td>
Εκατοντάδεςή
χιλιάδες
</td>
<td>
Μικρός αριθμός
</td>
</tr>
tr>
<td>
<pre><nowiki>Κατανομή του δ.δ</nowiki></pre>
</td>
<td>
Βηματική ή
βαθμιαία
</td>
<td>
Βηματική
</td>
</tr>
tr>
<td>
<pre><nowiki>Ποσοστό εξασθένησης</nowiki></pre>
</td>
<td>
Υψηλό
</td>
<td>
Χαμηλό
</td>
</tr>
tr>
<td>
<pre><nowiki>Ποιότητα διάδοσης παλμών</nowiki></pre>
</td>
<td>
Χαμηλή(λόγω [[διασποράς]])
</td>
<td>
Υψηλή
</td>
</tr>
tr>
<td>
<pre><nowiki>Δυνατότητα σύζευξης</nowiki></pre>
</td>
<td>
Εύκολη
</td>
<td>
Δύσκολη
</td>
</tr>
tr>
<td>
<pre><nowiki>Κόστος αγοράς</nowiki></pre>
</td>
<td>
Χαμηλό
</td>
<td>
Υψηλό
</td>
</tr>
<td>
<pre><nowiki>Τεχνικές απαιτήσεις</nowiki></pre>
</td>
<td>
Περιορισμένες
</td>
<td>
Yψηλές
</td>
</tr>
</table>
==Δομή οπτικών ινών==
Στην πράξη χρησιμοποιούμε δέσμη οπτικών ινών. Αν οι ίνες αποτελούνταν μόνο από ένα υλικό, τότε το φως που “ταξιδεύει” στο εσωτερικό τους θα περνούσε, όταν θα έρχονταν σε επαφή, από την μια ίνα στην άλλη. Γι΄ αυτό κάθε ίνα επικαλύπτεται με ένα λεπτό στρώμα υλικού μικρότερου [[δείκτη διάθλασης]] ή με πολλά λεπτά στρώματα, έτσι ώστε κάθε επόμενο στρώμα να έχει μικρότερο δείκτη διάθλασης από τον προηγούμενο. Επίσης στο σύστημα της γυάλινης ίνας τοποθετείται ένα περίβλημα που την προστατεύει και την κάνει πιο ανθεκτική σε μηχανικές καταπονήσεις.
Κάθε οπτική ίνα αποτελείται από εξής τρία μέρη<ref name="3lyk-kalam.mes.sch.gr">{{cite web |url=http://3lyk-kalam.mes.sch.gr/opt_fiber_gr.htm |title= ΟΠΤΙΚΕΣ ΊΝΕΣ |accessdate=2013-11-21}}</ref>:
*Την κεντρική γυάλινη κυλινδρική ίνα, που ονομάζεται [[πυρήνας]] και είναι το τμήμα στο οποίο διαδίδεται το φως.
*Την επικάλυψη (απλή ή πολλαπλή), που είναι ένας ομόκεντρος με τον πυρήνα κύλινδρος. Έχει μικρότερο δείκτη διάθλασης από τον πυρήνα λόγω της διαφορετικότητας του υλικού από το οποίο είναι κατασκευασμένο, ώστε να κρατάει τα κύματα φωτός, με ολικές ανακλάσεις, μέσα στον πυρήνα και να συνεχίζουν το ταξίδι τους μέσω αυτού. Η επικάλυψη αυτή ονομάζεται [[μανδύας]].
*Το περίβλημα, που είναι ένα αδιαφανές πλαστικό.
Στις οπτικές ίνες που απαρτίζουν ένα οπτικό καλώδιο, ουσιαστικά υπάρχει και ένα τέταρτο, εξωτερικό, στρώμα που είναι το έγχρωμο μελάνι που εφαρμόζεται για την αναγνώριση των ινών.
==Δομή καλωδίου οπτικών ινών==
[[Αρχείο:Fiber optic illuminated.jpg|200px|right|thumb|Καλώδιο οπτικών ινών]]
Η δομή ενός καλωδίου οπτικών ινών είναι τέτοια, ώστε να αποτρέπει τις εξωτερικές φθορές, αλλά και την απώλεια σήματος, που θα προέκυπτε κατά τη διαρροή της φωτεινής [[ακτινοβολίας]] στο εξωτερικό του. Τα τμήματα<ref name="hep.upatras.gr">{{cite web |url=http://www.hep.upatras.gr/class/download/met_pli/optikes_ines.pdf |title= Οπτικές Ίνες |accessdate=2013-11-21|work=http://www.hep.upatras.gr/}}</ref> ενός καλωδίου οπτικών ινών από το κέντρο προς το εξωτερικό του, είναι τα εξής:
*Πυρήνας: Βρίσκεται στο κέντρο του καλωδίου. Αποτελείται από μία δέσμη οπτικών ινών, που αναλαμβάνουν τη μετάδοση των φωτεινών σημάτων.
*Εσωτερική επένδυση: Είναι το υλικό που αντανακλά εσωτερικά το φως, εκμηδενίζοντας παράλληλα το ποσοστό διαφυγής του στο εξωτερικό του καλωδίου.
*Εξωτερική επένδυση: Ανθεκτικό υλικό, που αποτελείται από [[καουτσούκ]] για μικρά καλώδια οικιακής χρήσης, ή από ατσάλι για μεγαλύτερα, που χρησιμοποιούνται σε εξωτερικό περιβάλλον. Προστατεύει το καλώδιο από ζημιές που θα προέκυπταν από τους διάφορους εξωτερικούς παράγοντες.
==Δομή δικτύου οπτικών ινών==
Η δομή<ref name="citytec.gr">{{cite web |url=http://www.citytec.gr/index.php?option=com_content&view=article&id=82&Itemid=55 |title= Οπτικές Ίνες - Γενικές Πληροφορίες|accessdate=2013-11-21}}</ref> ενός δικτύου οπτικών ινών είναι αρκετά απλή. Συγκεκριμένα αποτελείται από τον πομπό, ένα μέσο μεταφοράς, τον ενισχυτή σήματος και τον δέκτη. Ο πομπός μετατρέπει το [[ψηφιακό σήμα]] σε φωτεινή πληροφορία και πραγματοποιεί την εκπομπή της. Βρίσκεται σε επαφή με το οπτικό καλώδιο και διαθέτει κατάλληλο φακό, ώστε να διοχετεύει το φως στο εσωτερικό του. Ως μέσο μεταφοράς χρησιμοποιείται το το καλώδιο οπτικών ινών. Ο [[ενισχυτής]] σήματος, είναι απαραίτητος μόνο σε συνδέσεις μεγάλων αποστάσεων,επειδή παρατηρείται συχνά εξασθένιση του σήματος και αναλαμβάνει την ενίσχυση του σήματος σε τακτικά διαστήματα. Διαθέτει ειδικά κυκλώματα, τα οποία όταν λάβουν την εξασθενημένη φωτεινή πληροφορία, εκπέμπουν το σήμα εκ νέου, με πλήρη ισχύ. Τέλος ο δέκτης λαμβάνει το φωτεινό σήμα και το μετατρέπει ξανά στην αρχική του μορφή, δηλαδή σε ψηφιακά δεδομένα. Όπως και ο πομπός, βρίσκεται σε άμεση επαφή με το καλώδιο οπτικών ινών και χρησιμοποιεί φωτοδιόδους για ανιχνεύσει το λαμβανόμενο σήμα.
==Λόγοι εξασθένησης του φωτός==
Το φως κατά τη διάρκεια του «ταξιδιού» του μέσα στην οπτική ίνα μπορεί να εξασθενήσει. Αυτό μπορεί να συμβεί για κάποιους συγκεκριμένους λόγους<ref name="3lyk-kalam.mes.sch.gr">{{cite web |url=http://3lyk-kalam.mes.sch.gr/opt_fiber_gr.htm |title= ΟΠΤΙΚΕΣ ΊΝΕΣ |accessdate=2013-11-21|work=http://www.hep.upatras.gr/}}</ref>:
*Σκέδαση<ref name="hep.upatras.gr">{{cite web |url=http://www.hep.upatras.gr/class/download/met_pli/optikes_ines.pdf |title= Οπτικές Ίνες |accessdate=2013-11-21|work=http://www.hep.upatras.gr/}}</ref>: Οφείλεται στις ανομοιόμορφες [[διακυμάνσεις]] της δομής του γυαλιού, που προκαλούν σκέδαση το φωτός προς όλες τις κατευθύνσεις. Το φως διεισδύει στο μανδύα και διασκορπίζεται. Αυτό κυρίως παρατηρείται εάν υπάρχουν συνδέσεις στην οπτική ίνα.
*Απορρόφησης: Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή των οπτικών ινών θα πρέπει να είναι εξαιρετικής καθαρότητας και απαλλαγμένα από προσμίξεις [[ιοντικών]] μετάλλων που έχουν έντονες ζώνες [[υπέρυθρης]] απορρόφησης. Η οπτική ίνα θα πρέπει να είναι κατασκευασμένη από καθαρό γυαλί για να πετυχαίνεται η ολική ανάκλαση. Εάν υπάρχουν ξένες προσμίξεις στο γυαλί τότε το φως απορροφάται από την ίνα οπότε εξασθενεί.
*Κακή κατασκευή: Η οπτική ίνα θα πρέπει να είναι λεία. Εάν υπάρχουν μικροδιακυμάνσεις στο εσωτερικό της το φως αποδυναμώνεται.
*Μεγάλη Καμπή της οπτικής ίνας.
==Εφαρμογές==
Οι οπτικές ίνες έχουν πάρα πολλές εφαρμογές<ref name="hep.upatras.gr">{{cite web |url=http://www.hep.upatras.gr/class/download/met_pli/optikes_ines.pdf |title= Οπτικές Ίνες |accessdate=2013-11-21|work=http://www.hep.upatras.gr/}}</ref> <ref name="3lyk-kalam.mes.sch.gr">{{cite web |url=http://3lyk-kalam.mes.sch.gr/opt_fiber_gr.htm |title= ΟΠΤΙΚΕΣ ΊΝΕΣ |accessdate=2013-11-21}}</ref> στην καθημερινότητά μας. Χρησιμοποιούνται ευρέως για την φωταγώγηση καταστημάτων αλλά και έργων τέχνης, για τον φωτισμό πισίνων, σε συστήματα αρχιτεκτονικού φωτισμού καθώς επίσης και για βιομηχανικό έλεγχο. Μεγάλη εφαρμογή επίσης βρίσκουν και σε συστήματα οικονομικών υπηρεσιών, σε [[τοπικά]] και [[μητροπολιτικά δίκτυα]], αλλά κυρίως στην ιατρική και στις τηλεπικοινωνίες.
===Ιατρική===
[[Αρχείο:Laser in fibre.jpg|250px|right|thumb|Λέιζερ σε οπτική ίνα]]
Οι οπτικές ίνες εκτός από τις τηλεπικοινωνίες βρίσκουν εφαρμογές και στην ιατρική
*Υιοθέτηση ταυτόχρονα με τη χρήση των λέιζερ.
*Εφαρμογές λέιζερ στις εγχειρήσεις, καυτηριασμούς φυσιοθεραπείες κ.ά.
*Οι οπτικές ίνες δίνουν τη δυνατότητα μεταφοράς της φωτεινής δέσμης λέιζερ από την πηγή μέχρι τη λαβή, που πρέπει να χειρίζεται ο γιατρός δίπλα στον ασθενή.
*Στην ιατρική, οι οπτικές ίνες ονομάζονται και [[φωταγωγοί]], όπου χρησιμοποιούνται ευρύτατα και ειδικότερα σε [[ενδοσκοπήσεις]] δίνοντας οπτική εικόνα από τον περιορισμένο χώρο των εσωτερικών οργάνων του ανθρώπινου σώματος.
*Οι γιατροί μπορούν να δουν την εσωτερική επιφάνεια μέρους του στομάχους ή άλλου οργάνου χρησιμοποιώντας ζεύγος οπτικών ινών.
*Η μικρή διάσταση του πυρήνα παρέχει τη δυνατότητα μετάδοσης εικόνας ακόμα και χωρίς τη χρήση άλλων οπτικών συστημάτων ( π.χ. φακών ).
===Τηλεπικοινωνίες===
Η χρήση των οπτικών ινών στον τομέα τον τηλεπικοινωνιών έφερε την επανάσταση στις επικοινωνίες για πολλούς λόγους:
*Με την βοήθεια μιας ίνας μπορούμε να μεταφέρουμε ταυτόχρονα και χωρίς παρεμβολές χιλιάδες τηλεφωνήματα και δεκάδες εκπομπές τηλεοπτικών καναλιών.
*Ένα καλώδιο οπτικών ινών μπορεί να αντικαταστήσει χάλκινο καλώδιο δεκαπλάσιας διαμέτρου και τριακονταπλάσιου βάρους.
*Κατά την διάρκεια μετάδοσης της πληροφορίας δεν υπάρχουν παράσιτα.
*Είναι δύσκολη η υποκλοπή των δεδομένων (τοποθέτηση [[κοριών]]).
*Δυνατότητα παραγωγής από κάθε χώρα με αποτέλεσμα η απεξάρτηση από τις χώρες που παράγουν χαλκό.
==Πλεονεκτήματα==
Οι οπτικές ίνες έχουν αρκετά πλεονεκτήματα <ref name="hep.upatras.gr">{{cite web |url=http://www.hep.upatras.gr/class/download/met_pli/optikes_ines.pdf |title= Οπτικές Ίνες |accessdate=2013-11-21|work=http://www.hep.upatras.gr/}}</ref> <ref name="coolweb.gr">{{cite web |url=http://coolweb.gr/ti-einai-optikes-ines-pos-leitourgoun/ |title= Τι είναι οι οπτικές ίνες και πως λειτουργούν;|accessdate=2013-11-21}}</ref> <ref name="citytec.gr">{{cite web |url=http://www.citytec.gr/index.php?option=com_content&view=article&id=82&Itemid=55 |title= Οπτικές Ίνες - Γενικές Πληροφορίες|accessdate=2013-11-21}}</ref> όπως:
#Χαμηλό κόστος πρώτης ύλης(γυαλί).
| |||