среда, 13 января 2016 г.

4. Волоконная оптика - прикольное изобретение человечества. часть 4

Производство - это воплощение задуманного.Мысль первична.
В этой части сначала рассмотрим вкратце этапы получения оптического волокна. Уточню, что это волокно послужит для передачи информации.
Напомню, что я смотрю на этот вопрос глазами увлеченного первооткрывателя.

На картинке выше стекло плавится огнем. Видно, как можно оттягивать трубку в тонкую палочку и таким же способом можно даже вытянуть волокно.
Но лучше, друзья, начнем поэтапно и по-правильному делать оптоволокно (световод). Итак, нам нужно определиться с сырьём для нашего световода.

1. Сырьё.
Волокно для передачи информации может быть только прозрачным для света, то есть из любого стекловидного материала.
Теоретически из любого сырья можно получить стекловидное вещество. Об этом эффекте можно найти в сети интернет. И логически понятно, что чем выше прозрачность, тем лучше проходит свет.

Всякие стекла

Прозрачность лучше всего у ...?
Естественно, для разного стекла свойство "прозрачности" меняется. И, как ни странно, но кристаллическое состояние стекла не всегда хорошо для прозрачности. То, что алмазу хорошо, оконному стеклу плохо, то есть кристаллизация для оконного стекла грозит потерей прозрачности, а алмаз от кристаллизации только прозрачнее.

На рисунке выше схематично показаны два состояния - кристаллическое и аморфное. Просто для наглядности. Кажется, что аморфное состояние хуже для прозрачности, но это не так. Ниже пример кристаллов.

Еще ниже пример аморфных тел. Янтарь из смолы. Прозрачные ведь.


Ниже кристаллы кварца. Прозрачность очень хорошая.

Кварц


На этом этапе попробуем выяснить, как параметр "прозрачность" может нам пригодится. И тут, как говорится, есть опасность выпасть в химический осадок от напряжения мозга, потому что прозрачность - это не совсем точное понятие для волоконной оптики.

По смыслу нам необходимо не потерять силу света по пути, то есть на выходе из волокна мы должны "увидеть свет". И выяснится, что потери света зависят также от длины волны света.

Потеря света измеряется в децибелах. Немного сложно сходу объяснить про децибелы, и мы пока про это не будем заморачиваться. Нам надо пока как можно проще входить в тему.

Итак, прозрачность стекла для дилетанта - это прозрачность в обычном видимом спектре. И, например, прозрачность оконного стекла определяется именно так.

В этом месте сделаю вставку про стекловидность. Что это вообще такое? По простому - именно прозрачность обычно называется стекловидностью.
Как получить прозрачность?
Надо сначала расплавить вещество, а затем остудить. При этом у одних веществ надо поддерживать идеальную кристаллизацию при остывании, а у других, наоборот, надо мешать кристаллизации, охлаждая немного быстрее.

Рубины

На картинке выше выращенные рубины из раствора в расплаве. Искусственные кристаллы.

Остановлюсь на кварце. На настоящий момент оптические волокна делаются в основном из кварцевого стекла. Отличие кварца от обычного стекла частично показано в ролике ниже.


Переходим непосредственно к производству.
Нам понадобятся кварцевые стержни, которые мы потом "перетянем" в волокно.

Хотя я неоднократно наблюдал за процессом варки кварца из кварцевых зерен в печи и за сливанием через дырочку этого расплава с охлаждением по пути, в результате чего получались трубки или стержни, всё же я не специалист по вытягиванию труб и стержней (штапиков) из расплавленного кварца, но вы можете самостоятельно ознакомиться с технологией этого процесса - достаточно задать в поиске "вытягивание кварцевых труб".

Скажу только, что расплав кварца напоминает густой кисель с пузырьками. Именно пузырьки являются причиной брака готовых стержней и труб, если не считать посторонних включений. С пузырьками можно и нужно бороться, но это отдельный вопрос, на котором пока не будем останавливаться.
На картинке ниже - примерно так выглядят бракованные стеклянные трубки с пузырьками и включениями в стенках, если их подсветить с торца.


На картинке ниже - так выглядят качественные кварцевые стержни (штапики).

Кварц

В принципе, если качество кварца высокое, то из штапиков можно уже "вытягивать" оптическое волокно. Для этого существуют специальные станки. Картинка ниже - "вытяжка".


Вытяжная машина

Ниже схема процесса вытяжки.


1 - горелки (плавят штапик)
2 - это кварцевый штапик.
3 - голое волокно.
4 - охлаждение
5 - может быть обдувом или еще одним охлаждением.
6 - чаша с лаком
7 - печка для отверждения защитного лака
Далее волокно по валикам идет в намотку.

На этом самый простой процесс получения оптического волокна (световода) закончен. Но это волокно не имеет еще надежной защиты и далее его надо покрыть дополнительно другими материалами.
В итоге получаются различные виды оптоволоконных кабелей. Сложность устройства готового кабеля зависит от среды применения и количества оптических волокон в нем.
Всё, что наносится вокруг оптоволокна - это различные виды защиты оптоволокна. Про это расскажу позже.



Оптоволоконный кабель


На этом часть 4 заканчивается.

Продолжение про оптическое волокно по более сложной технологии в следующей части.

Благодарю за внимание.
С уважением, Виктор Мирошкин.

P.S. - во все части периодически вношу изменения и дополнения.