Талшықтық оптика

Талшықты оптика – оптиканың жарықтың таралуын және ақпараттың жарықжетекші бойынша берілуін зерттейтін саласы. Талшықтық оптика 20 ғасырдың 50-жылдары пайда болды. Жарық Талшықтық оптикада көп өзекті жарық өткізгіштер мен иілгіш талшықтар шоғы арқылы таралады (қ. сурет). Әр талшық өзінің бір ұшына түскен жарықты ғана таратады. Мұнда өзектік талшықтардың сыну көрсеткіші одан шеткерірек орналасқан талшықтардыкінен басым болып келеді. Соның нәтижесінде талшық ұшына түскен сәуле оның бойымен толық ішкі шағылу арқылы таралып, басқа талшықтарға өтпейді. Пайдалану мақсатына қарай талшықтардың диаметрі бірнеше микроннан см-ге дейін болады. Жарықтың диаметрі толқын ұзындығымен салыстырғанда үлкен жарық жетегімен таралуы геометриялық оптика заңы бойынша өтеді: жіңішкерек талшықпен (толқын ұзындығымен шамалас) Талшықтық оптика шеңберінде қарастырылатын толқындардың жекелеген түрлері немесе олардың жиынтығы ғана таралады. Жарықжетектері, талшықтық-оптик. бөлшектер техникада, медицинада, т.б. ғылыми-зерт. орындарында қолданылады. Диаметрі 15 – 50 мкм талшықтардан жасалған қатаң түзу немесе алдын-ала иілген жарықжетектері мұрын кеңсірігінің ішкі қуысын, асқазанды, қолқаны, т.б. жарықтандыру үшін мед. аспаптарда қолданылады. Жарықжетектері жедел кино түсіруде, ядролық бөлшектер ізін тіркеуде, фототелеграфияда және теледидарлық өлшеуіш техникада, шапшаң әрекет ететін есептеуіш машиналарға арналған жарықтың кванттық генераторларында, т.б. қолданылады. Талшықты оптика Компьютерлік технологияның ауқымды дамуы осы индустрия саласының қызметкерлерін қуантады. 1981жылы IBM фирмасының алғашқы компьютері 4,77 МГц желісімен құрылған. 20жыл өткеннен кейін ол көрсеткіш 2 ГГц дейін өскен. Оптоволоконды мәліметтерді жіберу жүйесі үш маңызды компоненттен тұрады. Сәулелі импульсті бір десек, ал импульстін жоқтығын нөлмен белгілейміз. Сәуле өте жұқа шыны талшық (волокон) арқылы тарайды. Детекторға сәуленің түсуі электрлік импульсті түрлендіреді. Оптикалық волокнаны сәуленін шығу тетігіне, ал екінші жағын детекторға жалғасақ бір жүйелі мәліметтерді жіберуге болады. Бұл жүйе электрондық сигналдарды сәулелік импульске жіберіп оны волоконға қосады. Бүгінгі күндегі бірлік волокондар 50 Гбит/жылдамдықпен бір секунтта 100 км қашықтыққа дейін жіберіледі. Зертханада бұдан да жоғары аз қашықтыққа көп жылдамдыққа ие болған. Сәуленің талшық арқылы өтуі Оптикалық волокон шыныдан жасалынады, ол өз кезегінде қымбат емес материал мен құмнан жасалынған. Шыны жасау ежелгі Египетте пайда болған, бірақта сәуле шыныдан өту үшін оның қалындығы 1мм болу керек болды, ол кезде бұны істеу мүмкін емес болатын. Шынының мөлдір болуы, қайта өрлеу дәуірінде пайда болды. Қазіргі кездегі оптикалық кабельдегі шынылар мөп мөлдір. Сәуленің өтуінің азаюы шыны арқылы толқынның ұзындығына байланысты 2,5 суретінде көрсетілгендей толқынның ұзындығы дицибельмен километр ұзандық ауытқуы оптикалық волокондағы шыныда қолдануға болады. Ақпарат жүйесінде үш диапозонды толқын ұзындығы болады олар: 0,85, 1,30, және 1,55 мкм соңғы екеуі жақсы ауытқушылықтарға ие болып келеді. 0,85 мкм диапазоны жоғарғы ауытқушылыққа ие болып келеді, осы ұзындық үшін лазерлік электроникалық толқындар бір материалдан жасалынуы мүмкін. Барлық үш диапазонда 25000,30000 Гц дейінгі жіберу жолына ие болып келеді. Сәулелі импульстер толқын мен қозғалуына байланысты ұзарып отырады. Бұл ұзаруды сәулелі дисперсия деп атайды. Ұзарудың көлемі толқынның ұзындығына байланысты. Жанындағы импульстің өсуі басқасын жауып тастамау үшін олардың арақашықтынын көбейтуіміз керек бірақта оның жіберу жылдамдығы азаяды, егер импульске арнайы қалып беретін болсақ. Бұл жағдайды импульсті бірнеше мың километрге дейін қалыптың ешбір толаусыз жіберуге болады. Мұндай импульсті бірыңғай толқындар. Зерттеушілердің көбі бірыңғайландырылған толқындарды лабараторияда зерттелгеннен гөрі қолданысқа беруді айналыстырады. Оптоталшықты желілер Талшықты оптика халықаралық байланыста қолданылуы мүмкін локомды жүйе үшін де, бірақ оны орнату Ethernet не қосылуға қарағанда анағұрлым қиынырақ болады. Оптикалық кабельді локальды жүйеге қосудың бір түрі ол сақина, оны «нүкте-нүкте» деп 2.7. суретінде көрсетілген қосындылар деп қарастыруға болады. Әрбір компьютердің Интерфейсі сәулені сақинаға өткізеді, жәнеде Т компьютерге мәліметтерді алуға жіберуге көмекткседі. Бұнда интерфейстің екі типі қолданылады. 2.7 суреттегі көрсетілген интерфейсте активті повторитель деп аталады. Кіретін сәулелі импульсты электрик сигнал бар, онда керісінше алып сосын ол сәулелі пучокқа айналады. Компьютердің интерфейсі қарапайым жез сымнан сигналды ренераторлап қосатын сымнан құрылған. Таза оптикалық қайталанушыларды қазіргі жағдайда қолданылуы мүмкін. Бұл құрылғылар жоғары жылдамдықтан жұмыс істей алады. Белсенді қайталайтын сақина бұзылып қалса онда барлық жүйе жұмысын тоқтатады. Басқа жағынан қарағанда сигнал әрбір иноперфейспен регенеризеция компьютермен километрлік ұзындықты жалғайды, ол өз кезегінде сақинаны қандай үлкендікте жасай алатындығын көрсетеді. Белсенді емес интерфейс сигналдың ішіндегі қосылымдарға әсер етеді, ол компьютерлермен сақиналардың жалпы санын шектейді. Сақиналық топология лоркальдік жүйедегі оптикалық кабельді қолданудағы жағымсыз схема болып табылмайды. Белсенді емес жұлдыз топологиясын құрастыра отырып кең ауқымды оптоталшықты кабельді құрастыруға болады. Ол 2.8 суретінде көрсетілген. Мұндай конструкцияда әрбір интерфейс оптикалық волокнадан құралады. Оптикалық талшықтар мен жез сымның сипаттамасы Біріншіден, оның жез сымға қарағанда мәліметтерді жіберудегі жылдамдығы жоғарырақ. Осыған байланысты оптикалық талшық жоғары сапалы мамандандырылған жүйеде жақсы жұмыс істейді. Ауытқудың төмен коэфицентінің болғаны үшін, 50 км сайын оптоталшықты байланыс қайталанып отырады. Оптикалық талшықтарының тағы бір басымдылығы болып оның электромагниттік күйзелістің толерантностқа қатынасы. Ол коррозияға ұшыраған жоқ себебі, шыны химиялық нитрал болып табылады. Оптоталшықтың бұл қасиеті химиялық кәсіпкерлерде қолдануға өте тиімді болып келеді. Бұл өте қызық болып естілуі мүмкін, бірақ телефон компаниялары оптикалық волокнаны тағы бір қасиеті үшін қолданады ол жеңіл әрі жұқа. Кабельге арналған каналдар толып тұр, сол себептен де жаңа кабельді қоятын жер жоқ. Ал, егер сондай каналдардан жез кабельді алып тастап оны оптикалықпен алмастырса ана ғұрлым көп бос орын болатын еді, ал алған жезі түсті металл алатындарға сатып жіберуге болады. Сонымен қатар оптикалық кабель жезге қарағанда анағұрлым жеңілірек. Бір километр мың жез виты пардың салмағы 8000 кг. Оптоталшықты кабельдің салмағы анағұрлым азырақ. Соңында айтатынымыз оптоталшықты кабель сәулені жоғалтпайды және оған қосылу қиынға түседі ол осының тиімділігімен сақталуын арттырады. Оптоталшықты технологияның жағымсыз жағы болып онымен жұмыс істеу үшін арнайы қабілеті бар адамдар керек. Өкінішке орай барлық инженерлер онымен жұмыс істей алмайды. Кабель аса жұқа болғандықтан майыстыратын жерлерде сынып қалуы мүмкін. Сонымен қатар мәліметтерді оптикалық жолмен жіберу қатаң түрде бір бағыттық болады. Ал екі бағыттық байланысқа екі кабель керек немесе бір кабель екі желімі жолда болуы керек. Сонымен оптикалық интерфайс электрлікке қарағанда бағасы қымбат тұрады. Соған қарамастан цифрлік байланыста болашақта оптикалық талшықты қолданады.