facebook  youtube  twitter  instagram 29/3/2024
chicken time diner rapsodia
ekalampaka.gr

 




Οπτικές ίνες - Του Κωνσταντίνου Δ. Καρπούζα, Καθηγητού Φυσικής-Χημείας

Δημοσιεύθηκε από: ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ Δ. ΚΑΡΠΟΥΖΑΣ  26/03/2018 08:05:21
Οπτικές ίνες - Του Κωνσταντίνου Δ. Καρπούζα, Καθηγητού Φυσικής-Χημείας
Τις οπτικές ίνες τις συναντάμε πλέον στην καθημερινότητά μας, αφού χρησιμοποιούνται στις επικοινωνίες, σε διαφόρων τύπων δίκτυα και πάρα πολλές άλλες περιπτώσεις...

Τι είναι οι οπτικές ίνες;

Οι οπτικές ίνες, είναι πολύ λεπτά νήματα από πλαστικό ή γυαλί, όπου μέσα τους, μεταδίδονται ψηφιακά δεδομένα, υπό μορφή φωτός, σε διάμετρο μικρότερη και από μία ανθρώπινη τρίχα! Συνήθως τις συναντάμε συγκεντρωμένες κατά χιλιάδες σε δέσμες, που σχηματίζουν τα λεγόμενα οπτικά καλώδια. Οι ταχύτητες μετάδοσης των δεδομένων μέσα από τις οπτικές ίνες είναι τεράστιες, αφού ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός.

Πώς λειτουργούν οι οπτικές ίνες;

Στο ένα άκρο της οπτικής ίνας, υπάρχει ο πομπός και στο άλλο, ο δέκτης. Ο πομπός, μετατρέπει τα ψηφιακά δεδομένα ενός υπολογιστή, σε ψηφιακά κύματα φωτός και ο δέκτης, αποκωδικοποιεί τα ψηφιακά κύματα φωτός, σε ψηφιακά δεδομένα. Τα ψηφιακά κύματα φωτός, ταξιδεύοντας με την τεράστια ταχύτητα του φωτός μέσα στην οπτική ίνα, παθαίνουν διαδοχικές ανακλάσεις στα τοιχώματα της. Οι ανακλάσεις αυτές, γίνονται στα τοιχώματα, όταν η γωνία πρόσπτωσης είναι μικρότερη των 42 μοιρών, με αποτέλεσμα να λειτουργούν τα τοιχώματα σαν καθρέφτες. Αυτό το φαινόμενο που μάθαμε στην οπτική στο σχολείο ονομάζεται ολική ανάκλαση και είναι η αιτία που τα κύματα φωτός μένουν μέσα στην οπτική ίνα, συνεχίζοντας το ταξίδι τους μέχρι την άλλη άκρη της, χωρίς να μπορούν να βγουν έξω και να χαθούν.

Όταν το φως αντανακλάται εξολοκλήρου σε έναν κλειστό εσωτερικό χώρο, μπορεί να ταξιδεύσει σε μεγάλες αποστάσεις, χωρίς να μειωθεί η έντασή του. Σε ένα οπτικό καλώδιο, η δεσμίδα των οπτικών ινών περικλείεται σε ειδικό υλικό που αντανακλά εσωτερικά όλο το φως. Με αυτόν τον τρόπο έχουμε ολική εσωτερική αντανάκλαση, που θα επιτρέψει στην πληροφορία να φθάσει αναλλοίωτη σε μεγάλες αποστάσεις και δεν θα υπάρξει διαρροή φωτός στο εξωτερικό του καλωδίου. Μέχρι να φθάσει στον προορισμό της, η φωτεινή δέσμη συνήθως πραγματοποιεί χιλιάδες ή και εκατομμύρια αντανακλάσεις στο εσωτερικό της οπτικής ίνας. Η απώλεια της ενέργειας είναι ελάχιστη όταν μεταδίδονται με αυτόν τον τρόπο δεδομένα σε αποστάσεις πολλών χιλιομέτρων. Η απώλεια συμβαίνει γιατί το γυαλί σπάνια έχει καθαρότητα 100% και έτσι το φως εξασθενεί.

Από τι αποτελούνται;

Αν κόψουμε στη μέση ένα οπτικό καλώδιο, θα συναντήσουμε, από το κέντρο προς το εξωτερικό του, τα εξής τμήματα:

1) Πυρήνας: Η δέσμη των οπτικών ινών, που αναλαμβάνουν τη μετάδοση των φωτεινών σημάτων είναι τοποθετημένη ακριβώς στο κέντρο του καλωδίου.

2) Εσωτερική επένδυση: Είναι το υλικό που αντανακλά εσωτερικά το φως, εκμηδενίζοντας παράλληλα το ποσοστό διαφυγής του στο εξωτερικό του καλωδίου.

3) Εξωτερική επένδυση: Ανθεκτικό υλικό, που αποτελείται από καουτσούκ για μικρά καλώδια οικιακής χρήσης, ή από ατσάλι για μεγαλύτερα. Με αυτόν τον τρόπο προστατεύεται το καλώδιο από ζημιές που θα προέκυπταν από τους διάφορους εξωτερικούς παράγοντες.

Ποιοι είναι τύποι των οπτικών ινών;

Υπάρχουν οι οπτικές ίνες απλού τύπου και οι πολλαπλού τύπου. Στις οπτικές ίνες απλού τύπου, τα κύματα φωτός ταξιδεύουν σε ευθεία γραμμή και μπορούμε να στείλουμε δεδομένα σε μεγάλες αποστάσεις. Οι οπτικές ίνες πολλαπλού τύπου έχουν διάμετρο μεγαλύτερη από τις άλλες αλλά μπορούν να στείλουν παράλληλα, σε ξεχωριστό μονοπάτι, πολλά κύματα φωτός. Κάθε κύμα φωτός μπαίνει μέσα στην οπτική ίνα με λίγο διαφορετική γωνία σε σχέση με το προηγούμενο και το επόμενο και ακολουθεί με διαδοχικές ανακλάσεις τη δική του πορεία. Ο όγκος των δεδομένων που μπορούμε να στείλουμε έτσι είναι πολύ μεγάλος.

Πλεονεκτήματα - Μειονεκτήματα οπτικών ινών

Οι οπτικές ίνες έχουν περισσότερα πλεονεκτήματα από ό,τι μειονεκτήματα.

Πλεονεκτήματα οπτικών ινών σε σχέση με τα χάλκινα καλώδια.

1) Μπορούν να μεταφέρουν ταυτόχρονα πολύ μεγαλύτερο όγκο δεδομένων σε σχέση με το χάλκινο καλώδιο.

2)
 Η μεταφορά των δεδομένων γίνεται γρηγορότερα, της τάξεως των Gbps.

3)
 Είναι δύσκολες οι παρεμβολές.

4)
 Είναι πολύ πιο λεπτές και ελαφρύτερες από το χάλκινο καλώδιο.

5)
 Τα δεδομένα μεταδίδονται ψηφιακά, οπότε γίνεται γρήγορη κωδικοποίηση – αποκωδικοποίηση και χωρίς σχεδόν καθόλου απώλειες.

6)
 Έχουν χαμηλό κόστος. Η δημιουργία ενός καλωδίου οπτικών ινών είναι φθηνότερη σε σχέση με το χάλκινο καλώδιο, άρα ο καταναλωτής επιβαρύνεται με μικρότερο κόστος όταν τις χρησιμοποιεί.

7)
 Υπάρχει μικρή εξασθένιση του σήματος, χάρη στην υψηλή ποιότητα του γυαλιού που χρησιμοποιείται ως μέσο μετάδοσης.

8)
 Απαιτούνται μικρές απαιτήσεις σε ενέργεια. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι δεν παρατηρούνται σημαντικές απώλειες σήματος, καθώς και στον τρόπο μετάδοση δεδομένων, δηλαδή με τη χρήση φωτεινής δέσμης, που απαιτεί πολύ μικρότερη κατανάλωση ενέργειας, σε σχέση με το ηλεκτρικό σήμα.

9)
 Έχουμε αμιγώς ψηφιακό σήμα, που εξασφαλίζει υψηλότερη ποιότητα επικοινωνίας και αποφυγή προβλημάτων που θα προέκυπταν σε μια αναλογική μετάδοση.

10)
 Λόγω της ανθεκτικής κατασκευής των σύγχρονων οπτικών καλωδίων, μειώνεται στο ελάχιστο το ενδεχόμενο εξωτερικής ζημιάς.

11)
 Έχουν μικρές διαστάσεις και βάρος, καθώς ένα μικρό και ελαφρύ καλώδιο οπτικών ινών, μεταφέρει πολύ περισσότερα δεδομένα από ένα μεγαλύτερο και πιο βαρύ χάλκινο καλώδιο. Έτσι, απαιτείται πολύ λιγότερος χώρος για την υλοποίηση ενός δικτύου οπτικών ινών.

12)
 Δεν χρειάζονται γείωση.

13)
 Δεν επηρεάζονται από ηλεκτρικά και μαγνητικά παιδία.

Μειονεκτήματα οπτικών ινών:

1) Είναι πιο ακριβές, όταν χρησιμοποιούνται για μικρές αποστάσεις.

2)
 Είναι πιο δύσκολη η εγκατάστασή τους.

3)
 Είναι γενικά πιο εύθραυστες.

Η δομή ενός δικτύου οπτικών ινών

Η δομή ενός δικτύου οπτικών ινών είναι αρκετά απλή. αποτελείται από τα εξής μέρη:
1) Πομπός.
2) Ενισχυτής σήματος, ο οποίος είναι απαραίτητος μόνο σε συνδέσεις μεγάλων αποστάσεων και αναλαμβάνει την ενίσχυση του σήματος.
3) Δέκτης, ο οποίος παίρνει το φωτεινό σήμα και το μετατρέπει ξανά στην αρχική του μορφή, δηλαδή σε ψηφιακά δεδομένα.

Πού τις χρησιμοποιούμε;

Οι οπτικές ίνες βρίσκουν πάρα πολλές εφαρμογές. Οπτικές ίνες μεγάλης διαμέτρου και μικρής καθαρότητας (συνήθως πλαστικές) χρησιμοποιούνται στην κατασκευή φωτεινών επιγραφών. Επίσης στη διακόσμηση και στο φωτισμό πισινών. Έτσι αποτρέπεται ο κίνδυνος ηλεκτροπληξίας. Φωτίζονται προθήκες καταστημάτων και πίνακες ζωγραφικής σε γκαλερί.

Με τη βοήθεια των οπτικών ινών μπορούμε να παρατηρήσουμε αντικείμενα που αλλιώς δεν θα μπορούσαμε. Το όργανο ενδοσκόπιο που χρησιμοποιείται στην Ιατρική κάνει ορατές πολλές εσωτερικές περιοχές του ανθρωπίνου σώματος. Παρόμοια όργανα χρησιμοποιούν οι μηχανικοί για να βρουν βλάβες στο εσωτερικό των μηχανών και πολλοί άλλοι επιστήμονες στις έρευνές τους.

Η σημαντικότερη εφαρμογή των οπτικών ινών αφορά τις ψηφιακές τηλεπικοινωνίες. Μεταφέρουμε ταυτόχρονα και χωρίς παρεμβολές χιλιάδες τηλεφωνήματα, πολλές εκπομπές τηλεοπτικών καναλιών και μεγάλο αριθμό δεδομένων υπολογιστών. Κατά τη μεταφορά των πληροφοριών δεν έχουμε παράσιτα. Είναι πολύ δύσκολη η υποκλοπή της πληροφορίας που μεταφέρουν.

Στην Ελλάδα υπάρχουν εργοστάσια παραγωγής οπτικών ινών, δηλαδή επεξεργασίας του διοξειδίου του πυριτίου, με πρώτη ύλη την άμμο, με σκοπό τη δημιουργία της ίνας.

Με την πρόοδο της επιστήμης και της τεχνολογίας περιμένουμε τα επόμενα χρόνια να επεκταθεί η χρήση τους και να προκύψουν και άλλες εφαρμογές που θα βελτιώσουν την ζωή, την υγεία, την γνώση και την ευημερία μας.

ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ Δ. ΚΑΡΠΟΥΖΑΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ - ΧΗΜΕΙΑΣ



Share on Facebook Share on Twitter

Σχόλια

Δεν υπάρχουν σχόλια αυτή τη στιγμή.


Ονοματεπώνυμο:
E-mail (Δεν θα δημοσιευθεί):
Σχόλιο:
Συμπληρώστε τον κωδικό:
7H671
Αναζήτηση
Αναζήτηση για:
Κατηγορία:
Ημερομηνία (από/εώς):



ΕΠΙΣΤΡΟΦΗΕΠΙΣΤΡΟΦΗ Εκτύπωση αυτής της σελίδας
 

 


booked.net


 
Προτεινόμενα άρθρα




































 


  © 2012-2024 :: ekalampaka.gr Κορυφή της σελίδας Πολιτική Απορρήτου   ΜΕΛΟΣ ΤΟΥ