На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Работа № 98649


Наименование:


Курсовик Волоконная оптика.Общая схема технологического процесса

Информация:

Тип работы: Курсовик. Добавлен: 8.8.2016. Сдан: 2016. Страниц: 37. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


СОДЕРЖАНИЕ

1.Введение…………………………………………………………………………3
2.Принцип работы…………………………………...............................................5
3. Классификация волокон…………………………………………………….....8
4. Общая схема технологического процесса …………………………….…… 14
5. Поэтапное описание технологии…………… .………………….…………..18
6.Применение……………………………………………………….……………26
7. Вывод………………......................................................................................…36
8. Список используемой литературы……………...……………………………37


1.Введение
Волоконная оптика, хоть и стала широко использоваться в современном мире, является довольно простой и старой технологией. Передача света с помощью закона преломления, принципа, который делает возможным использование волоконной оптики, была впервые продемонстрирована Даниэлем Колладоном и Жаком Бабинэ в Париже в начале 1840-х годов. Джон Тиндел через несколько десятков лет ввел показательные демонстрации в свои общественные лекции в Лондоне. Тиндел также писал о свойствах полного внутреннего отражения в своей ознакомительной работе о природе света в 1870 году: «Когда свет проходит в направлении от воздуха в воду, то преломленный луч смещается в сторону перпендикуляра. В случае, когда угол, образованный лучом в воде и перпендикуляром к поверхности, превышает 48 градусов, световой луч не покинет среду воды вообще: он будет полностью отражен на поверхности... Угол, ограничивающий границу полного внутреннего отражения, называется углом полного внутреннего отражения среды. Для воды он составляет 48°27, для флинтового стекла - 38°41, а для алмаза - 23°42».
Практическое применение, такое как освещение полости рта внутри при стоматологических процедурах, появилось в начале ХХ века. Передача изображений по трубкам была продемонстрирована отдельно радио-экспериментатором Кларенсом Ханселем и телевизионным первопроходцем Джоном Логи Бэйрдом в 1920 годах. Этот эффект впервые был применен для внутреннего медицинского обследования Гайнриком Ламмом в следующем десятилетии. В 1952 году физик Нерайндер Сайнг Капани провел эксперимент, который привел к изобретению оптического волокна. Современное оптическое волокно, стеклянное волокно которого покрыто прозрачной оболочкой для определения наиболее подходящего коэффициента преломления появилось позже в этом десятилетии. После этого все разработки сконцентрировались на пучках оптических волокон, необходимых для передачи изображения. Первый волоконно-оптический гастроскоп был запатентован в 1956 году Бэзилом Хиршовицем, Си. Уилбером Питерзом и Лоренцом И. Куртизом, являющимися исследователями Университета Мичигана в 1956 году. В процессе разработки гастроскопа, Куртиз создал первое волокно со стеклянным покрытием; предыдущие образцы оптического волокна в качестве оболочки с низким показателем преломления материала оболочки использовали воздух, а также непрактичные масла и воск. Вскоре появился целый ряд других применений, связанных с передачей изображений.
Юн-ичи Нишазава, японский ученый из университета Тохоку, был первым, кто предложил использовать оптические волокна в сфере связи в 1963 году. Нишазава изобрел другие технологии, которые внесли свой вклад в развитие оптоволоконных линий связи, а также Нишазава изобрел градиентные оптические волокна в 1964 году как канал для передачи света от полупроводниковых лазеров на большие расстояния с малыми потерями.
В 1965 году Чарльз К. Као и Джордж А. Гокхем из британской компании Стандарт Телефонс энд кейблс (STC) были первыми, кто предложили идею уменьшения затухания в оптическом волокне к показателю, ниже 20 децибел на километр (дБ /км), таким образом, позволяя использовать волокна в качестве практического средства коммуникации. Они предполагали, что причиной затухания, имеющегося в волокнах на тот момент, являются больше примеси, которые могут быть удалены из волокна, чем фундаментальные физические эффекты, такие как рассеяние. Определяющий уровень затухания 20 дБ / км впервые был достигнут в 1970 году исследователями Робертом Д. Маурером, Дональдом Кеком, Питером К. Шульцом и Франко Зимаром, работающими на американского производителя стекла стекольный завод Каминг Гласс Воркс, в настоящее время завод именуется Корнинг Инкорпорэйтид. Они продемонстрировали волокна с уровнем затухания в 17 дБ /км в котором кварцевое стекло содержало примеси титана. Через несколько лет они создали волокно с уровнем затухания всего в 4 дБ /км, используя за основу примеси диоксид германия. Столь низкое затухание положило начало низким телекоммуникациям с использованием оптического волокна и сделало Интернет доступным. В 1981 году компания Дженерал Электрик выпустила слитки плавленого кварца, которые могут использоваться для создания оптоволоконных нитей с длиной в 25 миль (40 Ион).
Затухание в современном оптическом волоконном кабеле значительно меньше, чем в медном электрическом, что повлияло на развитие линий телекоммуникационных передач длиной 50-80 км (31-50 миль). Оптоволоконный усилитель с примесями эрбия, что существенно уменьшает стоимость оптоволоконных систем большой длины путем уменьшения количества или даже очень часто, устранения необходимости оптико-электронных-оптических ретрансляторов, был разработан Дэвидом Н. Пейном из Университета Саусхамтона и Эмануэлем Дезервиром из Бел Лабс в 1986 году. В усовершенствованном оптическом волокне, применяемом сегодня, для сердцевины и оболочки используется стекло, которое повышает устойчивость к процессам старения. Оно было изобретено Герхардом Бернизом в 1973 году компанией Скот Глес в Германии.
В 1991 году недавно возникшее направление фотонных кристаллов привело к развитию фотонно-кристаллического оптического волокна, проводившего свет благодаря дифракционным явлениям на периодической структуре материала быстрее, чем это выполняется путем полного внутреннего отражения. Первое фотонное кристаллическое волокно стало коммерчески доступным в 2000 году. Фотонные кристаллические волокна могут быть предназначены для передачи более высокой мощности, если сравнивать с мощностью, которую передают обычные волокна, и их частоты можно регулировать с целью улучшения эффективности определенных сфер применения.


2. Принцип работы



Волоконная оптика - раздел оптики, рассматривающий распространение электромагнитных волн оптического диапазона по световодам - оптическим волокнам. Конструкция отдельно взятого оптического волокна достаточно проста. Сердечник из оптически более плотного материала окружен оболочкой с меньшим коэффициентом преломления и все это покрыто защитной оболочкой (рис.1). Оптическое волокно - типичный диэлектрический волновод электромагнитных волн.


Когда поток света пересекает границу раздела двух сред с показателями преломления n1 и n2 то, как известно, наблюдаются два явления: преломление и отражение. Если световой поток пересекает границу раздела со стороны оптически более плотной среды, то угол преломления больше угла падения. С ростом угла падения преломленный луч будет прижиматься к границе раздела. И, наконец, при определенном угле падения, называемом критическим, преломленный луч начнет скользить вдоль поверхности раздела. При углах падения, больших критического, преломленный световой поток отсутствует (в идеализированном случае), поверхность раздела приобретает свойства зеркала - вся переносимая лучом энергия остается в отраженном потоке. Это явление носит название полного внутреннего отражения (рис.2). На эффекте полного внутреннего отражения построены все оптические волокна. Условно оптическим волокном называют световоды, диаметр которых менее 0.5 мм.
Традиционные проводные линии, коаксиальные кабели, СВЧ волноводы - все они требуют дорогих и дефицитных материалов, по меньшей мере, меди. Для изготовления стекловолокна нужны окислы кремния - самые распространенные на Земле вещества. Волокна из прозрачных пластиков также почти не нуждаются в редких материалах. Таким образом, источники сырья для производства световолокон практически не ограничены. К этому следует добавить, что по диаметру оптические кабели существенно меньше металлических. Материалы оптических кабелей не подвержены коррозии и экологически безопасны.
Волоконно-оптические кабели не восприимчивы к помехам со стороны электромагнитных полей радиодиапазонов, и сами не создают таких помех. Поэтому в плане электромагнитной совместимости - это идеальные средства передачи информации. Столь же совершенны они и по электробезопасности, поскольку переносимые в них мощности очень малы.
Для того чтобы передать свет на некоторое расстояние необходимо сохранить его мощность. Снизить потери при его передаче можно, во-первых, обеспечив достаточно оптически прозрачную среду распространения, тем самым, сведя к минимуму поглощение волны, и, во-вторых, обеспечить правильную траекторию движения луча. Первая задача в настоящее время решается с помощью применения высокотехнологичных материалов, таких как чистое кварцевое стекло. Вторая задача решается с помощью закона оптики, описанного выше.
И сердцевина, и оболочка изготавливаются из стекла или пластика. Наиболее часто (вследствие лучших характеристик) используется оптоволокно типа "стекло-стекло", когда сердцевина и оболочка изготавливаются из особого кварцевого стекла. Понятно, что стекло, используемое для оболочки, должно иметь меньший показатель преломления, чем для сердцевины. Показатель преломления стекла регулируется с помощью легирующих добавок. В оптических волокнах показатели преломления сердцевины и оболочки различаются на величину порядка 1%.
Затухание в световоде, то есть потеря мощности светового сигнала происходит, в основном, по двум причинам: поглощение и рассеивание.
Поглощение связано с возбуждением в материале световода электронных переходов и резонансов. В результате этого увеличивается тепловая энергия, накапливаемая в оптическом волокне. Поглощение зависит как от свойств материала, из которого изготавливается оптоволокно, так и от длины волны источника света.
Рассеивание меньше зависит от свойств материала и, в основном, определяется нарушением геометрической формы оптического волокна. Следствием этих нарушений является то, что часть лучей покидает оптоволокно. Интенсивность рассеивания зависит не только от качества материала, из которого изготавливается сердцевина волокна, но и от качества оболочки, так как часть сигнала, вопреки геометрической оптики, распространяется в ней (это явление связано с квантовой природой света). Бороться с этим можно за счет нанесения на оболочку поглощающего покрытия.
Гибкие жгуты волокон используются для передачи изображения и света по протяженному каналу. Область применения - медицинские и технические эндоскопы, предназначенные для визуального наблюдения внутренних органов человека и животного, а также при осмотре деталей конструкций, находящихся в труднодоступных местах (например, двигатели самолетов и автомобилей).
Жгуты для передачи изображения имеют (ориентировочно) следующие размеры:
Диаметр жгута, мм5-100
Диаметр единичного волокна, мкм 2-500
Длина жгута, мм 100-5000
Принципиальная схема передачи изображения весьма проста: свет, отраженный от предмета, попадает на вход светопроводящего жгута, распространяется по нему и выходит с противоположного конца к приемнику излучения (например, глазу человека) (рис .3).


Диаметр волоконной жилы может быть весьма мал, т.к. явление прохождения света через стержень принципиально не меняется до тех пор, пока диаметр не станет сравнимым с длинной световой волны - в таком случае законы геометрической оптики теряют силу, и в значительной мере начинают проявляться волновые свойства света (дифракция). Проходя через оптоволокно диаметром 50 микрон, свет может претерпевать от 3000 до 20000 отражений на метр, следовательно, для обеспечения высокого светопропускания необходима гладкая поверхность и высокая прозрачность среды световода, а так же прилегающей к нему среды.


Для передачи изображения необходима плотная укладка волокон в жгуты. Если при этом два соседних волокна расположены на расстоянии менее полуволны проходящего света, то свет может просачиваться из одного волокна в соседнее (рис. 4).
Плотно расположенные в жгуте волокна соприкасаются друг с другом, и просачивание света наблюдается не только на самой линии контакта волокон, но и в области, где расстояние между ними меньше половины волны. Просачивание света значительно ухудшает контраст изображения и понижает разрешающую силу световода и прибора в целом. Для предупреждения просачивания света волокна необходимо изолировать друг от друга тонкой оболочкой из прозрачного материала с меньшим показателем преломления, чем у волокон (именно с этой целью на жилу волокна наносится оболочка с близким значением показателя преломления). Такая оболочка должна обеспечить гладкость и чистоту поверхности светопроводящей сердцевины волокна, необходимые для исключения световых потерь при полном внутреннем отражении. Изолированные волокна можно вытягивать из цилиндрической заготовки с сердцевиной из стекла с высоким показателем преломления и оболочкой толщиной 1-2 микрона из стекла с низким показателем преломления. Так же для предотвращения просачивания на волокно можно нанести тонкий слой металла. В многожильных световодах удобно применять стеклянные волокна, изолированные друг от друга специально подобранной пластической изоляцией. Многожильные волокна обладают хорошими механическими свойствами (гибкость, прочность). С помощью таких многожильных светопроводящих кабелей достигается большая разрешающая сила:100-200 и более линий на миллиметр.
Светопропускание современных оптических волокон составляет не менее 90% на метр, а поглощение не боле 0.1% на метр. Число светопроводящих жил световода зависит от требуемой разрешающей силы прибора. Необходимо так же отметить, что в жгутах хорошего качества свет, вошедший через боковые поверхности, может уйти только через поверхности, параллельные оси волокна, т.е. свет, вошедший не со стороны входного торца световода, не может покинуть световод через наблюдаемый (выходной) торец. Такой свет не создаёт дымку рассеянного света на выходе, которая ухудшает полученное изображение. Приведенный факт не относится к жгутам с шероховатой поверхностью волокон, жгутов, торцы которых не перпендикулярны волокнам и для конических жгутов. Борьба с рассеянным светом не является основной проблемой при создании волоконных систем для передачи изображения (тем более, что от внешнего рассеянного света жгут предохраняет непрозрачное покрытие ).
3. Классификация волокон
Оптические волокна могут быть классифицированы по двум параметрам, первый - по материалу, из которого сделано волокно, второй способ основан на индексе преломления ядра и модовой структуре света.
3.1 По материалу
Стеклянные волокна имеют как стеклянное ядро, так и стеклянную оптическую оболочку. Стекло, используемое в данном типе волокон, состоит из сверхчистого сверхпрозрачного диоксида кремния или плавленого кварца. Ес........


Список используемой литературы:

Дж. Э. Мидвинтер “Волоконные световоды для передачи информации”,
Радио и связь, 1983;

Н. С. Капани “Волоконнпая оптика. Принципы и применения”,
Мир, 1969;

П. К. Чео “Волоконная оптика. Приборы и системы”
Энергоатомиздат,1988

Р. Тидекен “ Волоконная оптика и её применение”,
Мир, 1975

Сборник статей под ред. К.И. Блох “Световоды для передачи изображения”,
Мир, 1961



Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть похожие работы

* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.