Fiberoptik

Wikipedia

Fiberoptik är ett optiskt system där ljus leds genom så kallade optiska fibrer vars kärnor är gjorda av mycket rent glas eller plast från flera millimeters diameter ned till mindre än ett hårstrås diameter. Dessa glas- eller plastkärnor är omslutna av ett mantelhölje och vanligtvis också av ett skyddande skal.

Fiberoptiken fungerar på så sätt att ljusstrålen inuti kärnan totalreflekteras mot gränsytan till manteln. Således kan ljuset färdas mycket långa sträckor, förutsatt att kärnan är optiskt tätare än manteln och att infallsvinkeln mot mantelytan överstiger gränsvinkeln för totalreflexion. De förluster som sker i ett fiberoptiskt system beror huvudsakligen på små orenheter som absorberar en del av ljuset. Förluster beror även på ojämnheter i ytan där totalreflexionen sker. Sådana ojämnheter kan påverka ljustrålars reflexionsvinkel så att de faller utanför totalreflexion. Den ljusvinkel en optisk fiber kan ta emot ljus för totalreflexion varierar och är beroende dels på vilken våglängd ljuset har, dels på ingående material i kärna och i mantel. Hur mycket av signalen som absorberas i ett system beror även på det sända ljusets våglängd.

Fiberoptik används idag till stor omfattning till kommunikation. Det används även för att leda synligt ljus för belysningsändamål. Då användes som regel de grövre diametrar på fibrerna. Det är svårare att leda ljus för belysningsändamål än för kommunikationsändamål. Vid kommunikation kan ljussignalstyrkan falla tusenfalt i styrka men ändå vara fullt avläsbar och möjlig att återförstärka för att sända vidare. Med ljus för upplysningsändamål är ett motsvarande ljustapp naturligtvis ej meningsfullt. Med fiberoptik av plast kan ljusledning på ca 15 - 20 meter anses vara maximal längd. Med fiberoptik av kvartsglas kan motsvarande ljusledning vara dryga 100 meter. Det finns system för att leda in solens ljus i fiberoptik. Det används solljus i fiber för medicinskt bruk som ersättning för laser, Israeliskt system. Det används solljus för upplysningsändamål med system som; Himawari i Japan, Oak Ridge laboratory i USA och Parans daylight i Sverige.

Fiberoptik som ett användbart kommunikationsverktyg har funnits i drygt 35 år. Före år 1970 kunde endast fibrer framställas som dämpade ljussignalerna alltför kraftigt. År 1970 tillverkade forskare vid Corning Glass Works i USA de första optiska fibrerna som kunde användas praktiskt utan stora signalförluster. Sedan dess har utvecklingen av fiberoptiken fortsatt. Tack vare denna upptäckt har det bl.a. blivit möjligt att överföra ljussignaler för telekommunikation över långa sträckor med mycket hög bandbredd. Ett fiberoptiskt överföringssystem består av en sändare som skickar iväg och kodar ljussignaler genom de optiska fibrerna, samt av en mottagare som tar emot och avkodar dem. Om fibersystemet sträcker sig över långa avstånd finns det ofta behov av att signalförstärkare är utplacerade mellan sändaren och mottagaren.

Sändaren skickar ut ljus antingen med hjälp av laser eller med hjälp av lysdioder. Fördelen med lasersändare är de kan överföra mer energi till den optiska fibern, men de är dyrare och mer temperaturkänsliga än lysdiod|lysdioder. Mottagaren ”översätter” ljussignalerna till elektriska impulser som skickas till dator, TV eller telefon. För att upptäcka ljuset använder mottagaren sig av fotoceller eller fotodioder. De vanligaste ljusvåglängderna som används är 850, 1300 och 1550 nanometer, d.v.s. infrarött ljus. Förlusterna är minst när våglängden är 1550 nm, men samtidigt är de tekniska besvärligheterna då störst.

Det finns idag två typer av optiska fibrer: monomod (kallas även singelmod) och multimod. Multimodfibrer har större kärndiameter än monomod, och ljuset som sänds kommer vanligtvis från lysdioder. För monomodfibrer använder man laser. Fördelen med singelmodfibrer är att alla signaler går lika lång väg genom fibern, och därför kan man sända signaler mycket längre väg innan de måste renas i en repeater.

Av tradition och av praktiska skäl har koppartråd alltid använts inom telekommunikation, men nu konkurreras den mer och mer ut av de optiska fibrerna. De optiska fibrernas viktigaste fördelar gentemot koppartråd är att:

• de är billigare än koppartråd, vilket gynnar operatören och konsumenten.
• de är tunnare än koppartråd. Därigenom blir det möjligt att bunta ihop fler fibrer i en kabel med en given diameter än koppartråd, vilket i sin tur gör att exempelvis fler telefonlinjer får plats.
• ljussignaler dämpas och förvrängs mindre i optiska fibrer än elektriska signaler i koppartråd. Därför räcker det att ha en sändare som förbrukar lite elektricitet. Dessutom krävs en förstärkare varje 100 km jämfört med 1,5 km för koaxialkabel. Även här gynnas operatören och konsumenten.