Stikliniai laidai
Žavimės spalvotais vitražais... O kodėl stiklas būna spalvotas? Nes jį nuspalvina metalai: varis ar
kobaltas jį daro mėlynu, manganas violetiniu, chromas gelsvai žalsvu... Rečiau stiklui spalva suteikiama ne
metalais, pvz., selenas stiklui suteikia raudoną spalvą.
Tačiau pramonėje svarbesni skaidrieji tikslai. Tačiau stiklą išvalyti nuo metalinių priemaišų labai sunku. Tik 1970 m. pavyko stiklą išvalyti taip, kad juo 1 km praėjusi šviesa nusilpsta tik 100 kartų. Dabar jau pasiekta teorinė kvarco riba, kai labai švariame stikle šviesa susilpnėja 100 kartų nuėjusi 100 km.
Šviesolaidis yra plauko storio (apie 0,005 mm skersmens) stiklinis siūlas. Dažniausiai jie gaminami iš stiklo (aukštos kokybės silicio oksido SiO2), kartais įmaišant nežymų kiekį priemaišų, dažniausiai B, Ti, Ge ir pan. Jis sudarytas iš kelių sluoksnių: šerdies, apvalkalo, sutvirtinančio sluoksnio, apsauginio sluoksnio.
Dėl savo plonumo nelūžta net apsuktas apie pirštą. Šviesa juo gali keliauti net ir į ritę susuktu optiniu kabeliu. Taip nutinka dėl visiško vidaus atspindžio. Skaidrias aplinkas įprasta vertinti lūžio rodikliu. Vakuumas laikomas reperiu (atskaitos tašku) jo lūžio rodiklis lygus vienetu. Visų kitų terpių jis didesnis už vienetą, pvz., stiklo 1,5, vandens 1,3, oro 1,0003. Šviesai pereinant iš vienos terpės į kitą, jei šios lūžio rodiklis didesnis (iš oro į stiklą), dalis šviesos atsispindi. Tačiau jei kitos terpės lūžio rodiklis mažesnis (iš stiklo į orą), gali atsirasti visiškas vidaus atspindys, kai šviesa atsispindi tarsi nuo veidrodžio. Tai nutinka ne visada, o tik esant tam tikroms sąlygoms esant tam tikram kampui (šviesa tarsi slysta).
Būtent šis reiškinys ir neleidžia lazerio spinduliui palikti šviesolaidžio. Juo signalai perduodami lazeriu ar šviesos diodais. Kabelį sudaro daugelis šviesolaidžių, kad juo būtų galima perduoti didesnį kiekį informacijos. Perduodamų šviesos kiekis per laiko vienetą ribotas, nes dėl lūžio šviesos impulsai platėja ir gretimi impulsai ima klotis vienas ant kito.
Šviesolaidžiais perduodama informacija (ir didesniu greičiu, nei kitomis elektroninio ryšio priemonėmis), tikrinamas branduolinio reaktoriaus vidus, jie naudojami sunkiai prieinamoms vietoms apšviesti ir apžiūrėti. Pvz., medicinoje jie panaudojami skrandžio, plaučių ir kitų vidaus organų tyrimams. Be to, šviesolaidinis apšvietimas panaudojamas ir dekoracijoms (tame vaizdų sukūrimui).
Trumpa istorija
Jau nuo gilios senovės daugelis tautų šviesos signalus naudojo informacijos perdavimui: signalizuodami laužais ar dideliais deglais, uždegamais ant aukštesnių kalnų, bokštų ir pan. Juos nuo seno naudojo ir jūreiviai. Buvo sukurtas optinis telegrafas, o 19 a. 8-me dešimtm. A.H. Belas, telefono išradėjas, sukūrė fotofoną, t.y balso perdavimo šviesos pagalba prietaisą. Tuose prietaisuose jau naudota šviesos moduliacija. 18-19 a. šviesos signalus siūlyta naudoti net tarpplanetinei komunikacijai, t.y bendraujant su Marso ar Veneros gyventojais.
Šviesos perdavimo stikliniais laidais buvo pademonstruotas dar 19 a., tačiau liko plačiai nepanaudotas dėl tinkamų technologijų nebuvimo. 1934 m. amerikietis N.R. Frenčas gavo patentą optinei telefoninei sistemai, kurioje garso signalai buvo perduodami šviesos impulsais. Tuo pat metu buvo parodyta ir galimybė optiniais laidais perduoti vaizdus (H. Lamas, tačiau jo darbai buvo greitai užmiršti). 1962 m. buvo sukurtas puslaidininkinis lazeris ir fotodiodas, kurie panaudojami kaip signalo šaltinis ir imtuvas. Tačiau visuotiniam perėjimui prie optinio ryšio tebetrukdė signalo nuslopimas. Tik link 8-ojo dešimtm. Corning kompanijai pavyko jį sumažinti. 1983 m. įsisavinta vienkanalio šviesolaidžio gamyba. 2018 m. sukurtas naujas trikanalio šviesolaidžio tipas pasiekiant 159 TB per sekundę perdavimo greitį virš 1000 km atstumu.
Pagrindinis lazerio skirtumas nuo apšvietimo lemputės tas, kad lazerio spinduliavimas yra indukuotas (sužadintas), o ne savaiminis. T.y., visi aktyvios medžiagos atomai priversti - energiją išspinduliuoti vienu metu, tad jo spinduliavimas idealiai stabilus erdvėje ir laike taigi, koherentiškas. Kita lazerio savybe yra jo didelis kryptingumas, o panaudojant optines fokusavimo sistemas, spindulį galima dar labiau sufokusuoti ir taip jame sukaupti didelę energiją ir perduoti dideliais atstumais. Lazeriu išspinduliuota šviesa turi vieną bangos ilgį tai monochromatinis spinduliavimas. Diseliu lazerių privalumu yra ir jų dažnių spektro plačiajuostiškumas, šalinantis eterio bado problemą.
Terminą fiber optics (angl., pažodžiui būtų skaidulinė optika iš tikro, optinis kabelis sudaryta iš daugelio šviesolaidinių skaidulų) pirmąkart 1960 m. Scientific American straipsnyje panaudojo N.S. Kapany (1926-2020).
Triukšmai
Laivai iš ledo
Superlaidumas
Rentgenas Visatai
Akiniai nuo saulės
Galileo Galilėjus
Kaip veikia daiktai?
Nematomumo skydas
Manipuliacijos šviesa
Langų stiklas Lietuvoje
Kaip garbanojasi plaukai?
Atsiradimai ir paaiškinimai
Kaip veikia Saulės baterijos?
Naglumas sėkmės garantas
8 alternatyvūs energijos šaltiniai
Celuloidas plastmasių prosenelis
Mokslo riboženkliai: 1867-ieji kartų kaita
Degtukai trumpas, bet svarbus gyvenimas
Už ką suteiktos 2021 m. Nobelio fizikos premijos?
Paslaptingas Tesla: gyvenimas ir palikimas
Lemtingasis Rentgeno atradimas
Šarvuotųjų automobilių pirmeiviai
Nepaprastos vandens savybės
Kitoks, sunkusis vandenilis
Šaltoji branduolių sintezė
Zingeris ir jo siuvamoji
Kodėl dangus žydras?
Senovės mechanika
Metro etalonas
Geodinamika
Vartiklis