Оптическое: Оптическое сканирование: описание, методы, оборудование

Содержание

Оптическое сканирование: описание, методы, оборудование

Оптические методы измерений – способы определения различных характеристик объекта без непосредственного контакта с ним. С их помощью определяются как геометрические параметры объекта и расстояния до него, так и другие характеристики, среди которых: шероховатость поверхности, температура, плотность и др. Данные методы основаны на способности исследуемого объекта отражать, рассеивать, поглощать и пропускать сквозь себя лучи света. Кроме того, для определения отдельных характеристик (например, для изучения шероховатости) могут использоваться такие явления, как интерференция и дифракция.

Методы оптических измерений делятся на прямые и косвенные. При помощи прямых можно узнавать искомые величины напрямую, без дополнительных операций, при помощи косвенных – только после обработки информации (вычислений по формулам), полученной при прямых измерениях. Эти методы нашли широкое распространения в различных сферах благодаря высокой скорости и точности получения данных.

В частности, определение геометрических параметров – один из важнейших процессов в машиностроении, аэрокосмической промышленности, в сфере моделирования и проектирования. Здесь требуемая скорость и точность измерения без проблем обеспечиваются современными координатно-измерительными машинами.

Сфера применения оптического сканирования

В сканерах и ксероксах с помощью оптического сканирования происходит копирование рисунков, фотографий или буквенных символов; в лабораторном оборудовании сканирующая оптика способна считывать не только геометрические параметры, но и давать представление о физико-химических свойствах исследуемого образца (состав, структура). Для проверки точных деталей применяют измерительные системы с детектором, на который поступают сведения о внешней форме, контурах, пропорциях; в медицинских и других научных исследованиях используют специализированные электронные микроскопы.

Как работает оптическое сканирование

Принцип копирования графических символов, выполнения геометрических измерений и лабораторных исследований заключается в получении обратной реакции на отраженный (в ряде случаев — проникающий) свет.

Конструкционная схема, благодаря которой осуществляется оптическое сканирование, состоит из двух основных компонентов: источник светового излучения и приемник сигнала. Для обработки полученных данных используется модуль преобразования визуальной информации в цифровую; программный анализ цифр придает наборам числовых значений удобно воспринимаемый смысл. Для геометрических замеров и лабораторных исследований это будет — перечень систематизированных сведений, необходимых для подтверждения заявленного качества или обнаружения несоответствий.

Точность оптического сканирования в устройствах измерения тел вращения и контроля плоских деталей зависит от измерительной погрешности, а в перечень снимаемых параметров входят:

  • линейно-угловые данные;
  • геометрические сведения;
  • оцифрованная форма изделия.

Степень погрешности зависит от разрешения оптики и качества оцифровки. Разрешающая способность оптического сканирования бывает физической и интерполяционной.

В первом случае речь идет об «очевидных» технических возможностях аппаратуры, а именно:

  • тип фотоприемника (на фотодиодах, с зарядовой связью, фотоэлектронные умножители),
  • яркость света, который формирует сканируемую тень,
  • апертура объектива.

Повысить разрешение можно — программным способом, интерполяцией, в результате чего происходит сглаживание, и улучшается детализация. Для увеличения «мощности» обсчета предусмотрена синхронизация с персональным компьютером. Современные измерительные системы совместимы с компьютерным оборудованием; отчет по итогам тестирования создается в виде электронного файла, который при необходимости можно распечатать и оформить как техническую документацию.

Оборудование для оптического сканирования и измерения

Для оптического сканирования используются координатно-измерительные машины – технологически сложные устройства для контактного и бесконтактного определения геометрических параметров объектов сложной формы.

Такая машина состоит из зонда и системы управления, сбора и обработки данных. Месторасположение зонда изменяется вручную оператором или автоматически самой машиной и определяется при помощи специальных датчиков. Определение геометрических параметров исследуемого объекта осуществляется путем последовательно изменения расположение зонда.

Продажа и доставка

Наша компания осуществляет продажу портативных координатно-измерительных машин на выгодных условиях. Мы работаем напрямую с производителем данного оборудования, что позволяет нам реализовать его продукцию без наценок сторонних посредников. Кроме непосредственной продажи техники, мы предоставляем услуги ее доставки, а также проводим обучение персонала работы с КИМ в случае возникновения такой необходимости.


Оптическое волокно (оптоволокно)

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) давно занимают одну из лидирующих позиций на рынке телекоммуникаций. Имея ряд преимуществ перед другими способами передачи информации (витая пара, коаксиальный кабель, беспроводная связь…), ВОЛС широко используются в телекоммуникационных сетях разных уровней, а также в промышленности, энергетике, медицине, системах безопасности, высокопроизводительных вычислительных системах и во многих других областях.

Передача информации в ВОЛС осуществляется по оптическому волокну (optical fiber). Для того чтобы грамотно подойти к вопросу использования ВОЛС, важно хорошо понимать, что из себя представляет оптическое волокно как среда передачи данных, каковы его основные свойства и характеристики, какие бывают разновидности оптических волокон. Именно этим базовым вопросам теории волоконно-оптической связи и посвящена данная статья.

 

Структура оптического волокна

Оптическое волокно (оптоволокно) – это волновод с круглым поперечным сечением очень малого диаметра (сравним с толщиной человеческого волоса), по которому передается электромагнитное излучение оптического диапазона. Длины волн оптического излучения занимают область электромагнитного спектра от 100 нм до 1 мм, однако в ВОЛС обычно используется ближний инфракрасный (ИК) диапазон (760-1600 нм) и реже – видимый (380-760 нм). Оптическое волокно состоит из сердцевины (ядра) и оптической оболочки, изготовленных из материалов, прозрачных для оптического излучения (рис.

1).

Рис. 1. Конструкция оптического волокна

 

Свет распространяется по оптоволокну благодаря явлению полного внутреннего отражения. Показатель преломления сердцевины, обычно имеющий величину от 1,4 до 1,5, всегда немного больше, чем показатель преломления оптической оболочки (разница порядка 1%). Поэтому световые волны, распространяющиеся в сердцевине под углом, не превышающим некоторое критическое значение, претерпевают полное внутреннее отражение от оптической оболочки (рис. 2). Это следует из закона преломления Снеллиуса. Путем многократных переотражений от оболочки эти волны распространяются по оптическому волокну.

Рис. 2. Полное внутреннее отражение в оптическом волокне

 

На первых метрах оптической линии связи часть световых волн гасят друг друга вследствие явления интерференции. Световые волны, которые продолжают распространяться в оптоволокне на значительные расстояния, называются пространственными

модами оптического излучения. Понятие моды описывается математически при помощи уравнений Максвелла для электромагнитных волн, однако в случае оптического излучения под модами удобно понимать траектории распространения разрешенных световых волн (обозначены черными линиями на рис. 2). Понятие моды является одним из основных в теории волоконно-оптической связи.

 

Основные характеристики оптического волокна

Способность оптического волокна передавать информационный сигнал описывается при помощи ряда геометрических и оптических параметров и характеристик, из которых наиболее важными являются затухание и дисперсия.

1. Геометрические параметры.

Помимо соотношения диаметров сердцевины и оболочки, большое значение для процесса передачи сигнала имеют и другие геометрические параметры оптоволокна, например:

  • некруглость (эллиптичность) сердцевины и оболочки, определяемая как разность максимального и минимального диаметров сердцевины (оболочки), деленная на номинальный радиус, выражается в процентах;
  • неконцентричность сердцевины и оболочки – расстояние между центрами сердцевины и оболочки (рис. 3).

Рис 3. Некруглость и неконцентричность сердцевины и оболочки

 

Геометрические параметры стандартизированы для разных типов оптического волокна. Благодаря совершенствованию технологии производства значения некруглости и неконцентричности удается свести к минимуму, так что влияние неточности геометрии оптоволокна на его оптические свойства оказывается несущественным.

 

2. Числовая апертура.

Числовая апертура (NA) – это синус максимального угла падения луча света на торец волокна, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения (рис. 4). Этот параметр определяет количество мод, распространяющихся в оптическом волокне. Также величина числовой апертуры влияет на точность, с которой должна производиться стыковка оптических волокон друг с другом и с другими компонентами линии.

Рис 4. Числовая апертура

 

3. Профиль показателя преломления.

Профиль показателя преломления – это зависимость показателя преломления сердцевины от ее поперечного радиуса. Если показатель преломления остается одинаковым во всех точках поперечного сечения сердцевины, такой профиль называется ступенчатым. Среди других профилей наибольшее распространение получил градиентный профиль, при котором показатель преломления плавно увеличивается от оболочки к оси (рис. 5). Помимо этих двух основных, встречаются и более сложные профили.

Рис. 5. Профили показателя преломления

 

4. Затухание (потери).

Затухание – это уменьшение мощности оптического излучения по мере распространения по оптическому волокну (измеряется в дБ/км). Затухание возникает вследствие различных физических процессов, происходящих в материале, из которого изготавливается оптоволокно. Основными механизмами возникновения потерь в оптическом волокне являются поглощение и рассеяние.

а) Поглощение. В результате взаимодействия оптического излучения с частицами (атомами, ионами…) материала сердцевины часть оптической мощности выделяется в виде тепла. Различают собственное поглощение, связанное со свойствами самого материала, и примесное поглощение, возникающее из-за взаимодействия световой волны с различными включениями, содержащимися в материале сердцевины (гидроксильные группы OH-, ионы металлов…).

б) Рассеяние света, то есть отклонение от исходной траектории распространения, происходит на различных неоднородностях показателя преломления, геометрические размеры которых меньше или сравнимы с длиной волны излучения. Такие неоднородности являются следствием как наличия дефектов структуры волокна (рассеяние Ми), так и свойствами аморфного (некристаллического) вещества, из которого изготавливается волокно (рэлеевское рассеяние). Рэлеевское рассеяние является фундаментальным свойством материала и определяет нижний предел затухания оптического волокна.

Существуют и другие виды рассеяния (Бриллюэна-Мандельштама, Рамана), которые проявляются при уровнях мощности излучения, превышающих те, которые обычно используются в телекоммуникациях.

Величина коэффициента затухания имеют сложную зависимость от длины волны излучения. Пример такой спектральной зависимости приведен на рис. 6. Область длин волн с низким затуханием называется окном прозрачности оптического волокна. Таких окон может быть несколько, и именно на этих длинах волн обычно осуществляется передача информационного сигнала.

Рис. 6. Спектральная зависимость коэффициента затухания

 

Потери мощности в волокне обуславливаются также различными внешними факторами. Так, механические воздействия (изгибы, растяжения, поперечные нагрузки) могут приводить к нарушению условия полного внутреннего отражения на границе сердцевины и оболочки и выходу части излучения из сердцевины. Определенное влияние на величину затухания оказывают условия окружающей среды (температура, влажность, радиационный фон…).

Поскольку приемник оптического излучения имеет некоторый порог чувствительности (минимальную мощность, которую должен иметь сигнал для корректного приема данных), затухание служит ограничивающим фактором для дальности передачи информации по оптическому волокну.

 

5.Дисперсионные свойства.

Помимо расстояния, на которое передается излучение по оптическому волокну, важным параметром является скорость передачи информации. Распространяясь по волокну, оптические импульсы уширяются во времени. При высокой частоте следования импульсов на определенном расстоянии от источника излучения может возникнуть ситуация, когда импульсы начнут перекрываться во времени (то есть следующий импульс придет на выход оптического волокна раньше, чем закончится предыдущий). Это явление носит название межсимвольной интерференции (англ. ISI – InterSymbol Interference, см. рис. 7). Приемник обработает полученный сигнал с ошибками.

Рис. 7. Перекрывание импульсов, вызывающее межсимвольную интерференцию: а) входной сигнал; б) сигнал, прошедший некоторое расстояние L1 по оптическому волокну; в) сигнал, прошедший расстояние L2>L1.

 

Уширение импульса, или дисперсия, обуславливается зависимостью фазовой скорости распространения света от длины волны излучения, а также другими механизмами (табл. 1).

Таблица 1. Виды дисперсии в оптическом волокне.
Название Краткое описание Параметр
1. Хроматическая дисперсия Любой источник излучает не одну длину волны, а спектр незначительно отличающихся длин волн, которые распространяются с разной скоростью.

Коэффициент хроматической дисперсии, пс/(нм*км).

Может быть положительным (спектральные составляющие с большей длиной волны двигаются быстрее) и отрицательным (наоборот). Существует длина волны с нулевой дисперсией.
а) Материальная хроматическая дисперсия Связана со свойствами материала (зависимость показателя преломления от длины волны излучения)
б) Волноводная хроматическая дисперсия Связана с наличием волноводной структуры (профиль показателя преломления)
2. Межмодовая дисперсия Моды распространяются по разным траекториям, поэтому возникает задержка во времени их распространения.

Ширина полосы пропускания (bandwidth), МГц*км.

Эта величина определяет максимальную частоту следования импульсов, при которой не происходит межсимвольной интерференции (сигнал передается без существенных искажений). Пропускная способность канала (Мбит/с) может численно отличаться от ширины полосы пропускания (МГц*км) в зависимости от способа кодирования информации.
3. Поляризационная модовая дисперсия, PMD Мода имеет две взаимно перпендикулярные составляющие (поляризационные моды), которые могут распространяться с различными скоростями.

Коэффициент PMD, пс/√км.

Временная задержка из-за PMD, нормируемая на 1 км.

 

Таким образом, дисперсия в оптическом волокне отрицательно сказывается как на дальности, так и на скорости передачи информации.

 

Разновидности и классификация оптических волокон

Рассмотренные свойства являются общими для всех оптических волокон. Однако описанные параметры и характеристики могут существенно отличаться и оказывать различное влияние на процесс передачи информации в зависимости от особенностей производства оптоволокна.

Фундаментальным является деление оптическим волокон по следующим критериям.

  1. Материал. Основным материалом для изготовления сердцевины и оболочки оптического волокна является кварцевое стекло различного состава. Однако используется большое количество других прозрачных материалов, в частности, полимерные соединения.
  2. Количество распространяющихся мод. В зависимости от геометрических размеров сердцевины и оболочки и величины показателя преломления в оптическом волокне может распространяться только одна (основная) или же большое количество пространственных мод. Поэтому все оптические волокна делят на два больших класса: одномодовые и многомодовые (рис. 8).

Рис. 8. Многомодовое и одномодовое волокно

 

На основании этих факторов можно выделить четыре основных класса оптических волокон, получивших распространение в телекоммуникациях:

  1. Кварцевое многомодовое волокно.
  2. Кварцевое одномодовое волокно.
  3. Пластиковое, или полимерное, оптическое волокно (POF).
  4. Кварцевое волокно с полимерной оболочкой (HCS).

Каждому из этих классов посвящена отдельная статья на нашем сайте. Внутри каждого из этих классов также существует своя классификация.

 

Производство оптических волокон

Процесс изготовления оптического волокна крайне сложен и требует большой точности. Технологический процесс проходит в два этапа: 1) создание заготовки, представляющей собой стержень из выбранного материала со сформированным профилем показателя преломления, и 2) вытягивание волокна в вытяжной башне, сопровождающееся покрытием защитной оболочкой. Существует большое количество различных технологий создания заготовки оптического волокна, разработка и совершенствование которых происходит постоянно.

 

Волоконно-оптические кабели

Практическое использование оптического волокна в качестве среды передачи информации невозможно без дополнительного упрочнения и защиты. Волоконно-оптическим кабелем называется конструкция, включающая в себя одно или множество оптических волокон, а также различные защитные покрытия, несущие и упрочняющие элементы, влагозащитные материалы. По причине большого разнообразия областей применения оптоволокна производители выпускают огромное количество самых разных волоконно-оптических кабелей, отличающихся конструкцией, размерами, используемыми материалами и стоимостью (рис. 9).

Рис.9. Волоконно-оптические кабели

Стекло оптическое бесцветное неорганическое

Описание изделия:

Оптические бесцветные неорганические стекла имеют высокую оптическую однородность, отклонение от которой оценивается десятыми долями процента. Широкая номенклатура оптических стекол определяется многообразием их химического состава. При этом состав стекол каждого типа характеризуется содержанием некоторых элементов периодической системы, меняющихся в относительно небольших количествах. Оптические стекла делятся на две большие группы – кроны и флинты, а стекла каждой группы - на типы. 

В зависимости от показателя преломления ne и коэффициента дисперсии νе бесцветные неорганические стекла разделяются на следующие типы:

ЛК - легкие кроны; ФК - фосфатные кроны; ТФК - тяжелые фосфатные кроны; К - кроны; БК - баритовые кроны; ТК - тяжелые кроны; СТК - сверхтяжелые кроны; ОК - особые кроны (с особым ходом дисперсии).

КФ - кронфлинты; БФ - баритовые флинты; ТБФ - тяжелые баритовые флинты; ЛФ - легкие флинты; Ф - флинты; ТФ - тяжелые флинты; СТФ - сверхтяжелые флинты; ОФ - особые флинты (с особым ходом дисперсии).

Стекла каждого типа занимают определенный участок координатного поля показателя преломления ne и коэффициента дисперсии νе на диаграмме Аббе. Стеклам одного типа, но разного химического состава присвоены разные марки, состоящие из букв, принятых для стекла данного типа, и порядковые номера.

Назначение (область применения):

Оптические стекла являются основой оптических приборов. Оптическое неорганическое стекло выпускается в заготовках различных размеров и форм для изготовления линз, призм, пластин и других деталей в наблюдательных приборах:

в измерительных оптических инструментах;

в фотографических и проекционных аппаратах;

в визуальных и автоматических системах любой аппаратуры, принимающей, передающей и трансформирующей по заданному закону оптическое излучение. 

Основные виды поставок оптического бесцветного стекла:

  Вид поставки    Тип стекла       

Размеры, мм

 Длина (диаметр) Ширина  Толщина 
 Блочное стекло

 К, БК, ТК, КФ, Ф, ТФ, СТК 

 от 100 до 250  от 100 до 250  от 50 до 80
 Прессовки (линзы, призмы, пластины) К, БК, ТК, КФ, Ф, ТФ, СТК  от 8 до 100  от 8 до 100  для линз - не менее 3
для пластин - не менее 4

Параметры основных свойств бесцветных оптических стекол:

Силикатные и силикатно-боратные кроны:

ЛК - легкие кроны с показателем преломления ne ниже 1,500 и коэффициентом дисперсии νе выше 67;

К - кроны с показателем преломления ne в пределах 1,50 – 1,54 и коэффициентом дисперсии νе - от 67 – 57;

БК - баритовые кроны с показателем преломления ne в пределах 1,51 – 1,58 и коэффициентом дисперсии νе - от 66,5 – 55,5;

ТК - тяжелые кроны с показателем преломления ne в пределах 1,51 – 1,58 и коэффициентом дисперсии νе - от 66,5 – 55,5;

СТК - сверхтяжелые кроны с показателем преломления ne в пределах 1,65 – 1,66 и коэффициентом дисперсии νе - от 50 – 45;

Силикатные и силикатно-боратные флинты:

КФ - кронфлинты с показателем преломления ne в пределах 1,50 – 1,55 и коэффициентом дисперсии νе - от 63 – 50;

БФ - баритовые флинты с показателем преломления ne в пределах 1,52 – 1,70 и коэффициентом дисперсии νе - от 56 – 31;

ТБФ - тяжелые баритовые флинты с показателем преломления ne выше 1,8 и коэффициентом дисперсии νе ниже 35;

ЛФ - легкие флинты с показателем преломления ne в пределах 1,55 – 1,60 и коэффициентом дисперсии νе - от 50 – 39;

Ф - флинты с показателем преломления ne в пределах 1,60 – 1,64 и коэффициентом дисперсии νе - от 39 – 35;

ТФ - тяжелые флинты с показателем преломления ne в пределах 1,64 – 1,9 и коэффициентом дисперсии νе - от 35 – 22;

СТФ - сверхтяжелые флинты с показателем преломления ne выше 1,900 и коэффициентом дисперсии νе ниже 22;

Несиликатные кроны и флинты:

ФК - фосфатные кроны и ТФК – тяжелые фосфатные с показателем преломления ne в пределах 1,50 – 1,62 и коэффициентом дисперсии νе - от 70 – 64;

ОК - особые кроны (с особым ходом дисперсии) с показателем преломления ne ниже 1,5 и коэффициентом дисперсии νе выше 80;

ОФ - особые флинты (с особым ходом дисперсии) с показателем преломления ne 1,53 и коэффициентом дисперсии νе 51,2.

Подробный Каталог оптического стекла доступен в подразделе "Материалы и документы" раздела "Пресс-центр" данного сайта и по следующей ссылке.

Как приобрести:

+74955521404, +74955529574

Оптическое кольцо высокой доступности | Cloud4Y

При создании отказоустойчивой системы, способной сохранять управляемость и работоспособность при разного рода происшествиях, облачный провайдер должен предъявлять особенно высокие требования к её топологии. Такая отказоустойчивая система предусматривает соединение двух или более дата-центров (ДЦ) и корпоративных сетей при помощи ВОЛС, что позволяет не перевозить компоненты СХД из одного места в другое для создания копий данных.

Двумя основными конкурирующими топологиями соединения ДЦ в корпоративные оптические сети являются «звезда» и «кольцо». В случае выхода из строя какого-либо узла (или части кабельной системы) «кольца» работоспособность сети в целом сохраняется. Кроме того, кольцевая топология является избыточной по числу связей, а значит и более дорогой. В свою очередь, «звезда» несколько лучше приспособлена для предоставления обычной для локальной сети централизованной услуги. Действительно, в локальной вычислительной сети (ЛВС) почти всегда есть сервер или маршрутизатор, для доступа к которому обычно и построена сеть. Сравнительные характеристики топологий «кольцо» и «звезда» представлены в таблице.

Сравнение топологий «звезда» и «кольцо»

Параметр

Звезда

Кольцо

Возможность использования недорогого активного оборудования без поддержки STP

Да

Нет

Сохранение работоспособности всех пользователей сети в случае повреждения кабеля

Нет

Да

Возможность организации дополнительного (резервного) канала без перестройки топологии сети

Нет

Да

Сохранение связи между узлами в случае отказа центрального оборудования

Нет

Да

Возможность строительства магистралей по частям

Да

Нет

Малая зависимость от особенностей места строительства

Да

Нет

Как построено оптическое кольцо

Обеспечение непрерывности работы информационных систем заказчика, размещённых в облаке, является главной целью облачного хостинг-провайдера. Следовательно, повышение уровня SLA является основной задачей.

Создание собственного оптического кольца высокой доступности, схема которого представлена на рисунке, позволило Cloud4Y существенно повысить уровень SLA, который мы гарантируем нашим клиентам.


Оптическое кольцо построено между двумя нашими облаками в Москве, которые физически находятся в ДЦ уровня Tier 3, и узлами коммутации M9 и M10. Технически расстояние между ДЦ может составлять до 100 км, в нашем случае это около 20 км. Основная особенность кольца – отсутствие единой (критической) точки отказа. Оптические каналы полностью дублированы, причём они прокладываются по разным маршрутам и разными операторами. 

Благодаря такому решению практически исключается недоступность сервисов в облаке из-за проблем с каналами. Даже в случае выхода из строя одного оптического канала вся работа продолжится по другому контуру. И прерывания не будет. Помимо оптических каналов дублируются все коммутаторы и маршрутизаторы, что также обеспечивает автоматическое переключение на рабочий контур в случае выхода из строя одного из маршрутизаторов или коммутаторов. Помимо проблем с каналами, данная схема позволяет исключить ущерб от земляных работ, которые по каким-то причинам проводятся именно там, где лежит ВОЛС.

Общая пропускная способность оптического кольца составляет 180 Гбит/с, из которых 120 Гбит/с – пропускная способность между ДЦ, 20 Гбит/с – между первым ДЦ и узлом коммутации М10, 20 Гбит/с – между узлами коммутации М10 и М9 и 20 Гбит/с – между узлом коммутации М9 и вторым ДЦ. Каждый из маршрутов состоит из физически независимых друг от друга оптоволоконных пар, которые агрегируются в общий канал на корневых маршрутизаторах.

Вся сеть физически разделена на внутреннюю и внешнюю, разные интерфейсы серверов подключены в разные коммутаторы и работают в разных сетях. По внешней сети серверы общаются с интернетом, по внутренней сети все серверы общаются между собой. Серверы подключены в коммутаторы уровней L2 и L3, которые, в свою очередь, подключены как минимум двумя 10-гигабитными линками к агрегирующему стеку коммутаторов. Каждый линк идет к отдельному коммутатору в стеке.

Оборудование для оптического кольца высокой доступности

Оптическое кольцо выполнено на коммутаторах компании «Extreme» серии Summit. Помимо базовой функциональности, основанной на поддержке стандартных Ethernet технологий, в коммутаторах Summit реализована технология RPR (Resilient Packet Ring). Эта технология позволяет коммутаторам образовывать кольцевую топологию, обеспечивать восстановление работоспособности за время менее 50 мс и эффективно использовать пропускную способность в кольцевых структурах.

Коммутаторы Summit могут иметь до 24 слотов mini-GBIC для установки интерфейсных модулей 1000Base-X, 4 порта 10/100/1000Base-T и 2 слота для установки интерфейсных модулей 10GBase-X (XENPAK). Пропускная способность коммутирующей матрицы — 160 Гбит/с, пропускная способность на L3 — 65 миллионов пакетов/с. В коммутаторах поддерживаются протоколы RIPv1/2, OSPF, BGP-4, PIM-SM, IGMP, различные технологии обеспечения QoS на L1-L4, в том числе ограничение полосы пропускания с шагом 64 Кбит/с (1 Мбит/с на каналах 10 Гбит/с), 8 аппаратно обслуживаемых очередей на каждом порту. Предусмотрено резервирование источников питания, подключение внешних источников питания, резервирование банков памяти для хранения конфигурации и образа операционной системы ExtremeWare XOS.

В решении предусмотрена возможность подключения к каждому узлу магистрального кольца по оптическим интерфейсам агрегирующих узлов. К каждому агрегирующему коммутатору по оптическим интерфейсам могут подключаться коммутаторы доступа для подключения пользователей.

Как работает отказоустойчивое кольцо

Технология RPR базируется на стандартном механизме Ethernet-коммутации второго (канального) уровня, дополненном алгоритмом фирмы RAD Data Communications. Последний позволяет всем узлам кольца получать информацию о состоянии сети и в случае аварии или нештатной ситуации быстро переводить трафик на альтернативный маршрут.

Узел кольца RPR – это сетевое устройство, функционирующее как обычный коммутатор на втором уровне. Каждый узел имеет два магистральных порта для передачи трафика по кольцу, а также порты доступа, через которые трафик вводится в кольцо, и пользовательские порты для доставки трафика конкретных услуг. В штатном режиме все узлы RPR обмениваются специальными служебными сообщениями. Каждый узел через определенные промежутки времени передает сообщение о состоянии канала (link state) через оба своих магистральных порта. 

Даже если сообщение о состоянии кольца отсутствует, узел должен посылать сообщения "keep-alive", по котором соседний узел понимает, что все в порядке. При получении узлом служебного сообщения с указанием того, что его сосед тоже получил такое сообщение, он считает кольцо функционирующим нормально. Канал считается аварийным, когда узел получает соответствующее сообщение или когда узел вообще не получает никаких служебных сообщений в течение 30 мс. В этом случае трафик пускается в обратном направлении в обход аварийного участка. Такой алгоритм позволяет сочетать простоту обычной коммутации с возможностью быстрой перемаршрутизации трафика в случае сбоя.

Новые технологии на защите бесперебойности работы систем

Дополнительно Cloud4Y используется соединение дата-центров четырьмя агрегированными 10GE каналами (2 на СХД, 2 на данные). Для этого мы задействовали связку коммутаторов Cisco Nexus и Juniper QFX.

Управляемый высокопроизводительный коммутатор ядра сети, распределения и агрегации Cisco Nexus поддерживает интерфейсы 1, 10, 40 Gb/s, обеспечивает минимальную задержку при коммутации и маршрутизацию на максимальной скорости для всех интерфейсов, при этом обладает высокой энергоэффективностью. Juniper QFX создавался с учетом требований по отказоустойчивости, включая использование резервных источников питания и резервирования систем охлаждения. Поддерживает увеличенные таблицы MAC-адресов, что позволяет использовать его в средах с большим количеством виртуальных серверов. При этом он является высокопроизводительным и многофункциональным решением уровня L2 и L3 и тоже обладает высочайшей энергоэффективностью.

Таким образом, оптическое кольцо высокой доступности позволяет повысить уровень доступности сервисов в облаке (SLA) до значения 99,99% и выше. Это означает, что появляется уникальная возможность адаптировать уровень SLA облачных сервисов к требованиям отдельных заказчиков и отраслей, что является огромным конкурентным преимуществом. Благодаря адаптируемым SLA у облачных провайдеров появляется способ дифференциации, который выгоден как для них самих, так и для клиентов. 

Не всем заказчикам нужны одинаково высокие гарантии безотказной работы. Например, для заказчика, который пользуется облачной платформой Cloud4Y для тестирования приложений, в большинстве случаев не требуется такой же высокий SLA, как для заказчиков, которые размещают в облаке критически важные системы. Понимание этого факта позволит заказчикам существенно снизить свои расходы на IT, а облачные провайдеры могут предложить клиентам необходимый уровень обслуживания и специальные цены в соответствии с выбранным уровнем SLA.

Интересно, что два года назад мы рассказывали о том, что многие облачные провайдеры не верили в SLA 99.9%. Нам казалось это странным и удивительным. Как показало время, позиция Cloud4Y оказалась верной — теперь провайдеры стремятся не просто к 99,9%, но и более высоким значениям. А это означает, что клиенты облачных провайдеров получают всё более надёжные и стабильные решения.

Полимерные оптические волокна | Hyperline

Ларин Ю.Т.
Нестерко В.А.

Оптические волокна по виду применяемого материала можно разделить на волокна из неорганического и органического стекла. Неcмотря на то, что достигнут значительный прогресс в производстве оптических волокон высокой прочности из неорганических стекол, их небольшое относительное удлинение при разрыве ограничивает диаметр волокна, исходя из практических требований к радиусу изгиба. Кроме того, поверхность световода из стекла необходимо защищать от влияния внешней среды с помощью полимерного покрытия.

Полимерные оптические волокна (ПОВ) обладают исключительной гибкостью при относительно больших диаметрах и способностью выдерживать без разрушения многократный изгиб. Так, радиус изгиба ПОВ диаметром 0,75 мм определяется оптическими, а не механическими свойствами. При диаметре 1,5 мм минимально допустимый радиус изгиба этих материалов равен 8 мм. Кроме того, они обладают малой плотностью, хорошей механической прочностью, радиационной стойкостью, технологичны. Из существующих типов оптических волокон наибольшее относительное удлинение имеют полимерные волокна (рис. 1). В частности, ПОВ из метилметакрилата могут выдерживать обратимые деформации, равные 13%. У более хрупких полимеров, таких, как полиэфир, упругая деформация составляет 6%. Путем предварительной ориентации молекул полимера можно подавить рост микротрещин и увеличить эластичность.


Рис. 1. Зависимость разрушающего напряжения при растяжении в оптических волокнах от относительного удлинения. 
1 - кварцевое волокно, 2 - полимерное волокно с сердечником из полиметилметакрилата

Показатель преломления изменяется от 1,32 - для материалов на основе акрилатов со значительными добавками фтора; до 1,6 - для некоторых фенольных смол. Большой апертурный угол (около 60°) облегчает процесс согласования ПОВ при их соединении, что снижает требования к точности изготовления элементов соединителя. Оптические соединители для ПОВ изготовляют из термопластичных материалов методом литья под давлением, что снижает их стоимость. Высокие оптические потери и температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), низкая абразивная прочность, склонность к быстрому старению, малый коэффициент широкополосности сужают область их применения. В основном они используются в системах связи и освещения, автомобилестроении, медицине, для изготовления датчиков, информационных табло и панелей, бытовых электроприборов и пр.

ПОВ применяются в локальных волоконно-оптических системах связи на участках длиной до 3 км, а также для внутриобъектовой связи. Стоимость кабелей на их основе на 70-90% дешевле, чем кабелей на основе кварцевых волокон.

На основе ПОВ изготовляют гибкие изолирующие вставки, которые применяются на электрических подстанциях для обеспечения безопасности персонала, обслуживающего системы управления мощными выключателями.

Высокая гибкость ПОВ позволяет выпускать волокна диаметром свыше 400 мкм, что облегчает условия ввода в них излучения и стимулирует их применение.

Оптические свойства полимеров

ПОВ предназначены в основном для работы в видимой области спектра. За пределами видимой области в ультрафиолетовой и ближней инфракрасной зонах светопропускание используемых полимеров падает и эффективность их применения снижается (рис. 2).

Оптические потери ПОВ состоят из собственного поглощения, которое зависит от структуры и качества материала и несобственного поглощения, определя- емого загрязнениями металлами переходной группы и оптическими примесями. Кроме того, несобственные потери вызывают неровности на границе сердцевины и оболочки, а также двойное лучепреломление материала.

Влияние несобственных факторов можно уменьшить за счет усовершенствования технологии изготовления ПОВ.

Таким образом, предельные характеристики потерь ПОВ могут быть установлены, если принимать во внимание потери на собственное поглощение и рассеяние материала. Поглощение света полимером в ИК-области спектра связано с возбуждением колебаний молекул. В ближней и средней ИК-областях (0,75-25 мкм) проявляются внутримолекулярные колебания, при которых меняется относительное расположение ядер атомов, составляющих молекулу.


Рис. 2. Зависимость мощности передаваемого сигнала на выходе ОВ от длины волны. 1 - кварцевое ОВ; 2 - ПОВ

Такие колебания сопровождаются изменением длин связей, соединяющих атомы (валентные колебания), и валентных углов между связями (деформационные колебания).

В каждом молекулярном колебании принимают участие в той или иной степени все атомы молекулы. Тем не менее, можно выделить такие колебания, в которых участвуют главным образом определенные атомы или группы атомов, роль остальных атомов молекулы оказывается незначительной. Частоты этих колебаний сохраняются в спектрах различных соединений и называются характеристическими.

В спектрах поглощения тем больше полос и меньше окон прозрачности, чем сложнее химическое строение полимера (наличие в его макромолекуле ароматических колец, гетероатомов, кратных связей и пр.).

Макромолекулы с одной и той же химической структурой, но различной конфигурацией или конформацией (молекулы одной и той же химической структуры, отличающиеся геометрической формой благодаря возможности поворотов отдельных звеньев вокруг простых связей, соединяющих эти звенья) имеют разные колебания, а, следовательно, и различия в спектрах поглощения. Полимерные цепи могут содержать также примесные группы разного происхождения. Эти группы в молекулах полимера могут появиться в процессе полимеризации или образоваться в результате деструктивных и окислительных процессов при его переработке.

Кроме того, полимеры могут содержать остатки инициаторов, растворителей, катализаторов, а также специальные добавки. Добавки вводят для сохранения свойств полимеров при их переработке и эксплуатации (стабилизаторы) или для модификации свойств полимерного материала (пластификаторы, наполнители, красители, антистатики и пр.). Все соединения, которые образуются или вводятся в полимеры, в той или иной мере влияют на их оптические свойства.

Группы, избирательно поглощающие в этих областях спектра и определяющие окраску соединения (если поглощение оказывается в видимой области), называются хромофорами. Как правило, этот термин относится к группам, обусловливающим поглощение в интервале длин волн от 0,2 до 1,0 мкм. Присутствие в молекуле вблизи хромофорных групп других групп - таких, как ОН, Nh3, ОСh4, увеличивает длину волны поглощения (батохромный эффект). Такие группы, которые сами не поглощают, но повышают интенсивность поглощения и смещают его в длинноволновую область спектра, называют ауксохромами. Смещение полос поглощения и изменение их интенсивности наблюдается и при взаимодействии хромофорных групп между собой.

Если исходить из предпосылки, что состояние молекулярных связей у полимеров при температуре выше температуры стеклования сохраняется, то можно считать, что потери на собственное рассеяние у полимерных материалов обусловлены рэлеевским рассеянием, возникающим вследствие флуктуации плотности полимеров. У аморфных полимеров отмечаются лишь обычные флуктуации плотности, которые можно наблюдать в жидком состоянии, и не зафиксировано анизотропии, не свойственной жидкости. Существенные структурные изменения у жидкого и твердого аморфного полимера отсутствуют.

Рассеяние (мутность), обусловленное флуктуациями плотности изотропной жидкости, можно описать уравнением:


где k - постоянная Больцмана;
Т - абсолютная температура; 
lо - длина волны в вакууме; 
n - показатель преломления.

В ультрафиолетовой и видимой областях спектра так же, как и в инфракрасной, возможно появление постороннего примесного поглощения, которое ухудшает оптические свойства полимеров и может вызвать окраску. Примесные группы могут возникнуть не только в процессе полимеризации, но и в результате структурных превращений в полимере и при переработке или старении, что часто приводит к окрашиванию полимеров.

Значительные потери возникают при загрязнении материалов примесями, электронные переходы которых поглощают энергию в диапазоне 0,5-1,0 мкм. Из примесей следует отметить, прежде всего, гидроксильную группу и ионы переходных металлов - железа, хрома, меди, марганца, титана, ванадия, кобальта, никеля и пр. Влияние некоторых перечисленных примесей на затухание ПОВ довольно значительно. Причем наиболее критическими примесями являются ионы железа и хрома. Зависимость показателя преломления от длины волны для наиболее распространенных оптических полимерных материалов и неорганических стекол приведена на рис. 3.


Рис. 3. Зависимость показателя преломления (а) и дисперсии (б) различных веществ от длины волны. 
1 - полиметилметакрилат; 2 - кварц; 3 - полистирол; 4 - флинт

Изменение показателя преломления от температуры для прозрачных полимерных материалов составляет обычно (1-2)*10-4 на 1°С, то есть на порядок выше соответствующего температурного коэффициента лучших неорганических стекол.

Резкое увеличение дисперсии в сторону коротких волн (рис. 3, б) связано с влиянием края сильного поглощения в УФ-области. Для полистирола этот край ближе к видимой области, чем для акриловых полимеров, поскольку последние обладают большей прозрачностью в УФ-области.

Актуальной технической задачей является создание материалов с заданными значениями показателей преломления. Для этого можно использовать сополимеры, показатели преломления которых занимают промежуточное положение между значениями для гомополимера.

С целью повышения показателя преломления в полимерные материалы вводят ароматические кольца, галогены (кроме фтора). Уменьшение показателя преломления до минимальной величины достигается введением фтора.

Показатель преломления зависит от метода полимеризации, влияющего на структуру полимера, от содержания незаполимеризовавшегося мономера и других факторов. Диффузия остаточного мономера к поверхности образца и его испарение с поверхности могут приводить к неоднородности материала по показателю преломления. Как правило, колебания показателя преломления проявляются в четвертом десятичном знаке.

Влияние температуры на характеристики полимеров для ПОВ

Применение ПОВ в автомобилестроении и аэрокосмической технике требует обеспечения их длительной эксплуатации при температурах 80-140°С. Возможность работы полимера при повышенной температуре определяется температурой стеклования Тg. Для полистирола и полиметилметакрилата Тg равна 100-105°С. Однако наличие в этих материалах даже 1% свободного мономера оказывает на них пластифицирующее действие, которое уменьшает Тg до 90°С и даже ниже.

Рэлеевские потери увеличиваются с повышением температуры, однако этот процесс до Тg незначителен. Увеличение потерь на рассеяние является процессом обратимым, однако, воздействие повышенной температуры в течение длительного периода времени может привести к окислению материала и уменьшению прозрачности, особенно в УФ-области спектра.

Повышенная температура отрицательно влияет на механическую прочность ПОВ и ускоряет процессы релаксации. Последний процесс - установление термодинамического равновесия (полного или частичного) - необратимый.

При создании теплостойких полимеров для ПОВ необходимо уделять внимание связи между Тg и эластичностью материала. Эта связь очень сложна и определяется не только молекулярным весом и его распределением, но и образованием сетки волосных трещин, механизмом повышения прочности за счет ориентации молекул. Полимеры с малым значением Тg имеют при комнатной температуре более высокую эластичность, чем полимеры с высоким значением Тg.

Материалы, применяемые для изготовления ПОВ

Химические формулы мономеров, из которых получены оптические полимерные материалы и световоды, приведены в таблице.

Одной из основных проблем при разработке технологии изготовления ПОВ является выбор исходных материалов. До настоящего времени единой схемы выбора не существует. Можно считать, что решающее значение имеют атомный состав, молекулярная структура и степень чистоты материалов. Эти факторы определяют весь комплекс термодинамических, физико-механических и оптических свойств полимеров для ПОВ. Материалы должны обладать высокой степенью аморфности, обеспечивающей отсутствие способности к кристаллизации как в условиях эксплуатации, так и при воздействии низких и высоких температур, механических деформаций (растяжение, изгиб, сжатие), которым подвергаются оптические волокна при изготовлении. Высокая степень аморфности способствует достижению полимерами идеального стеклообразного состояния с высоким светопропусканием и минимальным рассеянием, что особенно важно при использовании ПОВ в видимой и УФ-области спектра.

Атомный состав и молекулярная структура обусловливают реологические свойства полимеров. Влияние молекулярно-массового распределения на свойства ПОВ пока еще детально не изучено. Материалы для ПОВ, кроме рассмотренных выше требований, должы быть взаимно совместимы, так как ПОВ являются двух- или многокомпонентными изделиями. Материалы сердцевины и оптической оболочки должны совмещаться по реологическим характеристикам. Соответствие этих материалов по реологии особенно важно при изготовлении ПОВ методом экструзии.

Для того чтобы в процессе получения ПОВ была сформирована бездефектная граница раздела, полимеры должны иметь высокие адгезионные свойства. В то же время материалы должны обладать взаимной химической индифферентностью и малой растворимостью. В противном случае произойдет размывание отражающей границы раздела сред, что приведет к высоким потерям на излучение. Материалы сердцевины и оптической оболочки должны совмещаться между собой по ТКЛР. Если ТКЛР оболочки меньше, чем у сердцевины, оболочка находится в сжатом состоянии, что повышает механическую прочность ПОВ.

Количество материалов, применяемых при изготовлении ПОВ, достаточно велико. ПОВ изготавливают путем комбинирования этих материалов, один из которых используют для получения сердцевины, а другой для получения оптической оболочки.

Материалы для сердцевины ПОВ

Одно из первых мест среди прозрачных полимерных полимеров занимает полиметилметакрилат (ПММА). Отличительной его характеристикой является высокая прозрачность и атмосферостойкость (по сравнению с другими прозрачными полимерами). Термостабильность ПММА определяется реакцией деполимеризации. Интенсивная деструкция ПММА происходит при 250°С. Гораздо раньше наблюдается выделение летучих компонентов и образование пузырей. При температуре выше 230°С появляется желтое окрашивание.

Недостатком ПММА является значительная краевая неоднородность (градиент показателя преломления), объясняемая испарением остаточного мономера и поглощением влаги. С целью повышения теплостойкости ПММА модифицирует используя: сополимеризацию метилметакрилата с a-метилстиролом; растворение поли-a-метилстирола в мономерном метилметакрилате с дальнейшей полимеризацией метилметакрилата; сополимеризацию метилметакрилата с амидом N-аллималеиновой кислоты; сополимеризацию метилметакрилата с a-метилстиролом и имидом малеиновой кислоты. Перечисленные способы позволяют улучшить теплостойкость получаемых полимеров, однако они являются недостаточными по нескольким причинам. Например, скорость полимеризации и эффективность исключительно малы, так что их практическое применение незначительно. Полученные полимеры обладают плохими механическими и оптическими свойствами, подвержены заметному изменению цвета при переработке.

Для предотвращения ухудшения характеристик полимера при тепловой обработке в его состав вводят антиокислители типа сложного эфира фосфорной кислоты (трикрезилфосфит, крезилфосфит и др.), фенола, серы и амина. Полимер может быть получен реакцией полимеризации эмульсии, суспензии, объемной полимеризации и пр. Показатель преломления полимера - 1,53.

Полимерные материалы на основе алкилметакрилатов, относящихся к классу предельных углеводородов, характеризуются высокими значениями Tg. Эти материалы разработаны фирмой Sumitomo Chemical Co (Япония). В структуру материала входят: А - алициклическая углеводородная группа, R - алкильная группа (алифатический одноатомный радикал). Фирма предложила вводить в метилметакрилат сополимеры и трехзвенные полимеры (полимеры из трех мономеров) борнил-, ментол-, фенхол-, адамантилметакрилаты. Применение этих материалов в качестве сердцевины ПОВ позволяет эксплуатировать волокна при температуре 150°С (в качестве материала оптической оболочки используют различные сополимеры винилиденфторида). Коэффициент затухания ПОВ с сердцевиной из этого материала остается постоянным даже при воздействии температуры 125°С в течение 6-и часов. Недостаток этих материалов в достаточно высоком коэффициенте затухания - 350-500 дБ/км при комнатной температуре.

Для использования ПОВ на основе полиметилметакрилата в ближней ИК-области с минимальными потерями на абсорбцию его подвергают специальной обработке с целью замены водорода дейтерием (дейтерированный ПММА). Потери в ПОВ с сердцевиной из дейтерированного ПММА (ПММА-Д8) имеют минимум на длине волны 0,68 мкм, равный 20 дБ/км. Однако этот материал очень чувствителен к влиянию воды, и его потери в видимой и ближней ИК-области могут резко возрасти. Полистирол (ПС), второй по прозрачности и распространенности среди органических стекол, незначительно отличается от ПММА по механическим свойствам. В видимой области спектра ПС имеет практически ту же прозрачность, что и ПММА. Желтизна ПС растет при его термоокислении. Ярко выраженное окрашивание наблюдается после выдержки ПС при 180-190°С в течение нескольких часов. Длительный нагрев (примерно 1000 ч) при умеренных температурах (около 60°С) почти не влияет на свойства ПС. Полистирол обладает высокой водостойкостью и морозостойкостью. Его свойства не изменяются при длительной выдержке в воде при температуре 50°С. Один из недостатков ПС - его малая атмосферостойкость. При совместном действии прямого солнечного света, влаги и тепла механические свойства значительно ухудшаются уже через несколько суток. С течением времени наблюдается сильное пожелтение полимера, уменьшается его прозрачность. Это практически исключает использование ПС на открытом воздухе. Минимальное значение коэффициента затухания 140 дБ/км получено на длине волны 0,67 мкм.

Преимущество ПС перед ПММА в том, что он намного легче поддается очистке. Для получения ПС достаточно нагреть его мономер. Коэффициент преломления у ПС - наибольший среди полимерных материалов, применяющихся для изготовления ПОВ.

ПС легко получить методом термоинициирования (ПММА - сложнее), его гигроскопичность на порядок меньше аналогичного показателя ПММА, а показатель преломления выше. Но ПС уступает ПММА по светопропусканию, термостойкости и механическим свойствам.

Недостатком ПММА и ПС их сополимеров являются сравнительно низкие теплостойкость и ударопрочность. Существенно выше эти показатели у поликарбонатов (ПК).

ПК относится к аморфным полимерам с незначительными оптическими потерями на рассеяние, обусловленными флуктуацией плотности, а также высокой когезионной энергией молекул. Поэтому он может рассматриваться в качестве материала для изготовления высокопрозрачного и термостойкого ПОВ.

Интервал рабочих температур ПК - от минус 120 до плюс 140°С. Для изделий из ПК характерны стабильность размеров, малая ползучесть. Физико-механические свойства стабилизированного ПК практически не изменяются после двухлетней экспозиции в условиях атмосферного старения. По прозрачности ПК несколько уступает ПММА и ПС.

Окно прозрачности с минимальными потерями для ПОВ на основе ПК находится на длине волны 0,765 мкм, а потери составляют 0,8 дБ/м.

Полимерные материалы для оптической оболочки ПОВ

Основные требования к материалам оптической оболочки ПОВ: показатель преломления должен быть меньше, чем показатель преломления сердцевины при высокая стойкость к загрязнению; технологичность, обеспечивающая стабильность геометрических размеров; высокая прозрачность для уменьшения потерь, обусловленных рассеянием света на границе раздела сердцевина - оптическая оболочка; достаточно высокая термостойкость; совместимость с материалом сердцевины.

В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяет кристаллический полимер поли-4-метилпентен-1. Однако на границе раздела между аморфной сердцевиной и кристаллической оболочкой вследствие различия модулей упругости материалов могут возникать зазоры, что вызывает увеличение потерь. С этой целью поли-4-метилпентен-1 дополнительно обрабатывают.

Коэффициент затухания ПОВ с оболочкой из данного материала и сердцевиной из ПММА в смеси с метакрилатным сложным эфиром при 25°С составляет 210 дБ/км.

В качестве оболочки ПОВ могут также применяться: фторалкилметакрилаты совместно с винилиденфторидом со статическими связями; фторсодержащие полиолефины с привитым силановым полимером, сшитым молекулами воды.

Материалы буферного и защитных покрытий оптических волокон

Первичное защитное покрытие (ПЗП) наносится на поверхность ПОВ при его непосредственном изготовлении в едином технологическом процессе. Оно предназначено защищать ОВ от механических повреждений, влаги и других внешних факторов.

Существует несколько важных требований к полимеру, используемому для первичного покрытия. Он должен быть стоек при воздействии рабочих температур; реагенты должны быть жидкими при комнатной температуре и иметь достаточно низкую вязкость для наложения на световод в виде пленки толщиной 10-50 мкм концентричным слоем, постоянным по толщине. Реагирующие компоненты материала должны полностью превращаться в твердый полимер (свободный от растворителя или продуктов реакции) с гладкой поверхностью. Время полимеризации должно быть соотнесено со скоростью вытяжки ОВ. Показатель преломления полимера должен быть не менее 1,43. ПЗП должен иметь хорошую адгезию к материалу оптической оболочки световода и быть эластичным.

Первое защитное покрытие, как и другие виды покрытий, при его наложении на световод не должно вызывать остаточных напряжений по всей его длине или в локальных точках. Полимерное покрытие должно легко сниматься с поверхности волокна. При выборе материала необходимо учитыватьТКЛР, который должен приближаться к ТКЛР материала световода.

Большей частью в качестве материала световода ПЗП используются лаки. По способу полимеризации они делятся на материалы теплового и ультрафиолетового (УФ) отверждения. К первым из них можно отнести силиконовые компаунды, превращающиеся в мягкую, прозрачную, каучукоподобную композицию.

Материалы ПЗП УФ-утверждения включают в себя кремнийорганические компаунды эпоксиакрилаты, уританокрилаты. Они обладают существенным преимуществом по сравнению с материалами теплового отверждения, заключающимся в высокой скорости полимеризации, а также лучшую однородность покрытия, так как отверждение происходит практически мгновенно и при низкой температуре.

В качестве ПЗП могут выступать металлы и неорганические соединения.

Металлы наносят на поверхность ОВ в процессе его вытяжки. Используются следующие металлы: олово, индий, свинец и алюминий. Неорганические ПЗП выполняются из SiN4, SiC, TiC, TiO2. Разработана технология покрытия световодов оболочкой из углерода.

При изготовлении ОВ с многослойным защитным полимерным покрытием в некоторых случаях между основными слоями наносят дополнительный промежуточный, получивший название буферного. Материал буферного слоя должен иметь высокое значение модуля Юнга и играть роль демпфера, уменьшающего воздействие защитных оболочек на ОВ. Буферный слой выполняется из мягкого полимерного материала, например из кремнийорганических или уретанакрилатных композиций.

ЛИТЕРАТУРА:
  1. Патент Японии 3095888 10.10.2000. Способ изготовления оптических волокон с введенными группами формила. 
  2. Патент Японии 3095902 10.10.2000. Способ изготовления оптических волокон с введенными карбоксигруппами. 
  3. Патент Японии 2964702 18.10.1999. Пластиковое оптическое волокно. 
  4. Патент Германии 19822684 09.12.1999. Способ получения нужного профиля гродиета показателя преломления в полимерных оптических волокнах. 
  5. Патент Японии 2940645 25.08.1999. Термостойкое пластиковое оптическое волокно. 
  6. Патент Японии 2945108 06.09.1999. Способ изготовления пластикового оптического волокна. 
  7. Патент Японии 2893046 17.05.1999. Способ изготовления полимерного материала с распределенным показателем преломления. 
  8. Патент РФ 2018890 30.08.1994. Полимерное оптическое волокно. 
  9. Thermally stable high-bandwidth graded-index polymer optical fiber / Sato Masataka, Ishigure Takaaki, Koike Yasuhiro // J. Lightwave Technol. - 2000. - 18, № 7. - С. 952-958. - Англ. 
  10. First plastic optical fibre transmission experiment using 520 nm LEDs with intensity modulation/direct detection / Matsuoka T., Ito T., Kaino T. // Electron. Lett. - 2000. - 36, № 22. - С. 1836-1837. - Англ. 
  11. Вездесущий пластик / Айноу Тед (Москва, а/я 41, [email protected] ru) // Сети и системы связи. - 2001. - № 1. - С. 42-45. - Рус. 
  12. Performance and reliability of graded-index polymer optical fibers / Blyler Lee L. et. al.// Proc. 47th Int. Wire and Cable Symp., Philadelphia, Pa, Nov. 16-19, 1998. - Philadelphia (Pa), 1998. - С. 241-247. - Англ.

Статья предоставлена порталом о Радиоэлектронике и Телекоммуникациях www.informost.ru

 

Преимущества и недостатки оптических волокон

  1. Главная

Оптическое волокно с каждым днем набирает все большую популярность как среда для передачи информации. Это обусловлено множеством преимуществ по сравнению с медными парами. Рассмотрим основные преимущества и недостатки оптических волокон.

Преимущества оптических волокон:

  1. Помехозащищенность.

Никакие виды электромагнитных  помех не влияют на качество передачи информации в оптическом волокне.  Благодаря этому, оптическое волокно может располагаться вблизи таких мощных источников электромагнитных помех как: радиоантенны, неоновая реклама, оборудование АТС (особенно декадно шаговых), станки на заводах и др. Кроме того, многие ЛЭП уже имеют в своем составе ВОЛС, вмонтированную в грозо трос.

  1. Вследствие того, что оптическое волокно не проводит электрический сигнал, то обеспечивается полная гальваническая развязка между  передатчиком и приемником. Это облегчает схема технику канало образующего оборудования.
  2. Электро магнитная совместимость и информационная безопасность

Оптическое волокно не только не чувствительно к внешним электро магнитным воздействиям, но и само не излучает никаких сигналов в окружающую среду. Последнее существенно усложняет перехват информации, которая передается по оптическому волокну. Для того, чтобы перехватить информацию, необходимо удалить слой за слоем оболочку оптического кабеля до самого оптического волокна. (см рисунок 1). Далее необходимо изогнуть оптическое волокно, после чего часть сигнала будет выходить за пределы волокна. Эта часть излучения и может быть перехвачена. Вместе с тем, этот изгиб (макро изгиб) оптического волокна легко зафиксировать при помощи оптического рефлектометра. В отличии от этого, подняв в неподходящий момент трубку домашнего аналогового (если у кого-то остался) телефона можно случайно «подслушать» соседа, или послушать радио. 

Рисунок 1 – оптоволоконный кабель

 

Такой способ «врезки» в оптическое волокно активно используется связистами для организации служебного канала связи. В качестве устройства для ответвления трафика в этом случае используются ответвители-прищепки.

  1. Оптическое волокно имеет малое погонное затухание. Уровень затухания сигнала зависит от рабочей длины волны, но он имеет намного меньшие значения чем медный кабель. Вследствие этого, возможна организация протяженных высокоскоростных систем передачи. (Например, применение одного оптического усилителя позволяет передавать цифровую информацию со скоростью до 10 Гбит/с на расстояние до 250 км.)
  2. Оптические волокна имеют большую широкополосность и пропускную способность. Благодаря улучшенной очистке оптического волокна, удалось расширить количество окон прозрачности, что привело к появлению систем волнового уплотнения WDM (СWDM, DWDM. DWDM мультиплексирование  позволяет по одному оптическому волокну организовать до 160 независимых каналов передачи, в каждом из которого передавать информацию со скоростью до 40 а то и больше Гбит/с.
  3. Оптические кабели имеют меньшие габариты и вес, а зачастую и стоимость.

Недостатки оптических волокон

Основным недостатком оптических волокон являются повышенные требования к обслуживающему персоналу как на этапе монтажа оптического кабеля, так и в ходе обслуживания. Львиная доля повреждений в ВОЛС как раз и связана с недостатком знаний и навыков по работе с активными и пассивными компонентами ВОЛС. Среди основных проблем, которые допускаются по незнанию или халатности можно выделить грязные коннекторы и макро изгибы.

Рисунок 2 – грязный коннектор

 

Еще одним недостатком является появление микротрещин и повышение затухания оптического волокна за счет водородной коррозии. Распространенным заблуждением является утверждение, что оптическое волокно не боится попадания воды в оптическую муфту. Посмотрим на рисунок 3.

Рисунок 3 – зависимость погонного затухания в оптическом волокне от длины волны

 

На рисунке видно три “холма”, которые называются также водяными пиками. Эти повышения потерь обусловлены повышенным содержанием в сердцевине оптического волокна примесей SiOH. Если разобраться в химической формуле, то:

  • Si – кремний, его достаточно в оптическом волокне. (это основной элемент, из которого оно изготовлено)
  • О – кислород
  • Н – водород.

Если теперь обратить внимание на формулу воды Н2О, то видим, что в ней присутствует и кислород и водород. Конечно, сигнал передается только в сердцевине оптического волокна, поэтому требуется время чтобы под воздействием внешних факторов из воды и кремния получится SiOH, а после произошла диффузия этой примеси в сердцевину оптического волокна через его оболочку и буферный слой. В результате – вода негативно влияет на характеристики оптического волокна, однако, в отличие от медного кабеля, такое воздействие имеет отсрочку во времени и необратимо.

 

Вебинар “Теоретические основы передачи информации по оптическому волокну”

Стенограмма вебинара "Механизмы возникновения потерь и отражений сигнала в оптическом волокне"

0:0:01

В данном вебинаре будут рассмотрены теоретические основы передачи информации по оптическому кабелю. Рассмотрим как происходит распространение сигнала по оптическому волокну и что приводит к основным проблемам: отражениям и потерям. Поговорим также о том, какие эффекты приводят к возникновению потерь и отражений.

0:0:31

Начать хотелось бы с преимуществ оптического волокна, но, конечно же, по сравнению с медными парами.

  1. Никакие виды электромагнитных помех не влияют на качество передачи в оптическом волокне. Это и приводит к тому, что оптическое волокно сейчас очень часто встраивается в грозотрос, который используется в высоковольтных системах передачи электроэнергии. Также оно может быть размещено в любых местах, где есть очень большие импульсные или другие электромагнитные помехи. Например, на заводах, где есть станки с ЧПУ, пусковые эффекты приводят к выбросам электромагнитных помех при переходных процессах. Также неоновая реклама создаёт помехи, телефонная станция, особенно декадно шаговая, создаёт импульсные и другие помехи. Очень много примеров, где есть очень большие электромагнитные помехи. ​​​Оптическое волокно не принимает на себя этих помех, и передача информации абсолютно не зависит от того, есть ли эти помехи вокруг оптического волокна или нет.
  2. Обеспечивается полная гальваническая развязка между передатчиком и приёмником. Может быть, нам как пользователям, это не сильно важно, но разработчикам систем это крайне важно. Потому как сама собой решается задача не пропустить питающее напряжение одного устройства - передатчика в приёмник. Оптическое волокно не является в данном случае проводником электрических сигналов, поэтому эта проблема решается сама собой.

0:02:21

3. Хотелось бы сказать про информационную безопасность. Оптическое волокно не только не принимает на себя никаких помех, но и само не выдаёт в эфир ничего. Поэтому и затрудняется съём информации с оптического волокна. По сути, чтобы подслушать, что идёт в оптическом волокне, необходимо:

  • разделать оптический кабель
    • снять верхнюю оболочку кабеля
    • снять оболочку с модуля или тубу (как его ещё называют) 
  • взять конкретное оптическое волокно и изогнуть его

В этом случае на изгибе свет из оптического волокна выходит или может выйти. Его можно перехватить или подслушать, если это разговор. Кстати, на изгибе можно как вывести сигнал из волокна, так и ввести его туда. Но факт в том, что такой изгиб оптического волокна уже является повреждением, так называемым - макроизгибом. Его легко обнаружить даже самыми простыми оптическими рефлектометрами примерно за 2000 долларов. Поэтому очень легко решается вопрос локализации места, где произошла такая ситуация в отличие от медных кабелей. Имеется ввиду, что чтобы снять информацию с медной пары, не надо даже прикасаться к ней. Поэтому очень сложно обнаружить такие устройства. На некоторых конференциях мне приходилось общаться с представителями компании, которая занимается информационной безопасностью, которая защищает информацию от подслушивания, съёма информации, оптических линий, помещения, компьютера и т. д. Для передачи информации они рекомендуют использовать только оптическое волокно.

0:04:19

Оптическое волокно также стало очень популярно из-за маленького затухания. Я рассказывал на прошлом вебинаре, и вы сами наверняка знаете, что потери в оптическом волокне намного меньше чем в медной паре. Соответственно, это ещё раз подталкивает использовать оптическое волокно. Если привести пример, то использование одного оптического усилителя позволяет передать информацию со скоростью до 10 Гбит в секунду на расстоянии до 250 км. Это достаточно много. Поэтому это тоже одно из достоинств.

0:05:05

Габариты и вес также достоинства, хотя сравнение, которое я привёл на слайде, несколько некорректно. Потому что очень сложно сравнивать оптическое волокно и медную пару. Даже без всякого сравнения, без всяких цифр, я думаю, всем понятно, что оптическое волокно намного легче, чем медный кабель.

0:05:26

Пытался я найти хоть какие-то недостатки оптических волокон. Вместе с тем, считаю, что у меня не сильно получилось это.  Если их перечислить, то оптические волокна боятся влияния радиации. Вместе с тем, когда я начал более глубоко изучать этот вопрос, оказалось, что хоть они и боятся радиации, но уровень радиации, которого они боятся, даже более страшен людям. Поэтому если уровень радиации будет таким, что волокна потемнеют, то передавать какую-то информацию уже не будет кому по ним. Поэтому это как недостаток, в общем, и не считается. Кроме того, появление микротрещин за счёт водородной коррозии приводит к увеличению затухания. На этом пункте стоит остановиться более подробно. Очень распространёно заблуждение, что оптическое волокно не боится воды. Я хочу вас предостеречь – заблуждение в том, что оно боится воды. Просто вода не так быстро влияет на качество передачи в оптическом волокне, как это происходит в медном кабеле. В медном кабеле если попала вода, то сразу пошли шумы и сразу качество ухудшилось. В оптическом волокне хочу объяснить ситуацию, которая происходит, и хочу обратить ваше внимание на этот график.

0:06:57

Это график распределения затухания сигнала по различным длинам волн в оптическом волокне. Здесь вы видите вот такие три пики.

0:07:09

Они называются водные пики или пики, обусловленные примесями CiOH. Эти примеси есть в волокне, они всегда есть. На этапе производства их стараются уменьшить. Но тем не менее чем меньше качество волокна, тем больше этих примесей. Что такое CiOH? Ci – это кремний, кремния в волокне предостаточно, потому как оно сделано в основном из кремния.  O – кислород, H – водород. Если вы помните, то формула воды звучит так –   h3O. Там тоже есть кислород и водород. Поэтому если вода попадает в оптическое волокно или окружает оптическое волокно, то, конечно, сразу оно не превратится в h3O или CiOH. Но с течением времени и каких-то факторов, я не могу сейчас сказать, каких именно, может, просто время, может, температура, может, ещё какие-то, но рано или поздно через несколько лет этот эффект происходит и в результате есть такое понятие – волокно мутнеет или темнеет. Что это значит? Это значит, что эти гидроксидные пики начинают расти и расширяться.

0:08:19

Сначала, конечно, на длинах волн 1400 нм, не помню, сколько там: 90 или 80, и 1270 нм, тут точно в частотах не помню. В каких-то местах они начинают расти и постоянно увеличиваться по амплитуде и расширяться в стороны. Таким образом, через какое-то время этот пик доходит и до 1310 нм и до 1550 нм. Но, конечно, проходит время. Может, пройти и пять лет. Но тем не менее нельзя говорить, что вода не влияет на оптическое волокно. Поэтому не зря в муфту кладут пакетик с силикагелем, который впитывает влагу и не зря муфты герметизируют.

Чтобы задать вопрос докладчику вебинара отправьте письмо на адрес: [email protected]

Смотрите также:

Подписаться на рассылку статей


Основные характеристики и особенности производства оптического стекла

 

Оптическое стекло имеет абсолютно однородный состав и определенные оптические константы. Предназначено для изготовления разнообразных оптических деталей. Именно тем, что оптическое стекло однородно и имеет одинаковые физические свойства в любом направлении, оно отличается от технического. Каждый сорт оптического стекла имеет свои константы, то есть показатели преломления для каждой волны в пределах того или иного спектрального участка.


В зависимости от того, для какой детали предназначается оптическое стекло (линза), эти константы максимально тщательно выдерживаются, все технические параметры производства соблюдаются с малейшей точностью, в противном случае качество детали будет предельно низким или вовсе не соответствовать назначению.

Характеристики и показатели


Из основных характеристик оптического стекла стоит отметить:

 

  • •    показатель преломления;
  • •    дисперсия

 


Показатели преломления оптических стекол можно посмотреть в специальных каталогах, если говорить о кратком обозначении показателя преломления, то чаще всего указывают показатель преломления n D. коэффициент дисперсии ν: ν = n D -1/(n F -n C). Исходя из этой формулы, стоит обозначить то, что чем ниже показатель ν, тем дисперсия выше. И соответственно, чем ν выше, тем дисперсия ниже. По дисперсии различают и сорта стекол. При ν более 50, тип оптического стекла именуется кронами, менее 50 — флинтами.


Кроме всего прочего все показатели таких стекол можно ужесточить. То есть, не существует стекла с показателем преломления больше 1,93 и меньше 1,45. Коэффициент дисперсии не может быть более 71 и менее 19. В случае если требуются константы, которые не укладываются в выше обозначенные рамки, применяются особые кристаллы, например, флюориты.

Просветление


Просветление оптических стекол необходимо, так как светосила разных видов стекол по характеристикам может являться не совсем точной. Основано оно явлении физической оптики — интерференции. При этом наносятся специальные диэлектрические пленки. Просветление положительно влияет на качество стекла, особенно это актуально для оптики, которая используется в фотообъективах и другой подобной технике. Также такая технология оптического стекла способствует хорошей защите от физического и механического воздействия.

Свойства и разновидности


По своим оптическим свойствам стекло обязательно должно обладать высоким уровнем прозрачности, в нем не должно быть каких-либо искусственных внутренних дефектов — пузырьков воздуха, трещин, свилей, камней и прочего. Оптическая плотность стекла (мера его прозрачности) должна быть высокой и соответствовать всем необходимым нормам.

 

Оптическое стекло может быть цветным и прозрачным. Бесцветное пользуется большей популярностью, его наиболее часто используют для производства разных оптических систем:

 

  • •    линз;
  • •    пластинок;
  • •    деталей для наблюдательных систем;
  • •    деталей для измерительных приборов.


Это далеко не весь перечень вещей, в которых может быть использовано оптическое бесцветное стекло. Для изготовления светофильтров используют цветное оптическое стекло. Чаще всего выпускается в виде заготовок и оптических деталей. Цветное стекло может быть

 

  • •    желтым;
  • •    оранжевым;
  • •    красным;
  • •    инфракрасным.

 


Особо стоит отметить оптическое кварцевое стекло. Его основной состав — кремнезем, благодаря этому материалу стекло не деформируется и не растрескивается даже при резких перепадах больших температур. Изготавливают из него сувениры, смотровые стекла, трубы и стержни. Всего различают два вида этого продукта: прозрачное и непрозрачное.

 

 

Оборудование и аппаратура из такого вида стекла имеет огромную ценность в атомной энергетике, химической промышленности, авиации, радиоэлектронике. Благодаря своим уникальным свойствам, практичности и прочности предметы, изготовленные из кварцевого стекла, заняли лидирующее место в приборостроении и строительстве космической техники.

 

 

 

Стоит отметить, что на каждый тип оптического стекла имеется свой гост. Для каждого типа установлена определенная категория и класс, для цветного стекла и бесцветного она своя. Поэтому если необходимо приобрести качественный продукт, то обязательно следует обращать внимание и учитывать все эти характеристики и параметры. Если вы заранее определитесь для чего именно вам необходимо стекло и какого качества оно должно быть, выбрать тот или иной тип данного материала будет значительно проще.

Особенности производства


Производство такого стекла процесс непростой. Для его изготовления необходима высокая температура и специальное оборудование. Варят его в специальных емкостях при температуре минимум 1500 градусов Цельсия. Сам процесс занимает не менее суток. После варки емкости извлекаются из печи и подвергаются медленному охлаждению (7-8 дней).


После того как материал остынет, его тщательно сортируют по размерам и отправляют на доработку. Даже после этого процесс не завершается, ведь заготовки потом подвергают нагреванию (до 500 градусов) и опять медленно охлаждают. Затем полученное стекло подвергается тщательному осмотру для выявления возможных дефектов и трещин.


Окончательный этап производства — шлифование и полирование. Последний процесс занимает немалое количество времени, примерно около 3-х суток. Только после этого получается уже готовая поверхность, которая полностью готова к использованию и производству деталей.

Определение оптики Merriam-Webster

op · ti · cal | \ Äp-ti-kəl \ 1 : или относящиеся к оптике 2а : или относящиеся к зрению : зрение

c : , относящиеся или являющиеся объектами, излучающими свет в видимом диапазоне частот. оптическая галактика

d : использование свойств света для улучшения зрения оптический инструмент

: , относящихся к свету или использующих свет, особенно вместо других форм энергии оптическая микроскопия

б : с использованием светочувствительных устройств для сбора информации для компьютера. оптическое распознавание символов

4 : в области оптики или относящейся к ней

оптических магазинов на территории | Офтальмолог в Колорадо-Спрингс

Оптический магазин Eye Associates в Колорадо-Спрингс находится на территории обоих офисов и укомплектован сертифицированными оптиками.Мы с радостью выполняем все предписания и бесплатно выполняем регулировку и ремонт.

Если вы покупаете солнцезащитные очки или очки по рецепту, наши оптические магазины предлагают линзы и оправы новейшего качества и известных брендов. Наши сотрудники помогут вам сделать лучший выбор, соответствующий вашему видению и образу жизни.

Часы

Понедельник 8: 00-17: 00
Вторник 8: 00-17: 00
Среда 8: 00-17: 00
Четверг 8 : 00-17: 00
Пятница 8: 00-16: 00
Суббота Закрыто
Воскресенье Закрыто


Принимаются основные кредитные карты.Принимаемые виды страхования включают VSP, Eyemed и Spectre. На очки предлагаются скидки для пожилых людей и военных, но их нельзя использовать со страховкой.

Pinnacle Optical

2770 N Union Blvd, Ste 240
Colorado Springs, CO 80909
Тел .: 719-471-3937

Мы предлагаем
  • Прогрессивные линзы Varilux
  • Антибликовые покрытия Crizal
  • Переходные линзы
  • Поляризованные линзы Xperio Essilor

Специальные и спортивные линзы

  • Компьютер
  • Профессиональное
  • Поликарбонат
  • Привет-Индекс
  • Плавание
  • Гольф
  • Теннис / ракетбол
  • Катание на лыжах
  • Мотоцикл
  • Велоспорт

Pinnacle Optical North

10035 Pearl Pass View, Ste 200
Colorado Springs, CO 80924
Тел .: 719-535-9270

Марки рамы

  • Мауи Джим
  • Силуэт
  • Хьюго Босс
  • Джимми Чу
  • Кейт Спейд
  • Марк Джейкобс
  • Ray-Ban
  • Жан Рено от Cendrine
  • Зигги от Cendrine
  • Nike
  • Flexon
  • Девять западных
  • Missani
  • Л.A.M.B.
  • клик

Optical - Tri-Century Eye Care

Optical - Tri-Century Eye Care

Tri-Century Optical находится в наших офисах в Саутгемптоне и Новой Британии. Эти бутики с полным спектром услуг предлагают новейшие оправы и линзы, соответствующие вашему стилю и потребностям зрения. Наши сертифицированные сотрудники делают упор на индивидуальное обслуживание и доступны без предварительной записи. Остановитесь, чтобы «увидеть», как мы можем воплотить в жизнь ваше лучшее видение. Вы доверили нам свой глаз care , теперь доверьте нам свой глаз wear !

  • Выполнение любого рецепта на очки высококвалифицированным профессионалом
  • Индивидуальный подход к выбору очков и линз
  • Доступны планы расширенной защиты для защиты ваших очков на срок до двух лет, включая потерю
  • Бесплатная очистка и регулировка в течение всего срока службы
  • Полный комплект оправы и объектива от 99 долларов.00!
  • 100% гарантия. Если у вас есть вопросы или опасения, сообщите нам, и мы рассмотрим ваш рецепт, сравним его с вашими очками и при необходимости заменим их бесплатно.
  • Мы предлагаем большой выбор стильных оправ для очков для всех возрастов, которые соответствуют вашему индивидуальному стилю, стилю и бюджету. Доступны как дизайнерские, так и не дизайнерские бренды. Некоторые из наших самых популярных брендов включают Armani, Coach, Kate Spade, Michael Kors, Nike и Tory Burch.
  • Чтобы защитить ваши глаза от вредного воздействия ультрафиолетового излучения, мы также предлагаем солнцезащитные очки различных брендов, включая Maui Jim, Oakley и Ray Ban.
  • Кроме того, доступна полная линейка спортивных и защитных очков.

Выбор подходящей линзы для очков не менее, если не больше, важен, чем выбор оправы. При выборе линзы следует учитывать множество вариантов, включая тип линзы, материал и покрытие.

Линзы

доступны в однофокусных, многофокусных или прогрессивных дополнительных линзах.

  • Однофокусные линзы являются наиболее распространенным типом используемых линз. Они просто корректируют либо близорукость, либо дальнозоркость.
  • Мультифокальные линзы доступны как в бифокальном, так и в трифокальном исполнении. И бифокальные, и трифокальные линзы имеют видимые линии, показывающие, где находится каждая секция.
    • Бифокальные линзы разделены пополам. Верхняя часть корректирует зрение вдаль, а нижняя часть корректирует зрение вблизи. Бифокальные линзы - отличная альтернатива использованию очков для чтения и очков с одной фокусировкой.
    • Трифокальные линзы имеют секции для ближнего и дальнего света, как и у бифокальных линз. Однако у них также есть дополнительная секция прямо над секцией ближнего зрения для коррекции промежуточного зрения. Прогрессивные дополнительные линзы - это мультифокальные линзы, на которых нет видимых линий. Они корректируют зрение на всех расстояниях и имеют плавный переход между ближним, промежуточным и дальним фокусным диапазоном.

Линзы изготавливаются из высококачественного пластика.Поликарбонат - один из самых популярных материалов для линз благодаря своей безопасности и ударопрочности. Это делает их идеальным выбором для детей или тех, кто занимается спортом. Пластиковые линзы с высоким показателем преломления тонкие и легкие, что делает их идеальными для оправы без оправы. Пластиковые линзы Trivex также тонкие и легкие, а также ударопрочные.

Для получения дополнительных преимуществ к линзам можно добавлять различные покрытия. Наиболее распространенные виды покрытий:

  • Покрытие от царапин: защищает от царапин при повседневном использовании
  • Антибликовое покрытие: помогает уменьшить блики и отражения от света, особенно при движении в ночное время.
  • Защитное покрытие UVA и UVB: помогает блокировать повреждающие ультрафиолетовые лучи, чтобы снизить риск определенных заболеваний глаз, таких как катаракта или дегенерация желтого пятна

Из-за протоколов безопасности COVID-19 Tri-Century Optical работает в основном по назначению только в часы, указанные ниже.Если у вас есть срочная необходимость или если у вас запланировано обследование зрения без посещения оптики, позвоните в наш офис, и мы сделаем все возможное, чтобы помочь вам.

Саутгемптон

  • Понедельник - 8:30 - 17:00
  • вторник - 8:30 - 20:00
  • Среда - 8:30 - 20:00
  • Четверг - 8:30 - 20:00
  • Пятница - 8:30 - 17:00
  • суббота - 8:30 - полдень

Телефон: 215-355-4866 | Факс: 215-355-0790

Новая Британия

  • Понедельник - 9:00 - 17:00
  • вторник - 9:00 - 20:00
  • Среда - 9:00 - 18:00
  • Четверг - 9:00 - 18:00
  • Пятница - 9:00 - 17:00
  • суббота - 8:00 - полдень

Телефон: 215-230-7666 | Факс: 215-230-9994

  • Davis Vision
  • EyeMed
  • Medicare (для очков после операции по удалению катаракты)
  • NVA (администраторы национального видения)
  • Спектра
  • Superior Vision
  • VBA (Преимущества видения Америки)
  • VSP (план обслуживания Vision)

Авторское право © 2021 Tri-Century Eye Care, P.С.

Плохая астрономия | Цветная оптическая иллюзия запутает ваш мозг

Так кому бы вы больше доверяли: мне, вашему космическому хозяину в этом путешествии по Вселенной; или ваш мозг, который представляет собой мягкий кусок мяса, навсегда застрявший внутри черепа, в который он едва помещается?

Сюрприз! Это я.

Я могу это доказать. Например, помните, как несколько лет назад в Интернете был фурор из-за платья, которое одни люди клялись бело-золотым, а другие яростно защищали как черно-синее?

Это был фантастический пример того, как наш мозг запутался в отношении цвета (и как упорно мы психологически копаемся, когда ошибочно воспринимаем вводимые данные как реальность).Мы действительно рассматриваем цвета как абсолютные при определенных обстоятельствах, но мы также склонны решать, какого цвета и какой яркости объект в сравнении, буквально сравнивая его с цветами или освещением вокруг него.

Если вы мне не верите - а, честно говоря, не должны, потому что вся наука - это доказательства - тогда позвольте мне показать вам кое-что замечательное.

Это короткое видео было создано профессором психологии Акиёси Китаока, который также просто гений, когда дело касается оптических иллюзий.Наручные часы:

Видео очень простое: в нем показан цветной квадрат, перемещающийся вперед и назад, на фоне прямоугольника, цвет которого изменяется от оранжевого слева до желтого справа. Но по мере того, как квадрат перемещается, кажется, что его собственный цвет и яркость меняются!

Но это не волшебство. Это твой мозг обманывает тебя.

Не верите? Хороший! Вы учитесь. Но в данном случае это правда.

Вы можете довольно легко показать это себе с помощью вариации того видео, также созданного Китаокой. Выглядит достаточно просто. Он также показывает прямоугольник оранжевого цвета слева и желтого цвета справа. На него в разных местах наложены шесть квадратов разного цвета и яркости, и если вы обращали внимание на последние 300 или около того слов, вы уже знаете, что я лгу.

Ага. Эти шесть квадратов одинаковые .

Один из способов проверить это - сохранить изображение, открыть его в каком-либо графическом программном обеспечении, таком как Photoshop или GIMP, а затем проверить значения RGB - значение красного / зеленого / синего цвета той же части квадратов, например, в правом верхнем углу. угол (получаю 255/144/0).Вы увидите, что все шесть квадратов одинаковы.

Чтобы показать это другим способом, я взял изображение, вырезал все шесть квадратов (слева направо) и поместил их в отдельное изображение:

ЖЕЛЕЗНОЕ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Имейте в виду, что квадрат не имеет одного цвета / оттенка. Он имеет горизонтальный градиент от темно-оранжевого слева (RGB: 255/111/0) до светло-оранжевого справа. Я подозреваю, что это помогает обмануть глаз, поскольку сплошной цвет будет легче заметить на фоне, который меняется. Однако, когда я вставлял шесть квадратов в новое изображение, затенение действительно заставляло их выглядеть по-другому.Контраст между правой стороной одного и левой стороной следующего заставил мой мозг делать сальто назад, пытаясь воспринимать квадраты как разные. Это не . Опять же, вы можете проверить это, посмотрев на значения цвета.

Если вы посмотрите видео еще раз, то заметите, что квадрат четко вырезан из центра большего прямоугольника, посередине между оранжевым и желтым. Я говорил, что правая сторона ярче, а левая темнее, но я думаю, что яркость на самом деле такая же, просто мы воспринимаем желтый как более яркий цвет.Но это, опять же, часть иронии этого: попытка выяснить, как это работает с мозгом, подверженным иллюзиям. Сводит с ума.

Как я уже сказал, наш мозг оценивает цвет и яркость по сравнению (так же работает иллюзия платья). Так их легче обмануть. Кроме того, процесс очень сложный: светочувствительные клетки в ваших глазах называются стержнями, оценивают яркость, и колбочки, оценивают цвет, которые передают эту информацию по нескольким слоям нейронов, а затем в мозг, который затем пытается просто вычислить что он воспринимает.

Эта система настолько скомпонована в процессе эволюции, что приведенный выше пример на самом деле относительно прост, что может ее испортить; добавление еще одного шага с несколькими цветами ухудшает ситуацию:

Да, все эти шары одного цвета. Если вам нравится этот, вот зигзагообразный, который тоже растопит ваш мозг.

Подобные иллюзии могут помочь нам понять, как глаз видит свет, как мозг интерпретирует его и что происходит между ними. В подобных иллюзиях много твердой науки.

Но.

Мы живем в эпоху, когда дезинформацию так же легко или даже легче получить, чем дезинформацию. Dis информация. Люди все время лгут вам, и по многим причинам: они хотят вашего внимания, им нужны ваши деньги, они хотят, чтобы вы проголосовали определенным образом, они верят определенным образом.

Не верьте им. Попросите доказательства, и даже тогда будьте осторожны, потому что наш мозг просто ждет, чтобы его обманули, .

И, наконец, теперь, когда вы мне доверяете - при условии, что вы действительно проверили мои утверждения здесь - вам нужно кое-что знать.

Я вижу Платье как белое с золотом.

На самом деле он черно-синий.

Подсказка к теме Секретные материалы .

#TrustNoOne

Настраиваемая метаповерхность похожа на оптический швейцарский армейский нож

. Аспирант Массачусетского технологического института Ифэй Чжан держит в руках новую метаповерхность или плоское оптическое устройство с рисунком около 100 000 наноразмерных структур, которое интегрировано в кремниевый чип и может быть электрически активировано.Предоставлено: Ифэй Чжан. Инженеры и коллеги

MIT сообщают о важных новых достижениях в области настраиваемой метаповерхности или плоского оптического устройства с наноразмерными структурами, которые они сравнивают со швейцарским армейским ножом, в то время как его пассивный предшественник можно рассматривать как всего лишь один инструмент, например отвертку с плоским лезвием. . Ключ к работе - прозрачный материал, обнаруженный командой, который быстро и обратимо изменяет свою атомную структуру в ответ на тепло.

«Возможности быстрого изменения конфигурации метаповерхностей огромны, - говорит Ифэй Чжан, первый автор статьи, сообщающей о последних достижениях в недавнем выпуске Nature Nanotechnology .Чжан - аспирант факультета материаловедения и инженерии (DMSE). «Мы рады, потому что текущая работа преодолевает несколько препятствий для реализации этих метаповерхностей в реальных приложениях».

Об этих приложениях говорит доцент Арка Маджумдар из Вашингтонского университета в Сиэтле: «Я предполагаю, что эта технология может произвести революцию в оптических нейронных сетях, измерениях глубины и технологии лидаров для автономных автомобилей». Маджумдар не принимал участия в исследовании.

Электрический выключатель

В статье Nature Nanotechnology исследователи Массачусетского технологического института описывают использование электрических токов для обратимого изменения структуры материала - и, следовательно, оптических свойств - новой метаповерхности. Раньше для подачи необходимого тепла использовали громоздкие лазеры или печи. «Это важно, потому что теперь мы можем интегрировать все активное оптическое устройство вместе с электрическим переключателем на кремниевый чип, чтобы сформировать миниатюрную оптическую платформу», - говорит Цзюэджун Ху, руководитель работы и доцент кафедры материаловедения и инженерии. в DMSE.

Крупный план новой метаповерхности MIT или плоского оптического устройства с рисунком около 100 000 наноразмерных структур, которое интегрировано в кремниевый чип и может быть электрически активировано. Предоставлено: Ифэй Чжан.

Команда также сообщает о демонстрации «серии настраиваемых оптических функций с использованием платформы», - говорит Ху. К ним относится устройство управления лучом, где «переключая материал на различные [внутренние] структуры, мы можем направлять свет в одном направлении, а не в другом, вперед и назад.«Управление лучом - это ключ к беспилотным автомобилям, хотя Ху подчеркивает, что устройство, которое он и его коллеги продемонстрировали, все еще довольно примитивно». Это скорее доказательство принципа ».

Помимо Чжана и Ху, авторами новой статьи являются Цзюньхао Лян, Билал Азхар, Михаил Ю. Шалагинов, Скайлар Декофф-Джонс, Карлос Риос и Тиан Гу, все из MIT DMSE; Клейтон Фаулер, Сенсон Ан и Хуалян Чжан из Массачусетского университета, Лоуэлл; Джеффри Б. Чоу, Кристофер М. Робертс и Владимир Либерман из лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института; Мёнку Кан и Кэтлин А.Ричардсон из Университета Центральной Флориды и Клара Риверо-Балейн из Lockheed Martin Corporation. Ху и Гу также связаны с Лабораторией исследования материалов Массачусетского технологического института.

Новый материал

Материалы с фазовым переходом (ПКМ) изменяют свою структуру в ответ на нагрев. Они коммерчески используются в перезаписываемых компакт-дисках и DVD-дисках.Ху объясняет, что «лазерный луч меняет структуру материала локально, с аморфной на кристаллическую, и это изменение можно использовать для кодирования единиц и нулей - цифровой информации».

Однако обычные PCM имеют ограничения, когда дело касается оптических приложений. Во-первых, они непрозрачны. Они не пропускают свет. «Это побудило нас изучить новый прозрачный материал с фазовым переходом для оптических устройств», - говорит Ху. Ранее в этом году его команда сообщила, что добавление еще одного элемента, селена, в обычный PCM помогло.

Новый материал, состоящий из германия, селена, сурьмы и теллура (GSST), является ключом к новой метаповерхности. В свою очередь, метаповерхность - это не просто тонкая пленка GSST, это пленка GSST размером всего около полмиллиметра в квадрате с рисунком примерно в 100 000 наноразмерных структур. А они, в свою очередь, «позволяют вам контролировать распространение света. Таким образом, вы можете преобразовать набор этих наноструктур, например, в линзу», - говорит Ху.

Хариш Бхаскаран - профессор Оксфордского университета, не принимавший участия в исследовании.Он прокомментировал работу в целом и достижения, описанные в новом документе:

«Это очень важная область работы, поскольку такие настраиваемые метаповерхности, то есть поверхности, которые могут модулировать отражение света, даже если они номинально« плоские »или очень тонкие, чрезвычайно интересны. Они могут значительно уменьшить объем линз, которые, конечно, используются во всем, что управляет светом. Использование [MIT] материалов с фазовым переходом с низкими потерями (т. е. они поглощают очень мало света) обеспечивает реальный путь к тому, чтобы это стало реальностью.Авторы также являются одними из первых, кто продемонстрировал динамическую настройку с помощью нагревателей, которые управляются электрически ». (В том же выпуске Nature Nanotechnology команда из Стэнфорда также сообщает об управлении метаповерхностями с помощью электрического нагрева с использованием другого подхода.)

Согласно статье News & Views в том же выпуске журнала Nature Nanotechnology о достижениях Массачусетского технологического института и Стэнфордского университета, «эти работы являются прорывом в области настраиваемых метаповерхностей на основе PCM.«Однако авторы News & Views подчеркивают, что оба подхода имеют недостатки.

Команда Ху решает некоторые из этих недостатков. Например, обогреватель, используемый в их миниатюрной оптической платформе, в настоящее время изготавливается из металла. Но «металлы опасны для оптики, потому что они поглощают свет», - говорит Ху. «Мы работаем над новым нагревателем из прозрачного силикона».

Ху описывает свою работу как особенно захватывающую, потому что она началась с открытия нового материала, который команда затем разработала для нового приложения.«Это простирается от новаторских материалов до интеграции устройств, что, на мой взгляд, довольно уникально».

Работа поддержана Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США и ВВС США. Исследователи также признают использование оборудования, предоставленного Лабораторией исследования материалов Массачусетского технологического института, Лабораториями технологий микросистем Массачусетского технологического института и Центром наномасштабных систем Гарвардского университета.


Новый 'Metalens' смещает фокус без наклона и перемещения
Дополнительная информация: Ифэй Чжан и др., Электрически реконфигурируемая энергонезависимая метаповерхность с использованием материала с оптическим фазовым переходом с низкими потерями, Nature Nanotechnology (2021).DOI: 10.1038 / s41565-021-00881-9 Предоставлено Лаборатория исследования материалов, Массачусетский технологический институт

Ссылка : Настраиваемая метаповерхность похожа на оптический швейцарский армейский нож (2021 год, 11 августа) получено 14 августа 2021 г. с https: // физ.org / news / 2021-08-tunable-metasurface-akin-optical-swiss.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Астрономический жаргон 101: Адаптивная оптика

В этой серии мы исследуем удивительный и удивительный мир астрономического жаргона! Настройте очки, чтобы прочитать сегодняшнюю тему: адаптивная оптика!

Допустим, вы астроном.Вы построили себе новую гигантскую обсерваторию, чтобы изучать небеса наверху. Вы смотрите в окуляр (или, точнее, в экран компьютера), ожидая, что слава космоса откроется вам. Вместо этого, к своему разочарованию, вы обнаруживаете только расплывчатый беспорядок.

Атмосфера Земли довольно хороша, когда дело доходит до поддержания жизни живых существ, но довольно ужасна, когда дело доходит до астрономии. Неважно, насколько велик ваш телескоп, насколько он сложен и насколько мощный, пока он находится на земле, ему приходится бороться со всеми этими милями плотной атмосферы.

Проблема в постоянно меняющихся турбулентных движениях горячего и холодного воздуха, которые пытаются равномерно распределить тепло по всему земному шару. Теплый и холодный воздух имеют разные показатели преломления, что означает, что они по-разному искривляют путь света. Итак, свет от далекой звезды не проходит по прямой линии в нашей атмосфере - он постоянно смещается, извивается и извивается, когда движется воздух.

Это точно такой же процесс, при котором звезды мерцают. Красиво, но раздражает.

Конечно, вы можете смягчить некоторые из них, построив свою обсерваторию в пустыне (чтобы воздух был как можно более спокойным) и / или на вершине горы (чтобы минимизировать количество воздуха между вами и космосом), но вы не могу от этого избавиться.

Вы можете просто запустить свою обсерваторию в космос, но ракеты настолько велики, а запуски настолько дороги, что гораздо выгоднее оставить свою гигантскую обсерваторию на земле.

Решение? Выбросьте лазеры и сделайте адаптивную оптику .

Стреляйте ярким лазером в небо. Наблюдайте, как он танцует из-за тех же атмосферных искажений, которые мешают вашим наблюдениям. Прикрепите зеркало телескопа к регулируемому столу. Когда лазер смещается, перемещайте им зеркало, нейтрализуя влияние турбулентной атмосферы.

Это простая идея, но ее очень сложно реализовать на практике. Одна из истоков разработки технологии пришла из засекреченных исследований вооруженных сил США по лучшему отслеживанию спутников противника.Лишь в 1990-х годах технология стала достаточно зрелой, чтобы сделать ее основой современной астрономии.

Как это:

Нравится Загрузка ...

Оптическая левитация стеклянной наносферы обеспечивает квантовый контроль

Стеклянная сфера диаметром в сто нанометров (зеленая точка в центре рисунка) движется сильно сфокусированным лазерным лучом. Кредит: ETH Zurich

Исследователи из ETH Zurich с помощью лазерного света захватили крошечную сферу размером в сто нанометров и замедлили ее движение до самого низкого квантовомеханического состояния.Этот метод может помочь исследователям изучать квантовые эффекты в макроскопических объектах и ​​создавать чрезвычайно чувствительные датчики.

Почему атомы или элементарные частицы могут вести себя как волны согласно квантовой физике, которая позволяет им находиться в нескольких местах одновременно? И почему все, что мы видим вокруг, очевидно, подчиняется законам классической физики, где такое явление невозможно? В последние годы исследователи убедили все большие и большие объекты вести себя квантово-механически.Одним из следствий этого является то, что, проходя через двойную щель, эти объекты образуют интерференционную картину, характерную для волн.

До сих пор этого можно было достичь с помощью молекул, состоящих из нескольких тысяч атомов. Однако физики надеются, что однажды они смогут наблюдать такие квантовые эффекты с должным образом макроскопическими объектами. Лукас Новотны, профессор фотоники, и его сотрудники на факультете информационных технологий и электротехники ETH Zurich сделали решающий шаг в этом направлении.Их результаты недавно были опубликованы в научном журнале Nature .

Парящая наносфера

Макроскопический объект в лаборатории Новотного - крошечный шар из стекла. Хотя его диаметр составляет всего сто нанометров, он состоит из 10 миллионов атомов. С помощью сильно сфокусированного лазерного луча сфера заставляется парить в оптической ловушке внутри вакуумного контейнера, охлаждаемого до 269 градусов ниже нуля. Чем ниже температура, тем меньше тепловое движение.

«Однако, чтобы ясно увидеть квантовые эффекты, наносфера должна быть еще более замедлена, вплоть до ее основного состояния движения», - объясняет Феликс Теббенджоханнс, постдок в лаборатории Новотного. Колебания сферы и, следовательно, ее энергия движения сводятся к точке, где квантово-механическое соотношение неопределенности запрещает дальнейшее сокращение. «Это означает, что мы замораживаем энергию движения сферы до минимума, близкого к квантово-механическому движению нулевой точки», - говорит Теббенджоханнс.

Наносфера создается сфокусированным лазерным светом (а). Лазерный свет действует как ловушка, в которой сфера может колебаться вперед и назад (b). Электрические поля используются для замедления этого движения. Кредит: ETH Zurich

Измерение и замедление

Чтобы добиться этого, исследователи используют метод, который хорошо известен по замедлению качелей на игровой площадке: достаточно толкать или тянуть в правильном направлении, в зависимости от того, где находятся качели.С качелями, если вы внимательно посмотрите и действуете соответственно, то добьетесь цели. Однако в случае наносферы требуется более точное измерение. Это измерение заключается в наложении света, отраженного сферой, на другой лазерный луч, что приводит к интерференционной картине. По положению этой интерференционной картины можно определить, где находится сфера внутри лазерной ловушки. Эта информация, в свою очередь, используется для расчета того, насколько сильно нужно толкать или тянуть сферу, чтобы замедлить ее.Само замедление осуществляется двумя электродами, электрическое поле которых оказывает точно определенную кулоновскую силу на электрически заряженную наносферу.

Первый квантовый контроль в свободном пространстве

«Впервые такой метод был использован для управления квантовым состоянием макроскопического объекта в свободном пространстве», - говорит Новотный. Несмотря на то, что аналогичные результаты были получены со сферами в оптических резонаторах, подход Новотного имеет важные преимущества: он менее подвержен возмущениям, и, выключив лазерный свет, можно, при необходимости, исследовать сферу в полной изоляции.

Такое изолированное исследование становится особенно актуальным при попытке фактически провести эксперименты по интерференции, подобные тем, которые наблюдаются со световыми волнами, с наносферой. Это связано с тем, что для того, чтобы увидеть интерференционные эффекты, квантово-механическая волна сферы должна быть достаточно большой. Один из способов добиться этого - выключить лазерную ловушку после охлаждения сферы до ее основного движущегося состояния, что позволяет ее квантовой волне свободно расширяться. Тогда разные части волны могут проходить через двойную щель.Как и в случае с молекулами, в этом случае ожидается, что суперпозиция волн материи приведет к характерной интерференционной картине.

Возможные применения в датчиках

«Но пока это несбыточная мечта», - предупреждает Новотный. Тем не менее, он также упоминает, что парящие наносферы представляют интерес не только для фундаментальных исследований, но также могут иметь практическое применение. В настоящее время уже существуют датчики, которые могут измерять мельчайшие ускорения или вращения с помощью мешающих атомных волн.Поскольку чувствительность таких датчиков увеличивается с увеличением массы квантово-механически мешающего объекта, датчики можно значительно улучшить с помощью наносфер.


Квантовые частицы: вытянутые и сжатые
Дополнительная информация: Феликс Теббенджоханнс и др., Квантовый контроль наночастицы, оптически левитирующей в криогенном свободном пространстве, Nature (2021).DOI: 10.1038 / s41586-021-03617-w

Ссылка : Оптическая левитация стеклянной наносферы обеспечивает квантовый контроль (2021, 15 июля) получено 14 августа 2021 г.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *