| Apie | Žurnalas | Archyvas | Mokslo įdomybės | Paieška |

2003 m. Nr. 2 turinys

· MPLS technologija
· Žinutės
· Senieji telefono tinklai pradeda naują savo gyvenimą
· Pavergti laisvosios prekybos

Nanotechnologija
· Nanovamzdelių invazija
· Žinutės
· Ar nanotechnologija saugi

Mobilusis ryšys
· HiperLAN2: plačiajuostis bevielis ryšys 5 GHz dažniu
· Žinutės

Internetas
· Kompiuterio apsaugos menas
· Žinutės
· Saugesnė vieta susitikti

Optinis ryšys
· Optinis pincetas
· Žinutės
· Fotoniniai grandynai lenkia skaidulines sistemas
· Polimeras spartina optinių skaidulinių linijų moduliatorių
· Naujas šviesus pasaulis
· Šviesos alchemija
· Optinės fotoninių kristalų skaidulos
· Išplėsti šviesos pluošteliai patikimiau perduoda signalus

Elektronika
· Kliūtys saulės energetikos kelyje
· Žinutės
· Ateities kompiuterių liekamosios atmintinės
· Skaitmeniniai vandens ženklai saugo elektroninius duomenis
· Ne tokie jau prasti telefonai
· Terabitų talpos standžiojo disko kaupiklis
· Šalin mikroprocesorius?
· Sparčiųjų lustų izoliaciniai sluoksniai
· Analoginės technologijos renesansas
· Elektroninės bombos Irake

Optinės fotoninių kristalų skaidulos

   Fotoninių kristalų (žr: Fotoniniai kristalai - šviesos puslaidininkiai // Ryšių technikos naujienos, 2002, Nr.1; Skylėtosios skaidulos // Ryšių technikos naujienos, 2002, Nr.3) arba kiaurymėtosios skaidulos (photonic crystal fibers - PCF) buvo sukurtos 1996 m. ir iki šiol kelia didžiulį įvairių sričių technikos specialistų susidomėjimą. Jos pasižymi naujais, dar neregėtais privalumais: gebėjimu išlikti vienmodėmis storos šerdies (~1 mm) skaidulose bei labai plačiu dažnių intervalu ir veikti kaip tuščiavidurės šerdies šviesolaidžiai. Keičiant kiaurymių sandarą, galima sukurti labai specifinių savybių skaidulas: pav., dviejų ar vienos nekintamos poliarizacijos plokštumos. PCF dispersinės savybės irgi vertos dėmesio - pirmiausia dėl galimybės jas panaudoti šviesos dispersijai kompensuoti. Kintant šių skaidulų šerdies skersmeniui, jų optinės savybės keičiasi nuo tiesinių iki labai netiesinių. Visos šios kiaurymėtųjų skaidulų savybės paskatino kurti ateities kartos skaidulų sistemą.

Mikrostruktūrinė skaidula, kurios kiaurymės išsidėsčiusios koncentriškais žiedais, yra parabolinio lūžio rodiklio skaidula.

   2002 m. Sidnėjaus universiteto Optinių skaidulų technologijos centro mokslininkai šioje srityje gerokai pažengė, ėmę PCF gaminti iš polimerų. Polimerinės fotoninių kristalų skaidulos palyginti su esamomis stiklinėmis yra daug kuo pranašesnės. Šis pranašumas skatins toliau tirti polimerų savybes ir šias medžiagas tobulinti. Polimerinės PCF galėtų būti naudojamos ten, kur labai praverčia polimerams būdingos savybės - lankstumas, lengvumas ir galimybė lengvai sujungti tarpusavyje. Šie privalumai gali būti esminiai, pvz., trumpojo nuotolio ryšio tinkluose bei automobiliuose.

Mikrostruktūrinės optinės skaidulos

   Stiklinės fotoninių kristalų skaidulos gaminamos dviem pakopomis: iš pradžių suformuojama tvarkinga stiklinių vamzdelių ar strypukų rietuvė, kuri ištempiama iki reikiamo kiaurymių skersmens. Taip suformuotų darinių kiaurymių skerspjūvis deformuojasi arba į šešiabriaunį, arba į kvadratą. Nors polimerinės skaidulos taip pat formuojamos iš ruošinių rietuvės, manoma, kad daug patogiau taikyti polimerams įprastinius liejimo ar ekstruzijos būdus. Šių technologijų pagrindu gaunamas pirminis norimos vidinės sandaros vientisas darinys vėliau ištempiamas iki reikiamų matmenų.

Paraboliniam lūžio rodiklio pasiskirstymui sukurti GIMPOF naudoja persiklojančius kiaurymių žiedus.

   Šiomis tradicinėmis technologijomis įmanoma suformuoti tokios vidinės sandaros skaidulas, kokių sunku ar netgi neįmanoma pagaminti iš vamzdelių bei strypukų rietuvių. Pastarąja technologija formuojami dariniai atspindi jos ypatumus; pvz., pradžioje apskritos kiaurymės tempiant deformuojasi į šešiabriaunes. Taikant tradicines polimerų liejimo technologijas, nesunku suformuoti iš kiaurymių sudarytą žiedo formos ar kitokį darinį (žr. pav.). Be abejo, tolesnio gamybos proceso metu šie dariniai deformuojami, bet mažiau nei stikliniai. Dėl mažesnių polimerų paviršiaus įtempimo jėgų ir jų ilgų molekulių tempimo deformacijos poveikis skaidulos sandarai nėra didelis.

   Polimerinės medžiagos, palyginti su kitomis, atsparesnės tempimo deformacijoms, todėl iš monolitinių pirminių darinių galima gauti įvairios vidaus sandaros (periodinių ir neperiodinių, apskritų ir neapskritų kiaurymių) skaidulų. Yra ir viena ypatingo dėmesio verta struktūra, kurios kiaurymės išsidėsčiusios koncentriškais žiedais. Įrodyta, kad tokiomis mikrostruktūrinėmis polimerinėmis optinėmis skaidulomis (microstructured polymer optical fiber - MPOF) galima aproksimuoti Braggo periodiškai kintančio lūžio rodiklio (žr: Nauji skaiduliniai optiniai ryšių sistemų komponentai // Ryšių technikos naujienos, 1998, Nr.3) ir net gradientinio lūžio rodiklio skaidulas (graded-index microstructured polymer optical fiber - GIMPOF), kurios, kaip manoma, bus labai paklausios polimerinių skaidulų rinkoje.

Galios nuostoliai

   Nors didžiausias optinių polimerų trūkumas - dideli galios nuostoliai, visgi trumpojo nuotolio ryšio tinkluose polimerinės skaidulos bus naudojamos, nes minėtą trūkumą atsvers jų lemiamas technologinis privalumas - galimybė jas lengvai sujungti. Įprastinės polimerinės skaidulos yra didelio šerdies skersmens - beveik milimetro. Siekiant sumažinti jų dispersiją, jose sudaromas lūžio rodiklio gradientas.

   Naujų GIMPOF skaidulų savybės dar galutinai neištirtos, tačiau patys pirmieji eksperimentų rezultatai džiugina. Polimerinių skaidulų tyrimai ir jų rezultatų modeliavimas yra gana sudėtingas, tačiau jau dabar aišku, kad mikrostruktūrinės skaidulos, palyginti su tradicinėmis, turi neginčijamų pranašumų. Kad šie dariniai veiktų kaip šviesolaidžiai, jų nereikia legiruoti. Taip išvengiama lūžio rodiklio fluktuacijų dėl legiruojančios priemaišos nevienalytiškumo. Šių fluktuacijų sukeliama šviesos sklaida yra pagrindinė polimerinių skaidulų galios nuostolių priežastis. Pavyzdžiui, Japonijos (Tokijo) kompanija Asahi Glass Co., gaminanti mažiausių galios nuostolių polimerines skaidulas, oficialiai paskelbė, kad jos gaminamų skaidulų nuostoliai 850 nanometrų bangos ilgiui siekia 17 dB/km, iš jų 13 dB/km - dėl šviesos sklaidos.

   Mikrostruktūrinės sandaros skaiduloms būdingi naujo tipo nuostoliai - dėl pertvarų tarp kiaurymių ir padidėjusios paviršinės sklaidos. Tačiau analogiškų iš stiklo formuojamų (PCF) skaidulų, kurių technologija gerokai patobulinta, nuostoliai siekia tik 0,6 dB/km ir tai nuteikia optimistiškai. Panaši polimerinių skaidulų pažanga būtų vertinama net dar entuziastingiau, nes, ėmus vietoj tradicinių polimerinių optinių skaidulų naudoti mikrostruktūrines, gerokai sumažėtų nuostoliai, o dar lieka galimybė toliau tobulinti pačius polimerus. Svarbu, kad nuostoliai dėl vidinės sandūros (paviršinė sklaida ir pan.) yra gerokai mažesni nei tie, kuriuos lemia netolygiai išsidėsčiusios optinių skaidulų priemaišos. Tyrimai šį teiginį patvirtina. Vadinasi, tradicines optines polimerines (legiruotas) skaidulas pakeitę mikrostruktūrinėmis, realiai ir ženkliai sumažinsime šviesos nuostolius. "Švarios" polimerinės skaidulos gali veikti ir aukštesnėje temperatūroje, nes temperatūrą paprastai riboja priemaišų difuzija. Sidnėjaus universiteto optinių skaidulų technologijos centro mokslininkai tikisi pagaminti palyginti didelio skersmens (bet mažesnio nei milimetras) GIMPOF, kurių nuostoliai būtų mažesni ir dispersijos savybės pranašesnės už tradicinių gradientinių polimerinių skaidulų. Numatomų gaminti skaidulų įtaka vietinio ryšio tinklams turėtų būti išties ženkli.

Polimerinės medžiagos

   Mikrostruktūrinės polimerinės skaidulos gali būti tobulinamos ir modifikuojant pačią skaidulų medžiagą. Galimybė tokiu būdu tobulinti stiklo skaidulas yra ribota, nes dėl aukštos jų gamybos temperatūros (apie 2000oC) daugelis medžiagų, kuriomis būtų galima legiruoti švarų stiklą, skaidosi, pvz., organiniai dažikliai skaidosi temperatūrai viršijus 400oC.

   MPOF polimerai, atvirkščiai lydomi palyginti neaukštoje 200oC temperatūroje, todėl jų gamybai galima naudoti įvairias legiruojančias priemaišas.

   Atrodytų, kad tie patys privalumai yra būdingi ir tradicinėms polimerinėms skaiduloms, tačiau taip nėra, nes dėl vienmodžių polimerinių skaidulų gamybos sunkumų šios medžiagos naudojamos ribotai. Kita vertus, mikrostruktūrinių skaidulų vienmodiškumas yra, galima sakyti, jų prigimtinė savybė. Be visų akivaizdžių MPOF skaidulų privalumų, pastaroji savybė leidžia projektuotojams garantuoti šių skaidulų šviesolaidinį mechanizmą nepriklausomai nuo priemaišų. Taigi MPOF skaidulų projektuotojams suteikiama reta galimybė keisti jų optines savybes atskirai - nepriklausomai nuo kitų, pvz., dispersiją ir optinį netiesiškumą arba šviesos stiprinimą ir dvejopą lūžimą.

   Polimerai yra medžiagų klasė, kurių savybes ir charakteristikas galima keisti įvairiausiomis priemonėmis. Paviršiaus aktyviosiomis medžiagomis ir įvairiais intarpais, įmanoma iš esmės keisti polimerų savybes bei formuoti juose aktyviuosius elementus. Pavyzdžiui, jau kurį laiką bandoma sukurti polimerus, tinkamus naudoti netiesinės optikos ar elektrooptiniams įtaisams. Minėto Sidnėjaus technologijos centro mokslininkai parodė, kad nepažeidus mikrostruktūros, į skaidulą galima įterpti volframo elektrodus, kurie naudojami skaidulų tempimo procese. MPOF pagrindu galėtų būti kuriami optiniai jungikliai, jutikliai, poliarizacijos valdikliai ir antrosios harmonikos generatoriai.


El. p.: info@elektronika.lt