광섬유는 어떻게 작동하나요?

광섬유 : 전반사 원리의 실용화

광섬유는 특수 복합 기술을 통해 굴절률이 서로 다른 두 개 이상의 투명 재료로 만든 복합 섬유입니다.

1. 구성 재료

광섬유는 심선과 외부 코팅으로 구성됩니다.

일반적으로 심재는 높은 광투과율이 요구되는 반면, 코팅재는 낮은 굴절률이 요구되며, 심재와 코팅재의 굴절률 차이가 클수록, 더 나은. 열적 특성 측면에서 두 재료의 열팽창 계수는 가까워야 합니다. 차이가 크면 형성된 광섬유가 내부 응력을 발생시켜 광 투과율과 섬유 강도가 감소합니다. 또한, 두 재료의 연화점과 고온 점도가 가까워야 합니다.

2. 실제 적용

(1) 광섬유 통신 - 정보 고속도로

레이저는 광섬유 통신에 이상적인 광원입니다. 광케이블의 직경은 0.1mm 미만이지만 이 작은 정보 채널에서는 이론적으로 정보 손실 없이 100억 건의 전화 통화와 100만 건의 고품질 TV 프로그램을 동시에 전송할 수 있습니다. 또한 최소화됩니다. 현재 직경 0.65mm의 한 쌍의 구리선은 동시에 24개의 전화선만 제공할 수 있으며 22개의 구리축 튜브를 포함하는 직경 76.2mm의 구리축 케이블은 40,000개의 전화선 또는 23개의 전화선만 전송할 수 있습니다. 여러 TV 채널의 프로그램은 동시에 구리 또는 기타 금속선을 사용하므로 공간을 많이 차지하고 비용이 많이 들며 전자기 간섭을 받기 쉽습니다.

광섬유의 원료는 우리가 흔히 사용하는 석영이다. 1kg의 고순도 석영 유리에서 수천 킬로미터의 광섬유를 끌어낼 수 있습니다. 1,800개의 전화선을 갖춘 100킬로미터의 구리축 케이블을 만들려면 12톤의 구리와 50톤의 납이 필요합니다. 케이블의 1/50-1/250에 불과하며 무게는 후자의 1%에 불과합니다. 크기가 작고 무게가 가볍기 때문에 케이블과 같은 구멍을 따라 포설할 수 있어 관로 건설 비용이 절약됩니다. 장거리 간선용 케이블 대신 광케이블을 사용하면 비용을 30% 절감할 수 있습니다. 항공우주, 군용 항공 분야에서도 그 재능을 발휘할 수 있어 재료과학의 마법 같은 힘으로 알려져 있다.

(2) 의료용 내시경

광섬유는 식도, 직장, 방광, 자궁, 위의 심부탐사 내시경(위내시경, 혈관경 등)의 광학용으로 사용 가능 부품과 수술용 레이저 칼을 체내에 직접 삽입해 피부를 절개하지 않고 레이저를 수술 부위에 광섬유로 전달한다.

(3) 조명 및 빛 에너지 전송

광섬유를 사용하면 하나의 광원으로 다점 조명을 구현할 수 있으며, 광케이블 조명, 플라스틱 광섬유 케이블을 사용하여 전송 가능 수중 및 지하 조명으로서의 햇빛. 광섬유는 부드럽고 휘거나 변형되기 쉽기 때문에 어떤 형태로든 만들 수 있고, 전력 소모도 적으며, 광질이 안정적이고, 광택이 은은하며, 색상 범위가 넓습니다. 태양 에너지를 사용하면 가장 경제적이고 실용적인 광원이 될 것입니다. 앞으로는 고층빌딩, 강당, 호텔, 병원, 유흥가, 심지어 가정에서도 광섬유로 만든 천장이나 벽은 물론, 광섬유로 화려하게 엮은 서예와 그림 등을 직접 활용하는 것도 가능하다. 가로등, 도로, 공공시설의 광장 조명 및 상점 창문 광고용. 또한 가연성, 폭발성, 습하고 부식성 환경에서 전송선 및 전기 조명을 설치하는 것이 적합하지 않은 장소에서 안전 광원으로 사용할 수도 있습니다.

(4) 광섬유 의류

프랑스 회사가 광섬유 샌드블래스팅 및 연마 기술을 개척했습니다. 이 방법으로 처리하면 레이저는 광섬유 다발을 감싸고 있는 반사 피복의 영향을 받지 않고 광섬유 다발을 따라 전파될 수 있습니다. 이러한 광섬유 다발로 짠 직물은 빛을 방출하여 정보를 전송할 수 있습니다. 이러한 신호는 어둠이나 짙은 연기 속에서 인명을 구하는 데 큰 역할을 할 수 있습니다. 광섬유 직물을 사용하여 센서가 장착된 소방복을 만들면 그 위에 있는 센서 장치가 화학적 위험을 감지하고 이를 빛으로 표시하여 근처에 있는 다른 사람들에게 경고할 수 있습니다. 특수부대가 이 원단으로 만든 위장복을 입으면 그야말로 '카멜레온'이 될 것이다.