#оптоволокно

Китайские исследователи установили мировой рекорд скорости передачи данных по оптоволокну, достигнув показателя 3,2 петабита в секунду на линии протяженностью 10,3 километра с использованием кабеля с 24 оптическими сердцевинами. Теоретически такой скорости достаточно, чтобы передать более 20 000 фильмов в разрешении 4K за одну секунду. Однако до коммерческого внедрения технология пока не дошла.

В состоянии квантовой запутанности некоторые параметры частиц оказываются жестко связаны. Если спин одного запутанного фотона направлен в одну сторону, а второго — в противоположную, то если изменится спин первого, то у второго этот показатель тоже перевернется.

Международная группа ученых решила заморозить оптоволокно с жидким сердечником для создания резких фазовых переходов. Эксперименты показали, что этот подход открывает новые возможности для нейроморфных вычислений.

Геологи используют оптоволоконные кабели в медной оболочке, чтобы предсказывать извержения вулканов и землетрясения по изменениям лазерного «эха». Однако при создании волокна, в процессе его остывания, медь сжимается сильнее стекла и создает микроизгибы. Это искажает сигнал: меняется время задержки и падает интенсивность, из-за чего специалист может пропустить первые признаки надвигающейся катастрофы. Причина этих деформаций кроется в неточных компьютерных моделях, которые игнорируют разную температуру застывания кварца и металла. Чтобы решить эту проблему, ученые Пермского Политеха разработали трехмерную модель, которая впервые учитывает разные тепловые режимы застывания слоев.

Ученые с помощью технологии распределенного акустического зондирования отслеживают землетрясения и вибрации грунта. Однако исследователи выяснили, что эта технология способна улавливать микроколебания от человеческой речи рядом с оптоволоконным кабелем. 

На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.

Современный интернет, цифровая связь и медицина сильно зависят от качества оптоволоконных кабелей. Однако их производство — сложный процесс, где ошибка в доле миллиметра или градуса ведет к порче всей заготовки. Основная сложность заключается в том, что промышленные станки запрограммированы для обработки деталей строго определенных, эталонных размеров. Однако реальное сырье в силу технологических особенностей всегда имеет небольшие отклонения. В этом случае технологи вынуждены подбирать настройки оборудования «на глаз», что резко увеличивает долю брака и снижает эффективность производства оптического волокна. Ученые Пермского Политеха создали инженерный инструмент, который рассчитывает идеальные параметры для любой заготовки. Внедрение метода позволит в два раза ускорить обработку и на 75% снизить долю бракованной продукции.

Коллектив российских и индийских ученых исследовал характеристики двух видов микроструктурированных оптических волокон. Эта работа показывает новые возможности для повышения эффективности передачи данных.

Сегодня мировую связь, от интернета до телевидения, обеспечивают оптоволоконные кабели на основе сверхчистого кварцевого стекла. Этот прочный и термостойкий материал незаменим в космической индустрии и микроэлектронике, а его современное производство по золь-гель технологии требует энергоемкой термообработки свыше 1000 градусов Цельсия, что увеличивает себестоимость. Ученые Пермского Политеха разработали методику, сокращающую время этой стадии в шесть раз и снижающую энергозатраты примерно на 80%, что ускорит производство и повысит его эффективность.

С 2020 по 2024 год количество хирургических операций в России выросло на 34% (с 13,5 до 18,1 миллиона). В современных операциях вместо ламп все чаще используют оптоволокно, но неравномерное распределение света ухудшает видимость и повышает риски для пациентов. Ученые Пермского Политеха разработали математическую модель, которая оптимизирует светораспределение в волокне, повышая эффективность освещения в два раза. Это сделает операции точнее и безопаснее.

Во время военных действий все чаще применяют оптоволоконные БЛПА. Оптоволокно обеспечивает защиту от радиоэлектронного подавления и перехвата данных, что критически важно для спецприменений дронов в зоне СВО и на индустриальных объектах. По статистике только один из шести таких БЛПА достигает цели, а остальные рвут волокно, преодолевая всего 1-2 километра. Эксперименты исследователей ПНИПУ показали, что проблема в катушке, на которую наматывается оптоволоконный кабель. Из-за ее неправильного строения возникают микроизгибы и обрывы оптического волокна. Ученые разработали отечественную систему управления оптоволоконными БПЛА, которая не только минимизирует изгибы и предотвращает обрывание кабеля, но и способна передавать сигнал на 25 километров.

Оптическое волокно способно воспринимать звуки и вибрации различной частоты. Благодаря этому на его основе создаются распределенные акустические датчики — DAS-системы. Это делает их полезным инструментом в разведке, транспортировке и переработке нефти и газа, а также в отслеживании состояния конструкций и охране периметров. Последние исследования открывают новые перспективы этой технологии в области сельского хозяйства и биологии для мониторинга растений и локализации вредителей. Так, науке уже известна способность DAS-систем находить признаки заражения деревьев личинками насекомых на ранних стадиях развития. Ученые Пермского Политеха и ПФИЦ УрО РАН впервые успешно записали акустические сигналы и определили местонахождение одного отдельного насекомого — мадагаскарского шипящего таракана.

Оптоэлектронные устройства преобразовывают электрическую энергию в световую и обратно. Это возможно благодаря оптическому модулятору, который находится внутри — прибору, регулирующему световой сигнал. В нем есть волновод («трубка» для света) и металлический электрод, который им управляет. Из-за контакта этих двух компонентов друг с другом возникает потеря сигнала вплоть до 100 децибелов для некоторых типов волн. Это означает почти полное затухание — так появляются сбои в телевизоре и неполадки с интернетом, а если оптическая связь используется для навигации дронов, — и вовсе потеря управления. Ученые Пермского Политеха и ПНППК разработали метод, который позволяет уменьшить затухание света в оптических системах в сотни раз и за счет этого сократить количество технических неполадок.

Распределенные акустические датчики (DAS) на основе оптического волокна применяются для мониторинга конструкций, трубопроводов и охраны периметра. Они фиксируют звуки, вибрации и деформации, обнаруживая утечки нефти, движение транспорта и даже землетрясения. Однако их высокая стоимость и ограниченная чувствительность остаются проблемой. Ученые Пермского Политеха и ПФИЦ УрО РАН исследовали новые типы оптоволокна с разными покрытиями, определив их реакцию на звуковые волны. Это поможет точнее подбирать волокно под конкретные задачи и расширить применение технологии — от промышленности до экологического мониторинга.

Стартап «Фистех», созданный на базе Сколтеха, впервые в России сконструировал и успешно протестировал фотонные интегральные схемы (ФИС) для работы с высокочастотными сигналами с шириной полосы до 22 гигагерца. Разработка нацелена на обеспечение российских производителей телекоммуникационными решениями на базе отечественных ФИС.

Современные оптоэлектронные устройства используют активные оптические волокна, легированные редкоземельными металлами. Их производство начинается с создания стеклянных заготовок с добавками, требующих точного контроля формы, светопропускания и распределения примесей. Традиционные методы предполагают последовательные измерения на разных приборах, что дорого и трудоемко. Ученые ПФИЦ УрО РАН и Пермского Политеха разработали автоматизированный стенд для одновременной оценки всех ключевых параметров. Новый метод ускоряет производство на десятки процентов, повышая качество продукции.

Россия занимает третье место в мире по количеству неутилизированного пластика. Такие отходы оседают в водоемах или на незаконных стихийных свалках. Среди них есть остатки оптоволокна, состоящие из стекла и пластика, которые будут загрязнять почву и водные ресурсы. При разложении под воздействием ультрафиолетовых лучей материалы выделяют токсичные вещества: свинец, мышьяк и кадмий. Попадая в пищевую цепочку, они наносят вред здоровью человека, например, замедляют интеллектуальное развитие, провоцируют новообразования, сердечно-сосудистые болезни и анемию, поражение центральной нервной системы и другие болезни. Ученые Пермского Политеха нашли эффективный способ утилизации остаточных продуктов оптоволокна, используя его в строительстве автодорог, мостов и аэродромов. Это позволит сократить негативное воздействие на окружающую среду и при этом повысить прочность строительного материала.

В нефтегазовой и химической промышленности, металлургии, электроэнергетике, медицине и машиностроении используют оптоволоконные технологии как современный способ передачи информации на дальние расстояния. Прочность и долговечность волоконных световодов во многом зависят от защитного покрытия, в качестве которого используют акрилат, полиимид и металлы. Например, оптоволокно в алюминиевом покрытии позволяет работать в жестких промышленных условиях при высоких температурах и давлении. Однако применение алюминия эффективно лишь до 350 градусов. Альтернативой может стать использование меди. Ученые Пермского Политеха, ПАО «Пермской научно-производственной приборостроительной компании» и Института общей физики имени А. М. Прохорова РАН впервые детально исследовали термическую стойкость волоконных световодов в медном покрытии и определили их срок службы в зависимости от температуры эксплуатации. Полученные результаты дают возможность прогнозировать стабильность работы оптоволокна в отечественной промышленности.

Международная коллаборация ученых нашла способ влиять на колебания в фотонном кристалле с помощью временных дефектов кристаллической решетки. Они показали, как можно точечно создавать дефекты с помощью света.

В аэрокосмической сфере применяют сенсорную технику для оценки внешних силовых воздействий на аэродинамическую поверхность. Это могут быть удары града, бетонной крошки из-под переднего колеса при взлете самолета, частицы космического мусора и так далее. Научное сообщество стремится усовершенствовать индикаторные и тактильные полимерные покрытия. Ученые Пермского Политеха исследовали закономерности реакции тактильной поверхности сенсорной техники на внешнее воздействие. Это позволит улучшить систему мониторинга и снизить риски возникновения аварийных ситуаций из-за нестабильной работы датчиков.

При малотравматичных терапевтических операциях, лечении сосудистых патологий и рака в качестве источника излучения или тепла применяют волоконно-оптические рассеиватели. Для их эффективной работы необходимо обеспечить равномерное распределение излучения вдоль волокна. Для этого ученые Пермского Политеха разработали математическую модель, которая поможет правильно рассчитать необходимые параметры.

Волоконная оптика — одна из перспективных и быстроразвивающихся наукоемких отраслей промышленности. Кварцевые волокна, передающие световые сигналы на большие расстояния, активно применяются в сферах коммуникации, навигации, медицины и приборостроения. Но их изготовление — очень сложный и дорогостоящий процесс. Особенно это касается нового типа оптоволокна, сердцевина которого окружена множеством воздушных отверстий. Такие дырчатые микроструктуры расширяют и улучшают функциональные возможности оптических технологий. Их основу составляют капилляры, полученные путем вытягивания из кварцевых заготовок. При этом для получения качественного продукта важно сохранить все геометрические пропорции и формы волокна, чтобы не допустить дефектов. Ученые Пермского Политеха разработали модель, которая обеспечивает постоянный контроль параметров и на 10 процентов снижает нарушения в процессе вытяжки капилляров. Подход повышает качество и стабильность изготовления оптоволокна.

Одна из основных причин, по которым автомобильные дороги приходится часто ремонтировать, — образование поверхностных дефектов. Общий вес только одного большого грузовика может достигать 40 тонн. Во время эксплуатации асфальтобетона происходит его сжатие и растяжение, это усложняет задачу повышения прочности всего дорожного слоя. Существующие методы сегодня недостаточно эффективны, поэтому поиск новых материалов и технологий для улучшения долговечности дорог остается актуальным. Ученые Пермского Политеха предложили укрепить асфальтобетон отходами оптического волокна. Стабильные размеры и химический состав позволяют использовать их в качестве сырья для получения армирующего компонента, способного повысить устойчивость дорожного покрытия к сжимающим и растягивающим нагрузкам.

В коммуникационных технологиях, навигации, медицине, нефтегазовой промышленности и даже в космосе для передачи больших объемов информации на дальние расстояния используют оптоволокно. Качество передаваемого сигнала напрямую зависит от наконечника, который механически выравнивает и соединяет концы кварцевых волокон между собой. Оптоволокно должно быть хорошо зафиксировано в наконечнике, чтобы не допустить затухания сигнала и потери информации. Ученые ПНИПУ разработали эффективный способ его крепления в нужном положении с помощью гидрогеля из плавленого кварца и щелочи. Технология обеспечит надежное соединение волоконных линий и лучшую передачу светового сигнала.

Для безопасности, экономии ресурсов и улучшения производительности необходим постоянный мониторинг состояния зданий, мостов и рабочих механизмов конструкций. Для этого используют различные датчики, а в последнее время активно развивается направление, в котором оптоволокно применяют в качестве линии передачи данных и чувствительного элемента — части датчика, которая преобразует информацию извне в электрические сигналы. Ученые Пермского Политеха выяснили, как сделать более тонкое покрытие оптоволокна, чтобы минимизировать габариты изделий и при этом сохранить качественную защиту от внешних агрессивных условий.

Растущие требования к скорости передачи данных и постоянному доступу к информации со всех уголков планеты приводят к увеличению использования телекоммуникационных сетей и устройств. Но если оборудование расположено на больших расстояниях от источника электропитания, то возникают трудности с его подключением и стабильной работой. Для решения этой проблемы сейчас активно внедряют технологию передачи энергии по оптическому волокну. Она обеспечивает высокую скорость и качество отправляемых и получаемых данных, а также невосприимчива к электромагнитным помехам, обладает высоким уровнем устойчивости к пожарам и ударам молний. Ученые Пермского Политеха разработали цифрового двойника ключевого элемента системы — отправную точку для построения модели всей технологии. Его использование может быть востребовано для мониторинга концентрации легковоспламеняемых газов на взрывоопасных объектах или тока и напряжения ВЛЭП, что улучшит технические характеристики, предотвратит возгорание, сохранит жизни людей и сэкономит деньги предприятиям.

Волоконно-оптические датчики активно используют в мире для определения деформаций на поверхности конструкций, например, при мониторинге зданий, ангаров и мостов. Благодаря научному сообществу скоро будет возможно и внутри изделий контролировать дефектообразование с помощью оптоволокна. Сейчас изучается возможность их внедрения в композиционные материалы. Однако здесь важно учитывать специфику изготовления деталей из композитов и характеристики самих приборов. Сегодня на производстве не оценивают технологические деформации изделий таким способом. Ученые ПНИПУ предлагают внедрять волоконно-оптические датчики внутрь полимерной композиционной конструкции и получать данные о нарушениях, сохраняя при этом все эксплуатационные свойства. Такой способ позволит предсказывать возможное разрушение детали в процессе ее создания.

Изменения температуры значительно влияют на свойства полимерных композитных конструкций, например, аэрокосмической техники. Если не отслеживать показатели, то время эксплуатации деталей может сильно сократиться из-за перегрева или обледенения, а поломки застанут врасплох. Эффективный способ преодолеть проблему – устанавливать температурные датчики. Есть датчики, которые передают информацию в виде оптических сигналов, быстро преодолевая большие расстояния. Это помогает в удаленном мониторинге и управлении техникой. Ученые Пермского Политеха разработали математическую модель полимерного покрытия со встроенным оптоволоконным датчиком для отслеживания температуры, локации и самоочистки участков обледенения аэродинамических поверхностей.

Оптическое волокно все чаще используют в самых разных отраслях: в машиностроении, в авиа- и ракетостроении, медицине и других областях. Применение высокотехнологичных оптоволокон позволяет отправлять большие объемы информации на дальние расстояния и устанавливать быстрое и стабильное интернет-соединение. Также их применяют в качестве датчиков для определения температуры, давления и других параметров. Но на сегодняшний день малоизученным остается эффект оптического пробоя волокна, который заключается в возникновении внутри него плазменной искры. Она возникает при различных дефектах внутри оптоволокна, выжигая его сердцевину, после чего волокно становится непригодным для использования, а устройство, в котором оно находилось, выходит из строя.

Оптоволокно продолжает набирать популярность из-за способности мгновенно передавать данные на большие расстояния без потерь и с высокой скоростью. Малые габариты, низкое энергопотребление, устойчивость к перепаду температур и агрессивным средам позволяют использовать стеклянные волокна для оптических датчиков, лазеров, гироскопов, сбора информации в нефтяных скважинах и даже в космосе. В связи с этим требования к материалу по прочности, радиационной стойкости, температуре эксплуатации и иным свойствам постоянно возрастают. Для повышения надежности оптического волокна все чаще используют полимерное покрытие. Ученые Пермского Политеха рассмотрели процесс нанесения укрепляющего состава на волокно и разработали модель, которая позволит рассчитать необходимую толщину покрытия.

Одним из перспективных направлений в развитии передовых наукоемких отраслей промышленности является производство оптических волокон. Однако, как и любой производственный процесс, изготовление волокна сопровождается внешними возмущениями, которые нельзя предсказать заранее, но они могут негативно сказаться на его качестве, в частности на сохранении его геометрии и свойств. В этой связи важно не просто смоделировать процесс, но и проследить, насколько он чувствителен к случайным воздействиям. Поэтому ученые Пермского Политеха разработали математическую модель вытяжки специальных кварцевых волокон и провели анализ устойчивости, что позволило определить стабильные режимы производства.

Сегодня при строительстве зданий и создании легких дорожных покрытий используют альтернативный материал – полупрозрачный бетон, который состоит из бетона и оптоволокна. Он способен пропускать свет, что позволяет воплощать уникальные архитектурные решения. Но оптоволокно – достаточно дорогостоящий материал. Ученые Пермского Политеха предложили получать более дешевый бетон с высокой способностью пропускать свет из отходов оргстекла. Это позволит повысить качество материала и сэкономить средства компаний. Цветовая разметка на дорогах на основе этого материала сможет существенно снизить число аварий в темное время суток.

Оптоволокно — это стеклянные нити, позволяющие передавать световой сигнал на большие расстояния без потерь и с высокой скоростью. Малые габариты, низкое энергопотребление, устойчивость к перепаду температур и агрессивным средам позволяют использовать кварцевые волокна для лазеров, гироскопов, передачи данных в нефтяных скважинах и даже в космосе. В связи с этим, требования к оптоволокну по прочности, радиационной стойкости, температуре эксплуатации и иным свойствам постоянно возрастают. Ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из ИФМ УрО РАН города Екатеринбурга собрали экспериментальную установку, которая позволила исследовать воздействие магнитного поля на плазменную искру, движущуюся в оптическом волокне. Результаты исследования помогут в разработке методик формирования внутриволоконных микроскопических структур, на основе которых можно создавать чувствительные оптические датчики или рассеиватели излучения.

Лазерные импульсы позволяют нагревать участки воздуха в форме полой трубки, сохраняя более холодную температуру внутри. Разница в показателях преломления между ними создает эффект оптоволокна, позволяя пересылать сигнал с меньшими потерями.

Новая методика позволяет значительно повысить выявляемость дефектов муфтовых соединений при прокладке телекоммуникационных сетей по морскому дну в Арктической зоне России.

Волоконные световоды сегодня используют в многоканальных системах передачи информации, кабельном телевидении, связи, локальных вычислительных сетях, телемеханике и медицине. Их создают на основе стеклянных «заготовок», в которые добавляют примеси из редкоземельных металлов. Чтобы обеспечить качество будущих световодов, процесс производства необходимо контролировать на каждом этапе. Ученые Пермского Политеха с коллегами из УрО РАН разработали автоматизированный комплекс, который отслеживает равномерность осаждения таких металлов. Это позволяет использовать только высококачественные заготовки и сократить средства предприятий.

Оптоволокно – это стеклянные нити, позволяющие передавать световой сигнал на большие расстояния без потерь и с высокой скоростью. Малые габариты, низкое энергопотребление, устойчивость к высоким и низким температурам высокому давлению и агрессивным средам принесли популярность оптоволоконным изделиям. Их применяют в различных видах волоконно-оптических датчиков, используемых в навигационных приборах (компактные гироскопы), медицине (измерение давления, частоты сердечных сокращений, температуры), системах мониторинга (предупреждение о возможных разрушениях зданий и сооружений). Уникальные эксплуатационные характеристики таких изделий открывают широкую перспективу их использования в небе и под водой, в Арктике и в космосе. Как повысить эффективность этих изделий, выяснили ученые Пермского Политеха.

Разработка ученых из Перми поможет при выборе оптимального набора параметров при ремонте самых сложных по форме деталей.

Использование новых волокон помогло достигнуть рекордных скоростей передачи информации, порядка нескольких петабит в секунду. Кроме того, за счет того, что технология пространственного уплотнения позволяет снизить число волоконно-оптических кабелей, она перспективна для экономии места укладки кабелей в сетях доступа, упрощения структуры трактов передачи информации, уменьшения количества кабелей в центрах хранения и обработки данных.

Оптическая связь сегодня — один из основных способов передачи данных. Помимо интернет-провайдеров, кварцевые волокна уже используют для лазеров, гироскопов, передачи данных в нефтяных скважинах и космосе. Поэтому требования к оптоволокну по прочности, коррозионной стойкости, температуре эксплуатации и иным свойствам постоянно растут. Ученые Пермского Политеха разработали технологию, которая увеличит долговечность оптического волокна при работе в экстремальных условиях.

Оптоволокно толщиной с человеческий волос сканирует объекты на расстоянии до нескольких метров, измеряя яркость каждого пикселя и расстояние до него с миллиметровым разрешением. Технология имеет потенциал применения для минимально инвазивных медицинских зондов и для 3D визуализации труднодоступных внутренних частей механизмов.

Исследователи смогли создать кубиты, которые испускают фотоны с длиной волны, близкой к тем, на которых работает обычное оптическое волокно, используемое поставщиками телекоммуникационных услуг.

Международная команда исследователей под руководством Национального австралийского университета изобрела маленький объектив, который может в итоге привести к созданию устройства, соединяющего квантовые компьютеры с оптоволоконной сетью.

Немецкие ученые предложили использовать оптоволоконные сети для регистрации сейсмической активности. Технологию уже испытали в вулканически активном районе на юго-западе Исландии.

Группа исследователей из Оптического общества (OSA) разработала оптоволоконное микроустройство с широким спектром применения.

Ученые из МФТИ и ИРЭ РАН совместно с коллегами из Финляндии создали оптоволокно с экстремально большим размером сердцевины, сохраняющее когерентные свойства света.

Ученым из Нидерландов и США удалось создать инновационное многоканальное оптоволокно, которое позволяет достичь скорости передачи информации в 255 терабит в секунду – это в 20 раз выше, чем современные стандарты, и почти в 6 раз превосходит предыдущий рекорд.