Optička vlakna - tehnološke teme

Rasvjeta od optičkih vlakana

Uvod
Optička vlakna mogu se koristiti za prijenos svjetlosti od izvora do udaljene lokacije za osvjetljenje, kao i za komunikaciju. Zapravo, vlakna su napravljena ne samo da propuštaju svjetlost, već i da svijetle duž samog vlakna, tako da podsjeća na neonsku svjetlosnu cijev. Primjene za rasvjetu od optičkih vlakana su brojne, općenito se temelje na korištenju posebnih svojstava vlakana, kao i njegovih jedinstvenih karakteristika.
 

Zašto koristiti optička vlakna za rasvjetu?
Korištenje vlakana za daljinsku rasvjetu ima mnoge prednosti, od kojih su neke važnije za posebne vrste aplikacija od drugih.
Rasvjeta bez topline: Budući da je izvor svjetlosti udaljen, vlakno prenosi svjetlost, ali izolira toplinu izvora svjetlosti od točke osvjetljenja, što je važno za osvjetljavanje osjetljivih predmeta, kao što su muzejski izlozi, koji bi mogli biti oštećeni toplinom ili intenzivnim svjetlom.
Električna sigurnost: Podvodna rasvjeta kao što se koristi u bazenima i fontanama ili rasvjeta u opasnim atmosferama može se izvesti na siguran način s optičkom rasvjetom, budući da je vlakno nevodljivo, a napajanje za izvor svjetla može se postaviti na sigurno mjesto. Čak su i mnoga svjetla niskog napona.
Precizno osvjetljavanje: Optička vlakna mogu se kombinirati s lećama kako bi se osiguralo pažljivo fokusirano svjetlo na iznimno malim točkama, popularno za muzejske izložbe i izložbe nakita, ili jednostavno precizno osvijetliti određeno područje.
Izdržljivost: Korištenje optičkih vlakana za rasvjetu čini mnogo trajniju rasvjetu. Optička vlakna, plastična ili staklena, jaka su i fleksibilna, puno izdržljivija od lomljivih žarulja.
Izgled neona: Vlakno koje emitira svjetlost po svojoj dužini, općenito se naziva vlakno koje emitira rub, ima izgled neonskih cijevi za dekorativnu rasvjetu i znakove. Vlakna je lakše proizvesti, a budući da su izrađena od plastike, manje su lomljiva. Budući da je rasvjeta udaljena, može se postaviti na jedan ili na oba kraja vlakna, a izvori mogu biti sigurniji budući da su izvori niskog napona.
Mijenjajte boju: Korištenjem filtara u boji s izvorima bijelog svjetla, rasvjeta od optičkih vlakana može imati mnogo različitih boja i automatiziranjem filtara, mijenjati boje u bilo kojem unaprijed programiranom nizu.
Jednostavnija instalacija: Rasvjeta od optičkih vlakana ne zahtijeva instaliranje električnih kabela do lokatora svjetla i zatim instaliranje glomaznih rasvjetnih tijela s jednom ili više žarulja na mjestu. Umjesto toga, vlakno se ugrađuje na to mjesto i fiksira na mjesto, možda pomoću male leće za fokusiranje, što je mnogo jednostavniji postupak. Često nekoliko vlakana može koristiti jedan izvor svjetla, što još više pojednostavljuje instalaciju.
Jednostavno održavanje: Rasvjeta u teško dostupnim područjima poput visokih stropova ili malih prostora može otežati promjenu izvora svjetla. Uz optičko vlakno, izvor može biti na lako dostupnom mjestu, a vlakno na bilo kojem udaljenom mjestu. Promjena izvora više nije problem.


Kako radi svjetlovodna rasvjeta
Osvjetljenje od optičkih vlakana koristi optičko vlakno kao "svjetlosnu cijev", prenoseći svjetlost od izvora kroz vlakno do udaljene lokacije. Svjetlost se može emitirati s kraja vlakna stvarajući mali efekt reflektora (također nazvan "krajnji sjaj") ili emitiran s vanjske strane vlakna duž njegove duljine, izgledajući poput neonske ili fluorescentne cijevi (također nazvan "bočni sjaj" ).
Izvor svjetlosti obično se naziva "optički iluminator" i sastoji se od jakog izvora svjetlosti i često neke optike za učinkovito fokusiranje svjetlosti u vlakno. Izvori moraju biti svijetli, pa se obično koriste kvarcna halogena ili ksenonska metalhalogena svjetla. Manja vlakna također mogu koristiti LED diode koje vrlo učinkovito spajaju svjetlost u vlakna, ali ne postižu razinu svjetlosti drugih svjetiljki.
Optička vlakna koja se koriste za rasvjetu slična su vlaknima koja se koriste u komunikacijama, ali su optimizirana za prijenos svjetla, a ne signala velike brzine. Vlakna se sastoje od jezgre koja prenosi svjetlost i optičkog omotača koji hvata svjetlost u jezgri vlakna. Za razliku od komunikacijskih vlakana koja koriste male jezgre za maksimiziranje propusnosti, svjetlosna vlakna koriste velike jezgre s tankim oblogama kako bi se maksimiziralo spajanje svjetla iz iluminatora u vlakno. Vlakna sa bočnim emitiranjem imaju grubo sučelje između jezgre i obloge kako bi raspršila dio svjetlosti iz jezgre duž duljine vlakna kako bi stvorila dosljedan osvijetljeni izgled sličan neonskim svjetlosnim cijevima.
Vlakna za rasvjetu mogu biti staklena, kao i komunikacijska vlakna, ili plastika. Ako su vlakna staklena, obično su vrlo malog promjera i mnoga su skupljena zajedno u jednom omotanom kabelu kako bi se osigurao dovoljan prijenos svjetlosti. Također se koriste plastična vlakna većeg promjera, možda i češće, jer su jeftina i jednostavnija za ugradnju, ali imaju veći gubitak svjetlosti i ne mogu izdržati tako visoke temperature, ponekad ograničavajući ulaz svjetlosti iz izvora.


Vrste vlakana

Vlakno koje emitira kraj
End-emitting vlakno općenito je višemodno vlakno stepenastog indeksa s velikom prozirnom jezgrom koja prenosi svjetlost i tankom prozirnom oblogom koja hvata svjetlost u jezgri u optičkom procesu koji se naziva "potpuna unutarnja refleksija". Jezgra je velika u usporedbi s tankom oblogom jer je to čini učinkovitijom u spajanju svjetla iz iluminatora. Omotač ne propušta svjetlost, tako da svjetlost spojena u omotač neće biti propuštena vlaknom.
Vlakna s krajnjim emitiranjem općenito se izrađuju od plastike jer se može izraditi u većim veličinama od stakla te je jeftinija i lakša za ugradnju. Plastično optičko vlakno (POF) izrađuje se u veličinama od 0.1 do 20 mm u promjeru. Staklena vlakna općenito se izrađuju u puno manjim veličinama (tanka dlaka, oko 50-150 mikrona ili 0.05 do 0,15 mm) i spajaju se u snopove kako bi se dobili kabeli većeg promjera.
Odabir materijala jezgre i obloge određuje kut svjetlosnih zraka koje vlakno prima i prenosi iz izvora (koji se nazivaju modovi), definiran specifikacijom koja se naziva numerička apertura (NA). Svjetlost će izlaziti iz vlakna u konusu koji pokazuje veličinu NA, pri čemu veća NA ima širi izlazni konus osvjetljenja. Vlakna s višim NA također učinkovitije spajaju svjetlost iz izvora jer će uhvatiti svjetlost pod većim kutovima koju emitira izvor. Tipična vlakna imaju konuse prihvaćanja od {{0}} stupnjeva, što odgovara NA od 0.3-0.6. Kada se optika koristi za fokusiranje svjetlosti koju emitira vlakno, mora se znati NA vlakna da bi se odabrala odgovarajuća optika.
End-emitting vlakna dobro propuštaju svjetlost. Staklena vlakna učinkovitija su u prijenosu jer je staklo prozirnije od plastike, ali zbog neučinkovitosti pakiranja vlakana u snopove, razmaci između vlakana u snopovima znače da velik dio svjetla iluminatora nije spojen u jezgre vlakana. Međutim, staklena vlakna mogu biti tolerantnija na toplinu koju stvara iluminator, omogućujući veći intenzitet iluminatora i dajući više svjetla s kraja vlakna.

Vlakno koje emitira rubove

Vlakno koje emitira s ruba u osnovi je slično vlaknu koje emitira s kraja osim što je granica jezgra/oplata dizajnirana tako da bude malo neučinkovita. Umjesto da zarobi svu svjetlost u jezgri, granica je hrapava i dio svjetlosti se rasprši u omotač gdje postaje vidljiv. Pažljivim dizajnom, vlakno može imati glatki sjaj koji izgleda poput neonske cijevi. Manja vlakna koja emitiraju rubove utkana su u trake koje emitiraju svjetlost u traci.
Budući da se veći dio svjetlosti gubi emisijom ruba duž vlakna, vlakno koje emitira rub ima visoko prigušenje. To može ograničiti duljinu vlakana koja emitiraju rubove koja se mogu koristiti. To se može ublažiti osvjetljavanjem vlakna s oba kraja pomoću dva iluminatora ili omčavanjem vlakna natrag na isti iluminator, ili korištenjem reflektirajućih završnih kapica za slanje viška svjetla natrag uz vlakno s udaljenijeg kraja.


Iluminatori , Vrste izvora

Iluminator sadrži izvor svjetla za vlakno, kao i optiku i filtre dizajnirane za proizvodnju željene količine i vrste osvjetljenja. Dok je količina svjetlosti spojene u vlakno primarno razmatranje pri odabiru iluminatora, mnogi drugi čimbenici su uključeni, što je potaknulo tržište da ponudi mnoge vrste izvora.
Snaga spojena u vlakno ili vlakna, budući da će mnogi izvori prihvatiti više od jednog vlakna, općenito će odrediti vrstu korištenog izvora svjetlosti. Kvarcne halogene žarulje koriste se u mnogim iluminatorima. Ovi izvori, razvijeni kao reflektori ili svjetiljke za projektore, dolaze u verzijama s niskim i izmjeničnim naponom, sa širokim rasponom izlazne snage. Kvarcne halogene žarulje obično se izrađuju kao integralni dio s reflektorima koji olakšavaju fokusiranje svjetla u vlakno. Predstavljene su nove ksenonske metalhalogene žarulje koje imaju veliku izlaznu snagu, ali zahtijevaju visokonaponsku snagu i nude veću učinkovitost.
Sustavi manje snage mogli su koristiti LED diode koje imaju veću učinkovitost, ali ograničenu snagu. Nove LED diode postaju svjetlije i još učinkovitije, čineći LED diode održivim izvorom za više sustava.
Iluminatori uključuju više od samih lampi ili LED dioda. Za svjetiljke su možda potrebni reflektori ako nisu ugrađeni u svjetiljku, kao i leće za fokusiranje svjetla u vlakno. Izvori velike snage mogu imati infracrvene (IR) filtre za smanjenje zagrijavanja vlakana i ultraljubičaste (UV) filtre za sprječavanje oštećenja vlakana tijekom dugotrajnog izlaganja.
Bit će potrebni izvori napajanja za svjetiljke ili LED diode, uključujući mogućnost prigušivanja ako je potrebno. Budući da većina svjetiljki proizvodi mnogo topline, prisilna ventilacija bit će dizajnirana u mnogim iluminatorima.
Lampe se lako filtriraju kako bi dale svjetlo u boji u vlakno. Korištenje pokretnih filtara, obično u kotaču koji pokreće mali električni motor, omogućuje promjenu boje svjetla u odabranom nizu.
Složenost iluminatora sprječava većinu korisnika da naprave vlastite, ali brojni proizvođači nude različite modele optimizirane za različite vrste vlakana i primjene. Suradnja s ovim proizvođačima najbolji je način za odabir odgovarajućeg iluminatora i kompatibilnih vlakana.
Pasivna rasvjeta pomoću optičkih vlakana izvodi se pomoću krovnih solarnih kolektora koji isporučuju sunčevu svjetlost preko optičkih vlakana u prostorije u zgradi ili ispod palube brodova.

Uređaji krajnjeg emitera
Obično svjetlost izlazi iz vlakna krajnjeg emitera u konusu svjetlosti definiranom numeričkom aperturom vlakna. U nekim slučajevima to će biti dovoljno za osvjetljenje. Međutim, ponekad je poželjno fokusirati svjetlo na manju točku, stvoriti oblikovanu osvijetljenu točku ili raspršiti svjetlost da nalikuje normalnoj žarulji. Dostupni su završni uređaji s lećama koji mogu fokusirati svjetlost po potrebi, ali moraju biti odabrani zbog kompatibilnosti s vlaknom koje se koristi.
Dostupna su i ukrasna učvršćenja za stvaranje atraktivnog učvršćenja za svjetlo, a ne samo na kraju vlakna. Proizvođači nude mnogo različitih vrsta ovih svjetiljki, baš kao i kod običnih rasvjetnih tijela.

Razine osvjetljenja
Budući da je osvjetljenje područja ili objekta razlog korištenja optičkih vlakana, razine osvjetljenja su najvažnije. Izravna usporedba različitih vlakana i iluminatora može biti teška zbog brojnih dostupnih opcija. Čak je i percepcija ljudskog oka, vrlo osjetljivog na boje, faktor.
Vlakna s krajnjim emitiranjem lakše je kalibrirati jer se izlazna snaga može lako izmjeriti na odgovarajućim udaljenostima od kraja vlakna svjetlomjerima kalibriranim u nožnim svijećama. Vlakna koja emitiraju rubove teže je kalibrirati jer emitiraju u difuznim uzorcima i njihov percipirani kontrast ovisi o ambijentalnom osvjetljenju.
Ilustrativno je pogledati čimbenike uključene u osvjetljenje koje pružaju različite opcije.

Spojena snaga
Snaga spojena u optičko vlakno je funkcija intenziteta izvora svjetlosti, učinkovitosti fokusiranja na kraju vlakna, uključenih filtara (IR, UV i/ili u boji), refleksije čeone strane vlakna i križa -površina presjeka vlakna. Veća vlakna, očito, daju više snage. Udvostručenje promjera vlakna povećava površinu poprečnog presjeka četiri puta (2 na kvadrat), tako da bi spojena snaga trebala biti četiri puta veća. Isto tako, veća gustoća pakiranja na snopovima vlakana će povećati spregnutu snagu. Čak je i čistoća krajeva vlakana važna jer prašina i prljavština apsorbiraju znatnu količinu svjetla.

Prigušenje vlakana
Gubici u vlaknu zbog raspršenja i apsorpcije smanjit će izlaznu snagu, a budući da slabljenje vlakna ovisi o valnoj duljini, promijenit će se boja emitirane svjetlosti. Duža vlakna znače da će svjetlo biti blago crveno.


Projektiranje sustava rasvjete s optičkim vlaknima
Čini se da rasvjeti od optičkih vlakana nedostaju industrijski standardi pa su svaki proizvod i primjena zaštićeni.
Budući da postoji toliko mnogo raznolikosti u sustavima rasvjete s optičkim vlaknima, teško je generalizirati o projektiranju sustava. Međutim, svaki dizajnerski projekt započet će s nekim uobičajenim stavkama: što se osvjetljava, kakva se svjetlost želi (intenzitet, uzorak osvjetljenja, boja, raznolikost itd.), gdje će svjetlo biti predstavljeno i gdje će se iluminator postaviti . Ako je projektant tek počeo sudjelovati u rasvjeti od optičkih vlakana, preporučuje se savjetovanje s iskusnim projektantom i izvođačem. Oni će moći preporučiti dizajne, svjetlovodne rasvjetne komponente i proizvođače. Također bi trebali biti u mogućnosti pomoći u projektiranju ne samo sustava rasvjete od optičkih vlakana, već i napajanja i kontrolera za sustav.
Ako iskusni izvođač nije dostupan, možete koristiti web-mjesta proizvođača i distributera kako biste saznali više o mogućim primjenama, koje su komponente dostupne i vruće za njihovu implementaciju. Također se mogu vidjeti mogućnosti kupnje komponenti i samostalnog sklapanja istih ili kupnja kompletnog sustava spremnog za ugradnju.

Ugradnja svjetlovodnih rasvjetnih sustava
Ugradnja svjetlovodnih rasvjetnih sustava uključuje ugradnju kabela, iluminatora i svjetiljki. Većina aplikacija prilagođena je i mnoge će zahtijevati specijalizirane prakse povezane s komponentama koje se koriste. Suradnja s proizvođačima koji ne samo da su razvili komponente, već i opremu za ugradnju i praksu najbolji je način da osigurate da je instalacija pravilno izvedena. Ako je aplikacija nove vrste, eksperimentiranje kako bi se utvrdilo hoće li ispravno raditi prije nego što se posvetite stvarnom radu vrlo je važno.
Gore navedeni savjeti o projektiranju sustava rasvjete s optičkim vlaknima vrijede i ovdje, budući da nema zamjene za iskustvo. Čini se da bi svaki kompetentan električar koji je naviknut na instalaciju rasvjete trebao biti u stanju instalirati sustav rasvjete od optičkih vlakana, pogotovo jer ima iskustva u instalaciji kabela, rasvjetnih tijela i električne energije i kontrolera.
 

Specijalizirani smo za poslovanje s optičkim kabelima gotovo 10 godina i stekli smo mnoge poznate klijente diljem svijeta s dugogodišnjim partnerstvom. Ako ste zainteresirani za naše proizvode, kontaktirajte me.