b'\n_START_ARTICLE_\nOpti\xc4\x8dno vlakno\n_START_PARAGRAPH_\nOpti\xc4\x8dno vlakno je zelo tanko vlakno opti\xc4\x8dno \xc4\x8diste snovi, po katerem lahko potuje svetloba. Uporabljamo jih za prenos tako vidne svetlobe kot tudi infrarde\xc4\x8dega in ultravijoli\xc4\x8dnega valovanja. Najpogosteje so opti\xc4\x8dna vlakna narejena iz kremen\xc4\x8devega stekla, ki je \xc4\x8disti silicijev dioksid v amorfni strukturi, redkeje pa iz umetnih snovi. Opti\xc4\x8dno vlakno je sestavljeno iz jedra (sredice), po kateri potuje svetloba, obloge (pla\xc5\xa1\xc4\x8da), ki omejuje potovanje svetlobo po jedru, in za\xc5\xa1\xc4\x8ditne prevleke, ki varuje vlakno pred po\xc5\xa1kodbami. Raz\xc5\xa1irjanje svetlobe po vlaknu temelji na pojavu popolnega (totalnega) odboja, do katerega pride na meji med jedrom z ve\xc4\x8djim in oblogo z manj\xc5\xa1im lomnim koli\xc4\x8dnikom. _NEWLINE_Opti\xc4\x8dna vlakna na \xc5\xa1iroko uporabljamo v telekomunikacijah, kjer nadome\xc5\xa1\xc4\x8dajo bakrene vodnike. Njihova prednost je v bistveno ve\xc4\x8dji koli\xc4\x8dini informacij, ki jih je mogo\xc4\x8de prenesti po enem vlaknu, majhnih izgubah in neob\xc4\x8dutljivosti na elektromagnetne motnje iz okolice. Vlakna so uporabna tudi za osvetljevanje ali prenos slike, na primer v endoskopiji. Posebne izvedbe opti\xc4\x8dnih vlaken se uporabljajo v vlakenskih laserjih.\n_START_SECTION_\nZgodovina\n_START_PARAGRAPH_\nVodenje svetlobe s pomo\xc4\x8djo totalnega odboja sta prvi\xc4\x8d demonstrirala Jean-Daniel Colladon in Jacques Babinet v Parizu leta 1842. Colladon je opisal  \xc2\xbbsvetlobno fontano\xc2\xab\xc2\xa0v \xc4\x8dlanku iz istega leta z naslovom On the reflections of a ray of light inside a parabolic liquid stream. V posodo z vodo, iz katere je izhajal vodni curek, je posvetil s svetlobo in opazil, da svetloba ostaja ujeta v vodnem curku. S tem je demonstriral pojav totalnega odboja pri prehodu iz snovi z ve\xc4\x8djim lomnim koli\xc4\x8dnikom (vode) v snov z manj\xc5\xa1im lomnim koli\xc4\x8dnikom (zrak). John Tyndall je 12 let kasneje vklju\xc4\x8dil prikaz pojava v svojih javnih predavanjih v Londonu._NEWLINE_Alexander Graham Bell in Charles Sumner Tainter sta leta 1880 v Voltovem laboratoriju v Washingtonu izumila fotofon, ki je prena\xc5\xa1al glasovni signal na svetlobnem \xc5\xbearku. \xc5\xbdarek son\xc4\x8dne svetlobe je fokusiral z zrcalom in govoril v mehanizem, ki je zanihal zrcalo. Na sprejemnem koncu je sprejemnik pobral nihajo\xc4\x8di \xc5\xbearek in ga nazaj dekodiral v glas, kakor ga dekodira telefon s pomo\xc4\x8djo elektri\xc4\x8dnih signalov. Bell poskusov s fotofonom ni nadaljeval, ker je na njegovo delovanje vplivalo ve\xc4\x8d dejavnikov, na primer obla\xc4\x8dno vreme._NEWLINE_Prvi primeri uporabe opti\xc4\x8dnih vlaken so se pojavili v za\xc4\x8detku 20. stoletja kot sredstvo za komunikacije na kratke razdalje in za prenos slike v medicini, npr. v zobozdravstvu ali pri pregledovanju \xc5\xbeelodca. Na\xc4\x8delo prena\xc5\xa1anja slike z opti\xc4\x8dnimi vlakni sta neodvisno demonstrirala Clarence Hansell in John Logie Baird v dvajsetih letih 20. stoletja. Primer uporabe opti\xc4\x8dnega vlakna v gastroskopu je bila prvi\xc4\x8d predstavljen leta 1956. _NEWLINE_Prelomni dogodek za uporabo opti\xc4\x8dnih vlaken za komunikacijo na dalj\xc5\xa1e razdalje se je zgodil leta 1965, ko sta Charles Kuen Kao in George Alfred Hockham ugotovila, da so izgube pri prenosu v obstoje\xc4\x8dih vlaknih v ve\xc4\x8dji meri posledica ne\xc4\x8disto\xc4\x8d in ne fizikalnih na\xc4\x8del, kakr\xc5\xa1no je na primer sipanje. Na ta na\xc4\x8din bi lahko izgube iz 1,000 dB/km, kolikor so tipi\xc4\x8dno zna\xc5\xa1ale v takrat obstoje\xc4\x8dih vlaknih, zmanj\xc5\xa1ali pod 20 dB/km. Ugotovila sta, da je najprimernej\xc5\xa1a snov za izdelavo opti\xc4\x8dnih vlaken zelo \xc4\x8disto kvar\xc4\x8dno steklo. Za to odkritje je Kao prejel Nobelovo nagrado za fiziko leta 2009._NEWLINE_Leta 1970 so pri Corning Glass Works iz New Yorka izdelali opti\xc4\x8dna vlakna s slabitvijo 20 dB/km. Vlakna so bila sicer ob\xc4\x8dutljiva na po\xc5\xa1kodbe, vendar so poskusi potrdili izredno majhno slabitev svetlobnih \xc5\xbearkov. Nekaj let kasneje so izdelali opti\xc4\x8dno vlakno z izgubami 4 dB/km, kar je omogo\xc4\x8dilo prenos signalov na dalj\xc5\xa1e razdalje. Dana\xc5\xa1nji kabli iz opti\xc4\x8dnih vlaken imajo slabitev od 0,2 do 0,3 dB/km, kar omogo\xc4\x8da \xc5\xa1e ve\xc4\x8dje razdalje med oja\xc4\x8devalniki signalov.\n_START_SECTION_\nZgradba\n_START_PARAGRAPH_\nJedro (sredica) steklenega opti\xc4\x8dnega vlakna ima tipi\xc4\x8dno premer od nekaj mikrometrov do nekaj 100 mikrometrov in je skoraj izklju\xc4\x8dno narejena iz kvar\xc4\x8dnega stekla z lomnim koli\xc4\x8dnikom okoli 1,5. Kvar\xc4\x8dno steklo skorajda brez izgub prena\xc5\xa1a svetlobo na \xc5\xa1irokem obmo\xc4\x8dju valovnih dol\xc5\xbein. Ker ve\xc4\x8dino izgub prispevajo ne\xc4\x8disto\xc4\x8de, je zelo pomembna \xc4\x8distost kvar\xc4\x8dnega stekla, ki mora biti v sredici \xc4\x8dim vi\xc5\xa1ja. Absorbcija v kvar\xc4\x8dnem steklu je \xc5\xa1e posebej nizka okoli valovnih dol\xc5\xbeine 1,5 mikrometra, kjer zna\xc5\xa1ajo izgube okoli 0,2 dB/km. Kvar\xc4\x8dno steklo ima tudi dobro mehansko odpornost na nateg in zvijanje, ob tem pa je tudi kemijsko inertno in ni higroskopno._NEWLINE_Obloga (pla\xc5\xa1\xc4\x8d) ima tipi\xc4\x8dno debelino med 125 in 600 mikrometri. Vlakna z debelino 125 mikrometri so standardizirana za uporabljajo v opti\xc4\x8dnih komunikacijah. Obloga opti\xc4\x8dnega vlakna je ravno tako iz kvra\xc4\x8dnega stekla, ki mu je dodana majhna koli\xc4\x8dina ne\xc4\x8disto\xc4\x8d, ki spremeni lomni koli\xc4\x8dnik, tako da je ta manj\xc5\xa1i od lomnega koli\xc4\x8dnika jedra. Kot dodatek se pogosto uporabljata bor in fluor. Meja med obema plastema je lahko ostra (stopni\xc4\x8dast lomni lik), lahko pa se lomni koli\xc4\x8dnik postopoma spreminja (gradientni lomni lik). _NEWLINE_Steklenemu opti\xc4\x8dnemu vlaknu je dodan \xc5\xa1e polimerni ovoj (debelina 250-1400 mikrometrov), ki \xc5\xa1\xc4\x8diti stekleno strukturo pred mehanskimi po\xc5\xa1kodbami. V telekomunikacijskih vlaknih ima za\xc5\xa1\xc4\x8ditni polimer vi\xc5\xa1ji lomni koli\xc4\x8dnik od obloge in visoko slabljenje, da se s tem odstrani morebitno potovanje svetlobe po oblogi, kar bi motilo prenos informacijskega signala._NEWLINE_Poleg obi\xc4\x8dajnega opti\xc4\x8dnega vlakna z enim jedrom so poznana tudi vlakna z ve\xc4\x8d jedri (ve\xc4\x8djedrna opti\xc4\x8dna vlakna).\n_START_SECTION_\nPostopek izdelave\n_START_PARAGRAPH_\nDanes je najbolj uveljavljen dvostopenski postopek izdelave steklenega opti\xc4\x8dnega vlakna. Prva stopnja obsega izdelavo surovca \xe2\x80\x93 steklene palice, v katerem sta sestava v jedru in pre\xc4\x8dni profil lomnega koli\xc4\x8dnika enaka kot v kon\xc4\x8dnem vlaknu. Tipi\xc4\x8dne surovec ima premer nekaj deset centimetrov in dol\xc5\xbeino preko enega metra. V drugi stopnji pa se surovec segreje do temperature, pri kateri se steklo zmeh\xc4\x8da, ter se ga potegne v opti\xc4\x8dno vlakno na vle\xc4\x8dnem stolpu.\xc2\xa0Med postopkom vle\xc4\x8denja, se na povr\xc5\xa1ino golega vlakna nana\xc5\xa1a polimerno za\xc5\xa1\xc4\x8dito, ki prepre\xc4\x8duje mehanske po\xc5\xa1kodbe.\xc2\xa0    _NEWLINE_Obstaja ve\xc4\x8d postopkov izdelave steklenih surovcev. Ve\xc4\x8dina od njih temelji na postopku kemi\xc4\x8dne depozicije iz parne faze (angl. Chemical Vapor Deposition \xe2\x80\x93 CVD). Molekule silicijevega dioksida in primesi nastanejo v kemi\xc4\x8dni reakciji iz plinastih reagentov ter se usedajo na povr\xc5\xa1ino. Pri tem nastane porozna plast, ki se ob kratkotrajnem segrevanju na visoko temperaturo spremeni v transparentno.\xc2\xa0Prekurzor za steklo je SiCl\xe2\x82\x84, ki ob reakciji s kisikom tvori SiO\xe2\x82\x82: SiCl\xe2\x82\x84 + O\xe2\x82\x82 = SiO\xe2\x82\x82 + 2Cl\xe2\x82\x82.\xc2\xa0    _NEWLINE_Najpogosteje se surovec izdela po postopku modificirane kemi\xc4\x8dne depozicije iz parne faze (angl. Modified Chemical Vapor Deposition - MCVD). Pri postopku MCVD nana\xc5\xa1anje steklenih plasti poteka znotraj steklene cevi, ki po kon\xc4\x8dani izdelavi predstavlja zunanjo plast opti\xc4\x8dnega vlakna. Z izbiro ustreznih reagentov je mogo\xc4\x8de dose\xc4\x8di poljubno obliko lomnega koli\xc4\x8dnika oziroma lastnosti opti\xc4\x8dnega vlakna.\xc2\xa0Poleg postopka MCVD obstajajo \xc5\xa1e: zunanja depozicija iz parne faze (angl. Outside Vapor Deposition - OVD), osna depozicija iz parne faze (angl. Vapor Axial Deposition -VAD) in plazemska kemi\xc4\x8dna depozicija iz parne faze (angl. Plasma Chemical Vapor Deposition - PCVD). \xc2\xa0    _NEWLINE_Poleg postopkov CVD pa se za izdelavo surovcev uporablja tudi je opla\xc5\xa1\xc4\x8denje (angl. Jacketing ali Rod-in-Tube). Pri tem postopku se surovec ali palico z vi\xc5\xa1jim lomnim koli\xc4\x8dnikom vstavi v cev in se s pomo\xc4\x8djo segrevanja na visoko temperaturo oboje postopno zdru\xc5\xbei v kon\xc4\x8dni surovec.\xc2\xa0\xc2\xa0\n_START_SECTION_\nNa\xc4\x8delo delovanja\n_START_PARAGRAPH_\nPrenos svetlobe po opti\xc4\x8dnem vlaknu temelji na totalnem odboju na meji med sredico in pla\xc5\xa1\xc4\x8dem, ki ima ni\xc5\xbeji lomni koli\xc4\x8dnik kot sredica. Do totalnega odboja pride, kadar svetloba vpada na mejo pod kotom, ki je ve\xc4\x8dji od mejnega kota , dolo\xc4\x8denega z zvezo . Pri tem je  lomni koli\xc4\x8dnik sredice,  pa lomni koli\xc4\x8dnik pla\xc5\xa1\xc4\x8da. Zaradi tega pogoja se bo po vlaknu \xc5\xa1irila le svetloba, ki vanj vstopi pod primernim kotom. Ta kot mora biti ve\xc4\x8dji od kota totalnega odboja. Koli\xc4\x8dini , ki dolo\xc4\x8da najve\xc4\x8dji kot divergence svetlobnega snopa, ki je \xc5\xa1e ujet v vlaknu, re\xc4\x8demo numeri\xc4\x8dna apertura NA. Razlika lomnih koli\xc4\x8dnikov je navadno majhna, le nekaj stotink, numeri\xc4\x8dna apertura pa ima vrednost okoli desetinke.\n_START_SECTION_\nMehanizmi izgub\n_START_PARAGRAPH_\nIzgube opi\xc5\xa1emo kot zmanj\xc5\xa1anje intenzitete svetlobe pri potovanju vzdol\xc5\xbe vlakna in jih merimo v dB/km. Izgube so pomembne predvsem pri prenosu signala na ve\xc4\x8dje razdalje. Izgube v opti\xc4\x8dnem vlaknu so posledica sipanja in absorpcije. Koli\xc4\x8dina sipane svetlobe je odvisna od valovne dol\xc5\xbeine svetlobe. Pri visokih intenzitetah (gostotah mo\xc4\x8di) svetlobe lahko pride do sipanja kot posledica nelineranih opti\xc4\x8dnih procesov v vlaknu. Do izgube signala prihaja tudi zaradi absorpcije v snovi. Koli\xc4\x8dina absorbirane svetlobe je odvisna od valovne dol\xc5\xbeine in primesi v opri\xc4\x8dnem vlaknu.\n_START_SECTION_\nTelekomunikacije\n_START_PARAGRAPH_\nOpti\xc4\x8dna vlakna so zaradi majhnih izgub primerna za prenos velike koli\xc4\x8dine informacij v opti\xc4\x8dnih komunikacijah. Kot vir svetlobe se uporablja polprevodni\xc5\xa1ki laser, ki oddajajo izredno kratke svetlobne impulze, svetlobo pa nazaj v elektri\xc4\x8dni tok pretvori fotodioda. Hitrost laserjev lahko izkoristimo za multipleksiranje ve\xc4\x8d telefonskih linij na kabel iz opti\xc4\x8dnih vlaken. Za primerjavo, na eno bakreno parico lahko spravimo 24 digitalnih telefonskih priklju\xc4\x8dkov (recimo velikosti reda do 30). Na tipi\xc4\x8den opti\xc4\x8dni kabel lahko spravimo 32000 digitalnih telefonskih priklju\xc4\x8dkov, na novej\xc5\xa1ih sistemih pa prek 500000. To lahko seveda izkoristimo tudi za ve\xc4\x8dje hitrosti povezav do kon\xc4\x8dnega uporabnika._NEWLINE_Vsako opti\xc4\x8dno vlakno lahko z uporabo razli\xc4\x8dnih valovnih dol\xc5\xbein prena\xc5\xa1a informacije po ve\xc4\x8d kanalih naekrat, kar imenujemo walovnodol\xc5\xbeinsko razvr\xc5\xa1\xc4\x8danje oziroma multipleksiranje (WDM). Tipi\xc4\x8dno lahko prena\xc5\xa1ajo med 10 in 40 Gbit/s. Dosedanji rekord pri prenosu je uspel v Bellovih laboratorijih, ki jim je uspel prenos po 155 kanalih, vsak od njih pa je prena\xc5\xa1al 100 Gbit/s. _NEWLINE_Prednost prenosa informacij po opti\xc4\x8dnem kablu na kraj\xc5\xa1e razdalje je v prihranku prostora, saj eno opti\xc4\x8dno vlakno nadomesti ve\xc4\x8d elektri\xc4\x8dnih kablov. Na prenos signala po opti\xc4\x8dnih vlaknih ravno tako ne vplivajo elekti\xc4\x8dne motnje iz okolice. Opti\xc4\x8dna vlakna tudi ne prevajajo elektri\xc4\x8dnega toka in tako varujejo komunikacijske naprave pred visoko napetostjo pri npr. udaru strele.\n_START_SECTION_\nZaznavala na osnovi opti\xc4\x8dnih vlaken\n_START_PARAGRAPH_\nOpti\xc4\x8dna vlakna se lahko uporabi kot zaznavala za merjenje temperature, tlaka ali natega, ki spremenijo zna\xc4\x8dilnosti vlakna tako, da merjena koli\xc4\x8dina spremeni intneziteto, fazo, polarizacijo ali pa valovno dol\xc5\xbeino prepu\xc5\xa1\xc4\x8dene svetlobe. Opti\xc4\x8dna vlakna se lahko uporabi tudi zgolj za prenos signala do merilne priprave. S tem omogo\xc4\x8dajo opravljanje meritev tudi na mestih, ki bi bila druga\xc4\x8de za merjenje nedostopna. Zgled je npr. meritev temperature v reakcijskih motorjih, kjer opti\xc4\x8dno vlakno prevaja sevanje do pirometra, ki se nahaja zunaj motorja. Podobno na\xc4\x8delo se uporablja pri meritvi temperature elektri\xc4\x8dnih transformatorjev, kjer zaradi mo\xc4\x8dnih elektomagnetnih polj merjenje ni mogo\xc4\x8de.\n_START_SECTION_\nDruge mo\xc5\xbenosti uporabe\n_START_PARAGRAPH_\nOpti\xc4\x8dna vlakna so uporabna kot izvor svetlobe v medicinskih aplikacijah, kjer objektov ni mo\xc5\xbeno neposredno osvetliti. Ravno tako v nekaterih zgradbah s pomo\xc4\x8djo tehnologije opti\xc4\x8dnih vlaken preusmerjajo son\xc4\x8dno svetlobo iz streh v njihovo notranjost. Skupek opti\xc4\x8dnih vlaken se lahko uporablja kot endoskop, ki omogo\xc4\x8da opazovanje objektov skozi odprtine. Medicinske izvedbe endoskopov se uporabljajo za minimalno invazivne preglede in opazovanje poteka kirur\xc5\xa1kih operacij. Opti\xc4\x8dna vlakna, dopirana z elementi redkih zemelj kot npr. erbijem, se lahko uporablja kot oja\xc4\x8devalno sredstvo v vlakenskih laserjih.'