فیبر نوری در صنعت نورپردازی و دکوراسیون
فیبر نوری در صنعت نورپردازی و دکوراسیون، فیبرهای نوری پلیمری POF به طور گسترده در بسیاری از زمینه‌های صنعت نورپردازی استفاده می‌شوند. دو نوع از آنها به طور خاص و گسترده تر مورد استفاده قرار می گیرند. نوع اول، فیبرهای نوری پلیمری POF با هدف انتقال نور خالص از زمانی که از منبع نور انتشار می یابد تا زمانی که به محل یا شیئی که قرار است روشن شود، استفاده می شود. نوع دوم، خود POF است که به عنوان وسیله ای جهت روشنایی استفاده می شود و بسیار تزئینی است، به ویژه جهت روشن نمودن خطوط یا لاین های نوری.
در این مقاله چند نمونه دیگر را نیز بررسی می نماییم که به نمونه های اشاره شده اضافه شده اند. این بدان معنا نیست که صنعت نورپردازی در 6 سال گذشته اهمیت خود را از دست داده باشد. در واقع، در حال حاضر برنامه های کاربردی زیادی وجود دارد. با این حال، در نظر داشته باشید که POF ها امروزه بیشتر به جهت انتقال داده ها توسعه می یابند تا به جهت نمایش فناوری در صنعت نورپردازی. از سوی دیگر، تقاضاها در مورد پارامترهای نوری POF در کاربردهای صنعت نورپردازی چندان زیاد نیست، به همین جهت نیاز به تغییرات گسترده در توسعه فیبر مورد توجه نمی باشد.
فیبر نوری در صنعت نورپردازی و دکوراسیون
فهرست مطالب:
فیبرهای نوری POF هدایت نور
استفاده از فیبر های نوری شیشه با کاربرد های مخابراتی و شبکه جهت هدایت نور شناخته شده است و برای مدت طولانی به خوبی تثبیت گردیده است. در فناوری های ارتباطی، فیبر نوری با هسته شیشه ای با افت کمتر از 1 دسی بل در کیلومتر استفاده می شود. با این حال، فیبر نوری مورد استفاده در صنعت ارتباطات از شیشه سیلیسی بسیار خالص تشکیل شده است که استفاده از آن جهت فناوری نورپردازی بسیار پر هزینه می باشد. در چنین حالتی، راه حل های فیبر نوری شیشه‌ای ساخته شده از مواد با قیمت مناسب تر و طراحی شده با هدف انعطاف‌پذیری بیشتر استفاده می‌شوند. شکل A.1 مقایسه افت طیفی بین فیبر های نوری مخابراتی (شیشه خالص) و فیبر های نوری پلیمری PMMA را در محدوده طیفی مرئی نشان می دهد.
شکل A.1 افت طیفی POF و GOF برای کاربردهای نورپردازی
فیبرهای نوری شیشه ای GOF مخفف Glass Optical Fiber عملکرد بهتری را از 600 نانومتر به بالا نشان می دهند. البته مزایایی برای POF نیز وجود دارد، به خصوص در محدوده طیفی آبی و سبز، که حفظ رنگ نور بسیار مورد اهمیت است. طول احتمالی دسته های فیبر به طور موثر افزایش می‌یابد حتی چنانچه نور کمتری را به POF انشار داد چراکه بار دمایی پایین‌تر است.
مروری جامع از استفاده از انواع مختلف فیبر ها بین GOF و POF ارائه شده است. جدول A.11 مزایا و معایب هر دو گزینه فیبر را بیان می نماید.
| Parameter | Glass Optical Fiber | Polymer Optical Fiber |
|---|---|---|
| material | glass with polymer cladding | PMMA |
| attenuation | approx. 0.2 dB/m | approx. 0.1 dB/m |
| diameter | 50 μm core | 50 μm to 1,000 μm core |
| num. aperture | 0.50 – 0.60 | 0.50 to 0.60 |
| advantages | higher temperatures long life time | easy to process reasonably priced cables lower attenuation |
| disadvantages | difficult to connectorize brittle fibers higher losses (mainly for blue) | lower operation temperature less guided power limited life time |
جدول A.11: مقایسه POF و GOF جهت کاربردهای نورپردازی
علاوه بر دسته های تار فیبر، در صورت عدم نیاز به خمش با زوایای تند، می‌توان از فیبرهای نوری پلیمری ضخیم جهت هدایت نور نیز استفاده نمود. به عنوان مثال، فیبر های با قطر هسته تا 12 میلی متر از کمپانی Asahi Chemical در دسترس می باشند (شکل A.2). برخی از نمونه‌های POF در فناوری روشنایی در شکل‌های زیر نشان داده شده‌اند. A.3 و A.4.
شکل A.2 فیبرهای نوری پلیمری با قطر هسته تا 12 میلی متر
شکل A.3 سورس نوری با دسته تزئینی فیبر نوری POF و دیسک فیلتر رنگی
شکل A.4 دسته تار های فیبر تزئینی POF با انتهای فیبر به صورت جداگانه برای استفاده به عنوان چراغ های سقفی ستاره ای
POF جهت نورپردازی عمودی یا پیلار Pillar
نورپردازی متعارف سطوح تبلیغاتی با فلورسنت دارای ضعف توزیع بسیار ناهموار نور می باشد. اولین بار دانشجو T. Reulein روش جدیدی جهت نورپردازی با فیبر نوری POF به ویژه جهت ستون تبلیغاتی روش پیلار Pillar ایجاد نموده است. یک منبع نور مرکزی دسته ای از تارهای فیبر نوری را روشن می نماید که به نوبه خود نور را به طور مساوی از طریق نورافکن های طراحی شده خاص انتشار می دهد. پایان نامه موفق این دانشجو به دریافت جایزه N-ERGIE نورنبرگ انحامید چراکه 75٪ صرفه جویی در انرژی به عنوان یک مزیت جانبی در این تحقیق میسر گردید. شکل B.1 ستون تبلیغاتی و مخروط های استفاده شده را نشان می دهد.
مزایای این راه حل پیشنهادی در مقایسه با سیستم های معمولی عبارتند از:
- منبع نور مرکزی را می توان در موقعیتی قرار داد که به راحتی قابل تعویض باشد. علاوه بر این، در برابر خرابکاری مقاوم است.
- مخروط ها به طور مستقیم سطح ستون را روشن می‌کنند، به طوری که تنها مقداری نور به دلیل انتشار نور جانبی از بین می‌رود.
- با شکل‌دهی مناسب مخروط ها، مقدار گسترده ای از نور به سمت قسمت پایینی ستون هدایت می‌شود که از طریق آن توزیع بسیار مساوی نور حاصل می گردد. در لامپ های هالوژن معمولی، تفاوت نور تا 1:10000 وجود دارد.
شکل B.2 تیمو رولین با ستون پیلار، مخروط های نورپردازی
فیبر نوری POF جهت نورپردازی سقفی ستاره دار
طیف گسترده ای از محصولات نورپردازی POF تا به اینجا ارائه گردیده است. مزایای نورپردازی فیبر نوری ذکر شده عبارتند از:
- فقدان کامل اشعه ماوراء بنفش (UV) و مادون قرمز (IR)
- جداسازی الکتریکی منابع نور و خروجی نور
- فاقد پتانسیل الکتریکی در خروجی نور
- عدم نیاز به اقدامات حفاظتی گسترده در هنگام خروج نور
- فاقد دما در خروجی نور
- بازده اقتصادی بالا از طریق مصرف برق کم
اجزای مورد نیاز عبارتند از:
- پروژکتورهای هالوژن (10 وات تا 50 وات)
- چرخ های رنگی
- دسته های تار فیبر با قطر 1 میلی متر، 2 میلی متر و 3 میلی متر و لنزهای مختلف جهت اتصال نور
تار فیبر با نور جانبی
شکل B.2 نمونه ای خاص از یک نورپردازی سقفی ستاره دار با POF را نشان می دهد.
شکل B.2 نورپردازی سقفی ستاره دار با فیبر نوری POF
علاوه بر تجهیزات مختص نورپردازی، سیستم به طور طبیعی می تواند جهت نمایش اطلاعات نیز استفاده شود، به عنوان مثال. مسیرهای نقشه را می توان با نقاط نور مشخص نمود. درب ورودی POF-AC نورنبرگ آرم موسسه را به عنوان نمونه ای از انتهای POF نشان می دهد که با LED های مختلف روشن شده است (شکل B.3). لوگوی دانشگاه علمی کاربردی نیز به این شکل برجسته شده است.
شکل B.3 لوگوی POF-AC و دانشگاه علوم کاربردی جورج سیمون اهم با نورپردازی POF
استفاده ترکیبی از LED ها و POF به شکل ویژه امکانات نامحدودی را در اختیار شما قرار می دهد. یکی از کاربردهای قابل تصور، علائم راهنمایی و رانندگی دو طرفه است که با این حال، قابلیت گسترده ای با POF دارند.
فیبر نوری با روشنایی جانبی
نور را می توان با استفاده از روش های مختلف به صورت جانبی جدا سازی نمود. روکش نوری فیبر نوری POF شفاف و نازک است. یکی از امکان‌های دستیابی به انتشار جانبی یا Side effect و یا Side Lighting، برهم زدن عمدی اینترفیس هسته و پوشش کلد از طریق آسیب مکانیکی یا آسیب ناشی از تابش لیزر است. در دانشگاه علوم کاربردی نورنبرگ، آزمایش‌هایی روی تابش نور با بریدن شیارها در دو طرف انجام شده است (شکل C.1 و C.3 را مشاهده فرمایید).
یک روش به همان اندازه کاربردی جهت جدا سازی نور، خمش محیطی فیبر نوری با شعاع های کوچک است. در نهایت بخشی از نور در خم ها جدا می شود.
شکل C.1 اساس جدا سازی نور جانبی در فیبر نوری POF
چنانچه بسیاری از این فیبرهای نوری در یک لوله پلاستیکی به هم متصل شوند و از یک طرف روشن گردند، حتی بهتر از هر دو طرف، یک عنصر نوری انعطاف پذیر مشابه یک لامپ نوار فلورسنت نازک با طول بیش از 10 متر دریافت می کنید. از آنجایی که این بسته از پلاستیک تشکیل شده است و جریان را هدایت نمی کند، بسیار ایمن تر است و ظرفیت انتقال بیشتری نسبت به یک لامپ نوار فلورسنت دارا می باشد. (شکل C.2).
شکل C.2 استفاده از فیبر نوری با اثر جانبی در صنعت نورپردازی
شکل C.3 نورپردازی صفحه شیشه ای اکریلیک با آرم دانشکده NF در دانشگاه. از Appl. علوم نورنبرگ با POF دارای شیارهای بریده شده
شکل C.4 تجهیزات نورپردازی فیبر نوری تعویض دنده یک گیربکس اتوماتیک خودرو را نشان می دهد. در این فناوری از فیبر نوری POF جهت هدایت نور و همچنین جهت نورپردازی و روشنایی مستقیم استفاده می شود. ال ای دی ها به طور فزاینده ای به عنوان منبع نور در خودروها استفاده می شوند چراکه کوچکتر، کارآمدتر و همچنین با طول عمر بیشتری نسبت به لامپ ها ارائه می گردند. با این حال، یک مشکل هنگام استفاده از چندین LED در یک دستگاه، حفظ رنگ دقیق و یکسان در طول عمر آنها و محدوده دمایی است. بیشتر خودرو ساز های مطرح از تجهیزات برند های معتبر جهت برطرف سازی این مشکل استفاده می نمایند. طبیعتا خودروسازی های چینی این مشکل را نادیده می گیرند و در نتیجه حفظ رنگ و تغییرات رنگی با توجه به دما در نقاط مختلف بیشتر دیده می شود.
برای نمونه یکی از کاربران شناخته شده فیبرهای نوری شرکت هلوکس Hellux می باشد که در زمینه نورپردازی در صنعت از پیشتازان مارکت اروپا است و ترجیح می دهد از فیبر های نوری پلاستیکی (Hell04) استفاده نماید، چراکه رنگ نور در حال حاضر با فیبر شیشه ای پس از 3-4 متر تغییر می نماید، اما با استفاده از فیبر نوری POF تنها پس از 8 متر تغییر می نماید.
میانگین عمر مفید POF جهت مصارف نورپردازی 20 سال است که در صفحه محصول ذکر شده است. پوشش ها بدون هالوژن و مقاوم در برابر شعله مطابق با کلاس II حفاظت آتش VDE 0207 T24 می باشند. نمونه ای از یک برنامه کاربردی در شکل C.5 نشان داده شده است.
شکل C.5 کاربردهای اثر نور جانبی POF
در کشور آلمان یکی دیگر از فروشنده‌های سیستم‌های نورپردازی POF، شرکت Stiers است که فیبر نوری با قطر 0.75 میلی‌متر تا 3 میلی‌متر و دسته های فیبر را به عنوان تار فیبر نور جانبی نیز می‌فروشد. پروژکتورها و لنزهای متنوع جهت انتشار نور برنامه آنها را تکمیل می نماید (نمونه هایی در شکل C.6).
شکل C.6 – فیبر نوری با نورپردازی جانبی
J. Spigulis در مقاله „Side-Emittimg Fibers Brighten our World in New Ways مروری بر کاربردهای مختلف ممکن فیبر های نوری پلیمری ساطع کننده نور جانبی را ارائه می دهد. زمینه های کاربردی برای چنین موادی عبارتند از:
- نورپردازی تزئینی در هوا، آب و یخ
- نمایش های لیزری، منسوجات درخشان، طراحی دکوراسیون داخلی
- framing
- تجهیزات ایمنی
- روشنایی اضطراری
- سنسورهای فیبر نوری
- dosimetry
- لیزر درمانی یا نور درمانی پزشکی
این مقاله همچنین روش‌های مختلف را جهت ایجاد تراکم نوری یکنواخت در طول فیبر ارائه می‌دهد:
- کوپلینگ نور از دو طرف
- اتصال یک بازتابنده به انتهای دوم فیبر
- تغییرات تدریجی در مراکز پراکندگی در امتداد فیبر – از نظر تئوری ایده آل است، اما از نظر فنی سخت ترین است.
- تولید لومینسانس luminescence به روش های دیگر، به عنوان مثال. توسط اشعه UV خارجی
شکل C.7 لباس نورپردازی (لومینکس) و نورپردازی جانبی POF
پلاستیک فایبر
کابل های فیبر نوری
تجهیزات فیبر نوری
نظرات کاربران