Существует мнение, что принцип передачи света внутри оптического волокна впервые продемонстрирован в эпоху королевы Виктории, т.е. более 150 лет назад [1]. Реально оптические волокна начали использовать в средствах связи в 1970-х годах, когда удалось расширить области их применения, повысить качество и снизить стоимость систем оптоволоконной связи.

Оптические волокна относятся к классу бикомпонентных и имеют структуру ядро - оболочка (рис.1). При этом оптическая плотность материала ядра больше оптической плотности материала оболочки. Свет, отраженный от границы раздела сред, способен практически без потерь передаваться на значительные расстояния. Современные стекловолокнистые световоды, сердцевина которых может иметь диаметр всего 8.5 мкм, позволяют передавать световой сигнал без применения промежуточных повторителей на расстояние до 50 км [2].

Передача света в оптических волокнах базируется на явлении полного внутреннего отражения, описанном еще в XVII веке И. Кеплером. При полном внутреннем отражении, которое наблюдается на границе раздела двух сред, электромагнитная энергия полностью отражается в оптически более плотную среду (рис.2) [3]. При этом коэффициент отражения во много раз превосходит самые большие значения коэффициентов зеркального отражения. Кроме того, коэффициент отражения не зависит от длины волны света, а это означает, что “цвет” излучения (спектральный состав) не изменяется при его передаче [4].

Техническую, оборонную и даже социальную значимость использования волокон-световодов трудно переоценить, ведь современный уровень передачи информации через оптические волокна позволяет в течение нескольких секунд связаться с фондами самых больших библиотек или увидеть в режиме реального времени, что происходит в центре любой столицы мира.

В то же время любые высокие технологии порождают и побочные продукты, которые в определенный период и при должном развитии приобретают самостоятельное важное значение. В полной мере это относится и к оптоволоконным технологиям.

В середине 1970-х годов появились первые бытовые декоративные светильники, в которых использовались световоды (рис.3). Среди сувениров можно было увидеть новогодние елки со светящимися гирляндами из точечных источников света диаметром 0.5-1.0 мм и т.д. В это же время были разработаны оптические волокна на основе полимеров, что позволило значительно снизить их стоимость и массу (плотность кварцевых стекловолокон составляет 2.22.6 г/м³, а плотность полимерных - 0.9-1.1 г/м³).

Однако в тот период бытовое использование волокон-световодов не нашло должного развития. Вместе с тем (несколько позже) были разработаны методы эндоскопии в медицине и технике, точечные светильники, источники “холодного света”. Новый толчок развитию оптоволоконной техники дало использование в качестве источников света светодиодов, стоимость которых по крайней мере на порядок ниже стоимости лазеров, также используемых в качестве источников излучения.

В девяностых годах прошлого века появились разработки, связанные с различными способами освещения: подсветка с эффектом звездного неба (рис.4.), музейная подсветка, подсветка фонтанов и ландшафтов, освещение витрин, архитектурная подсветка [5].

Расширение областей использования оптических волокон связано с осознанием преимуществ их применения в качестве источников света перед обычными. Так, световоды позволяют подводить большие световые потоки в малодоступные области при минимальном диаметре оптических волокон (зона освещения может составлять 0.5-1.0 мм); источник света может находиться на значительном расстоянии от места освещения, что позволяет легко его заменять и обслуживать; имеется возможность не только изменять цвет светового потока, но и отсекать инфракрасную (тепловую) составляющую освещения; существует возможность подводить в определенные зоны (или отсекать) ультрафиолетовое излучение. Кроме того, световоды “не боятся” значительных перепадов температуры, воздействия влаги и атмосферных воздействий, световыми потоками легко управлять, а время жизни источников света (диодов) составляет 50000-100000 ч. Удаленность источников тока от мест освещения позволяет использовать оптоволоконные кабели в воде, пожаро- и взрывоопасных зонах.

Несмотря на то, что текстильные материалы из стеклянных волокон известны довольно давно, практически до конца прошлого столетия не возникала идея сделать ткани из оптических волокон.

В “искрящихся” тканях первого поколения в основном использовался принцип торцевого свечения, что требовало нарушения сплошности волокон (обрезки) в местах свечения и было неудобно.

Очередным поворотным моментом в использовании оптоволоконных тканей явилось создание в 1999 г. по заказу известного французского кутюрье О. Лапидуса свадебного платья на основе специально микроперфорированных оптических волокон (рис.5).

Разработка тканей нового поколения была проведена под руководством С. Брошье - главы лионского модного шелкового дома [6], которому принадлежит компания “Brochier Technologies” и технология “Lightex”.

Изобретение микроперфорации, которая наносится вдоль оси оптических волокон по всей длине волокна или только в определенных местах, позволяет без нарушения сплошности волокон формировать светящиеся области (рис.6) на поверхности ткани.

Большие возможности представляет дизайн самой ткани, где светопроводящие волокна могут пересекаться с обычными, образуя причудливые узоры (рис.7).

Вскоре стало очевидно, что в разработанных материалах заложен огромный потенциал. В 2002 г. ателье С. Брошье совместно с компанией “France Telcom” разработало одежду со световыми гибкими экранами из оптоволоконных тканей, способными воспроизводить изображения. Управление такими экранами могло осуществляться посредством мобильного телефона (рис.8).

Применение больших информационных гибких экранов может быть полезным не только в наружной рекламе, но и в спецодежде пожарных, полицейских, работников аэропортов и др. (рис. 9).

В 2003 г. был разработан дизайн салона концептуальной модели автомобиля “Ситроен”, в котором обивка кресел и потолка изменяла рисунок и цвет в зависимости от желания владельца.

В 2007 г. был успешно осуществлен проект, связанный с разработкой интерьера (освещение бара) поезда TGV “Airstorm”, побившего в феврале прошлого года рекорд скорости для пассажирских поездов в Европе (рис. 10).

На очереди внедрение оптоволоконных тканей в авиатранспорте.

Области применения оптоволоконных тканей нового поколения не ограничиваются перечисленными примерами. Разработанные ткани могут быть успешно использованы в медицине для фототерапии. Абсолютно новые возможности такие материалы представляют для очистки газовоздушных и водных сред с использованием фотокатализа (рис. 11).

Использование текстильных технологий позволяет создавать светящиеся панели размером от нескольких квадратных миллиметров до десятков квадратных метров. При этом освещенные области могут быть выполнены плоскими, изогнутыми или даже в виде 3D структур (рис. 12).

• Дан краткий обзор истории развития технологий получения оптоволоконных тканей.
• Показаны основные области их использования и перспективы применения в технике и дизайне.