Az optikai szál alapvető ismerete

Az optikai szál feltalálása a kommunikáció területén a forradalmat vezette. Ha nincs olyan optikai szál, amely nagy kapacitású nagysebességű csatornákat biztosít, akkor az internet csak az elméleti szakaszban maradhat. Ha a 20. század volt a villamos energia korszaka, akkor a 21. század a fény korszaka. Hogyan éri el a fény a kommunikációt? Tanuljuk meg az optikai kommunikáció alapvető ismereteit az alábbi szerkesztővel együtt.

1. rész. A fényterjedés alapvető ismerete

A fényhullámok megértése
A könnyűhullámok valójában elektromágneses hullámok, és a szabad térben az elektromágneses hullámok hullámhossza és gyakorisága fordítottan arányos. A kettő terméke megegyezik a fénysebességgel, azaz:

Rendezze az elektromágneses hullámok hullámhosszát vagy frekvenciáit az elektromágneses spektrum kialakítása érdekében. A különböző hullámhosszok vagy frekvenciák szerint az elektromágneses hullámok fel lehet osztani a sugárzási régióra, az ultraibolya régióra, a látható fényterületre, az infravörös régióra, a mikrohullámú régióra, a rádióhullámra és a hosszú hullámra. A kommunikációhoz használt sávok elsősorban az infravörös régió, a mikrohullámú régió és a rádióhullám régió. A következő kép segít megérteni a kommunikációs sávok megosztását és a megfelelő szaporodási közegeket percek alatt.

A „Fiber Optic Communication” című cikk főszereplője fényhullámokat használ az infravörös sávban. Amikor erről a pontról van szó, az emberek kíváncsi lehet, hogy miért kell az infravörös zenekarban lennie? Ez a kérdés az optikai szálas anyagok, nevezetesen a szilícium -dioxid üveg optikai átviteli veszteségéhez kapcsolódik. Ezután meg kell értenünk, hogy az optikai szálak hogyan továbbítják a fényt.

Refrakció, reflexió és a fény teljes tükrözése

Ha az egyik anyagból a másikba fényt bocsátanak ki, a refrakció és a reflexió a két anyag közötti felületen fordul elő, és a refrakciós szög növekszik a beeső fény szögével. Amint az a ① → ② ábrán látható. Amikor a beeső szög eléri vagy meghaladja egy bizonyos szöget, a refraktált fény eltűnik, és az összes beeső fény visszatükröződik, ami a fény teljes tükröződése, amint azt a ② → ③ mutatja a következő ábrán.

A különböző anyagok eltérő törésmutatókkal rendelkeznek, tehát a fényterjedés sebessége eltérő közegekben változik. A törésmutatót N, n = C/V képviseli, ahol C a vákuumban a sebesség, és V a közeg terjedési sebessége. A magasabb törésmutatóval rendelkező tápközeget optikailag sűrű tápközegnek nevezzük, míg az alacsonyabb törésmutatóval rendelkező tápközeget optikailag ritka közegnek nevezzük. A teljes reflexió két feltétele:
1. Átvitel optikailag sűrű közegről optikailag ritka közegre
2. A beeső szög nagyobb vagy megegyezik a teljes visszaverődés kritikus szögével
Az optikai jelszivárgás elkerülése és az átviteli veszteség csökkentése érdekében az optikai átvitel az optikai szálakban a teljes reflexiós körülmények között fordul elő.

2. rész. Bevezetés az optikai szaporodási közegekbe (száloptika)

Száloptikai szerkezet

A teljes reflexiós fény terjedésének alapvető ismereteivel könnyű megérteni az optikai szálak tervezési struktúráját. Az optikai szál csupasz rostját három rétegre osztják: az első réteg a mag, amely a rost közepén helyezkedik el, és nagy tisztaságú szilikon-dioxidból, más néven üvegből áll. A mag átmérője általában 9-10 mikron (egyirányú), 50 vagy 62,5 mikron (multi-mód). A szálmagnak nagy a törésmutatója, és a fény továbbítására szolgál. Második rétegű burkolat: A szálmag körül helyezkedik el, szintén szilícium -dioxid üvegből (általában 125 mikron átmérőjű). A burkolat törésmutatója alacsony, és a teljes reflexiós körülményt és a szálmagot képezi. A harmadik bevonatréteg: A legkülső réteg egy megerősített gyanta bevonat. A védőréteg anyagának nagy szilárdsága van, és ellenáll a nagy hatásoknak, megvédve az optikai rostot a vízgőz eróziójától és a mechanikus kopástól.

Optikai sebességváltó veszteség

A száloptikai átviteli veszteség nagyon fontos tényező, amely befolyásolja a száloptikai kommunikáció minőségét. Az optikai jelek csillapítását okozó fő tényezők közé tartozik az anyagok abszorpciós elvesztése, az átvitel során szétszórt veszteség és az olyan tényezők által okozott egyéb veszteségek, mint például a rost hajlítás, a kompresszió és a dokkoló veszteség.

A fény hullámhossza eltérő, és az optikai szálak átviteli vesztesége szintén eltérő. A veszteség minimalizálása és az átviteli hatás biztosítása érdekében a tudósok elkötelezettek voltak a legmegfelelőbb fény megtalálása mellett. A 1260nm ~ 1360Nm hullámhossz -tartományban a legkisebb jel torzulása a diszperzió és a legalacsonyabb abszorpciós veszteség okozta. A korai napokban ezt a hullámhossz -tartományt optikai kommunikációs sávként fogadták el. Később, egy hosszú felfedezés és gyakorlat után, a szakértők fokozatosan összefoglalták az alacsony veszteséghullámhossz -tartományt (1260nm ~ 1625 nm), amely a legmegfelelőbb az optikai szálak átviteléhez. Tehát a száloptikai kommunikációban használt fényhullámok általában az infravörös sávban vannak.

Száloptikai osztályozás

Multimódusú optikai rost: Több üzemmódot továbbít, de a nagy modális diszperzió korlátozza a digitális jelek továbbításának gyakoriságát, és ez a korlátozás súlyosabbá válik az átviteli távolság növekedésével. Ezért a multimódusú száloptikai sebességváltó távolsága viszonylag rövid, általában csak néhány kilométer.
Egymás üzemmódú rost: Nagyon kicsi rostátmérővel elméletileg csak egy üzemmódot lehet továbbítani, így a távoli kommunikációhoz alkalmas.

3. rész. A száloptikai kommunikációs rendszer működési elve

Optikai szálú kommunikációs rendszer

Az általánosan használt kommunikációs termékek, például a mobiltelefonok és a számítógépek, elektromos jelek formájában továbbítják az információkat. Az optikai kommunikáció elvégzésekor az első lépés az elektromos jelek optikai jelekké történő konvertálása, száloptikai kábeleken keresztül történő továbbítása, majd az optikai jelek elektromos jelekké konvertálása az információ átvitel céljának elérése érdekében. Az alapvető optikai kommunikációs rendszer optikai adóból, optikai vevőből és egy száloptikai áramkörből áll a fény továbbításához. A távolsági jelátvitel minőségének biztosítása és az átviteli sávszélesség javítása érdekében általában optikai ismétlőket és multiplexereket használnak.

Az alábbiakban röviden bemutatjuk a száloptikai kommunikációs rendszer egyes összetevőinek működési alapelését.

Optikai adó:Átalakítja az elektromos jeleket optikai jelekké, elsősorban jelmodulátorokból és fényforrásokból áll.

Signal Multiplexer:A különböző hullámhosszúságú több optikai hordozójelet ugyanabba az optikai szálba párosítja az átvitelhez, elérve a duplázó sebességváltó képességét.

Optikai ismétlő:Az átvitel során a jel hullámformája és intenzitása romlik, ezért vissza kell állítani a hullámformát az eredeti jel tiszta hullámformájához, és növelni kell a fényintenzitást.

Signal Demultiplexer:Bontja a multiplexált jelet az eredeti egyedi jeleire.

Optikai vevő:A vett optikai jelet elektromos jelké alakítja, elsősorban fotodetektorból és demodulátorból áll.

4. rész. Az optikai kommunikáció előnyei és alkalmazásai

Az optikai kommunikáció előnyei:

1. Hosszú relé távolság, gazdasági és energiatakarékos
Feltételezve, hogy 10 Gbps (10 milliárd 0 vagy 1 jel másodpercenként) az információ, ha elektromos kommunikációt használnak, a jelet néhány száz méterenként tovább kell továbbítani és beállítani. Ezzel összehasonlítva az optikai kommunikáció használata 100 kilométernél több relé távolságot érhet el. Minél kevesebb a jel beállítása, annál alacsonyabb a költség. Másrészt az optikai szál anyaga szilícium -dioxid, amelynek bőséges tartaléka és sokkal alacsonyabb költsége van, mint a rézhuzal. Ezért az optikai kommunikációnak gazdasági és energiatakarékos hatása van.

2. Gyors információ továbbítás és magas kommunikációs minőség

Például, amikor a külföldi barátokkal vagy az interneten beszélgetve beszélnek, a hang nem olyan elmarad, mint korábban. A telekommunikáció korszakában a nemzetközi kommunikáció elsősorban a mesterséges műholdakra támaszkodik, mint az átviteli relék, ami hosszabb átviteli utakhoz és lassabb jel érkezéséhez vezet. És az optikai kommunikáció a tengeralattjáró kábelek segítségével lerövidíti az átviteli távolságot, így az információ átvitel gyorsabb. Ezért az optikai kommunikáció használata simább kommunikációt érhet el a tengerentúlon.

3. Erős interferencia-képesség és jó titoktartás

Az elektromos kommunikáció hibákat tapasztalhat az elektromágneses interferencia miatt, ami a kommunikáció minőségének csökkenéséhez vezethet. Az optikai kommunikációt azonban nem befolyásolja az elektromos zaj, ez biztonságosabbá és megbízhatóbbá teszi. És a teljes reflexió elvének köszönhetően a jel teljesen az optikai szálra korlátozódik az átvitelhez, tehát a titoktartás jó.

4. Nagy átviteli kapacitás
Általában az elektromos kommunikáció csak 10 Gbps (10 milliárd 0 vagy 1 jelet másodpercenként) továbbíthat, míg az optikai kommunikáció 1Tbps (1 billió 0 vagy 1 jel) információt továbbíthat.

Optikai kommunikáció alkalmazása

Az optikai kommunikációnak számos előnye van, és fejlõdése óta integráltuk életünk minden sarkába. Az olyan eszközök, mint a mobiltelefonok, a számítógépek és az IP -telefonok, amelyek az internetet használják, mindenkit összekapcsolnak a régiójukkal, az egész országba, sőt a globális kommunikációs hálózathoz. Például a számítógépek és a mobiltelefonok által kibocsátott jelek összegyűlnek a helyi kommunikációs üzemeltető alapállomásokon és a hálózati szolgáltató berendezésein, majd a világ különböző részeire továbbítják a száloptikai kábelek révén a tengeralattjáró kábeleiben.

A napi tevékenységek, például a videohívások, az online vásárlás, a videojátékok és a binge megvalósítása, az összes figyelése a színfalak mögött támaszkodva támaszkodik. Az optikai hálózatok megjelenése kényelmesebbé és kényelmesebbé tette életünket.