Osnovno znanje o optičkim vlaknima

Izum optičkih vlakana pokrenuo je revoluciju u polju komunikacije. Ako ne postoji optički vlakno za pružanje velikih kapaciteta velike brzine, internet može ostati samo u teorijskoj fazi. Ako je 20. stoljeće bila era električne energije, tada je 21. stoljeće era svjetlosti. Kako svjetlost postiže komunikaciju? Naučimo osnovno znanje o optičkoj komunikaciji zajedno sa ur urednikom u nastavku.

1. dio. Osnovno znanje o širenju svjetlosti

Razumijevanje lakih talasa
Lagani valovi su zapravo elektromagnetski talasi, a u slobodnom prostoru, valna dužina i frekvencija elektromagnetskih talasa obrnuto su proporcionalni. Proizvod dvije jednak je brzini svjetlosti, odnosno:

Rasporedite talasne dužine ili frekvencije elektromagnetskih talasa kako biste formirali elektromagnetski spektar. Prema različitim talasnim dužinama ili frekvencijama, elektromagnetski talasi mogu se podijeliti u rejtijacijsku regiju, ultraljubičastu regiju, vidljivu svjetlosnu regiju, infracrvenu regiju, mikrovalnu regiju, regiju za radio talasnu regiju i regiju za radio talasnu regiju i regiju duge valove. Bendovi koji se koriste za komunikaciju uglavnom su infracrvena regija, mikrovalna regija i region radio talasa. Sljedeća slika pomoći će vam da shvatite podjelu komunikacijskih opsega i odgovarajućih medija za širenje u minutima.

Protagonist ovog članka, "optička komunikacija vlakana", koristi lagani talasi u infracrvenom bendu. Kada je u pitanju ovo pitanje, ljudi se mogu zapitati zašto mora biti u infracrvenom bendu? Ovo je pitanje povezano sa optičkim gubitkom prenosa materijala optičkih vlakana, naime silikaroka. Zatim moramo razumjeti kako optička vlakna prenose svjetlost.

Refrakcija, refleksija i potpuni odraz svjetla

Kad se svjetlost emitira iz jedne tvari na drugu, na sučelju između dvije tvari između dvije tvari, a ugao refrakcije se povećava s uglom rashladnog svjetla. Kao što je prikazano na slici ① → ②. Kada se ugao incidenta dosegne ili premaši određeni ugao, refraktovana svjetlost nestaje i sva se incidentna lampica odražava natrag, što je ukupno odraz svjetla, kao što je prikazano u ② → ③ na sljedećoj slici.

Različiti materijali imaju različite indekse za refrakciju, tako da brzina širenja svjetlosti varira u različitim medijima. Refraktivni indeks predstavlja n, n = C / V, gdje je C brzina u vakuumu i v je brzina širenja u mediju. Sredstvo s većim indeksom refrakcija naziva se optički gust medij, dok se medij s nižim refrakcijskim indeksom naziva optički rijetka medija. Dva uvjeta za to za ukupna razmišljanja su:
1. Prijenos od optički gustog medija za optički rijetko
2. Ugao incidenta je veći ili jednak kritičnom uglu ukupnog odraz
Da bi se izbjegli optički curenje signala i smanjenje gubitka prijenosa, optički prijenos u optičkim vlaknima događa se u potpunim uvjetima refleksije.

Dio 2. Uvod u optički propagacioni mediji (vlakna optika)

Optička struktura vlakana

Sa osnovnim znanjem o ukupnoj razmnožavanju refleksije, lako je razumjeti dizajnerska struktura optičkih vlakana. Goli vlakno optičkim vlaknima podijeljeno je u tri sloja: Prvi sloj je jezgro, koji se nalazi u središtu vlakana i sastoji se od silikonskog dioksida visokog čistoće, poznatog i kao staklo. Promjer jezgre općenito je 9-10 mikrona (jedno režim), 50 ili 62,5 mikrona (multi-mod). Vlaknasti jezgra ima visoki indeks refrakcija i koristi se za prenošenje svjetla. Drugi sloj obloga: Smješten oko jezgre vlakana, sastoji se i od silika stakla (s promjerom općenito 125 mikrona). Refraktivni indeks obloge je nizak, formirajući ukupni uvjet refleksije zajedno s jezgrom vlakana. Treći sloj premaza: najudaljeniji sloj je ojačana prevlaka smole. Zaštitni sloj materijal ima visoku čvrstoću i može izdržati velike utjecaje, zaštitu optičkih vlakana od erozije vodene pare i mehaničke abrazije.

Optički gubitak mjenjača

Vlaknasti optički gubitak prijenosa vrlo je važan faktor koji utječe na kvalitetu komunikacije optičke vlakna. Glavni faktori koji uzrokuju prigušenje optičkih signala uključuju apsorpcijski gubitak materijala, gubitak rasenjavanja tokom prijenosa i drugih gubitaka uzrokovanih faktorima kao što su savijanje vlakana, kompresije i gubitka priključenja.

Talasna dužina svjetlosti je drugačija, a gubitak mjenjača u optičkim vlaknima također je različit. Da bi se smanjio gubitak i osigurali efekt prijenosa, naučnici su posvećeni pronalaženju najprikladnijeg svjetla. Svjetlost u rasponu talasne dužine od 1260nm ~ 1360nm ima najmanji izobličenje signala uzrokovano disperzijom i najnižim gubitkom apsorpcije. U ranim danima, ta opseg talasne dužine usvojen je kao optički komunikacijski opseg. Kasnije, nakon dugog razdoblja istraživanja i prakse, stručnjaci su postepeno sažeti asortiman talasne dužine malog gubitka (1260nm ~ 1625nm), koji je najprikladniji za prijenos u optičkim vlaknima. Dakle, lagani valovi koji se koriste u optičkoj komunikaciji optičke vlakne uglavnom su u infracrvenom opsegu.

Optička klasifikacija vlakana

Multimodne optičke vlakne: prenosi više načina, ali velika među modalna disperzija ograničava frekvenciju prenošenja digitalnih signala, a ovo ograničenje postaje strože sa povećanjem udaljenosti mjenjača. Stoga je udaljenost multimode optičkog prenosa relativno kratka, obično samo nekoliko kilometara.
Single mod Vlakna: Uz vrlo mali promjer vlakana, teoretski se može prenijeti samo jedan mod, čineći ga pogodnim za udaljenu komunikaciju.

Dio 3. Princip rada optičkog komunikacije vlakana

Optički vlaknski komunikacijski sistem

Komunikacijski proizvodi koji se obično koriste, poput mobilnih telefona i računala, prenose informacije u obliku električnih signala. Prilikom provođenja optičke komunikacije je pretvaranje električnih signala u optičke signale, prenosite ih putem optičkih kablova, a zatim pretvorite optičke signale u električne signale kako biste postigli svrhu prijenosa informacija. Osnovni optički komunikacijski sustav sastoji se od optičkog odašiljača, optičkog prijemnika i optičkog kruga vlakana za prijenos svjetlosti. Kako bi se osigurala kvaliteta prijenosa signala na duže relacije i poboljšanje propusnosti prijenosa, optički repetitori i multiplekseri se uglavnom koriste.

Ispod je kratak uvod u princip rada svake komponente u komunikacijskom sistemu optičkog vlakana.

Optički odašiljač:Pretvara električne signale u optičke signale, uglavnom sastoji se od signalnih modulatora i izvora svjetlosti.

Signalni multiplekser:Parovi više optičkih nosača signala različitih talasnih dužina u iste optičke vlakne za prijenos, postizanje učinka udvostručenja prijenosnog kapaciteta.

Optički repetitor:Tijekom prijenosa, valni oblik i intenzitet signala pogoršavat će se, pa je potrebno obnoviti oblik talasa na uredan oblik talasa originalnog signala i povećati intenzitet svjetla.

Signal Demultiplexer:Razgraditi multipleksirani signal u izvorne pojedine signale.

Optički prijemnik:Pretvara primljeni optički signal u električni signal, uglavnom sastoji se od fotodeter i demodulatora.

Dio 4. Prednosti i primjene optičke komunikacije

Prednosti optičke komunikacije:

1. Duga relejna udaljenost, ekonomična i ušteda energije
Pod pretpostavkom da se prijenos od 10 Gbps (10 milijardi 0 ili 1 signala u sekundi) informacija, ako se koristi električna komunikacija, signal treba prenijeti i prilagoditi svakih nekoliko stotina metara. U usporedbi s tim, upotreba optičke komunikacije može postići relejni udaljenost od preko 100 kilometara. Manje puta je signal podešen, što je niži troškovi. S druge strane, materijal optičkih vlakana je silikonski dioksid koji ima obilne rezerve i mnogo niži troškovi od bakrene žice. Stoga optička komunikacija ima ekonomski i uštedu energije.

2 Brzi prenos podataka i kvaliteta visoke komunikacije

Na primjer, sada kada razgovarate sa prijateljima u inostranstvu ili razgovarate putem interneta, zvuk nije tako zaostao kao prije. U doba telekomunikacije, međunarodna komunikacija uglavnom se oslanja na umjetne satelite kao relej za prijenos, što rezultira dužim putevima prijenosa i sporijeg dolaska signala. I optička komunikacija, uz pomoć podmorničkih kablova, skraćuje udaljenost prijenosa, što brže postavljam prenos podataka. Stoga, korištenje optičke komunikacije može postići glatku komunikaciju s inozemnim.

3. Snažna anti-smetnja i dobra poverljivost

Električna komunikacija može doživjeti pogreške zbog elektromagnetske smetnje, što dovodi do smanjenja kvalitete komunikacije. Međutim, optička komunikacija ne utječe električni šum, što ga čini sigurnijim i pouzdanim. I zbog principa ukupnog odraz, signal je u potpunosti ograničen na optičku vlakna za prijenos, tako da je povjerljivost dobra.

4. Veliki kapacitet prenosa
Općenito, električna komunikacija može prenijeti samo 10Gbps (10 milijardi 0 ili 1 signala u sekundi) informacija, dok optička komunikacija može prenijeti 1Tbps (1 trilijuna 0 ili 1 signale) informacija.

Primjena optičke komunikacije

Za optičku komunikaciju postoje mnoge prednosti i integriran je u svaki ugao naših života od svog razvoja. Uređaji kao što su mobilni telefoni, računari i IP telefoni koji koriste Internet povezuju sve u njihovu regiju, cijelu zemlju, pa čak i na globalnu komunikacijsku mrežu. Na primjer, signali koje emituju računari i mobilni telefoni okupljaju se na baznim stanicama lokalne komunikacijske operatore i opremom za mrežnu pružatelju usluga, a zatim se prenose na različite dijelove svijeta putem optičkih kablova u podmorničkim kablovima.

Realizacija svakodnevnih aktivnosti kao što su videopozivi, internet kupovina, video igre i hrpe gledajući se sve oslanjajući se na svoju podršku i pomoć iza kulisa. Pojava optičkih mreža učinila je naš život ugodnijim i zgodnijim.