Основні знання про оптичне волокно

Винахід оптичного волокна керував революцією в галузі спілкування. Якщо немає оптичного волокна для забезпечення високошвидкісних каналів, Інтернет може залишатися лише на теоретичному етапі. Якщо 20 століття була епохом електрики, то 21 століття - це епоха світла. Як світло досягає спілкування? Давайте вивчимо основні знання про оптичне спілкування разом з редактором нижче.

Частина 1. Основні знання про розповсюдження світла

Розуміння легких хвиль
Світлі хвилі насправді є електромагнітними хвилями, а у вільному просторі довжина хвилі та частота електромагнітних хвиль є оберненими пропорційними. Продукт двох дорівнює швидкості світла, тобто:

Розташуйте довжини хвилі або частоти електромагнітних хвиль, щоб утворити електромагнітний спектр. Відповідно до різних довжин хвиль або частот, електромагнітні хвилі можуть бути поділені на випромінювальну область, ультрафіолетову область, видимому світлі, інфрачервону область, мікрохвильову область, радіохвильову область та довгу хвилеву область. Діапазони, що використовуються для зв'язку, - це переважно інфрачервона область, мікрохвильова регіон та радіохвильна область. Наступне зображення допоможе вам зрозуміти поділ комунікаційних смуг та відповідні медіа розповсюдження за лічені хвилини.

Головний герой цієї статті "Волоконно -оптична комунікація" використовує легкі хвилі в інфрачервоній смузі. Що стосується цього моменту, люди можуть задатися питанням, чому це повинно бути в інфрачервоному гурті? Це питання пов'язане з оптичною втратою передач оптичних волоконних матеріалів, а саме кремнеземного скла. Далі ми повинні зрозуміти, як оптичні волокна передають світло.

Заломлення, відбиття та повне відображення світла

Коли світло випромінюється від однієї речовини до іншої, заломлення та відбиття трапляються на межі між двома речовинами, а кут заломлення збільшується з кутом падаючого світла. Як показано на малюнку ① → ②. Коли кут падіння досягає або перевищує певний кут, заломлене світло зникає, і все падаюче світло відбивається назад, що є загальним відображенням світла, як показано в ② → ③ на наступному малюнку.

Різні матеріали мають різні показники заломлення, тому швидкість поширення світла змінюється в різних носіях. Індекс заломлення представлений n, n = c/v, де c - швидкість у вакуумі, а V - швидкість поширення в середовищі. Середовище з більш високим показником заломлення називається оптично щільним середовищем, тоді як середовище з меншим показником заломлення називається оптично рідким середовищем. Дві умови для загального відображення, що виникають:
1. Передача від оптично щільного середовища до оптично розрідженого середовища
2. Кут падіння більший або дорівнює критичному куту загального відображення
Щоб уникнути витоку оптичного сигналу та зменшити втрату передачі, оптична передача в оптичних волокнах відбувається в загальних умовах відбиття.

Частина 2. Вступ до оптичних медіа розповсюдження (волоконно -оптична)

Волоконно -оптична структура

Маючи основні знання про повне розповсюдження світла відбиття, легко зрозуміти структуру проектування оптичних волокон. Оголене волокно оптичного волокна поділяється на три шари: перший шар-це серцевина, яке розташоване в центрі волокна і складається з діоксиду кремнію з високою чистотою, також відомого як скло. Діаметр ядра, як правило, становить 9-10 мкм (одномод), 50 або 62,5 мкм (багатомод). Ядро волокна має високий показник заломлення і використовується для передачі світла. Обшивка другого шару: розташована навколо серцевини волокна, також складається з кремнезему (з діаметром, як правило, 125 мкм). Індекс заломлення облицювання низький, утворюючи загальний стан відбиття разом з ядром волокна. Третій шар покриття: самий зовнішній шар - це посилене смоляне покриття. Матеріал захисного шару має високу міцність і може протистояти великим впливом, захищаючи оптичне волокно від ерозії водяної пари та механічного стирання.

Втрата оптичної передачі

Втрата волоконно -оптичної передачі є дуже важливим фактором, що впливає на якість волоконно -оптичної комунікації. Основні фактори, що спричиняють ослаблення оптичних сигналів, включають втрату поглинання матеріалів, втрати розсіювання під час передачі та інші втрати, спричинені такими факторами, як згинання волокон, стиснення та втрата стикування.

Довжина хвилі світла відрізняється, а втрата передачі в оптичних волоконах також відрізняється. Щоб мінімізувати втрати та забезпечити ефект передачі, вчені були зобов’язані знайти найбільш підходяще світло. Світло в діапазоні довжин хвиль 1260 нм ~ 1360 нм має найменше спотворення сигналу, викликане дисперсією та найнижчою втратою поглинання. У перші дні цей діапазон довжин хвиль був прийнятий як оптичний зв’язок. Пізніше, після тривалого періоду розвідки та практики, експерти поступово узагальнювали діапазон довжин хвиль низьких втрат (1260 нм ~ 1625 нм), що найбільше підходить для передачі в оптичних волокнах. Таким чином, світлові хвилі, що використовуються у волоконно -оптичному зв'язку, як правило, в інфрачервоній смузі.

Волоконно -оптична класифікація

Мультимодне оптичне волокно: передає кілька режимів, але велика міждальна дисперсія обмежує частоту передачі цифрових сигналів, і це обмеження стає більш серйозним із збільшенням відстані передачі. Тому відстань багатомодової волоконно -оптичної передачі порівняно коротка, як правило, лише кілька кілометрів.
Волокно з одномодовим волокном: При дуже маленькому діаметрі волокна теоретично можна передавати лише один режим, що робить його придатним для віддаленого зв'язку.

Частина 3. Принцип робочої системи волоконно -оптичної комунікації

Система комунікаційного волокна

Продукти комунікації зазвичай використовуються, такі як мобільні телефони та комп'ютери, передають інформацію у вигляді електричних сигналів. Під час проведення оптичного зв'язку першим кроком є ​​перетворення електричних сигналів у оптичні сигнали, передавати їх через волоконно -оптичні кабелі, а потім перетворити оптичні сигнали в електричні сигнали для досягнення мети передачі інформації. Основна система оптичної комунікації складається з оптичного передавача, оптичного приймача та волоконно -оптичного ланцюга для передачі світла. Для того, щоб забезпечити якість передачі сигналу на великі відстані та покращити пропускну здатність передачі, зазвичай використовуються оптичні ретранслятори та мультиплекси.

Нижче наведено короткий вступ до принципу роботи кожного компонента в системі волоконно -оптичного зв'язку.

Оптичний передавач:перетворює електричні сигнали в оптичні сигнали, в основному складаються з модуляторів сигналу та джерел світла.

Мультиплексор сигналу:Пари численні оптичні сигнали носія різної довжини хвилі в одне оптичне волокно для передачі, досягнення впливу подвоєння здатності передачі.

Оптичний ретранслятор:Під час передачі форма хвилі та інтенсивність сигналу погіршаться, тому необхідно відновити форму хвилі до акуратної форми хвилі початкового сигналу та збільшити інтенсивність світла.

Сигнал демульплексор:Розкладіть мультиплексований сигнал на його вихідні окремі сигнали.

Оптичний приймач:перетворює отриманий оптичний сигнал в електричний сигнал, в основному складений з фотоприймача та демодулятора.

Частина 4. Переваги та застосування оптичного спілкування

Переваги оптичного спілкування:

1. Довга відстань ретрансляції, економічна та енергозберігаюча
Припускаючи передачу 10 Гбіт / с (10 мільярдів 0 або 1 сигналів в секунду) інформації, якщо використовується електричне спілкування, сигнал повинен бути переданий і коригується кожні кілька сотень метрів. Порівняно з цим, використання оптичного зв'язку може досягти відстані реле понад 100 кілометрів. Чим менше разів сигнал регулюється, тим нижча вартість. З іншого боку, матеріалом оптичного волокна є кремній діоксидом, який має рясні резерви та значно менші витрати, ніж мідний дріт. Тому оптична комунікація має економічний та енергозберігаючий ефект.

2. Швидка передача інформації та висока якість комунікації

Наприклад, зараз, коли розмовляємо з друзями за кордоном або в чаті в Інтернеті, звук не такий відсталий, як раніше. В епоху телекомунікацій міжнародна комунікація в основному покладається на штучні супутники як реле для передачі, що призводить до більш тривалого шляху передачі та повільного надходження сигналу. Та оптична комунікація за допомогою кабелів підводних човнів скорочує відстань передачі, роблячи передачу інформації швидше. Тому використання оптичного спілкування може досягти більш плавного спілкування з закордонним.

3. Сильна здатність до взаємозв'язку та доброго конфіденційності

Електрична комунікація може відчувати помилки внаслідок електромагнітних перешкод, що призводить до зниження якості зв'язку. Однак на оптичну комунікацію не впливає електричний шум, що робить його більш безпечним та надійним. І через принцип повного відображення сигнал повністю обмежений оптичним волокном для передачі, тому конфіденційність хороша.

4. Велика ємність передачі
Як правило, електрична комунікація може передавати лише 10 Гбіт / с (10 мільярдів 0 або 1 сигналів в секунду) інформації, тоді як оптична комунікація може передавати 1TBPS (1 трлн 0 або 1 сигнали) інформації.

Застосування оптичної комунікації

Існує багато переваг для оптичного спілкування, і вона була інтегрована у кожен куточок нашого життя з моменту його розвитку. Такі пристрої, як мобільні телефони, комп’ютери та IP -телефони, які використовують Інтернет, підключають усіх до свого регіону, всю країну та навіть до глобальної мережі комунікацій. Наприклад, сигнали, що випромінюються комп’ютерами та мобільними телефонами, збираються на базових станціях локальних комунікаційних операторів та обладнанням для постачальників мережі, а потім передаються в різні частини світу через волоконно -оптичні кабелі в кабелях підводних човнів.

Реалізація щоденних заходів, таких як відеодзвінки, інтернет -магазини, відеоігри та запою, що переглядають усі, покладаються на його підтримку та допомогу за лаштунками. Поява оптичних мереж зробила наше життя більш комфортним та зручним.