Optisen kuidun perustiedot

Optisen kuidun keksintö on johtanut viestinnän vallankumoukseen. Jos korkean kapasiteetin suurnopeuskanavien tarjoamiseksi ei ole optista kuitua, Internet voi pysyä vain teoreettisessa vaiheessa. Jos 1900 -luvulla oli sähkön aikakausi, 2000 -luvulla on valon aikakausi. Kuinka valo saavuttaa viestinnän? Opi optisen viestinnän perustiedot yhdessä alla olevan editorin kanssa.

Osa 1. Perustiedot valon etenemisestä

Ymmärtäminen valon aaltojen ymmärtäminen
Kevyet aallot ovat todella sähkömagneettisia aaltoja, ja vapaassa tilassa sähkömagneettisten aaltojen aallonpituus ja taajuus ovat käänteisesti verrannollisia. Näiden kahden tuote on yhtä suuri kuin valon nopeus, toisin sanoen:

Järjestä sähkömagneettisten aaltojen aallonpituudet tai taajuudet sähkömagneettisen spektrin muodostamiseksi. Eri aallonpituuksien tai taajuuksien mukaan sähkömagneettiset aallot voidaan jakaa säteilyalueelle, ultraviolettialueelle, näkyvälle valoalueelle, infrapuna -alueelle, mikroaaltoalueelle, radioaaltoalueelle ja pitkäaaltoalueelle. Viestinnässä käytetyt bändit ovat pääasiassa infrapuna -alue, mikroaaltoalue ja radioaallon alue. Seuraava kuva auttaa sinua ymmärtämään viestinnän kaistojen jakautumisen ja vastaavat etenemisvälineet muutamassa minuutissa.

Tämän artikkelin päähenkilö ”Fiber Optic Communication” käyttää kevyitä aaltoja infrapunakaistalla. Kun kyse on tässä vaiheessa, ihmiset saattavat ihmetellä, miksi sen on oltava infrapunabändissä? Tämä ongelma liittyy optiseen kuitumateriaalien, nimittäin piidioksidilasiin, optiseen siirtohäviöön. Seuraavaksi meidän on ymmärrettävä, kuinka optiset kuidut lähettävät valoa.

Taite-, heijastus ja valon täydellinen heijastus

Kun valo säteilee yhdestä aineesta toiseen, taittuminen ja heijastus tapahtuvat kahden aineen välisessä rajapinnassa ja taitekulma kasvaa tulevan valon kulman kanssa. Kuten kuvassa ① → ②. Kun tapahtumakulma saavuttaa tai ylittää tietyn kulman, taiteva valo katoaa ja kaikki tuleva valo heijastuu takaisin, mikä on valon kokonaisheijastus, kuten ② → ③ esitetään seuraavassa kuvassa.

Eri materiaaleilla on erilaiset taitekertoimet, joten valon etenemisen nopeus vaihtelee eri väliaineissa. TAUSKIRJOITTAMINEN EDUSTA N, N = C/V, missä C on tyhjiön nopeus ja V on väliaineen etenemisnopeus. Mediumia, jolla on korkeampi taitekerroin, kutsutaan optisesti tiheäksi väliaineeksi, kun taas alhaisemmalla taitekerroin väliaineella kutsutaan optisesti harvaksi väliainiksi. Kaksi ehtoa täydellisen heijastuksen esiintymiseksi ovat:
1. Lähetys optisesti tiheästä väliaineesta optisesti harvaan väliaineeseen
2.
Optisen signaalin vuotamisen välttämiseksi ja lähetyshäviön vähentämiseksi optisen kuitujen optinen lähetys tapahtuu kokonaishedosolosuhteissa.

Osa 2. Johdanto optisiin etenemisvälineisiin (kuituoptiikka)

Kuituoptinen rakenne

Optisten kuitujen suunnittelurakenne on helppo ymmärtää täydellisen heijastusvalon lisääntymisen perustiedot. Optisen kuidun paljain kuitu on jaettu kolmeen kerrokseen: Ensimmäinen kerros on ydin, joka sijaitsee kuidun keskellä ja koostuu korkean puhtaan piidioksidista, joka tunnetaan myös nimellä lasi. Ydinhalkaisija on yleensä 9-10 mikronia (yksimuotoinen), 50 tai 62,5 mikronia (monimuotoinen). Kuituydin on korkea taitekerroin ja sitä käytetään valon lähettämiseen. Toisen kerroksen verhous: Sijaitsee kuidun ytimen ympärillä, joka koostuu myös piidioksidilasista (halkaisija yleensä 125 mikronia). Verhoilun taitekerroin on alhainen, mikä muodostaa kokonaisen heijastusolosuhteet yhdessä kuidun ytimen kanssa. Kolmas pinnoitekerros: Ulosin kerros on vahvistettu hartsipinnoitus. Suojakerrosmateriaalilla on suuri lujuus ja se kestää suuria vaikutuksia, suojaamalla optisen kuidun vesihöyryn eroosiolta ja mekaaniselta hankautumalta.

Optinen lähetyshäviö

Kuituoptinen siirtohäviö on erittäin tärkeä tekijä, joka vaikuttaa kuituoptisen viestinnän laatuun. Tärkeimpiä tekijöitä, jotka aiheuttavat optisten signaalien vaimentamista, ovat materiaalien imeytymishäviö, sirontahäviö siirron aikana ja muut tekijöiden, kuten kuidun taivutuksen, puristuksen ja telakoinnin menetyksen aiheuttamat häviöt.

Valon aallonpituus on erilainen, ja myös siirtohäviö optisissa kuiduissa on erilainen. Tappion minimoimiseksi ja tarttumisvaikutuksen varmistamiseksi tutkijat ovat sitoutuneet löytämään sopivin valo. Aallonpituusalueella 1260 nm ~ 1360 nm: llä on pienin signaalin vääristymä, joka johtuu dispersiosta ja alhaisimmasta absorptiohäviöstä. Varhaisina aikoina tämä aallonpituusalue hyväksyttiin optiseksi viestintäkaistana. Myöhemmin, pitkän etsintä- ja harjoittelujakson jälkeen, asiantuntijat tiivistivät vähitellen pienen menetyksen aallonpituusalueen (1260 nm ~ 1625 nm), joka sopii parhaiten siirtoon optisissa kuiduissa. Joten kuituoptisessa viestinnässä käytetyt kevyet aallot ovat yleensä infrapunakaistalla.

Kuituoptinen luokittelu

Multimode -optinen kuitu: lähettää useita tiloja, mutta suuri modaalinen dispersio rajoittaa digitaalisten signaalien lähettämisen taajuutta, ja tämä rajoitus vaikeutuu lisäämällä siirtoetäisyyttä. Siksi multimoodikuituoptisen siirron etäisyys on suhteellisen lyhyt, yleensä vain muutaman kilometrin päässä.
Yhden moodin kuitu: Hyvin pienellä kuidun halkaisijalla teoreettisesti vain yksi tila voidaan lähettää, joten se sopii etäviestintään.

Osa 3. Kuituoptisen viestintäjärjestelmän toimintaperiaate

Optisen kuituviestintäjärjestelmä

Yleisesti käytetyt viestintätuotteet, kuten matkapuhelimet ja tietokoneet, lähettävät tietoja sähkösignaalien muodossa. Kun suoritat optista viestintää, ensimmäinen vaihe on muuntaa sähköiset signaalit optisiksi signaaleiksi, lähettää ne kuituoptisten kaapeleiden kautta ja muuntaa sitten optiset signaalit sähkösignaaleiksi tiedonsiirron tarkoituksen saavuttamiseksi. Optisen viestintäjärjestelmä koostuu optisesta lähettimestä, optisesta vastaanottimesta ja kuituoptisesta piiristä valon lähettämiseen. Pitkän matkan signaalin siirron laadun varmistamiseksi käytetään yleensä optisia toistimia ja multiplekserejä.

Alla on lyhyt johdanto kunkin komponentin toimintaperiaatteeseen kuituoptisen viestintäjärjestelmän.

Optinen lähetin:Muuttaa sähköiset signaalit optisiksi signaaleiksi, jotka koostuvat pääasiassa signaalimodulaattoreista ja valonlähteistä.

Signaali multiplekseri:Pariskunnat eri aallonpituuksien optiset kantaja -signaalit samaan optiseen kuituun siirtoon saavuttaen siirtokapasiteetin kaksinkertaistumisen vaikutuksen.

Optinen toisto:Lähetyksen aikana signaalin aaltomuoto ja voimakkuus huononee, joten on tarpeen palauttaa aaltomuoto alkuperäisen signaalin siistille aaltomuodoille ja lisätä valon voimakkuutta.

Signaali demultiplekser:Hajota multipleksoitu signaali alkuperäisiin yksittäisiin signaaleihinsa.

Optinen vastaanotin:muuntaa vastaanotetun optisen signaalin sähköiseksi signaaliksi, joka koostuu pääasiassa fotodetetorista ja demodulaattorista.

Osa 4. Optisen viestinnän edut ja sovellukset

Optisen viestinnän edut:

1. Pitkä releetäisyys, taloudellinen ja energiansäästö
Olettaen, että 10 Gbps (10 miljardia 0 tai 1 signaalia sekunnissa) lähettämistä tiedonsiirrossa on, jos sähköviestintää käytetään, signaali on välitettävä ja säädettävä muutaman sadan metrin välein. Tähän verrattuna optisen viestinnän avulla voi saavuttaa yli 100 kilometrin releetäisyys. Mitä vähemmän kertoja signaali säädetään, sitä alhaisemmat kustannukset. Toisaalta optisen kuidun materiaali on piisidioksidia, jolla on runsaasti varantoja ja paljon halvempia kuin kuparilanka. Siksi optisella viestinnällä on taloudellinen ja energiansäästövaikutus.

2. nopea tiedonsiirto ja korkean viestinnän laatu

Esimerkiksi nyt kun puhut ystävien kanssa ulkomailla tai juttelemalla verkossa, ääni ei ole niin viivästynyt kuin ennen. Televiestinnän aikakaudella kansainvälinen viestintä riippuu pääasiassa keinotekoisista satelliitteista lähetysreleinä, mikä johtaa pidempiin siirtopolkuihin ja hitaampaan signaalin saapumiseen. Ja optinen viestintä sukellusvenekaapeleiden avulla lyhentää siirtoetäisyyttä, mikä tekee tiedonsiirrosta nopeamman. Siksi optisen viestinnän käyttö voidaan saavuttaa sujuvamman viestintä ulkomailla.

3. Vahva interferenssin vastainen kyky ja hyvä luottamuksellisuus

Sähköviestintä voi kokea sähkömagneettisten häiriöiden aiheuttamia virheitä, mikä johtaa viestinnän laadun heikkenemiseen. Sähkömelu ei kuitenkaan vaikuta optiseen viestintään, mikä tekee siitä turvallisemman ja luotettavamman. Ja kokonaisen heijastuksen periaatteen vuoksi signaali rajoittuu kokonaan optiseen kuituun lähettämistä varten, joten luottamuksellisuus on hyvä.

4. Suuri siirtokapasiteetti
Yleensä sähköviestintä voi lähettää vain 10 gbps (10 miljardia 0 tai 1 signaalia sekunnissa) tietoa, kun taas optinen viestintä voi lähettää tietoa 1TBPS (1 biljoonaa 0 tai 1 signaalia).

Optisen viestinnän soveltaminen

Optisella viestinnällä on monia etuja, ja se on integroitu elämämme jokaiseen nurkkaan sen kehityksen jälkeen. Internetiä käyttävät laitteet, kuten matkapuhelimet, tietokoneet ja IP -puhelimet, yhdistävät kaikki alueelleen, koko maahan ja jopa globaaliin viestintäverkkoon. Esimerkiksi tietokoneiden ja matkapuhelimien lähettämät signaalit keräävät paikallisille viestinnän operaattorille tukiasemille ja verkkopalvelujen tarjoajalaitteille, ja sitten siirretään eri osiin maailmaa sukellusveneiden kuitukaapeleiden kautta.

Päivittäisten aktiviteettien, kuten videopuhelujen, verkkokaupoissa, videopelien ja kaikkien tarkkailujen, toteuttaminen luottaa sen tukeen ja apuun kulissien takana. Optisten verkkojen syntyminen on tehnyt elämästämme mukavamman ja kätevämmän.