Podstawowa znajomość światłowodu

Wynalazek światłowodu spowodował rewolucję w dziedzinie komunikacji. Jeśli nie ma światłowodów, które zapewniają kanały o dużej pojemności, Internet może pozostać tylko na etapie teoretycznym. Jeśli XX wiek był erą prądu, to XXI wiek jest erą światła. Jak światło osiąga komunikację? Nauczmy się podstawowej wiedzy na temat komunikacji optycznej wraz z redaktorem poniżej.

Część 1. Podstawowa wiedza na temat propagacji światła

Zrozumienie fali świetlnych
Fale światła są w rzeczywistości falami elektromagnetycznymi, a w wolnej przestrzeni długość fali i częstotliwość fal elektromagnetycznych są odwrotnie proporcjonalne. Produkt tych dwóch jest równy prędkości światła, to znaczy:

Ułóż długości fali lub częstotliwości fal elektromagnetycznych w celu utworzenia widma elektromagnetycznego. Zgodnie z różnymi długościami fal lub częstotliwości, fale elektromagnetyczne można podzielić na region promieniowania, obszar ultrafioletowy, obszar światła widzialnego, region podczerwieni, region mikrofalowy, region fali radiowej i region fali długiej. Pasmami używanymi do komunikacji są głównie region podczerwieni, region mikrofalowy i region fali radiowej. Poniższy obraz pomoże ci zrozumieć podział zespołów komunikacyjnych i odpowiednich mediów propagacji w ciągu kilku minut.

Bohater tego artykułu „Komunikacja światłowodowa” wykorzystuje fale lekkie w paśmie podczerwieni. Jeśli chodzi o to, ludzie mogą się zastanawiać, dlaczego musi być w zespole podczerwieni? Problem ten jest związany z optyczną utratą transmisji materiałów światłowodowych, a mianowicie szkła krzemionkowego. Następnie musimy zrozumieć, w jaki sposób włókna optyczne przenoszą światło.

Zreślenie, odbicie i całkowite odbicie światła

Gdy światło jest emitowane z jednej substancji do drugiej, na interfejsie między dwiema substancjami występują załamanie i odbicie, a kąt załamania wzrasta wraz z kątem padającego światła. Jak pokazano na rysunku ① → ②. Gdy kąt zdarzenia sięgnie lub przekracza określony kąt, załamane światło znika, a całe światło padające jest odbijane z tyłu, co jest całkowitym odbiciem światła, jak pokazano na ② → ③ na poniższym rysunku.

Różne materiały mają różne wskaźniki załamania światła, więc prędkość propagacji światła różni się w różnych mediach. Wskaźnik załamania jest reprezentowany przez n, n = c/v, gdzie c jest prędkością w próżni, a v jest prędkością propagacji w pożywce. Medium z wyższym współczynnikiem załamania światła nazywane jest optycznie gęstym medium, podczas gdy medium o niższym współczynniku załamania załamania nazywane jest optycznie rzadkim medium. Dwa warunki do całkowitej refleksji to:
1. Transmisja z optycznie gęstego pożywki na optycznie rzadkie podłoże
2. Kąt padania jest większy lub równy krytycznych kątem całkowitego odbicia
Aby uniknąć wycieku sygnału optycznego i zmniejszyć utratę transmisji, transmisja optyczna w włóknach optycznych występuje w warunkach odbicia całkowitego.

Część 2. Wprowadzenie do mediów propagacji optycznej (światłowodowy)

Struktura światłowodowa

Dzięki podstawowej wiedzy o całkowitej propagacji światła odbicia łatwo jest zrozumieć strukturę projektową włókien optycznych. Gołe błonnik światłowodu jest podzielone na trzy warstwy: pierwsza warstwa to rdzeń, który znajduje się na środku włókna i składa się z dwutlenku silikonowego o wysokiej ostrości, znanym również jako szkło. Średnica rdzenia wynosi na ogół 9-10 mikronów (pojedynczy tryb), 50 lub 62,5 mikronów (multi-tryb). Rdzeń światłowodowy ma wysokie współczynniki załamania światła i służy do transmisji światła. Ograniczenie drugiej warstwy: znajdują się wokół rdzenia światłowodowego, składającego się również ze szkła krzemionkowego (o średnicy ogólnie 125 mikronów). Wskaźnik załamania okładziny jest niski, tworząc całkowity stan odbicia wraz z rdzeniem włókna. Trzecia warstwa powłoki: Warstwa zewnętrzna jest powłoką żywicą wzmocnioną. Materiał warstwy ochronny ma wysoką wytrzymałość i może wytrzymać duże uderzenia, chroniąc światłowód przed erozją pary wodnej i ścieranie mechaniczne.

Utrata transmisji optycznej

Utrata transmisji światłowodowej jest bardzo ważnym czynnikiem wpływającym na jakość komunikacji światłowodowej. Główne czynniki powodujące tłumienie sygnałów optycznych obejmują utratę materiałów wchłaniania, utratę rozpraszania podczas transmisji i inne straty spowodowane przez czynniki takie jak zginanie włókien, kompresja i utrata dokowania.

Długość fali światła jest inna, a utrata transmisji w włóknach optycznych jest również inna. Aby zminimalizować stratę i zapewnić efekt transmisji, naukowcy zostali zaangażowani w znalezienie najbardziej odpowiedniego światła. Światło w zakresie długości fali 1260 nm ~ 1360 nm ma najmniejsze zniekształcenie sygnału spowodowane dyspersją i najniższą utratą absorpcji. Na początku ten zakres długości fali został przyjęty jako pasmo komunikacji optycznej. Później, po długim okresie eksploracji i praktyki, eksperci stopniowo podsumowali zakres długości fali o niskiej straty (1260 nm ~ 1625 nm), który jest najbardziej odpowiedni do transmisji w włóknach optycznych. Tak więc fale światła stosowane w komunikacji światłowodowej są na ogół w pasmach podczerwieni.

Klasyfikacja światłowodowa

Multimode światłowodowy: przesyła wiele trybów, ale duża dyspersja między modalna ogranicza częstotliwość transmisji cyfrowych, a ograniczenie to staje się silniejsze wraz ze wzrostem odległości transmisji. Dlatego odległość transmisji światłowodowej jest stosunkowo krótka, zwykle tylko kilka kilometrów.
Włókno z pojedynczym trybem: o bardzo małej średnicy światłowodowej, teoretycznie można przesyłać tylko jeden tryb, dzięki czemu nadaje się do zdalnej komunikacji.

Część 3. Zasada pracy systemu komunikacji światłowodowej

System komunikacji światłowodowej

Powszechnie używane produkty komunikacyjne, takie jak telefony komórkowe i komputery, przesyłają informacje w postaci sygnałów elektrycznych. Podczas prowadzenia komunikacji optycznej pierwszym krokiem jest przekształcenie sygnałów elektrycznych na sygnały optyczne, przesyłanie ich przez kable światłowodowe, a następnie przekształcenie sygnałów optycznych na sygnały elektryczne w celu osiągnięcia celu transmisji informacji. Podstawowy system komunikacji optycznej składa się z nadajnika optycznego, odbiornika optycznego i obwodu światłowodowego do przesyłania światła. Aby zapewnić jakość transmisji sygnału na duże odległości i poprawić szerokość pasma transmisji, powszechnie stosuje się repeatery optyczne i multipleksery.

Poniżej znajduje się krótkie wprowadzenie do zasady roboczej każdego elementu w systemie komunikacji światłowodowej.

Nadajnik optyczny:przekształca sygnały elektryczne na sygnały optyczne, składające się głównie z modulatorów sygnałowych i źródeł światła.

Multiplekser sygnału:Pary wiele optycznych sygnałów nośnika o różnych długościach fali w tym samym światłowcu optycznym do transmisji, osiągając efekt podwojenia pojemności transmisji.

Repeater optyczny:Podczas transmisji przebieg i intensywność sygnału ulegną pogorszeniu, więc konieczne jest przywrócenie przebiegu do schludnego przebiegu oryginalnego sygnału i zwiększenie intensywności światła.

Demultiplexer sygnału:Rozłóż multipleksowany sygnał na oryginalne indywidualne sygnały.

Odbiornik optyczny:przekształca odebrany sygnał optyczny na sygnał elektryczny, złożony głównie z fotodetektora i demodulatora.

Część 4. Zalety i zastosowania komunikacji optycznej

Zalety komunikacji optycznej:

1. Długość przekaźnika, ekonomiczna i oszczędna energia
Zakładając, że transmisja 10 Gb / s (10 miliardów 0 lub 1 sygnały na sekundę) informacji, jeśli zastosowana jest komunikacja elektryczna, sygnał musi być przekazywany i dostosowywany co kilkaset metrów. W porównaniu z tym stosowanie komunikacji optycznej może osiągnąć odległość przekaźnika ponad 100 kilometrów. Im mniej razy sygnał jest dostosowywany, tym niższy koszt. Z drugiej strony materiałem światłowodu jest dwutlenek krzemowy, który ma obfite rezerwy i znacznie niższe koszty niż drut miedziany. Dlatego komunikacja optyczna ma efekt ekonomiczny i energooszczędny.

2. Szybka transmisja informacji i wysoka jakość komunikacji

Na przykład, teraz rozmawiając z przyjaciółmi za granicą lub rozmawiając online, dźwięk nie jest tak opóźniony jak wcześniej. W erze telekomunikacji komunikacja międzynarodowa opiera się głównie na sztucznych satelitach jako przekaźnikach do transmisji, co powoduje dłuższe ścieżki transmisji i wolniejsze przybycie sygnału. Oraz komunikacja optyczna, za pomocą kabli okrętów podwodnych, skraca odległość transmisji, zwiększając transmisję informacji. Dlatego korzystanie z komunikacji optycznej może osiągnąć gładszą komunikację z zagranicą.

3. Silna zdolność przeciw interferencji i dobra poufność

Komunikacja elektryczna może wystąpić błędy z powodu zakłóceń elektromagnetycznych, co prowadzi do zmniejszenia jakości komunikacji. Jednak hałas elektryczny nie ma wpływu na komunikację optyczną, co czyni ją bezpieczniejszą i bardziej niezawodną. Ze względu na zasadę całkowitego odbicia sygnał jest całkowicie ograniczony do światłowodu do transmisji, więc poufność jest dobra.

4. Duża pojemność transmisji
Zasadniczo komunikacja elektryczna może przesyłać tylko 10 Gb / s (10 miliardów 0 lub 1 sygnały na sekundę), podczas gdy komunikacja optyczna może przesyłać 1 TBP (1 bilion 0 lub 1 sygnały) informacji.

Zastosowanie komunikacji optycznej

Istnieje wiele zalet komunikacji optycznej i została ona zintegrowana z każdym zakątkiem naszego życia od czasu jego rozwoju. Urządzenia takie jak telefony komórkowe, komputery i telefony IP, które korzystają z Internetu, łączą wszystkich z ich regionem, całym krajem, a nawet z globalną siecią komunikacyjną. Na przykład sygnały emitowane przez komputery i telefony komórkowe gromadzą się na lokalnych stacjach bazowych operatora komunikacji i sprzęcie dostawcy sieci, a następnie są przesyłane do różnych części świata za pomocą kabli światłowodowych w kablach podwodnych.

Realizacja codziennych czynności, takich jak rozmowy wideo, zakupy online, gry wideo i obserwowanie obserwowania wsparcia i pomocy za kulisami. Pojawienie się sieci optycznych sprawiło, że nasze życie było wygodniejsze i wygodne.