Njohuri themelore të fibrave optike

Shpikja e fibrave optike ka nxitur revolucionin në fushën e komunikimit. Nëse nuk ka fibra optike për të siguruar kanale me shpejtësi të lartë me kapacitet të lartë, interneti mund të qëndrojë vetëm në fazën teorike. Nëse shekulli i 20 -të ishte epoka e energjisë elektrike, atëherë shekulli 21 është epoka e dritës. Si e arrin drita komunikimin? Le të mësojmë njohuritë themelore të komunikimit optik së bashku me redaktorin më poshtë.

Pjesa 1. Njohuri themelore të përhapjes së dritës

Kuptimi i valëve të dritës
Valët e lehta janë në të vërtetë valë elektromagnetike, dhe në hapësirën e lirë, gjatësia e valës dhe shpeshtësia e valëve elektromagnetike janë në përpjesëtim të kundërt. Produkti i të dyve është i barabartë me shpejtësinë e dritës, domethënë:

Rregulloni gjatësinë e valëve ose frekuencat e valëve elektromagnetike në mënyrë që të formoni një spektër elektromagnetik. Sipas gjatësive ose frekuencave të ndryshme të valëve, valët elektromagnetike mund të ndahen në rajonin e rrezatimit, rajonin ultravjollcë, rajonin e dritës së dukshme, rajonin e infra të kuqe, rajonin e mikrovalës, rajonin e valës së radios dhe rajonin e valës së gjatë. Bandat e përdorura për komunikim janë kryesisht rajoni infra të kuqe, rajoni i mikrovalës dhe rajoni i valës së radios. Imazhi i mëposhtëm do t'ju ndihmojë të kuptoni ndarjen e bandave të komunikimit dhe mediave përkatëse të përhapjes në minuta.

Protagonisti i këtij artikulli, "Komunikimi Fiber Optik", përdor valë të lehta në bandën infra të kuqe. Kur bëhet fjalë për këtë pikë, njerëzit mund të pyesin veten pse duhet të jetë në bandën infra të kuqe? Kjo çështje ka të bëjë me humbjen optike të transmetimit të materialeve të fibrave optike, përkatësisht xhami silicë. Tjetra, duhet të kuptojmë se si fibrat optike transmetojnë dritë.

Refraksioni, reflektimi dhe reflektimi total i dritës

Kur drita lëshohet nga një substancë në tjetrën, refraksioni dhe reflektimi ndodhin në ndërfaqen midis dy substancave, dhe këndi i refraksionit rritet me këndin e dritës së incidentit. Siç tregohet në figurën ① →. Kur këndi i incidentit arrin ose tejkalon një kënd të caktuar, drita e refraktuar zhduket dhe e gjithë drita e incidentit reflektohet mbrapa, që është pasqyrimi i përgjithshëm i dritës, siç tregohet në ② → ③ në figurën vijuese.

Materiale të ndryshme kanë indekse të ndryshme refraktive, kështu që shpejtësia e përhapjes së dritës ndryshon në media të ndryshme. Indeksi refraktiv përfaqësohet nga n, n = c/v, ku c është shpejtësia në vakum dhe V është shpejtësia e përhapjes në medium. Një medium me një indeks refraktiv më të lartë quhet një medium optikisht i dendur, ndërsa një medium me një indeks refraktiv më të ulët quhet një medium optikisht i rrallë. Dy kushtet për të ndodhur reflektim total janë:
1. Transmetimi nga mediumi optik i dendur në mediumin optikisht të rrallë
2. Këndi i incidentit është më i madh se ose i barabartë me këndin kritik të reflektimit total
Për të shmangur rrjedhjen e sinjalit optik dhe për të zvogëluar humbjen e transmetimit, transmetimi optik në fibrat optike ndodh në kushte totale reflektimi.

Pjesa 2. Hyrje në median e përhapjes optike (fibra optike)

Strukturë e fibrave optike

Me njohuritë themelore të përhapjes totale të dritës së reflektimit, është e lehtë të kuptohet struktura e projektimit të fibrave optike. Fibra e zhveshur e fibrave optike është e ndarë në tre shtresa: shtresa e parë është thelbi, i cili ndodhet në qendër të fibrës dhe është i përbërë nga dioksid silikoni me pastërti të lartë, i njohur gjithashtu si qelqi. Diametri bazë është përgjithësisht 9-10 mikron (me një modalitet), 50 ose 62.5 mikron (me shumë modë). Bërthama e fibrave ka një indeks të lartë refraktiv dhe përdoret për të transmetuar dritën. Veshja e shtresës së dytë: E vendosur rreth bërthamës së fibrave, e përbërë gjithashtu nga qelqi silicë (me një diametër me përgjithësi 125 mikron). Indeksi refraktiv i veshjes është i ulët, duke formuar një gjendje totale reflektimi së bashku me thelbin e fibrave. Shtresa e tretë e veshjes: Shtresa më e jashtme është një shtresë rrëshirë e përforcuar. Materiali i shtresës mbrojtëse ka forcë të lartë dhe mund t'i rezistojë ndikimeve të mëdha, duke mbrojtur fibrën optike nga erozioni i avullit të ujit dhe gërryerja mekanike.

Humbja optike e transmetimit

Humbja e transmetimit të fibrave optike është një faktor shumë i rëndësishëm që ndikon në cilësinë e komunikimit të fibrave optike. Faktorët kryesorë që shkaktojnë dobësimin e sinjaleve optike përfshijnë humbjen e thithjes së materialeve, humbjen e shpërndarjes gjatë transmetimit dhe humbjet e tjera të shkaktuara nga faktorë të tillë si lakimi i fibrave, kompresimi dhe humbja e docking.

Gjatësia e valës së dritës është e ndryshme, dhe humbja e transmetimit në fibrat optike është gjithashtu e ndryshme. Për të minimizuar humbjen dhe për të siguruar efektin e transmetimit, shkencëtarët janë angazhuar të gjejnë dritën më të përshtatshme. Drita në intervalin e gjatësisë së valës prej 1260NM ~ 1360NM ka shtrembërimin më të vogël të sinjalit të shkaktuar nga shpërndarja dhe humbja më e ulët e thithjes. Në ditët e para, kjo gamë e gjatësisë së valës u miratua si bandë e komunikimit optik. Më vonë, pas një periudhe të gjatë eksplorimi dhe praktikash, ekspertët gradualisht përmblodhën një gamë të gjatë të gjatësisë së valës me humbje të ulët (1260NM ~ 1625NM), e cila është më e përshtatshme për transmetim në fibrat optike. Pra, valët e dritës të përdorura në komunikimin me fibra optike janë përgjithësisht në brezin infra të kuq.

Klasifikimi i fibrave optike

Fibra optike multimode: transmeton mënyra të shumta, por shpërndarja e madhe ndër -modale kufizon shpeshtësinë e transmetimit të sinjaleve dixhitale, dhe ky kufizim bëhet më i rëndë me rritjen e distancës së transmetimit. Prandaj, distanca e transmetimit të fibrave multimode është relativisht e shkurtër, zakonisht vetëm disa kilometra.
Fibra me një modë të vetme: Me një diametër shumë të vogël të fibrave, teorikisht vetëm një mënyrë mund të transmetohet, duke e bërë atë të përshtatshme për komunikim në distancë.

Pjesa 3. Parimi i punës i sistemit të komunikimit të fibrave optike

Sistemi i komunikimit optik të fibrave

Produktet e komunikimit që përdoren zakonisht, siç janë telefonat mobil dhe kompjuterët, transmetojnë informacione në formën e sinjaleve elektrike. Kur kryeni komunikim optik, hapi i parë është shndërrimi i sinjaleve elektrike në sinjale optike, transmetoni ato përmes kabllove të fibrave optike, dhe pastaj shndërroni sinjalet optike në sinjale elektrike për të arritur qëllimin e transmetimit të informacionit. Sistemi themelor i komunikimit optik përbëhet nga një transmetues optik, një marrës optik dhe një qark fibër optik për transmetimin e dritës. Për të siguruar cilësinë e transmetimit të sinjalit në distancë të gjatë dhe për të përmirësuar gjerësinë e brezit të transmetimit, përdoren përgjithësisht përsëritësit optikë dhe multiplexers.

Më poshtë është një prezantim i shkurtër i parimit të punës të secilit komponent në sistemin e komunikimit të fibrave optike.

Transmetuesi optik:Shndërron sinjalet elektrike në sinjale optike, të përbëra kryesisht nga modulues të sinjalit dhe burime të dritës.

Multiplexeri i sinjalit:Plesiftet e shumta të bartësit optik të gjatësive të valëve të ndryshme në të njëjtën fibër optike për transmetim, duke arritur efektin e dyfishimit të kapacitetit të transmetimit.

Përsëritësi optik:Gjatë transmetimit, forma e valës dhe intensiteti i sinjalit do të përkeqësohen, kështu që është e nevojshme të rivendosni formën e valës në formën e valës së zoti të sinjalit origjinal dhe të rritni intensitetin e dritës.

Demultiplexer i sinjalit:Dekompozoni sinjalin e multiplexed në sinjalet e tij origjinale individuale.

Marrësi optik:konverton sinjalin optik të marrë në një sinjal elektrik, i përbërë kryesisht nga një fotodetektor dhe një demodulator.

Pjesa 4. Përparësitë dhe aplikimet e komunikimit optik

Përparësitë e komunikimit optik:

1. Distanca e gjatë e stafetave, ekonomike dhe kursim i energjisë
Duke supozuar transmetimin e 10 Gbps (10 miliardë 0 ose 1 sinjale për sekondë) të informacionit, nëse përdoret komunikimi elektrik, sinjali duhet të transmetohet dhe rregullohet çdo disa qindra metra. Në krahasim me këtë, përdorimi i komunikimit optik mund të arrijë një distancë stafete mbi 100 kilometra. Sa më pak herë të rregullohet sinjali, aq më i ulët është kostoja. Nga ana tjetër, materiali i fibrave optike është dioksidi i silikonit, i cili ka rezerva të bollshme dhe kosto shumë më të ulët se teli i bakrit. Prandaj, komunikimi optik ka një efekt ekonomik dhe të kursimit të energjisë.

2. Transmetimi i shpejtë i informacionit dhe cilësia e lartë e komunikimit

Për shembull, tani kur bisedoni me miqtë jashtë vendit ose bisedoni në internet, tingulli nuk është aq i mbetur sa më parë. Në epokën e telekomunikacionit, komunikimi ndërkombëtar kryesisht mbështetet në satelitët artificialë si stafetë për transmetim, duke rezultuar në shtigje më të gjata të transmetimit dhe mbërritjen më të ngadaltë të sinjalit. Dhe komunikimi optik, me ndihmën e kabllove nëndetëse, shkurton distancën e transmetimit, duke e bërë më shpejt transmetimin e informacionit. Prandaj, përdorimi i komunikimit optik mund të arrijë komunikim më të butë me jashtë shtetit.

3. Aftësi e fortë kundër ndërhyrjes dhe konfidencialitet i mirë

Komunikimi elektrik mund të pësojë gabime për shkak të ndërhyrjes elektromagnetike, duke çuar në një ulje të cilësisë së komunikimit. Sidoqoftë, komunikimi optik nuk ndikohet nga zhurma elektrike, duke e bërë atë më të sigurt dhe më të besueshëm. Dhe për shkak të parimit të reflektimit total, sinjali kufizohet plotësisht në fibrën optike për transmetim, kështu që konfidencialiteti është i mirë.

4. Kapaciteti i madh i transmetimit
Në përgjithësi, komunikimi elektrik mund të transmetojë vetëm 10Gbps (10 miliardë 0 ose 1 sinjale për sekondë) të informacionit, ndërsa komunikimi optik mund të transmetojë 1TBPS (1 trilion 0 ose 1 sinjale) të informacionit.

Zbatimi i komunikimit optik

Ka shumë përparësi për komunikimin optik, dhe ai është integruar në çdo cep të jetës sonë që nga zhvillimi i tij. Pajisjet siç janë telefonat celularë, kompjuterët dhe telefonat IP që përdorin internetin i lidhin të gjithë me rajonin e tyre, të gjithë vendin, dhe madje edhe me rrjetin global të komunikimit. Për shembull, sinjalet e emetuara nga kompjuterë dhe telefona celularë mblidhen në stacionet bazë të operatorit të komunikimit lokal dhe pajisjet e ofruesit të rrjetit, dhe më pas transmetohen në pjesë të ndryshme të botës përmes kabllove të fibrave optike në kabllot nëndetëse.

Realizimi i aktiviteteve të përditshme të tilla si thirrjet video, blerjet në internet, lojërat video dhe shikimi i Binge të gjithë mbështeten në mbështetjen dhe ndihmën e tij prapa skenave. Shfaqja e rrjeteve optike e ka bërë jetën tonë më të rehatshme dhe të përshtatshme.