Grundlæggende viden om optisk fiber

Opfindelsen af ​​optisk fiber har drevet revolutionen inden for kommunikationsområdet. Hvis der ikke er nogen optisk fiber til at give højhastighedskanaler med høj kapacitet, kan internettet kun forblive i det teoretiske stadium. Hvis det 20. århundrede var æraen med elektricitet, er det 21. århundrede lysets æra. Hvordan opnår lys kommunikation? Lad os lære den grundlæggende viden om optisk kommunikation sammen med redaktøren nedenfor.

Del 1. Grundlæggende viden om lysformering

Forståelse af lette bølger
Lette bølger er faktisk elektromagnetiske bølger, og i frit rum er bølgelængden og hyppigheden af ​​elektromagnetiske bølger omvendt proportional. Produktet af de to er lig med lysets hastighed, det vil sige:

Arranger bølgelængderne eller frekvenserne af elektromagnetiske bølger for at danne et elektromagnetisk spektrum. I henhold til de forskellige bølgelængder eller frekvenser kan elektromagnetiske bølger opdeles i strålingsregion, ultraviolet region, synligt lysregion, infrarød region, mikrobølgeregion, radiobølgeregion og langbølgeområde. Båndene, der bruges til kommunikation, er hovedsageligt den infrarøde region, mikrobølgeområde og radiobølgeområdet. Følgende billede hjælper dig med at forstå opdelingen af ​​kommunikationsbånd og tilsvarende forplantningsmedier på få minutter.

Hovedpersonen i denne artikel, "Fiberoptisk kommunikation", bruger lette bølger i det infrarøde band. Når det kommer til dette punkt, kan folk undre sig over, hvorfor det skal være i det infrarøde band? Dette problem er relateret til det optiske transmissionstab af optiske fibermaterialer, nemlig silicaglas. Dernæst er vi nødt til at forstå, hvordan optiske fibre transmitterer lys.

Brydning, refleksion og total refleksion af lys

Når lys udsendes fra et stof til et andet, forekommer refraktion og refleksion ved grænsefladen mellem de to stoffer, og brydningsvinklen øges med vinklen på det indfaldende lys. Som vist i figur ① → ②. Når hændelsesvinklen når eller overstiger en bestemt vinkel, forsvinder det brydede lys, og al den indfaldende lys reflekteres tilbage, hvilket er den samlede reflektion af lys, som vist i ② → ③ i følgende figur.

Forskellige materialer har forskellige brydningsindekser, så hastigheden af ​​lysformering varierer i forskellige medier. Brydningsindekset er repræsenteret af n, n = c/v, hvor c er hastigheden i vakuum og V er forplantningshastigheden i mediet. Et medium med et højere brydningsindeks kaldes et optisk tæt medium, mens et medium med et lavere brydningsindeks kaldes et optisk sparsomt medium. De to betingelser for, at total refleksion kan forekomme, er:
1. transmission fra optisk tæt medium til optisk sparsomt medium
2. Hændelsesvinklen er større end eller lig med den kritiske vinkel for total refleksion
For at undgå optisk signallækage og reducere transmissionstab forekommer optisk transmission i optiske fibre under samlede reflektionsbetingelser.

Del 2. Introduktion til optisk forplantningsmedie (fiberoptisk)

Fiberoptisk struktur

Med den grundlæggende viden om total reflektionslysformering er det let at forstå designstrukturen for optiske fibre. Den blotte fiber af optisk fiber er opdelt i tre lag: Det første lag er kernen, der er placeret i midten af ​​fiberen og er sammensat af siliciumdioxid med høj renhed, også kendt som glas. Kernediameteren er generelt 9-10 mikron (enkelt-mode), 50 eller 62,5 mikron (multi-mode). Fiberkernen har et højt brydningsindeks og bruges til at transmittere lys. Andet lag beklædning: placeret omkring fiberkernen, også sammensat af silicaglas (med en diameter på generelt 125 mikron). Brydningsindekset for beklædningen er lavt, hvilket danner en total reflektionsbetingelse sammen med fiberkernen. Det tredje belægningslag: Det yderste lag er en forstærket harpiksbelægning. Det beskyttende lagmateriale har høj styrke og kan modstå store påvirkninger og beskytte den optiske fiber mod erosion af vanddamp og mekanisk slid.

Tab af optisk transmission

Fiberoptisk transmissionstab er en meget vigtig faktor, der påvirker kvaliteten af ​​fiberoptisk kommunikation. De vigtigste faktorer, der forårsager dæmpning af optiske signaler, inkluderer absorptionstab af materialer, spredningstab under transmission og andre tab forårsaget af faktorer såsom fiberbøjning, komprimering og dockingtab.

Lysets bølgelængde er forskellig, og transmissionstabet i optiske fibre er også forskelligt. For at minimere tabet og sikre transmissionseffekten har forskere været forpligtet til at finde det mest passende lys. Lyset i bølgelængdeområdet på 1260nm ~ 1360nm har det mindste signalforvrængning forårsaget af spredning og det laveste absorptionstab. I de tidlige dage blev dette bølgelængdeområde vedtaget som det optiske kommunikationsbånd. Senere, efter en lang periode med efterforskning og praksis, opsummerede eksperter gradvist et bølgelængdeområde med lavt tab (1260nm ~ 1625nm), som er bedst egnet til transmission i optiske fibre. Så de lette bølger, der bruges i fiberoptisk kommunikation, er generelt i det infrarøde bånd.

Fiberoptisk klassificering

Multimode optisk fiber: transmitterer flere tilstande, men den store intermodale spredning begrænser hyppigheden af ​​transmission af digitale signaler, og denne begrænsning bliver mere alvorlig med stigende transmissionsafstand. Derfor er afstanden til multimode fiberoptisk transmission relativt kort, normalt kun et par kilometer.
Single Mode Fiber: Med en meget lille fiberdiameter kan teoretisk kun en tilstand transmitteres, hvilket gør den velegnet til fjernkommunikation.

Del 3. Arbejdsprincippet om fiberoptisk kommunikationssystem

Optisk fiberkommunikationssystem

De kommunikationsprodukter, der ofte bruges, såsom mobiltelefoner og computere, transmitterer information i form af elektriske signaler. Når man udfører optisk kommunikation, er det første trin at konvertere elektriske signaler til optiske signaler, overføre dem gennem fiberoptiske kabler og derefter konvertere de optiske signaler til elektriske signaler for at opnå formålet med informationsoverførsel. Det grundlæggende optiske kommunikationssystem består af en optisk sender, en optisk modtager og et fiberoptisk kredsløb til transmission af lys. For at sikre, at kvaliteten af ​​langdistancesignal transmission og forbedre transmissionsbåndbredde, bruges optiske repeatere og multiplexere generelt.

Nedenfor er en kort introduktion til arbejdsprincippet for hver komponent i det fiberoptiske kommunikationssystem.

Optisk sender:Konverterer elektriske signaler til optiske signaler, hovedsageligt sammensat af signalmodulatorer og lyskilder.

Signalmultiplexer:Par flere optiske bæresignaler af forskellige bølgelængder i den samme optiske fiber til transmission, hvilket opnår effekten af ​​fordobling af transmissionskapacitet.

Optisk repeater:Under transmission vil bølgeformen og intensiteten af ​​signalet forværres, så det er nødvendigt at gendanne bølgeformen til det originale signals pæne bølgeform og øge lysintensiteten.

Signal demultiplexer:Nedbryd det multiplexede signal til dets originale individuelle signaler.

Optisk modtager:Konverterer det modtagne optiske signal til et elektrisk signal, hovedsageligt sammensat af en fotodetektor og en demodulator.

Del 4. Fordele og anvendelser af optisk kommunikation

Fordele ved optisk kommunikation:

1. lang relæafstand, økonomisk og energibesparende
Hvis man antager transmission af 10 Gbps (10 milliarder 0 eller 1 signaler pr. Sekund) af information, hvis der anvendes elektrisk kommunikation, skal signalet videresendes og justeres hvert par hundrede meter. Sammenlignet med dette kan ved hjælp af optisk kommunikation opnå en relæafstand på over 100 kilometer. Jo færre gange signalet justeres, jo lavere er omkostningerne. På den anden side er materialet med optisk fiber siliciumdioxid, som har rigelige reserver og meget lavere omkostninger end kobbertråd. Derfor har optisk kommunikation en økonomisk og energibesparende virkning.

2. Transmission af hurtig information og høj kommunikationskvalitet

For eksempel, når du taler med venner i udlandet eller chatter online, er lyden ikke så hængende som før. I telekommunikationens æra er international kommunikation hovedsageligt afhængig af kunstige satellitter som relæer til transmission, hvilket resulterer i længere transmissionsstier og langsommere signal ankomst. Og optisk kommunikation ved hjælp af ubådskabler forkorter transmissionsafstanden, hvilket gør informationsoverførslen hurtigere. Derfor kan brug af optisk kommunikation opnå glattere kommunikation med i udlandet.

3.. Stærk anti-interferensevne og god fortrolighed

Elektrisk kommunikation kan opleve fejl på grund af elektromagnetisk interferens, hvilket fører til et fald i kommunikationskvaliteten. Optisk kommunikation påvirkes imidlertid ikke af elektrisk støj, hvilket gør den mere sikker og mere pålidelig. Og på grund af princippet om total refleksion er signalet fuldstændigt begrænset til den optiske fiber til transmission, så fortroligheden er god.

4. stor transmissionskapacitet
Generelt kan elektrisk kommunikation kun transmittere 10 Gbps (10 milliarder 0 eller 1 signaler pr. Sekund) af information, mens optisk kommunikation kan transmittere 1 tbps (1 billioner 0 eller 1 signaler) af information.

Anvendelse af optisk kommunikation

Der er mange fordele ved optisk kommunikation, og det er blevet integreret i hvert hjørne af vores liv siden dens udvikling. Enheder som mobiltelefoner, computere og IP -telefoner, der bruger internettet, forbinder alle til deres region, hele landet og endda til det globale kommunikationsnetværk. For eksempel samles signaler, der udsendes af computere og mobiltelefoner, på lokale kommunikationsoperatørstationer og udstyrsudbyderudstyr og overføres derefter til forskellige dele af verden gennem fiberoptiske kabler i ubådskabler.

Realiseringen af ​​daglige aktiviteter såsom videoopkald, online shopping, videospil og binge ser alle afhængige af dens støtte og hjælp bag kulisserne. Fremkomsten af ​​optiske netværk har gjort vores liv mere behageligt og praktisk.