Асноўныя веды пра аптычнае валакно

Вынаходства аптычнага валакна прывяло да рэвалюцыі ў галіне зносін. Калі няма аптычнага валакна для забеспячэння высокай хуткаснай магутнасці, Інтэрнэт можа заставацца толькі на тэарэтычнай стадыі. Калі 20 -га стагоддзя была эпохай электраэнергіі, то 21 стагоддзе - эпоха святла. Як святло дасягае зносін? Давайце даведаемся пра асноўныя веды аб аптычнай камунікацыі разам з рэдактарам ніжэй.

Частка 1. Асноўныя веды пра распаўсюджванне святла

Разуменне лёгкіх хваль
Лёгкія хвалі на самай справе з'яўляюцца электрамагнітнымі хвалямі, а ў свабоднай прасторы даўжыня хвалі і частата электрамагнітных хваль зваротна прапарцыйныя. Прадукт абодвух роўны хуткасці святла, гэта значыць:

Раскладзеце даўжыні хваль або частоты электрамагнітных хваль, каб утварыць электрамагнітны спектр. У адпаведнасці з рознымі даўжынямі хваль або частотах, электрамагнітныя хвалі можна падзяліць на радыяцыйную вобласць, ультрафіялетавую вобласць, вобласць бачнага святла, інфрачырвоную вобласць, мікрахвалевую вобласць, вобласць радыё -хвалі і вобласць доўгай хвалі. Гурты, якія выкарыстоўваюцца для зносін, у асноўным з'яўляюцца інфрачырвонай вобласцю, мікрахвалевай печчу і радыёпрамінай. Наступнае малюнак дапаможа вам зразумець аддзел калектываў сувязі і адпаведныя носьбіты распаўсюджвання за лічаныя хвіліны.

Галоўны герой гэтага артыкула "Валаконна -аптычная камунікацыя" выкарыстоўвае лёгкія хвалі ў інфрачырвонай паласе. Калі справа даходзіць да гэтага моманту, людзі могуць задацца пытаннем, чаму гэта павінна быць у інфрачырвонай паласе? Гэтае пытанне звязана з аптычнай стратай перадачы аптычных валокнаў, а менавіта крэмневым шклом. Далей нам трэба зразумець, як аптычныя валокны перадаюць святло.

Праламленне, разважанне і поўнае адлюстраванне святла

Калі святло выпраменьваецца з аднаго рэчыва да іншага, праламленне і рэфлексія адбываюцца на інтэрфейсе паміж двума рэчывамі, і кут праламлення павялічваецца пад вуглом падаючага святла. Як паказана на малюнку ① → ②. Калі кут падачы дасягае або перавышае пэўны кут, пераламлянае святло знікае, і ўсё падаючы святло адлюстроўваецца назад, што з'яўляецца поўным адлюстраваннем святла, як паказана на ② → ③ на наступным малюнку.

Розныя матэрыялы маюць розныя паказчыкі праламлення, таму хуткасць распаўсюджвання святла змяняецца ў розных асяроддзях. Індэкс праламлення прадстаўлены N, N = C/V, дзе C - хуткасць у вакууме, а V - хуткасць распаўсюджвання ў асяроддзі. Сярэдні з больш высокім паказчыкам праламлення называецца аптычна шчыльнай асяроддзем, у той час як асяроддзе з меншым паказчыкам праламлення называецца аптычна рэдкай асяроддзем. Дзве ўмовы для поўнага адлюстравання:
1. Перадача ад аптычна шчыльнай асяроддзя да аптычна разрэджанай асяроддзя
2. Кут падачы большы або роўны крытычнаму куце поўнага адлюстравання
Каб пазбегнуць уцечкі аптычнага сігналу і паменшыць страту перадачы, аптычная перадача ў аптычных валокнах адбываецца пры агульных умовах адлюстравання.

Частка 2. Уводзіны ў аптычнае распаўсюджванне носьбіта (валаконна -аптычная)

Валаконна -аптычная структура

З асноўным веданнем агульнага распаўсюджвання святла адлюстравання лёгка зразумець канструкцыю структуры аптычных валокнаў. Аголенае валакно аптычнага валакна дзеліцца на тры пласта: першы пласт-гэта ядро, якое знаходзіцца ў цэнтры валакна і складаецца з дыяксіду крэмнію высокай чысціні, таксама вядомы як шкло. Дыяметр ядра звычайна складае 9-10 мкм (аднамодны), 50 ці 62,5 мкм (мульты-рэжым). Ядро валакна мае высокі паказчык праламлення і выкарыстоўваецца для перадачы святла. Другі пласт абліцоўвання: размешчаны вакол ядра валакна, таксама складаецца з крэмневага шкла (дыяметр звычайна 125 мкм). Індэкс праламлення абліцоўвання нізкі, утвараючы агульны стан адлюстравання разам з ядром валакна. Трэці пласт пакрыцця: самы знешні пласт - гэта ўзмоцненае пакрыццё з смалы. Матэрыял ахоўнага пласта мае высокую трываласць і можа супрацьстаяць вялікім уздзеяннем, абараняючы аптычнае валакно ад эрозіі вадзяной пары і механічнай ізаляцыі.

Аптычная страта перадачы

Страта перадачы валаконна -аптычнай перадачы - вельмі важны фактар, які ўплывае на якасць валаконна -аптычнай сувязі. Асноўныя фактары, якія выклікаюць паслабленне аптычных сігналаў, ўключаюць страту паглынання матэрыялаў, страту рассейвання падчас перадачы і іншыя страты, выкліканыя такімі фактарамі, як выгіб валакна, сціск і страта стыкоўкі.

Даўжыня хвалі святла адрозніваецца, а страта перадачы ў аптычных валокнах таксама адрозніваецца. Каб мінімізаваць страты і забяспечыць эфект перадачы, навукоўцы імкнуліся знайсці найбольш прыдатнае святло. Святло ў дыяпазоне даўжыні хвалі 1260 нм ~ 1360 нм мае найменшае скажэнне сігналу, выкліканае дысперсіяй і найменшай стратай паглынання. У першыя дні гэты дыяпазон даўжыні хвалі быў прыняты ў якасці аптычнай паласы сувязі. Пазней, пасля доўгага перыяду разведкі і практыкі, эксперты паступова абагульнілі дыяпазон даўжыні хвалі з нізкай стратай (1260 нм ~ 1625 нм), што найбольш падыходзіць для перадачы ў аптычных валокнах. Такім чынам, лёгкія хвалі, якія выкарыстоўваюцца ў валаконна -аптычнай сувязі, звычайна знаходзяцца ў інфрачырвонай паласе.

Класіфікацыя валаконна -аптычнай

Мультымоднае аптычнае валакно: перадае некалькі рэжымаў, але вялікая міждальная дысперсія абмяжоўвае частату перадачы лічбавых сігналаў, і гэта абмежаванне становіцца больш сур'ёзным з павелічэннем адлегласці перадачы. Такім чынам, адлегласць шматмодавай валаконна -аптычнай перадачы адносна кароткая, звычайна ўсяго ў некалькіх кіламетрах.
Валакно з адным рэжымам: з вельмі невялікім дыяметрам валакна тэарэтычна можна перадаваць толькі адзін рэжым, што робіць яго прыдатным для аддаленай сувязі.

Частка 3. Прынцып працы сістэмы валаконна -аптычнай камунікацыі

Сістэма сувязі з аптычным валокнам

Прадукты сувязі, якія звычайна выкарыстоўваюцца, такія як мабільныя тэлефоны і кампутары, перадаюць інфармацыю ў выглядзе электрычных сігналаў. Пры правядзенні аптычнай сувязі, першым крокам з'яўляецца пераўтварэнне электрычных сігналаў у аптычныя сігналы, перадаваць іх праз валаконна -аптычныя кабелі, а затым пераўтварыць аптычныя сігналы ў электрычныя сігналы для дасягнення мэты перадачы інфармацыі. Асноўная сістэма аптычнай сувязі складаецца з аптычнага перадатчыка, аптычнага прыёмніка і валаконна -аптычнай схемы для перадачы святла. Для таго, каб забяспечыць якасць перадачы сігналу і палепшыць прапускную здольнасць перадачы, звычайна выкарыстоўваюцца аптычныя рэтранслятары і мультыплексары.

Ніжэй прыведзена кароткае ўвядзенне ў прынцып працы кожнага кампанента ў сістэме валаконна -аптычнай сувязі.

Аптычны перадатчык:пераўтварае электрычныя сігналы ў аптычныя сігналы, у асноўным складаюцца з сігнальных мадулятараў і крыніц святла.

Сігнал мультыплексара:Пары некалькі аптычных носьбітаў сігналаў розных даўжынь хваль у аднолькавае аптычнае валакно для перадачы, дасягаючы эфекту падваення магутнасці перадачы.

Аптычны рэтранслятар:Падчас перадачы форма хвалі і інтэнсіўнасць сігналу будуць пагоршыцца, таму неабходна аднавіць форму хвалі ў акуратную форму сігналу і павялічыць інтэнсіўнасць святла.

Signal Demultiplexer:Развядзіце мультыплексаваны сігнал на свае зыходныя асобныя сігналы.

Аптычны прыёмнік:пераўтварае атрыманы аптычны сігнал у электрычны сігнал, у асноўным складаецца з фотадэтэктара і дэмадулятара.

Частка 4. Перавагі і прымяненне аптычнай камунікацыі

Перавагі аптычнай камунікацыі:

1. Доўгая дыстанцый
Калі выказаць здагадку, што перадача 10 Гбіт (10 мільярдаў 0 ці 1 сігналы ў секунду) інфармацыі, калі выкарыстоўваецца электрычная сувязь, сігнал неабходна перадаць і карэктавацца кожныя некалькі сотняў метраў. У параўнанні з гэтым, выкарыстанне аптычнай сувязі можа дасягнуць адлегласці рэле больш чым 100 кіламетраў. Чым менш разоў сігнал рэгулюецца, тым ніжэйшы кошт. З іншага боку, матэрыялам аптычнага валакна з'яўляецца дыяксід крэмнію, які мае шмат запасаў і значна меншы кошт, чым медны дрот. Таму аптычная камунікацыя аказвае эканамічны і энергазберагальны эфект.

2. Хуткая перадача інфармацыі і высокая якасць зносін

Напрыклад, зараз, калі размаўляючы з сябрамі за мяжой альбо ў чаце ў Інтэрнэце, гук не такі адставанне, як раней. У эпоху тэлекамунікацыі міжнародная камунікацыя ў асноўным абапіраецца на штучныя спадарожнікі як рэле для перадачы, што прыводзіць да больш працяглых шляхоў перадачы і павольнага прыбыцця сігналу. І аптычная сувязь пры дапамозе падводных кабеляў скарачае адлегласць перадачы, што робіць перадачу інфармацыі хутчэй. Такім чынам, выкарыстанне аптычнай камунікацыі можа дасягнуць больш плаўнай камунікацыі з за мяжой.

3. Моцная здольнасць да ўмяшання і добрая канфідэнцыяльнасць

Электрычная сувязь можа адчуваць памылкі з -за электрамагнітнага ўмяшання, што прывядзе да зніжэння якасці сувязі. Аднак на аптычную сувязь не ўплывае электрычны шум, што робіць яго больш бяспечным і надзейным. І з -за прынцыпу поўнага адлюстравання сігнал цалкам абмяжоўваецца аптычным валакном для перадачы, таму канфідэнцыяльнасць добрая.

4. Вялікая магутнасць перадачы
Звычайна электрычная сувязь можа перадаваць толькі 10 Гбіт / с (10 мільярдаў 0 ці 1 сігналы ў секунду) інфармацыі, у той час як аптычная сувязь можа перадаваць 1TBPS (1 трлн. 0 або 1 сігналы) інфармацыі.

Прымяненне аптычнай камунікацыі

Існуе мноства пераваг для аптычнай камунікацыі, і яна была інтэгравана ў кожны куток нашага жыцця з моманту свайго развіцця. Такія прылады, як мабільныя тэлефоны, кампутары і тэлефоны IP, якія выкарыстоўваюць Інтэрнэт, злучаюць усіх з іх рэгіёнам, усёй краінай і нават з глабальнай сеткай сувязі. Напрыклад, сігналы, якія выкідваюцца кампутарамі і мабільнымі тэлефонамі, збіраюцца на базавых станцыях мясцовых сувязі і абсталяванні сеткавага пастаўшчыка, а затым перадаюцца ў розныя часткі свету праз валаконна -аптычныя кабелі ў падводных кабелях.

Рэалізацыя паўсядзённых заняткаў, такіх як відэазванкі, інтэрнэт -крамы, відэагульні і запой, назіраючы, як усё абапіраецца на яго падтрымку і дапамогу за кулісамі. З'яўленне аптычных сетак зрабіла наша жыццё больш камфортным і зручным.