Vynález optického vlákna řídil revoluci v oblasti komunikace. Pokud neexistuje optická vlákna, která by poskytovala vysokokapacitní vysokorychlostní kanály, internet může zůstat pouze v teoretickém stádiu. Pokud bylo 20. století dobou elektřiny, pak je 21. století érou světla. Jak světlo dosahuje komunikace? Naučteme se základní znalosti optické komunikace spolu s editorem níže.
Část 1.. Základní znalost šíření světla
Porozumění světelným vlnám
Světelné vlny jsou ve skutečnosti elektromagnetické vlny a ve volném prostoru jsou vlnová délka a frekvence elektromagnetických vln nepřímo úměrná. Produkt těchto dvou se rovná rychlosti světla, to je:
Uspořádejte vlnové délky nebo frekvence elektromagnetických vln, abyste vytvořili elektromagnetické spektrum. Podle různých vlnových délek nebo frekvencí lze elektromagnetické vlny rozdělit do oblasti záření, ultrafialové oblasti, viditelnou světelnou oblast, infračervenou oblast, mikrovlnnou oblast, oblast rozhlasové vlny a oblast dlouhé vlny. Pásy používané pro komunikaci jsou hlavně infračervená oblast, mikrovlnná oblast a oblast rádiových vln. Následující obrázek vám pomůže pochopit rozdělení komunikačních pásů a odpovídající šíření médií během několika minut.
Protagonista tohoto článku „Komunikace optických vláken“ používá v infračerveném pásmu světelné vlny. Pokud jde o tento bod, lidé se mohou divit, proč to musí být v infračerveném pásmu? Tento problém souvisí s ztrátou optického přenosu optických vláken, jmenovitě sklo oxidu křemičitého. Dále musíme pochopit, jak optická vlákna přenášejí světlo.
Lom, odraz a celkový odraz světla
Když je světlo emitováno z jedné látky na druhou, dochází k lomu a odrazu na rozhraní mezi oběma látkami a úhel lomu se zvyšuje s úhlem dopadajícího světla. Jak je znázorněno na obrázku ① → ②. Když úhel dopadu dosáhne nebo překročí určitý úhel, zmizí refrakční světlo a veškeré dopadající světlo se odráží zpět, což je celkový odraz světla, jak je znázorněno na ② → ③ na následujícím obrázku.
Různé materiály mají různé indexy lomu, takže rychlost šíření světla se liší v různých médiích. Index lomu je reprezentován N, N = C/V, kde C je rychlost ve vakuu a V je rychlost šíření v médiu. Médium s vyšším indexem lomu se nazývá opticky husté médium, zatímco médium s nižším indexem lomu se nazývá opticky řídké médium. Dvě podmínky pro celkový odraz jsou:
1. Přenos z opticky hustého média na opticky řídké médium
2. úhel dopadu je větší nebo roven kritickému úhlu celkové odrazy
Aby se zabránilo úniku optického signálu a snížilo ztrátu přenosu, dochází k optickému přenosu v optických vláknech za podmínek celkového odrazu.
Část 2. úvod do optického šíření médií (optika vlákna)
Se základní znalostí šíření celkového reflexního světla je snadné pochopit konstrukční strukturu optických vláken. Holé vlákno optického vlákna je rozděleno do tří vrstev: První vrstva je jádro, které je umístěno ve středu vlákna a je složeno z vysoce čistého oxidu křemíku, známého také jako sklo. Průměr jádra je obecně 9-10 mikronů (jeden režim), 50 nebo 62,5 mikronů (multi-režim). Jádro vlákna má vysoký index lomu a používá se k přenosu světla. Druhá vrstva opláštění: umístěné kolem jádra vlákna, také složeného z oxidu křemičitého (s průměrem obecně 125 mikronů). Index lomu opláštění je nízký a vytváří celkovou podmínku odrazu spolu s jádrem vlákna. Třetí vrstva povlaku: Vnější vrstva je vyztužený pryskyřičný povlak. Ochranná vrstva materiál má vysokou pevnost a vydrží velké dopady a chrání optické vlákno před erozí vodní páry a mechanickým oděrem.
Ztráta přenosu z optických vláken je velmi důležitým faktorem ovlivňujícím kvalitu komunikace z optických vláken. Mezi hlavní faktory způsobující útlum optických signálů patří absorpční ztráta materiálů, ztráta rozptylu během přenosu a další ztráty způsobené faktory, jako je ohýbání vlákna, komprese a ztráta dokování.
Vlnová délka světla je odlišná a ztráta přenosu v optických vláknech je také jiná. Za účelem minimalizace ztráty a zajištění přenosového účinku byli vědci odhodláni najít nejvhodnější světlo. Světlo v rozsahu vlnové délky 1260nm ~ 1360nm má nejmenší zkreslení signálu způsobené disperzí a nejnižší absorpční ztrátou. V prvních dnech byl tento rozsah vlnových délek přijat jako optická komunikační pásmo. Později, po dlouhém období průzkumu a praxe, odborníci postupně shrnuli rozsah vlnových délek s nízkými ztrátami (1260 Nm ~ 1625nm), který je nejvhodnější pro přenos v optických vláknech. Světelné vlny používané při komunikaci z optické vlákna jsou tedy obecně v infračerveném pásmu.
Multimode Optical Fiber: přenáší více režimů, ale velká inter modální disperze omezuje frekvenci přenosu digitálních signálů a toto omezení se stává závažnější se zvyšující se přenosovou vzdáleností. Proto je vzdálenost multimodového přenosu optických vláken relativně krátká, obvykle jen několik kilometrů.
Vlákno s jedním režimem: S velmi malým průměrem vlákna lze teoreticky přenášet pouze jeden režim, což je vhodné pro vzdálenou komunikaci.
| Porovnání položky | Multimode Fiber | Vlákno s jedním režimem |
| Náklady na optické vlákno | vysoké náklady | nízké náklady |
| Požadavky na přenosové zařízení | Nízké požadavky na vybavení, nízké náklady na vybavení | vysoké požadavky na vybavení, vysoké požadavky na zdroj světla |
| Útlum | vysoký | nízký |
| Vlnová délka přenosu: 850 NM-1300nm | 1260nm-1640nm | |
| Pohodlné používat | Větší průměr jádra, snadno zvládnutelný | Složitější spojení pro použití |
| Přenosová vzdálenost | místní síť | |
| (méně než 2 km) | Přístupová síť | Střední až dlouhá vzdálenost |
| (Větší než 200 km) | ||
| Šířka pásma | Omezená šířka pásma | Téměř neomezená šířka pásma |
| Závěr | Optika vláken je dražší, ale relativní náklady na aktivaci sítě jsou nižší | Vyšší výkon, ale vyšší náklady na zřízení sítě |
Část 3. Pracovní princip komunikačního systému optických vláken
Komunikační systém optických vláken
Komunikační produkty se běžně používají, jako jsou mobilní telefony a počítače, přenášejí informace ve formě elektrických signálů. Při provádění optické komunikace je prvním krokem převést elektrické signály na optické signály, přenášet je pomocí optických kabelů a poté převést optické signály na elektrické signály, aby bylo dosaženo účelu přenosu informací. Základní systém optické komunikace se skládá z optického vysílače, optického přijímače a optického obvodu pro přenos světla. Aby se zajistila kvalita přenosu signálu na dlouhou vzdálenost a zlepšila šířku pásma přenosu, obecně se používají optické opakovače a multiplexery.
Níže je stručný úvod do pracovního principu každé složky v komunikačním systému optických vláken.
Optický vysílač:Převádí elektrické signály na optické signály, hlavně složené z modulátorů signálu a světelných zdrojů.
Signal Multiplexer:Páry více optických nosných signálů různých vlnových délek do stejného optického vlákna pro přenos, dosažení účinku zdvojnásobení přenosové kapacity.
Optický opakovač:Během přenosu se zhoršuje tvar vlny a intenzita signálu, takže je nutné obnovit tvar vlny na úhlednou průběhu původního signálu a zvýšit intenzitu světla.
Signál demultiplexer:Rozložte multiplexovaný signál do původních jednotlivých signálů.
Optický přijímač:Převede přijatý optický signál na elektrický signál, hlavně složený z fotodetektoru a demodulátoru.
Část 4. Výhody a aplikace optické komunikace
1. Dlouhá reléová vzdálenost, ekonomická a šetření energie
Za předpokladu přenosu 10 Gbps (10 miliard 0 nebo 1 signálů za sekundu) informací, pokud je použita elektrická komunikace, musí být signál předáván a upraven každých několik set metrů. Ve srovnání s tím může použití optické komunikace dosáhnout reléové vzdálenosti přes 100 kilometrů. Čím méně je upraveno signál, tím nižší jsou náklady. Na druhé straně je materiálem optického vlákna oxid křemičitý, který má hojné rezervy a mnohem nižší náklady než měděný drát. Optická komunikace má proto ekonomický a energetický účinek.
2. Rychlý přenos informací a vysoká kvalita komunikace
Například nyní, když mluvíme s přáteli v zahraničí nebo chatuje online, zvuk není tak zaostávající jako předtím. V éře telekomunikace se mezinárodní komunikace spoléhá hlavně na umělé satelity jako relé pro přenos, což vede k delším přenosovým cestám a pomalejšímu příchodu signálu. A optická komunikace s pomocí ponorkových kabelů zkracuje přenosovou vzdálenost, což zrychluje přenos informací. Použití optické komunikace proto může dosáhnout hladší komunikace se zámoří.
3. silná schopnost protiinterference a dobrá důvěrnost
Elektrická komunikace může dojít k chybám v důsledku elektromagnetického rušení, což vede ke snížení kvality komunikace. Optická komunikace však není ovlivněna elektrickým šumem, což je bezpečnější a spolehlivější. A vzhledem k principu úplného odrazu je signál zcela omezen na optické vlákno pro přenos, takže důvěrnost je dobrá.
4. Velká přenosová kapacita
Obecně může elektrická komunikace přenášet pouze 10 Gb / s (10 miliard 0 nebo 1 signálů za sekundu), zatímco optická komunikace může přenášet 1 Tbbps (1 bilion 0 nebo 1 signály) informací.
Optická komunikace má mnoho výhod a od jejího vývoje byla integrována do každého rohu našeho života. Zařízení, jako jsou mobilní telefony, počítače a IP telefony, které používají internet, spojují všechny s jejich regionem, celou zemí a dokonce i s globální komunikační sítí. Například signály emitované počítači a mobilními telefony se shromažďují na základních stanicích operátorů místní komunikace a vybavení poskytovatele sítě a poté se přenášejí do různých částí světa prostřednictvím kabelů optických vláken v ponorkách.
Realizace každodenních aktivit, jako jsou videohovory, online nakupování, videohry a sledování všech sledováním své podpory a pomoci v zákulisí. Vznik optických sítí učinil náš život pohodlnější a pohodlnější.
Čas příspěvku: Mar-31-2025
