Kuituoptisen tiedonsiirron periaate saavutetaan perustuen optisten signaalien kokonaisheijastukseen kuituoptiikan sisällä.
Sen taustalla on periaate, että valon erilaisten etenemisnopeuksien vuoksi eri aineissa, kun valoa ohjataan aineesta toiseen, tapahtuu taittumista ja heijastusta kahden aineen rajapinnassa. Lisäksi taittuneen valon kulma vaihtelee tulevan valon kulman mukaan. Kun tulevan valon kulma saavuttaa tai ylittää tietyn kulman, taittunut valo katoaa ja kaikki tuleva valo heijastuu takaisin, jota kutsutaan valon kokonaisheijastukseksi.
Joten mikä on optisten kuitujen rakenne optisten signaalien täydellisen heijastuksen varmistamiseksi, ja voivatko kaikki optiset signaalit heijastua täysin? Opitaan optisten kuitujen rakenteesta ja tyypeistä.
Kuituoptiikan rakenne ja tyypit
Kuituoptinen rakenne: Kuituoptiset paljaat kuidut jaetaan yleensä kolmeen kerrokseen: keskellä oleva korkean taitekertoimen lasiydin (ytimen halkaisija yleensä 50 tai 62,5 μm) ja matalan taitekertoimen piilasipäällyste keskellä (yleensä halkaisija 125 μm) Uloin kerros on pinnoitekerros, jota käytetään vahvistamiseen.
N.A.: Kuidun päätypinnalle tulevaa valoa ei voida siirtää kokonaan kuidulla, vain tietyllä kulma-alueella tuleva valo voidaan siirtää. Tätä kulmaa kutsutaan optisen kuidun numeeriseksi aukoksi. Optisten kuitujen suurempi numeerinen aukko on edullinen kuitutelakointiin. Eri valmistajien valmistamien valokuitujen numeerinen aukko vaihtelee.
Optisten kuitujen tyypit:
A. Valon siirtotilan mukaan optisissa kuiduissa se voidaan jakaa yksimuotoisiin optisiin kuituihin ja monimuotoisiin optisiin kuituihin.
B. Jaettu optimaalisella lähetystaajuusikkunalla: perinteinen yksimuotokuitu ja dispersiosiirretty yksimuotokuitu.
C. Taitekertoimen jakautumisen mukaan se voidaan jakaa mutaatiotyyppisiin ja gradienttityyppisiin optisiin kuituihin.
Mitä ovat yksimuotokuitu ja monimuotokuitu?
Multi-tilakuitu:Keskimmäinen lasiydin on paksumpi (50 tai 62,5) μm) Se voi lähettää useita valomuotoja. Mutta sen intermodaalinen hajonta on suhteellisen suuri, mikä rajoittaa digitaalisten signaalien lähetystaajuutta ja muuttuu ankarammaksi etäisyyden kasvaessa. Esimerkiksi 600 Mt/KM kuidun kaistanleveys on vain 300 Mt 2 km:n etäisyydellä. Siksi monimuotokuituoptisen lähetyksen etäisyys on suhteellisen lähellä, yleensä vain muutaman kilometrin.
Yksittäinen-moodi optinen kuitu:Keskimmäinen lasiydin on suhteellisen ohut (ytimen halkaisija on yleensä 9 tai 10) μm) Vain yksi valomuoto voidaan siirtää. Siksi sen intermodaalinen dispersio on pieni ja soveltuu etäviestintään, mutta sen kromaattinen hajonta on tärkeässä roolissa. Siksi yksimuotokuiduilla on korkeat vaatimukset valonlähteen spektrin leveydelle ja stabiiliudelle, eli spektrin leveyden tulee olla kapea ja stabiilisuuden hyvä.
Mitä ovat tavanomaiset yksimuotokuidut ja dispersiosiirretyt yksimuotokuidut?
Perinteinen tyyppi:Kuituoptiikan valmistajat optimoivat optisten kuitujen siirtotaajuuden yhdellä valon aallonpituudella, kuten 1300 nm.
Dispersion siirtymätyyppi:Kuituoptiikan valmistajat optimoivat optisten kuitujen siirtotaajuuden kahdelle valon aallonpituudelle, kuten 1300nm ja 1550nm.
Mitä ovat mutaatiotyyppiset ja gradienttityyppiset optiset kuidut?
Mutanttityyppi:Taitekerroin optisen kuidun keskiytimestä lasikuoreen on äkillinen. Sillä on alhaiset kustannukset ja korkea moodien välinen hajonta. Soveltuu lyhyen matkan hidasviestintään, kuten teollisuusohjaukseen. Pienen intermodaalisen dispersion vuoksi yksimuotokuidut kuitenkin omaksuvat mutaatiotyypin.
Gradienttityyppinen kuitu:Taitekerroin kuidun keskiytimestä lasikuoreen laskee vähitellen, mikä mahdollistaa korkeamoodin valon etenemisen sinimuotoisella tavalla, mikä vähentää moodien välistä dispersiota, lisää kuidun kaistanleveyttä ja lisää siirtoetäisyyttä. Kustannukset ovat kuitenkin suhteellisen korkeat. Nykyään monimuotokuidut ovat enimmäkseen gradienttityyppisiä kuituja.
Joten miksi valitsemme kuituoptisen lähetyksen kaapelilähetyksen sijaan? Puhutaanpa valokuitujen eduista:
- Optisten kuitujen päästökaista on erittäin laaja. Teoriassa se voi saavuttaa 3 miljardia megahertsiä.
- Releen ulkopuolinen osa on useista kymmenistä yli 100 kilometriä pitkä ja kuparilanka vain muutama sata metriä pitkä.
- Sähkömagneettiset kentät ja säteily eivät vaikuta niihin.
- Kevyt ja pienikokoinen. Esimerkiksi 900 paria kierrettyä parikaapelia, joiden halkaisija on 3 tuumaa ja paino 8 tonnia/km, voidaan yhdistää 21 000 linjaan. Ja optinen kaapeli, jonka tietoliikennemäärä on kymmenen kertaa ja jonka halkaisija on 0,5 tuumaa ja paino 450 P/KM.
- Kuituoptinen viestintä ei ole sähköistetty ja sitä voidaan käyttää turvallisesti syttyvissä ja räjähdysalttiissa paikoissa.
- Laaja ympäristön lämpötila-alue käyttöön.
- Kemiallinen korroosionkestävyys ja pitkä käyttöikä.