Optisen kuidun perusrakenne
Optinen kuitu koostuu kolmesta kerroksesta:
Core: Korkeusta piidioksidista valmistettu keskuskerros (seostettu elementeillä, kuten germanium). Sen halkaisija on hyvin pieni (8-10 μm yksimuodolle kuidulle 50-62. 5μm monimuodolle kuidulle) ja korkeampi taitekerroin.
Verhous: Ympäröi ydin, valmistettu materiaalista, jolla on alempi taitekerroin kuin ydin. Tämä varmistaa, että valo etenee sisäisen heijastuksen kautta.
Suojapinnoite: Ulompi polymeerikerros fyysisten vaurioiden ja ympäristöhäiriöiden estämiseksi.
Ydinperiaate: sisäinen heijastus kokonais
TAKKAUKSEN KOHTA: Ydin korkeampi taitekerroin verrattuna verhoon saa valoa läpi sisäisen sisäisen heijastuksen ydinverhoilturajalla, kun kulma on suurempi kulmilla kuin kriittinen kulma.
Valon eteneminen: Valaisugnaalit kulkevat ytimen läpi jatkuvan kokonaisen sisäisen heijastuksen kautta siksak-polun (monimuotokuitu) tai lähes suoran reitin (yksimuotoisen kuidun) seurauksena.
Tiedonsiirtovaiheet
Sähkösignaalien muuntaminen optisiin signaaleihin:
Lähettimessä ** Laser-diodi (LD) ** tai valoa säteilevä diodi (LED) muuntaa sähköiset signaalit optisiksi pulsseiksi (kevyt "ON/OFF" tai aallonpituussiirrot edustavat binaarista "1s" ja "0 s").
Optinen signaalin lähetys:
Kevyt pulssit etenevät kuidun läpi. Ydin ja verhouksen välinen taitekerroin ero rajoittaa signaalin ytimeen, vaikka kuitu on taivutettu.
Signaalin toistin/monistus:
Pitkän matkansiirron vuoksi ** erbium-seostetut kuituvahvistimet (EDFAS) ** vahvistavat optisia signaaleja suoraan muuttamatta niitä sähköisiksi signaaleiksi, minimoimalla latenssi.
Optinen sähköinen signaalin muuntaminen:
Vastaanottimessa ** valodetektori ** (esim. PIN -diodi, lumivyöryvalodiodi) muuntaa valo takaisin sähköisiksi signaaleiksi, jotka sitten dekoodataan alkuperäisiin tietoihin.
.
Kuitutyypit ja suorituskyky
Yksimoodinen kuitu (SMF):
- Ultra-ohut ydin (8-10 μm), mikä mahdollistaa vain yhden valon etenemismoodin.
- Advantages: Long-distance transmission (>100 km), korkea kaistanleveys. Käytetään selkärangan verkkoissa (esim. Merenalaiset kaapelit).
Multi-moodikuitu (MMF):
- paksumpi ydin (50-62. 5 μm), joka tukee useita valotiloja.
- Haittoja: modaalidispersio rajoittaa siirtoetäisyyttä (<2 km). Ideal for local networks (e.g., LANs).
Kuituoptiikan edut
Äärimmäinen kaistanleveys: Teoreettinen nopeus jopa satoihin TBP: iin (käyttämällä aallonpituusjako-multipleksointia).
Matala vaimennus: Nykyaikaiset kuidut osoittavat niin alhaisia tappioita kuin 0. 2 dB/km, mikä mahdollistaa siirron tuhansien kilometrien välillä ilman toistimia.
Immuniteetti EMI: lle: Sähkömagneettiset häiriöt eivät vaikuta, soveltuvat ankariin ympäristöihin (esim. Power -verkkot, sairaalat).
Kompakti ja turvallinen: kevyt, pieni koko eikä sähkömagneettinen säteilyvuoto.
Tekniset haasteet
Dispersio: Valon aallonpituuksien/moodien erilaisista nopeuksista johtuvan signaalin laajeneminen (ratkaistu dispersiota koskevilla kuiduilla tai DSP: llä).
Epälineaariset vaikutukset: Suuritehoiset signaalit indusoivat sironnan/neljän aallon sekoittumisen, mikä vaatii tarkan tehonhallinnan.
Taivuta menetys: Liiallinen taivutus aiheuttaa kevyen vuodon; Vähimmäismäärän säde on ylläpidettävä asennuksen aikana.
Sovellukset
Televiestintäverkot: Internet -selkärangan, 5G -tukiaseman linkit, datakeskuksen yhdistäminen.
Terveydenhuolto: Endoskooppinen kuvantaminen, laserleikkaus.
Teollisuus: Kuituoptiset anturit (lämpötila, paine), kuitulaserit.
Yhteenveto
Kuituoptiikka lähettävät tietoja rajoittamalla valonsignaalit ytimessä kokonaisen sisäisen heijastuksen kautta. Hyödyntäen Lightin korkeataajuutta, ne mahdollistavat erittäin nopean, pitkän kantaman ja pienen tappion viestinnän. Tärkeimpiä tekniikoita ovat valonmodulaatio, kokonaispeijuuksien hallinta, optinen monistus ja dispersioiden hallinta, kuituoptiikan tekeminen nykyaikaisten globaalien viestintäjärjestelmien selkäranka.