Coñecemento básico de fibra óptica

A invención da fibra óptica impulsou a revolución no campo da comunicación. Se non hai fibra óptica para proporcionar canles de alta velocidade de alta capacidade, Internet só pode permanecer na etapa teórica. Se o século XX era a era da electricidade, o século XXI é a era da luz. Como consegue a luz a comunicación? Aprendemos o coñecemento básico da comunicación óptica xunto co editor a continuación.

Parte 1. Coñecemento básico da propagación da luz

Comprender as ondas de luz
As ondas lixeiras son realmente ondas electromagnéticas e, no espazo libre, a lonxitude de onda e a frecuencia das ondas electromagnéticas son inversamente proporcionais. O produto dos dous é igual á velocidade da luz, é dicir:

Organiza as lonxitudes de onda ou as frecuencias de ondas electromagnéticas para formar un espectro electromagnético. Segundo as diferentes lonxitudes ou frecuencias de onda, as ondas electromagnéticas pódense dividir en rexión de radiación, rexión ultravioleta, rexión de luz visible, rexión infravermella, rexión de microondas, rexión de onda de radio e rexión de ondas longas. As bandas utilizadas para a comunicación son principalmente a rexión infravermella, a rexión de microondas e a rexión das ondas de radio. A seguinte imaxe axudará a comprender a división das bandas de comunicación e os correspondentes medios de propagación en minutos.

O protagonista deste artigo, "Fibra óptica", usa ondas lixeiras na banda infravermella. Cando se trata deste punto, a xente pode preguntarse por que debe estar na banda infravermella? Este problema está relacionado coa perda de transmisión óptica de materiais de fibra óptica, concretamente o vidro de sílice. A continuación, cómpre entender como as fibras ópticas transmiten luz.

Refracción, reflexión e reflexión total da luz

Cando se emite a luz dunha sustancia a outra, a refracción e a reflexión ocorren na interface entre as dúas substancias, e o ángulo de refracción aumenta co ángulo da luz incidente. Como se mostra na figura ① → ②. Cando o ángulo incidente alcanza ou supera un certo ángulo, a luz refractada desaparece e toda a luz incidente reflíctese cara atrás, que é o reflexo total da luz, como se mostra en ② → ③ na seguinte figura.

Diferentes materiais teñen diferentes índices de refracción, polo que a velocidade da propagación da luz varía en diferentes medios. O índice de refracción está representado por n, n = c/v, onde C é a velocidade no baleiro e V é a velocidade de propagación no medio. Un medio cun índice de refracción máis elevado chámase medio ópticamente denso, mentres que un medio cun índice de refracción inferior chámase medio ópticamente escaso. As dúas condicións para que se produza a reflexión total son:
1. Transmisión de medio ópticamente denso a medio ópticamente escaso
2. O ángulo incidente é maior ou igual ao ángulo crítico da reflexión total
Para evitar fugas de sinal óptico e reducir a perda de transmisión, a transmisión óptica en fibras ópticas prodúcese en condicións totais de reflexión.

Parte 2. Introdución aos medios de propagación óptica (fibra óptica)

Estrutura de fibra óptica

Co coñecemento básico da propagación da luz de reflexión total, é fácil entender a estrutura de deseño das fibras ópticas. A fibra espida de fibra óptica divídese en tres capas: a primeira capa é o núcleo, que se atopa no centro da fibra e está composto por dióxido de silicio de alta pureza, tamén coñecido como vidro. O diámetro do núcleo é xeralmente de 9-10 micras (modo único), 50 ou 62,5 micras (multi-modo). O núcleo de fibra ten un alto índice de refracción e úsase para transmitir luz. Cladding de segunda capa: situado ao redor do núcleo de fibra, tamén composto por vidro de sílice (cun ​​diámetro de xeralmente 125 micras). O índice de refracción do revestimento é baixo, formando unha condición de reflexión total xunto co núcleo de fibra. A terceira capa de revestimento: a capa máis externa é un revestimento de resina reforzada. O material de capa de protección ten alta resistencia e pode soportar grandes impactos, protexendo a fibra óptica contra a erosión de vapor de auga e a abrasión mecánica.

Perda de transmisión óptica

A perda de transmisión de fibra óptica é un factor moi importante que afecta á calidade da comunicación de fibra óptica. Os principais factores que provocan a atenuación dos sinais ópticos inclúen a perda de absorción de materiais, a perda de dispersión durante a transmisión e outras perdas causadas por factores como a flexión de fibras, a compresión e a perda de atracamento.

A lonxitude de onda da luz é diferente e a perda de transmisión en fibras ópticas tamén é diferente. Para minimizar a perda e asegurar o efecto de transmisión, os científicos comprometeron a atopar a luz máis adecuada. A luz no rango de lonxitude de onda de 1260 nm ~ 1360 nm ten a menor distorsión do sinal causada pola dispersión e a menor perda de absorción. Nos primeiros días, este rango de lonxitude de onda adoptouse como banda de comunicación óptica. Máis tarde, despois dun longo período de exploración e práctica, os expertos resumían gradualmente un rango de lonxitude de onda de baixa perda (1260 nm ~ 1625 nm), que é máis adecuado para a transmisión en fibras ópticas. Así, as ondas lixeiras empregadas na comunicación de fibra óptica están xeralmente na banda de infravermellos.

Clasificación de fibra óptica

Fibra óptica multimode: transmite múltiples modos, pero a gran dispersión intermal limita a frecuencia de transmisión de sinais dixitais, e esta limitación faise máis grave co aumento da distancia de transmisión. Polo tanto, a distancia da transmisión de fibra óptica multimodo é relativamente curta, normalmente só uns quilómetros.
Fibra de modo único: cun diámetro de fibra moi pequena, teóricamente só se pode transmitir un modo, tornándoo adecuado para unha comunicación remota.

Parte 3. Principio de traballo do sistema de comunicación de fibra óptica

Sistema de comunicación de fibra óptica

Os produtos de comunicación usados ​​habitualmente, como teléfonos móbiles e ordenadores, transmiten información en forma de sinais eléctricos. Ao realizar unha comunicación óptica, o primeiro paso é converter sinais eléctricos en sinais ópticos, transmitilos a través de cables de fibra óptica e logo converter os sinais ópticos en sinais eléctricos para alcanzar o propósito da transmisión de información. O sistema básico de comunicación óptica consiste nun transmisor óptico, un receptor óptico e un circuíto de fibra óptica para a luz transmisora. Para garantir a calidade da transmisión do sinal de longa distancia e mellorar o ancho de banda de transmisión, normalmente úsanse repetidores ópticos e multiplexores.

A continuación móstrase unha breve introdución ao principio de traballo de cada compoñente no sistema de comunicación de fibra óptica.

Transmisor óptico:Converte sinais eléctricos en sinais ópticos, compostos principalmente por moduladores de sinal e fontes de luz.

MULTIPLEXER SIGNAL:Combina múltiples sinais de portador óptico de diferentes lonxitudes de onda na mesma fibra óptica para a transmisión, conseguindo o efecto da duplicación da capacidade de transmisión.

Repetidor óptico:Durante a transmisión, a forma de onda e a intensidade do sinal deterioraranse, polo que é necesario restaurar a forma de onda na forma de onda limpa do sinal orixinal e aumentar a intensidade da luz.

Demultiplexer de sinal:Descompoñen o sinal multiplexado nos seus sinais individuais orixinais.

Receptor óptico:Converte o sinal óptico recibido nun sinal eléctrico, composto principalmente por un fotodetector e un demodulador.

Parte 4. Vantaxes e aplicacións de comunicación óptica

Vantaxes da comunicación óptica:

1. Distancia de relevo de longo, económico e aforro de enerxía
Asumindo a transmisión de 10 Gbps (10 mil millóns de sinais por segundo) de información, se se usa comunicación eléctrica, o sinal debe ser transmitido e axustado cada poucos centos de metros. En comparación con isto, o uso de comunicación óptica pode conseguir unha distancia de relevo de máis de 100 quilómetros. Canto menos veces se axusta o sinal, menor será o custo. Por outra banda, o material de fibra óptica é o dióxido de silicio, que ten reservas abundantes e un custo moito menor que o fío de cobre. Polo tanto, a comunicación óptica ten un efecto económico e de aforro de enerxía.

2. Transmisión rápida de información e alta calidade de comunicación

Por exemplo, agora cando fala con amigos no estranxeiro ou charlando en liña, o son non é tan atrasado como antes. Na era da telecomunicacións, a comunicación internacional depende principalmente de satélites artificiais como relés para a súa transmisión, obtendo camiños de transmisión máis longos e chegada de sinal máis lenta. E a comunicación óptica, coa axuda de cables submarinos, acurta a distancia de transmisión, facendo máis rápido a transmisión de información. Polo tanto, o uso de comunicación óptica pode conseguir unha comunicación máis suave con no exterior.

3. Forte capacidade anti-interferencia e boa confidencialidade

A comunicación eléctrica pode experimentar erros debido a interferencias electromagnéticas, dando lugar a unha diminución da calidade da comunicación. Non obstante, a comunicación óptica non se ve afectada polo ruído eléctrico, tornándoo máis seguro e fiable. E debido ao principio de reflexión total, o sinal está completamente limitado á fibra óptica para a súa transmisión, polo que a confidencialidade é boa.

4. Gran capacidade de transmisión
Xeralmente, a comunicación eléctrica só pode transmitir 10 Gbps (10 millóns de 0 ou 1 sinais por segundo) de información, mentres que a comunicación óptica pode transmitir 1TBPS (1 billón 0 ou 1 sinais) de información.

Aplicación de comunicación óptica

Hai moitas vantaxes para a comunicación óptica e integrouse en todos os recunchos da nosa vida desde o seu desenvolvemento. Dispositivos como teléfonos móbiles, ordenadores e teléfonos IP que usan Internet conectan a todos coa súa rexión, todo o país e incluso coa rede de comunicación global. Por exemplo, os sinais emitidos por ordenadores e teléfonos móbiles reúnense nas estacións de base de operadores de comunicación local e equipos de provedores de rede, e logo transmítense a varias partes do mundo a través de cables de fibra óptica en cables submarinos.

A realización de actividades diarias como videochamadas, compras en liña, videoxogos e binge vendo a todos confiar no seu apoio e asistencia detrás das escenas. A aparición de redes ópticas fixo que a nosa vida fose máis cómoda e cómoda.