Pangunahing kaalaman sa optical fiber

Ang pag -imbento ng optical fiber ay nagtulak sa rebolusyon sa larangan ng komunikasyon. Kung walang optical fiber na magbigay ng mataas na kapasidad na mga high-speed channel, ang Internet ay maaari lamang manatili sa teoretikal na yugto. Kung ang ika -20 siglo ay ang panahon ng koryente, kung gayon ang ika -21 siglo ay ang panahon ng ilaw. Paano nakamit ng ilaw ang komunikasyon? Alamin natin ang pangunahing kaalaman sa optical na komunikasyon kasama ang editor sa ibaba.

Bahagi 1. Pangunahing kaalaman sa pagpapalaganap ng ilaw

Pag -unawa sa mga light waves
Ang mga light waves ay talagang mga electromagnetic waves, at sa libreng espasyo, ang haba ng haba at dalas ng mga electromagnetic waves ay inversely proporsyonal. Ang produkto ng dalawa ay katumbas ng bilis ng ilaw, iyon ay:

Ayusin ang mga haba ng haba o dalas ng mga electromagnetic waves upang makabuo ng isang electromagnetic spectrum. Ayon sa iba't ibang mga haba ng haba o dalas, ang mga electromagnetic waves ay maaaring nahahati sa rehiyon ng radiation, rehiyon ng ultraviolet, nakikitang ilaw na rehiyon, rehiyon ng infrared, rehiyon ng microwave, rehiyon ng alon ng radyo, at mahabang rehiyon ng alon. Ang mga banda na ginamit para sa komunikasyon ay higit sa lahat ang infrared na rehiyon, rehiyon ng microwave, at rehiyon ng alon ng radyo. Ang sumusunod na imahe ay makakatulong sa iyo na maunawaan ang paghahati ng mga banda ng komunikasyon at kaukulang media ng pagpapalaganap sa ilang minuto.

Ang protagonist ng artikulong ito, "Fiber Optic Communication," ay gumagamit ng mga light waves sa infrared band. Pagdating sa puntong ito, maaaring magtaka ang mga tao kung bakit dapat ito sa bandang infrared? Ang isyung ito ay nauugnay sa optical transmission loss ng mga optical fiber materials, lalo na ang silica glass. Susunod, kailangan nating maunawaan kung paano nagpapadala ng ilaw ang mga optical fibers.

Pagwawasto, pagmuni -muni, at kabuuang pagmuni -muni ng ilaw

Kapag ang ilaw ay inilabas mula sa isang sangkap patungo sa isa pa, ang pagwawasto at pagmuni -muni ay nangyayari sa interface sa pagitan ng dalawang sangkap, at ang anggulo ng pagwawasto ay nagdaragdag sa anggulo ng ilaw ng insidente. Tulad ng ipinapakita sa Figure ① → ②. Kapag ang anggulo ng insidente ay umabot o lumampas sa isang tiyak na anggulo, ang refracted light ay nawawala at ang lahat ng ilaw ng insidente ay makikita sa likod, na kung saan ay ang kabuuang pagmuni -muni ng ilaw, tulad ng ipinapakita sa ② → ③ sa sumusunod na pigura.

Ang iba't ibang mga materyales ay may iba't ibang mga refractive indeks, kaya ang bilis ng light propagation ay nag -iiba sa iba't ibang media. Ang refractive index ay kinakatawan ng n, n = c/v, kung saan ang C ay ang bilis sa vacuum at ang V ay ang bilis ng pagpapalaganap sa daluyan. Ang isang daluyan na may isang mas mataas na refractive index ay tinatawag na isang optically siksik na daluyan, habang ang isang daluyan na may isang mas mababang refractive index ay tinatawag na isang optically sparse medium. Ang dalawang kundisyon para mangyari ang kabuuang pagmuni -muni ay:
1. Paghahatid mula sa optically siksik na daluyan hanggang sa optically sparse medium
2. Ang anggulo ng insidente ay mas malaki kaysa o katumbas ng kritikal na anggulo ng kabuuang pagmuni -muni
Upang maiwasan ang optical signal na pagtagas at bawasan ang pagkawala ng paghahatid, ang optical transmission sa mga optical fibers ay nangyayari sa ilalim ng kabuuang mga kondisyon ng pagmuni -muni.

Bahagi 2. Panimula sa Optical Propagation Media (Fiber Optic)

Istraktura ng hibla ng hibla

Sa pangunahing kaalaman ng kabuuang pagpapalaganap ng ilaw sa pagmuni -muni, madaling maunawaan ang istraktura ng disenyo ng mga optical fibers. Ang hubad na hibla ng optical fiber ay nahahati sa tatlong mga layer: ang unang layer ay ang core, na matatagpuan sa gitna ng hibla at binubuo ng mataas na kadalisayan na silikon dioxide, na kilala rin bilang baso. Ang core diameter sa pangkalahatan ay 9-10 microns (single-mode), 50 o 62.5 microns (multi-mode). Ang fiber core ay may mataas na refractive index at ginagamit upang magpadala ng ilaw. Pangalawang Layer Cladding: Matatagpuan sa paligid ng fiber core, na binubuo rin ng silica glass (na may diameter ng pangkalahatang 125 microns). Ang refractive index ng cladding ay mababa, na bumubuo ng isang kabuuang kondisyon ng pagmuni -muni kasama ang fiber core. Ang pangatlong layer ng patong: Ang pinakamalawak na layer ay isang reinforced resin coating. Ang materyal na proteksiyon na layer ay may mataas na lakas at maaaring makatiis ng malalaking epekto, pagprotekta sa optical fiber mula sa pagguho ng singaw ng tubig at mekanikal na pag -abrasion.

Pagkawala ng Optical Transmission

Ang pagkawala ng hibla ng optic transmission ay isang napakahalagang kadahilanan na nakakaapekto sa kalidad ng komunikasyon ng optika ng hibla. Ang pangunahing mga kadahilanan na nagdudulot ng pagpapalambing ng mga optical signal ay kinabibilangan ng pagkawala ng pagsipsip ng mga materyales, pagkawala ng pagkalat sa panahon ng paghahatid, at iba pang mga pagkalugi na sanhi ng mga kadahilanan tulad ng fiber bending, compression, at pagkawala ng docking.

Ang haba ng haba ng ilaw ay naiiba, at ang pagkawala ng paghahatid sa mga optical fibers ay naiiba din. Upang mabawasan ang pagkawala at matiyak ang epekto ng paghahatid, ang mga siyentipiko ay nakatuon sa paghahanap ng pinaka -angkop na ilaw. Ang ilaw sa saklaw ng haba ng haba ng 1260nm ~ 1360nm ay may pinakamaliit na pagbaluktot ng signal na dulot ng pagpapakalat at ang pinakamababang pagkawala ng pagsipsip. Sa mga unang araw, ang saklaw ng haba ng haba na ito ay pinagtibay bilang optical bandang komunikasyon. Nang maglaon, pagkatapos ng isang mahabang panahon ng paggalugad at kasanayan, ang mga eksperto ay unti -unting nagbubuod ng isang mababang saklaw ng haba ng haba ng haba (1260nm ~ 1625Nm), na pinaka -angkop para sa paghahatid sa mga optical fibers. Kaya ang mga light waves na ginamit sa fiber optic na komunikasyon ay karaniwang nasa infrared band.

Pag -uuri ng Optic Fiber

Multimode Optical Fiber: Nagpapadala ng maraming mga mode, ngunit ang malaking inter modal na pagpapakalat ay naglilimita sa dalas ng pagpapadala ng mga digital signal, at ang limitasyong ito ay nagiging mas matindi sa pagtaas ng distansya ng paghahatid. Samakatuwid, ang distansya ng multimode fiber optic transmission ay medyo maikli, karaniwang ilang kilometro lamang.
Single mode fiber: Sa isang napakaliit na diameter ng hibla, teoretikal lamang ang isang mode na maaaring maipadala, na ginagawang angkop para sa malayong komunikasyon.

Bahagi 3. Ang prinsipyo ng pagtatrabaho ng sistema ng komunikasyon ng optiko ng hibla

Optical Fiber Communication System

Ang mga produktong komunikasyon na karaniwang ginagamit, tulad ng mga mobile phone at computer, ay nagpapadala ng impormasyon sa anyo ng mga signal ng elektrikal. Kapag nagsasagawa ng optical na komunikasyon, ang unang hakbang ay ang pag -convert ng mga de -koryenteng signal sa mga optical signal, ipadala ang mga ito sa pamamagitan ng mga fiber optic cable, at pagkatapos ay i -convert ang mga optical signal sa mga de -koryenteng signal upang makamit ang layunin ng paghahatid ng impormasyon. Ang pangunahing optical system ng komunikasyon ay binubuo ng isang optical transmiter, isang optical receiver, at isang fiber optic circuit para sa pagpapadala ng ilaw. Upang matiyak ang kalidad ng paghahatid ng signal ng pangmatagalan at pagbutihin ang bandwidth ng paghahatid, ang mga optical repeater at multiplexer ay karaniwang ginagamit.

Nasa ibaba ang isang maikling pagpapakilala sa nagtatrabaho na prinsipyo ng bawat sangkap sa sistema ng komunikasyon ng hibla ng optiko.

Optical Transmitter:nagko -convert ng mga de -koryenteng signal sa mga optical signal, higit sa lahat na binubuo ng mga signal modulators at ilaw na mapagkukunan.

Signal multiplexer:Ang mga mag -asawa ng maramihang mga optical carrier signal ng iba't ibang mga haba ng haba sa parehong optical fiber para sa paghahatid, nakamit ang epekto ng pagdodoble ng kapasidad ng paghahatid.

Optical Repeater:Sa panahon ng paghahatid, ang alon at intensity ng signal ay lumala, kaya kinakailangan upang maibalik ang alon sa maayos na alon ng orihinal na signal at dagdagan ang light intensity.

Signal Demultiplexer:Mabulok ang multiplexed signal sa orihinal na mga indibidwal na signal.

Optical Receiver:nagko -convert ang natanggap na optical signal sa isang de -koryenteng signal, higit sa lahat na binubuo ng isang photodetector at isang demodulator.

Bahagi 4. Mga kalamangan at aplikasyon ng optical na komunikasyon

Mga bentahe ng optical na komunikasyon:

1. Mahabang distansya ng relay, matipid at makatipid ng enerhiya
Sa pag -aakalang ang paghahatid ng 10 Gbps (10 bilyon 0 o 1 signal bawat segundo) ng impormasyon, kung ginagamit ang de -koryenteng komunikasyon, ang signal ay kailangang maibalik at ayusin ang bawat ilang daang metro. Kumpara dito, ang paggamit ng optical na komunikasyon ay maaaring makamit ang isang distansya ng relay na higit sa 100 kilometro. Ang mas kaunting beses na ang signal ay nababagay, mas mababa ang gastos. Sa kabilang banda, ang materyal ng optical fiber ay silikon dioxide, na may masaganang reserba at mas mababang gastos kaysa sa tanso na wire. Samakatuwid, ang optical na komunikasyon ay may epekto sa pang-ekonomiya at pag-save ng enerhiya.

2. Mabilis na paghahatid ng impormasyon at kalidad ng mataas na komunikasyon

Halimbawa, ngayon kapag nakikipag -usap sa mga kaibigan sa ibang bansa o nakikipag -chat sa online, ang tunog ay hindi tulad ng dati. Sa panahon ng telecommunication, ang internasyonal na komunikasyon ay pangunahing umaasa sa mga artipisyal na satellite bilang mga relay para sa paghahatid, na nagreresulta sa mas mahabang mga landas ng paghahatid at mas mabagal na pagdating ng signal. At optical na komunikasyon, sa tulong ng mga submarine cable, pinaikling ang distansya ng paghahatid, na mas mabilis ang paghahatid ng impormasyon. Samakatuwid, ang paggamit ng optical na komunikasyon ay maaaring makamit ang mas maayos na komunikasyon sa ibang bansa.

3. Malakas na kakayahan ng anti-panghihimasok at mabuting pagiging kompidensiyal

Ang komunikasyon sa elektrikal ay maaaring makaranas ng mga pagkakamali dahil sa pagkagambala ng electromagnetic, na humahantong sa pagbaba ng kalidad ng komunikasyon. Gayunpaman, ang optical na komunikasyon ay hindi apektado ng ingay ng elektrikal, na ginagawang mas ligtas at mas maaasahan. At dahil sa prinsipyo ng kabuuang pagmuni -muni, ang signal ay ganap na nakakulong sa optical fiber para sa paghahatid, kaya mabuti ang pagiging kompidensiyal.

4. Malaking kapasidad ng paghahatid
Kadalasan, ang de -koryenteng komunikasyon ay maaari lamang magpadala ng 10Gbps (10 bilyon 0 o 1 signal bawat segundo) ng impormasyon, habang ang optical na komunikasyon ay maaaring magpadala ng 1Tbps (1 trilyon 0 o 1 signal) ng impormasyon.

Application ng optical na komunikasyon

Maraming mga pakinabang sa optical na komunikasyon, at ito ay isinama sa bawat sulok ng ating buhay mula sa pag -unlad nito. Ang mga aparato tulad ng mga mobile phone, computer, at mga telepono ng IP na gumagamit ng Internet ay kumonekta sa lahat sa kanilang rehiyon, sa buong bansa, at maging sa pandaigdigang network ng komunikasyon. Halimbawa, ang mga senyas na inilabas ng mga computer at mobile phone ay nagtitipon sa mga lokal na istasyon ng base ng komunikasyon at kagamitan sa provider ng network, at pagkatapos ay ipinapadala sa iba't ibang bahagi ng mundo sa pamamagitan ng mga fiber optic cable sa mga submarine cable.

Ang pagsasakatuparan ng mga pang -araw -araw na aktibidad tulad ng mga tawag sa video, online shopping, video game, at binge na nanonood ng lahat ay umaasa sa suporta at tulong nito sa likod ng mga eksena. Ang paglitaw ng mga optical network ay naging mas komportable at maginhawa ang aming buhay.