Uppfinningen av optisk fiber har drivit revolutionen inom kommunikationsområdet. Om det inte finns någon optisk fiber som ger högkapacitet med hög hastighetskanaler kan internet bara stanna i det teoretiska skedet. Om 1900 -talet var era era, är 2000 -talet ljusets era. Hur uppnår ljus kommunikationen? Låt oss lära oss den grundläggande kunskapen om optisk kommunikation tillsammans med redaktören nedan.
Del 1. Grundläggande kunskaper om lätt förökning
Förstå ljusvågor
Ljusvågor är faktiskt elektromagnetiska vågor, och i fritt utrymme är våglängden och frekvensen för elektromagnetiska vågor omvänt proportionella. Produkten från de två är lika med ljusets hastighet, det vill säga:
Ordna våglängderna eller frekvenserna för elektromagnetiska vågor för att bilda ett elektromagnetiskt spektrum. Enligt de olika våglängderna eller frekvenserna kan elektromagnetiska vågor delas upp i strålningsregion, ultraviolett region, synligt ljusom region, infraröd region, mikrovågsregion, radiovågregion och långvågregion. De band som används för kommunikation är främst det infraröda regionen, mikrovågsregionen och radiovågregionen. Följande bild hjälper dig att förstå uppdelningen av kommunikationsband och motsvarande förökningsmedia på några minuter.
Huvudpersonen i denna artikel, "Fiberoptic Communication", använder ljusvågor i det infraröda bandet. När det gäller denna punkt kan folk undra varför det måste vara i det infraröda bandet? Denna fråga är relaterad till den optiska överföringsförlusten av optiska fibermaterial, nämligen kiseldioxidglas. Därefter måste vi förstå hur optiska fibrer överför ljus.
Brytning, reflektion och total reflektion av ljus
När ljuset släpps ut från ett ämne till en annan, inträffar brytning och reflektion vid gränssnittet mellan de två ämnena, och brytningsvinkeln ökar med infallsljusets vinkel. Som visas i figur ① → ②. När infallsvinkeln når eller överskrider en viss vinkel försvinner det brytade ljuset och allt infallande ljus återspeglas tillbaka, vilket är den totala reflektionen av ljus, såsom visas i ② → ③ i följande figur.
Olika material har olika brytningsindex, så hastigheten för lätt förökning varierar i olika medier. Brytningsindexet representeras av N, N = C/V, där C är hastigheten i vakuum och V är förökningshastigheten i mediet. Ett medium med ett högre brytningsindex kallas ett optiskt tätt medium, medan ett medium med ett lägre brytningsindex kallas ett optiskt gles medium. De två villkoren för att total reflektion ska inträffa är:
1. Överföring från optiskt tätt medium till optiskt gles medium
2. Incidentvinkeln är större än eller lika med den kritiska vinkeln för total reflektion
För att undvika optisk signalläckage och minska överföringsförlust sker optisk överföring i optiska fibrer under totala reflektionsförhållanden.
Del 2. Introduktion till optiska förökningsmedier (fiberoptik)
Med den grundläggande kunskapen om total reflektionsljusutbredning är det lätt att förstå designstrukturen för optiska fibrer. Den nakna fibern i optisk fiber är uppdelad i tre lager: det första skiktet är kärnan, som är belägen i mitten av fibern och består av högren kiseldioxid, även känd som glas. Kärndiametern är i allmänhet 9-10 mikron (enkelläge), 50 eller 62,5 mikron (multi-läge). Fiberkärnan har ett högt brytningsindex och används för att överföra ljus. Andra skiktbeklädnad: Ligger runt fiberkärnan, också sammansatt av kiseldioxidglas (med en diameter på generellt 125 mikron). Brytningsindexet för beklädnaden är lågt och bildar ett totalt reflektionstillstånd tillsammans med fiberkärnan. Det tredje beläggningsskiktet: Det yttersta skiktet är en förstärkt hartsbeläggning. Det skyddande skiktmaterialet har hög styrka och tål stora effekter och skyddar den optiska fibern från vattenånga erosion och mekanisk nötning.
Fiberoptisk överföringsförlust är en mycket viktig faktor som påverkar kvaliteten på fiberoptisk kommunikation. De viktigaste faktorerna som orsakar dämpning av optiska signaler inkluderar absorptionsförlust av material, spridningsförlust under överföring och andra förluster orsakade av faktorer som fiberböjning, komprimering och dockningsförlust.
Våglängden för ljus är annorlunda, och överföringsförlusten i optiska fibrer är också annorlunda. För att minimera förlusten och säkerställa överföringseffekten har forskare åtagit sig att hitta det lämpligaste ljuset. Ljuset i våglängdsområdet 1260Nm ~ 1360Nm har den minsta signalförvrängningen orsakad av spridning och den lägsta absorptionsförlusten. Under de första dagarna antogs detta våglängdsområde som det optiska kommunikationsbandet. Senare, efter en lång period av utforskning och praxis, sammanfattade experter gradvis ett lågförlustvåglängdsområde (1260Nm ~ 1625Nm), vilket är bäst lämpat för överföring i optiska fibrer. Så ljusvågorna som används i fiberoptisk kommunikation finns i allmänhet i det infraröda bandet.
Multimode Optisk fiber: överför flera lägen, men den stora intermodala dispersionen begränsar frekvensen för att överföra digitala signaler, och denna begränsning blir allvarligare med ökande transmissionsavstånd. Därför är avståndet för multimodfiberoptisk överföring relativt kort, vanligtvis bara några kilometer.
Enkelläge fiber: Med en mycket liten fiberdiameter kan teoretiskt endast ett läge överföras, vilket gör det lämpligt för fjärrkommunikation.
| Jämförelse | Multimodfiber | Enkelläge fiber |
| Fiberoptisk kostnad | hög kostnad | låg kostnad |
| Överföringsutrustningskrav | Krav med låg utrustning, låga utrustningskostnader | Krav med hög utrustning, krav med hög ljuskälla |
| Försvagning | hög | låg |
| Överföringsvåglängd: 850nm-1300nm | 1260NM-1640NM | |
| Bekvämt att använda | Större kärndiameter, lätt att hantera | mer komplex anslutning för användning |
| Sändningsavstånd | lokalt nätverk | |
| (mindre än 2 km) | åtkomstnätverk | Nätverk med medelstor till långdistans |
| (Större än 200 km) | ||
| Bandbredd | Begränsad bandbredd | Nästan obegränsad bandbredd |
| Slutsats | Fiberoptik är dyrare, men den relativa kostnaden för nätverksaktivering är lägre | Högre prestanda, men högre kostnad för att etablera ett nätverk |
Del 3. Arbetsprincipen för fiberoptisk kommunikationssystem
Optisk fiberkommunikationssystem
Kommunikationsprodukterna som vanligtvis används, såsom mobiltelefoner och datorer, överför information i form av elektriska signaler. Vid genomförande av optisk kommunikation är det första steget att konvertera elektriska signaler till optiska signaler, överföra dem genom fiberoptiska kablar och sedan konvertera de optiska signalerna till elektriska signaler för att uppnå syftet med informationsöverföring. Det grundläggande optiska kommunikationssystemet består av en optisk sändare, en optisk mottagare och en fiberoptisk krets för att överföra ljus. För att säkerställa kvaliteten på långdistanssignalöverföring och förbättra transmissionsbandbredden används vanligtvis optiska repeater och multiplexerare.
Nedan följer en kort introduktion till arbetsprincipen för varje komponent i det fiberoptiska kommunikationssystemet.
Optisk sändare:Konverterar elektriska signaler till optiska signaler, främst sammansatta av signalmodulatorer och ljuskällor.
Signal Multiplexer:Par flera optiska bärarsignaler av olika våglängder i samma optiska fiber för överföring, vilket uppnår effekten av fördubbling av transmissionskapacitet.
Optisk repeater:Under överföringen kommer signalens vågform och intensitet att försämras, så det är nödvändigt att återställa vågformen till den ursprungliga signalens snygga vågform och öka ljusintensiteten.
Signal Demultiplexer:Sönderdelas den multiplexerade signalen i sina ursprungliga individuella signaler.
Optisk mottagare:konverterar den mottagna optiska signalen till en elektrisk signal, främst sammansatt av en fotodetektor och en demodulator.
Del 4. Fördelar och tillämpningar av optisk kommunikation
Fördelar med optisk kommunikation:
1. Långt reläavstånd, ekonomisk och energibesparande
Förutsatt att överföringen av 10 Gbps (10 miljarder 0 eller 1 signaler per sekund) information, om elektrisk kommunikation används, måste signalen vidarebefordras och justeras med några hundra meter. Jämfört med detta kan användning av optisk kommunikation uppnå ett reläavstånd på över 100 kilometer. Ju färre gånger signalen justeras, desto lägre är kostnaden. Å andra sidan är materialet med optisk fiber kiseldioxid, som har rikliga reserver och mycket lägre kostnad än koppartråd. Därför har optisk kommunikation en ekonomisk och energibesparande effekt.
2. Snabb informationsöverföring och hög kommunikationskvalitet
Till exempel, nu när du pratar med vänner utomlands eller chattar på nätet, är ljudet inte lika släpande som tidigare. Under telekommunikationens era förlitar internationell kommunikation huvudsakligen på konstgjorda satelliter som reläer för överföring, vilket resulterar i längre överföringsvägar och långsammare signalankomst. Och optisk kommunikation, med hjälp av ubåtkablar, förkortar transmissionsavståndet och gör informationsöverföring snabbare. Därför kan användning av optisk kommunikation uppnå jämnare kommunikation med utomlands.
3. Stark anti-inblandningsförmåga och god konfidentialitet
Elektrisk kommunikation kan uppleva fel på grund av elektromagnetisk störning, vilket leder till en minskning av kommunikationskvaliteten. Optisk kommunikation påverkas emellertid inte av elektriskt brus, vilket gör det säkrare och mer pålitligt. Och på grund av principen om total reflektion är signalen helt begränsad till den optiska fibern för överföring, så sekretessen är bra.
4. Stor överföringskapacitet
I allmänhet kan elektrisk kommunikation endast överföra 10 Gbps (10 miljarder 0 eller 1 signaler per sekund) information, medan optisk kommunikation kan överföra 1 Tbps (1 biljon 0 eller 1 signaler) information.
Tillämpning av optisk kommunikation
Det finns många fördelar med optisk kommunikation, och det har integrerats i varje hörn i våra liv sedan dess utveckling. Enheter som mobiltelefoner, datorer och IP -telefoner som använder Internet ansluter alla till deras region, hela landet och till och med till det globala kommunikationsnätverket. Till exempel samlas signaler som släpps ut av datorer och mobiltelefoner vid lokala kommunikationsoperatörsbasstationer och nätverksleverantörsutrustning och överförs sedan till olika delar av världen genom fiberoptiska kablar i ubåtkablar.
Förverkligandet av dagliga aktiviteter som videosamtal, online shopping, videospel och binge som tittar på allt förlitar sig på dess stöd och hjälp bakom kulisserna. Framväxten av optiska nätverk har gjort våra liv mer bekväma och praktiska.
Posttid: Mar-31-2025
