Ang prinsipyo ng conversion at paghahatid ng impormasyon sa optical fibers

Ang mga modernong linya ng komunikasyon na inilaan para sa paghahatid ng impormasyon sa malalayong distansya ay kadalasang mga optical na linya lamang, dahil sa medyo mataas na kahusayan ng teknolohiyang ito, na matagumpay nitong naipakita sa loob ng maraming taon, halimbawa, bilang isang paraan ng pagbibigay ng broadband access sa Internet .

Ang hibla mismo ay binubuo ng isang glass core na napapalibutan ng isang kaluban na may refractive index na mas mababa kaysa sa core. Ang liwanag na sinag na responsable para sa pagpapadala ng impormasyon sa kahabaan ng linya ay kumakalat sa kahabaan ng core ng hibla, sumasalamin sa paraan nito mula sa cladding at sa gayon ay hindi lumalabas sa linya ng paghahatid.

Ang beamforming light source ay kadalasan diode o semiconductor laser, habang ang fiber mismo, depende sa core diameter at refractive index distribution, ay maaaring single-mode o multi-mode.

Ang mga optical fiber sa mga linya ng komunikasyon ay higit na mataas kaysa sa mga elektronikong paraan ng komunikasyon, na nagbibigay-daan sa mataas na bilis at walang pagkawalang pagpapadala ng digital na data sa malalayong distansya.

Sa prinsipyo, ang mga optical lines ay maaaring bumuo ng isang independiyenteng network o magsilbi upang pag-isahin ang mga umiiral nang network — mga seksyon ng optical fiber highway na pisikal na pinagsama sa antas ng optical fiber o lohikal na — sa antas ng mga protocol ng paghahatid ng data.

Ang bilis ng paghahatid ng data sa mga optical na linya ay maaaring masukat sa daan-daang gigabit bawat segundo, halimbawa ang 10 Gbit Ethernet standard, na ginamit sa loob ng maraming taon sa mga modernong istruktura ng telekomunikasyon.

Ang taon ng pag-imbento ng fiber optics ay itinuturing na 1970, nang sina Peter Schultz, Donald Keck at Robert Maurer—mga siyentipiko sa Corning—nag-imbento ng mababang pagkawala ng optical fiber na nagbukas ng posibilidad ng pagdoble ng cable system para sa pagpapadala ng signal ng telepono. walang repeaters ay ginagamit. Ang mga developer ay gumawa ng wire na nagbibigay-daan sa iyong makatipid ng 1% ng optical signal power sa layong 1 kilometro mula sa pinagmulan.

Ito ang naging punto ng pagbabago para sa teknolohiya. Ang mga linya ay orihinal na idinisenyo upang magpadala ng daan-daang phase ng liwanag nang sabay-sabay, sa kalaunan ay binuo ang single-phase fiber na may mas mataas na pagganap na may kakayahang mapanatili ang integridad ng signal sa mas mahabang distansya. Ang single-phase zero-offset fiber ay ang pinaka-hinahangad na uri ng fiber mula noong 1983 hanggang ngayon.

Upang magpadala ng data sa isang optical fiber, ang signal ay dapat munang ma-convert mula sa electrical tungo sa optical, pagkatapos ay i-transmit sa linya, at pagkatapos ay i-convert pabalik sa electrical sa receiver.Ang buong aparato ay tinatawag na isang transceiver at kabilang ang hindi lamang optical kundi pati na rin ang mga elektronikong sangkap.

Kaya, ang unang elemento ng isang optical line ay isang optical transmitter. Kino-convert nito ang isang serye ng mga de-koryenteng data sa isang optical stream. Kasama sa transmitter ang: isang parallel-to-serial converter na may sync pulse synthesizer, isang driver at isang optical signal source.

Ang pinagmulan ng optical signal ay maaaring isang laser diode o isang LED. Ang mga maginoo na LED ay hindi ginagamit sa mga sistema ng telekomunikasyon. Ang bias current at ang modulation current para sa direktang modulasyon ng laser diode ay ibinibigay ng laser driver. Pagkatapos ang ilaw ay ibinibigay sa pamamagitan ng optical connector—sa fiber optic cable.

Sa kabilang panig ng linya, ang signal at ang timing signal ay nade-detect ng isang optical receiver (karamihan ay isang photodiode sensor) kung saan sila ay na-convert sa isang electrical signal na pinalakas at pagkatapos ay ang ipinadala na signal ay muling binuo. Sa partikular, ang serial data stream ay maaaring ma-convert sa parallel.

Ang pre-amplifier ay responsable para sa pag-convert ng asymmetric current mula sa photodiode sensor sa boltahe, para sa kasunod na amplification at conversion nito sa isang differential signal. Binabawi ng data synchronization at recovery chip ang mga signal ng orasan at ang kanilang timing mula sa natanggap na stream ng data.

Nakakamit ng time-division multiplexer ang mga rate ng paglilipat ng data na hanggang 10 Gb/s. Kaya ngayon mayroong mga sumusunod na pamantayan para sa bilis ng paghahatid ng data sa pamamagitan ng mga optical system:

Ang wavelength division multiplexing at wavelength division multiplexing ay nagbibigay-daan sa iyo na higit pang pataasin ang densidad ng paghahatid ng data kapag maraming multiplexed data stream ang ipinadala sa parehong channel, ngunit ang bawat stream ay may sariling wavelength.

Ang single-mode fiber ay may medyo maliit na panlabas na core diameter na humigit-kumulang 8 microns. Ang nasabing hibla ay nagpapahintulot sa isang sinag ng isang tiyak na dalas na magpalaganap sa pamamagitan nito, na naaayon sa mga katangian ng isang naibigay na hibla. Kapag ang beam ay gumagalaw nang mag-isa, ang intermode dispersion na problema ay mawawala, na nagreresulta sa pagtaas ng performance ng linya.

Ang pamamahagi ng density ng materyal ay maaaring gradient o step-like. Ang pamamahagi ng gradient ay nagbibigay-daan sa mas mataas na throughput. Ang single-mode na teknolohiya ay mas manipis at mas mahal kaysa sa multi-mode, ngunit ito ang single-mode na teknolohiya na kasalukuyang ginagamit sa telekomunikasyon.

Ang multimode fiber ay nagbibigay-daan sa maramihang transmission beam sa iba't ibang anggulo na magkasabay na ipalaganap. Ang core diameter ay karaniwang 50 o 62.5 µm, kaya ang pagpapakilala ng optical radiation ay pinadali. Ang presyo ng mga transceiver ay mas mababa kaysa sa mga single-mode.

Ito ay isang multimode fiber na napaka-angkop para sa maliliit na network ng bahay at lokal na lugar. Ang kababalaghan ng intermode dispersion ay itinuturing na pangunahing kawalan ng multimode fiber, samakatuwid, upang mabawasan ang nakakapinsalang kababalaghan na ito, ang mga fibers na may gradient refractive index ay espesyal na binuo, upang ang mga sinag ay lumaganap sa mga parabolic path at ang pagkakaiba sa kanilang mga optical path ay mas maliit. .Sa isang paraan o iba pa, nananatiling mas mataas pa rin ang pagganap ng teknolohiyang single-mode.