Optiskās šķiedras pamatstruktūra
Optiskā šķiedra sastāv no trim slāņiem:
KORE: centrālais slānis, kas izgatavots no augstas tīrības silīcija dioksīda (leģēts ar tādiem elementiem kā germānijs). Tam ir ļoti mazs diametrs ({8-10 μm viena režīma šķiedrai, 50-62. 5μm daudzmodu šķiedrai) un augstāks refrakcijas indekss.
Apšuvums: ieskauj kodolu, izgatavots no materiāla ar zemāku refrakcijas indeksu nekā serde. Tas nodrošina, ka gaisma izplatās, izmantojot pilnīgu iekšējo refleksiju.
Aizsardzības pārklājums: ārējais polimēra slānis, lai novērstu fiziskus bojājumus un vides traucējumus.
Pamatprincips: Kopējā iekšējā refleksija
Refrakcijas indeksa kontrasts: kodola augstāks refrakcijas indekss salīdzinājumā ar apšuvumu izraisa gaismas kopējo iekšējo atstarojumu pie serdes apšuvuma robežas, ja leņķos ir lielāks par kritisko leņķi.
Gaismas izplatība: Gaismas signāli pārvietojas pa kodolu, izmantojot nepārtrauktu kopējo iekšējo atstarojumu, sekojot zigzaga ceļam (vairāku režīmu šķiedrai) vai gandrīz taisno ceļu (viena režīma šķiedra).
Informācijas pārraides soļi
Elektrisko signālu konvertēšana uz optiskajiem signāliem:
Raidītājā ** lāzera diode (LD) ** vai gaismas diode (LED) pārvērš elektriskos signālus optiskos impulsos (gaisma “ieslēgts/izslēgts” vai viļņa garuma nobīdes attēlo bināru "1" un "0} s").
Optiskā signāla pārraide:
Gaismas impulsi izplatās caur šķiedru. Refrakcijas indeksa atšķirība starp kodolu un apšuvumu ierobežo signālu līdz kodolam, pat ja šķiedra ir saliekta.
Signāla atkārtotājs/pastiprināšana:
Tālsatiksmes pārraidei ** Erbium leģētu šķiedru pastiprinātāji (EDFAS) ** ESPICIJIET OPTISKIE SIGNĀLUS tieši, nepārveidojot tos elektriskos signālos, samazinot latentumu.
Optiskā-elektriskā signāla konvertēšana:
Uztvērēja gadījumā ** fotodetektors ** (piemēram, PIN diode, lavīnu fotodioode) pārvērš gaismu atpakaļ elektriskos signālos, kurus pēc tam dekodē oriģinālajos datos.
.
Šķiedru veidi un veiktspēja
Viena režīma šķiedra (SMF):
- Ultra-Thin Core (8-10 μm), ļaujot tikai vienu gaismas izplatīšanās režīmu.
- Advantages: Long-distance transmission (>100 km), augsts joslas platums. Izmanto mugurkaula tīklos (piemēram, zemūdens kabeļi).
Daudzu režīmu šķiedra (MMF):
- biezāks serde (50-62. 5μm), atbalstot vairākus gaismas režīmus.
- Trūkumi: Modālā izkliede ierobežo pārraides attālumu (<2 km). Ideal for local networks (e.g., LANs).
Fiber optikas priekšrocības
Extreme joslas platums: teorētiskais ātrums līdz simtiem TBP (izmantojot viļņu garuma divīzijas multipleksēšanu).
Zema vājināšanās: mūsdienu šķiedrām ir tik zemi zaudējumi kā 0. 2 dB/km, ļaujot pārraidīt tūkstošiem kilometru bez atkārtotājiem.
Imunitāte pret EMI: neietekmē elektromagnētiski traucējumi, kas piemēroti skarbai videi (piemēram, enerģijas režģi, slimnīcas).
Kompakts un drošs: viegls, mazs izmērs un bez elektromagnētiskā starojuma noplūdes.
Tehniski izaicinājumi
Dispersija: signālu paplašināšana atšķirīga gaismas viļņu garumu/režīmu ātruma dēļ (atrisināts caur dispersiju kompensējošām šķiedrām vai DSP).
Nelineārie efekti: lieljaudas signāli izraisa izkliedes/četru viļņu sajaukšanu, kurai nepieciešama precīza jaudas kontrole.
Saliekuma zudums: pārmērīga saliekšana izraisa vieglu noplūdi; Instalācijas laikā jāuztur minimālais līkuma rādiuss.
Pieteikumi
Telekomunikāciju tīkli: interneta mugurkauli, 5G bāzes stacijas saites, datu centra savienojumi.
Veselības aprūpe: endoskopiska attēlveidošana, lāzera operācija.
Rūpnieciski: optisko šķiedru sensori (temperatūra, spiediens), šķiedru lāzeri.
Kopsavilkums
Šķiedru optika pārsūta informāciju, ierobežojot gaismas signālus kodolā, izmantojot kopējo iekšējo refleksiju. Piesaistot gaismas augsto frekvenci, tie nodrošina īpaši ātru, tālsatiksmes un zemu zaudējumu komunikāciju. Galvenās tehnoloģijas ietver gaismas modulāciju, kopējo refleksijas kontroli, optisko pastiprināšanu un izkliedes pārvaldību, padarot optisko šķiedru par mūsdienu globālo sakaru sistēmu mugurkaulu.