Basiese kennis van optiese vesel

Die uitvinding van optiese vesel het die rewolusie op die gebied van kommunikasie gedryf. As daar geen optiese vesel is om hoë-snelheidskanale met hoë kapasiteit te bied nie, kan die internet slegs in die teoretiese stadium bly. As die 20ste eeu die era van elektrisiteit was, dan is die 21ste eeu die era van lig. Hoe bereik lig kommunikasie? Kom ons leer die basiese kennis van optiese kommunikasie saam met die redakteur hieronder.

Deel 1. Basiese kennis van ligte voortplanting

Verstaan ​​liggolwe
Ligte golwe is eintlik elektromagnetiese golwe, en in vrye ruimte is die golflengte en frekwensie van elektromagnetiese golwe omgekeerd eweredig. Die produk van die twee is gelyk aan die snelheid van die lig, dit wil sê:

Rangskik die golflengtes of frekwensies van elektromagnetiese golwe om 'n elektromagnetiese spektrum te vorm. Volgens die verskillende golflengtes of frekwensies kan elektromagnetiese golwe verdeel word in die stralingsgebied, ultraviolet -streek, sigbare ligstreek, infrarooi streek, mikrogolfgebied, radiogolfgebied en langgolfgebied. Die bande wat vir kommunikasie gebruik word, is hoofsaaklik die infrarooi streek, mikrogolfgebied en radiogolfgebied. Die volgende beeld sal u help om die verdeling van kommunikasiebande en ooreenstemmende voortplantingsmedia binne enkele minute te verstaan.

Die protagonis van hierdie artikel, "Veseloptiese kommunikasie," gebruik liggolwe in die infrarooi band. As dit by hierdie punt kom, wonder mense miskien waarom dit in die infrarooi band moet wees? Hierdie probleem hou verband met die optiese transmissieverlies van optiese veselmateriaal, naamlik silika -glas. Vervolgens moet ons verstaan ​​hoe optiese vesels lig oordra.

Breking, weerkaatsing en totale weerkaatsing van lig

As lig van een stof na 'n ander vrygestel word, kom breking en weerkaatsing by die koppelvlak tussen die twee stowwe voor, en die brekhoek neem toe met die hoek van die voorvallig. Soos getoon in Figuur ① → ②. As die invalhoek 'n sekere hoek bereik of oorskry, verdwyn die gebreekte lig en word al die voorvallig weerkaats, wat die totale weerkaatsing van lig is, soos aangetoon in ② → ③ in die volgende figuur.

Verskillende materiale het verskillende brekingsindekse, dus die snelheid van ligte voortplanting wissel in verskillende media. Die brekingsindeks word voorgestel deur n, n = c/v, waar c die snelheid in vakuum is en v die voortplantingsnelheid in die medium is. 'N Medium met 'n hoër brekingsindeks word 'n opties digte medium genoem, terwyl 'n medium met 'n laer brekingsindeks 'n opties yl medium genoem word. Die twee voorwaardes vir totale refleksie wat voorkom, is:
1. transmissie van opties digte medium na opties yl medium
2. Die invalhoek is groter as of gelyk aan die kritieke hoek van totale refleksie
Om optiese seinlekkasie te vermy en transmissieverlies te verminder, vind optiese oordrag in optiese vesels onder totale refleksietoestande plaas.

Deel 2. Inleiding tot optiese voortplantingsmedia (veseloptiek)

Veseloptiese struktuur

Met die basiese kennis van die totale weerkaatsingsligte, is dit maklik om die ontwerpstruktuur van optiese vesels te verstaan. Die kaal vesel van optiese vesel word in drie lae verdeel: die eerste laag is die kern, wat in die middel van die vesel geleë is en bestaan ​​uit silikondioksied met 'n hoë suiwerheid, ook bekend as glas. Die kerndiameter is oor die algemeen 9-10 mikron (enkelmodus), 50 of 62,5 mikron (multi-modus). Die veselkern het 'n hoë brekingsindeks en word gebruik om lig oor te dra. Tweede laagbekleding: geleë rondom die veselkern, ook bestaan ​​uit silika -glas (met 'n deursnee van oor die algemeen 125 mikron). Die brekingsindeks van die bekleding is laag, wat 'n totale refleksietoestand vorm met die veselkern. Die derde deklaaglaag: die buitenste laag is 'n versterkte harsbedekking. Die beskermende laagmateriaal het 'n hoë sterkte en kan groot impakte weerstaan, wat die optiese vesel teen erosie van waterdamp en meganiese skuur beskerm.

Optiese transmissieverlies

Veseloptiese transmissieverlies is 'n baie belangrike faktor wat die kwaliteit van veseloptiese kommunikasie beïnvloed. Die belangrikste faktore wat die verswakking van optiese seine veroorsaak, sluit in absorpsieverlies van materiale, verspreidingsverlies tydens transmissie, en ander verliese wat veroorsaak word deur faktore soos veselbuiging, kompressie en dokverlies.

Die golflengte van lig is anders, en die transmissieverlies in optiese vesels is ook anders. Om die verlies te verminder en die oordrageffek te verseker, is wetenskaplikes daartoe verbind om die geskikste lig te vind. Die lig in die golflengte van 1260 nm ~ 1360Nm het die kleinste seinvervorming wat veroorsaak word deur verspreiding en die laagste absorpsieverlies. In die vroeë dae is hierdie golflengte -reeks as die optiese kommunikasieband aangeneem. Later, na 'n lang periode van eksplorasie en praktyk, het kundiges geleidelik 'n golflengte met 'n lae verlies (1260 nm ~ 1625Nm) saamgevat, wat die geskikste is vir oordrag in optiese vesels. Die liggolwe wat in veseloptiese kommunikasie gebruik word, is dus gewoonlik in die infrarooi band.

Veseloptiese klassifikasie

Multimode optiese vesel: stuur verskeie modusse oor, maar die groot intermodale verspreiding beperk die frekwensie van die oordrag van digitale seine, en hierdie beperking word erger met toenemende transmissieafstand. Daarom is die afstand van multimode -veseloptiese transmissie relatief kort, gewoonlik slegs 'n paar kilometer.
Enkele modusvesel: met 'n baie klein veseldiameter, kan slegs een modus teoreties oorgedra word, wat dit geskik maak vir afgeleë kommunikasie.

Deel 3. Werkbeginsel van veseloptiese kommunikasiestelsel

Optiese veselkommunikasiestelsel

Die kommunikasieprodukte wat gereeld gebruik word, soos selfone en rekenaars, stuur inligting in die vorm van elektriese seine. Wanneer u optiese kommunikasie uitvoer, is die eerste stap om elektriese seine in optiese seine te omskep, dit deur veseloptiese kabels oor te dra en dan die optiese seine in elektriese seine te omskep om die doel van die oordrag van inligting te bereik. Die basiese optiese kommunikasiestelsel bestaan ​​uit 'n optiese sender, 'n optiese ontvanger en 'n veseloptiese stroombaan om lig oor te dra. Ten einde die kwaliteit van langafstandsein-oordrag te verseker en die transmissiebandbreedte te verbeter, word optiese herhalers en multiplexers gewoonlik gebruik.

Hieronder is 'n kort inleiding tot die werkbeginsel van elke komponent in die veseloptiese kommunikasiestelsel.

Optiese sender:Skakel elektriese seine om in optiese seine, hoofsaaklik bestaan ​​uit seinmodulators en ligbronne.

Signaal multiplexer:Paartjies veelvuldige optiese draerseine van verskillende golflengtes in dieselfde optiese vesel vir transmissie, wat die effek van die verdubbeling van die transmissievermoë bereik.

Optiese herhaler:Tydens die oordrag sal die golfvorm en intensiteit van die sein agteruitgaan, dus is dit nodig om die golfvorm te herstel na die netjiese golfvorm van die oorspronklike sein en die ligintensiteit te verhoog.

Sein Demultiplexer:Ontbind die veelvuldige sein in sy oorspronklike individuele seine.

Optiese ontvanger:Skakel die ontvangde optiese sein om in 'n elektriese sein, hoofsaaklik saamgestel uit 'n fotodetektor en 'n demodulator.

Deel 4. Voordele en toepassings van optiese kommunikasie

Voordele van optiese kommunikasie:

1. Lang relaisafstand, ekonomies en energiebesparend
As die oordrag van 10 Gbps (10 miljard 0 of 1 seine per sekonde) inligting aanvaar, moet die sein elke paar honderd meter oorgedra en aangepas word as elektriese kommunikasie gebruik word. In vergelyking hiermee, kan die gebruik van optiese kommunikasie 'n relaisafstand van meer as 100 kilometer behaal. Hoe minder kere die sein aangepas word, hoe laer is die koste. Aan die ander kant is die materiaal van optiese vesel silikondioksied, wat oorvloedige reserwes het en baie laer koste as koperdraad. Daarom het optiese kommunikasie 'n ekonomiese en energiebesparende effek.

2. Vinnige inligtingoordrag en hoë kommunikasiegehalte

Byvoorbeeld, as u nou met vriende in die buiteland praat of aanlyn gesels, is die klank nie so agteruit soos voorheen nie. In die era van telekommunikasie berus internasionale kommunikasie hoofsaaklik op kunsmatige satelliete as relais vir transmissie, wat lei tot langer transmissiepaaie en stadiger seine -aankoms. En optiese kommunikasie, met behulp van duikbootkabels, verkort die transmissieafstand, wat die oordrag van inligting vinniger maak. Die gebruik van optiese kommunikasie kan dus gladder kommunikasie met oorsee bewerkstellig.

3. Sterk anti-inmengingvermoë en goeie vertroulikheid

Elektriese kommunikasie kan foute ervaar as gevolg van elektromagnetiese inmenging, wat lei tot 'n afname in kommunikasiekwaliteit. Optiese kommunikasie word egter nie deur elektriese geraas beïnvloed nie, wat dit veiliger en betroubaarder maak. En as gevolg van die beginsel van totale refleksie, is die sein heeltemal beperk tot die optiese vesel vir oordrag, dus is die vertroulikheid goed.

4. Groot transmissievermoë
Oor die algemeen kan elektriese kommunikasie slegs 10 Gbps (10 miljard 0 of 1 seine per sekonde) inligting oordra, terwyl optiese kommunikasie 1 tbps (1 triljoen 0 of 1 seine) inligting kan oordra.

Toepassing van optiese kommunikasie

Daar is baie voordele vir optiese kommunikasie, en dit is sedert die ontwikkeling daarvan in elke uithoek van ons lewens geïntegreer. Toestelle soos selfone, rekenaars en IP -telefone wat die internet gebruik, verbind almal met hul streek, die hele land en selfs met die wêreldwye kommunikasienetwerk. Byvoorbeeld, seine wat deur rekenaars en selfone vrygestel word, versamel by die plaaslike kommunikasie -operateurbasisstasies en netwerkverskaffer -toerusting, en word dan deur middel van veseloptiese kabels in duikbootkabels na verskillende wêrelddele oorgedra.

Die verwesenliking van daaglikse aktiwiteite soos video -oproepe, aanlyn -inkopies, videospeletjies en Binge kyk na alles vertrou op die ondersteuning en hulp agter die skerms. Die opkoms van optiese netwerke het ons lewens gemakliker en geriefliker gemaak.