Изобретението на оптичните влакна е довело до революцията в областта на комуникацията. Ако няма оптични влакна, които да осигуряват високоскоростни канали с висока капацитет, Интернет може да остане само в теоретичния етап. Ако 20 -ти век е ерата на електричеството, тогава 21 -ви век е ерата на светлината. Как светлината постига комуникация? Нека научим основните познания за оптичната комуникация заедно с редактора по -долу.
Част 1. Основни познания за разпространението на светлината
Разбиране на леки вълни
Леките вълни всъщност са електромагнитни вълни, а в свободното пространство дължината на вълната и честотата на електромагнитните вълни са обратно пропорционални. Продуктът на двете е равен на скоростта на светлината, тоест:
Подредете дължините на вълните или честотите на електромагнитните вълни, за да образувате електромагнитен спектър. Според различните дължини на вълната или честотите, електромагнитните вълни могат да бъдат разделени на лъчева област, ултравиолетова област, зона на видима светлина, инфрачервен регион, микровълнова област, регион на радио вълната и регион на дълга вълна. Лентите, използвани за комуникация, са главно инфрачервеният регион, микровълновата област и региона на радио вълната. Следващото изображение ще ви помогне да разберете разделението на комуникационните ленти и съответните медии за разпространение за минути.
Главният герой на тази статия „Оптична комуникация“, използва леки вълни в инфрачервената лента. Що се отнася до този момент, хората може да се чудят защо трябва да е в инфрачервената група? Този проблем е свързан с оптичната загуба на предаване на оптични влакна материали, а именно силициево стъкло. След това трябва да разберем как оптичните влакна предават светлина.
Пречупване, отражение и пълно отражение на светлината
Когато светлината се излъчва от едно вещество в друго, пречупването и отражението възникват на интерфейса между двете вещества и ъгълът на пречупване се увеличава с ъгъла на падащата светлина. Както е показано на фигура ① → ②. Когато ъгълът на инцидента достигне или надвишава определен ъгъл, пречупената светлина изчезва и цялата падаща светлина се отразява назад, което е общото отражение на светлината, както е показано в ② → ③ на следващата фигура.
Различните материали имат различни показатели на пречупване, така че скоростта на разпространението на светлината варира в различните среди. Индексът на пречупване е представен от n, n = c/v, където c е скоростта във вакуум и v е скоростта на разпространение в средата. Среда с по -висок коефициент на пречупване се нарича оптично гъста среда, докато среда с по -нисък коефициент на пречупване се нарича оптично оскъдна среда. Двете условия за общо отражение са:
1. Предаване от оптично плътна среда към оптично оскъдна среда
2. Ъгълът на падането е по -голям или равен на критичния ъгъл на общото отражение
За да се избегне изтичане на оптично изтичане на сигнала и да се намали загубата на предаване, при общите условия на отражение се случва оптично предаване в оптични влакна.
Част 2. Въведение в оптичното разпространение (оптична влакна)
С основните познания за тоталното разпространение на светлината на отражение е лесно да се разбере дизайнерската структура на оптичните влакна. Голото влакно на оптичното влакно е разделено на три слоя: първият слой е сърцевината, която се намира в центъра на влакното и е съставено от силициев диоксид с висока чистота, известен още като стъкло. Диаметърът на сърцевината обикновено е 9-10 микрона (един режим), 50 или 62,5 микрона (многомодов). Ядрото на влакната има висок показател на пречупване и се използва за предаване на светлина. Опасняване на втория слой: Разположен около сърцевината, съставена също от силициево стъкло (с диаметър общо 125 микрона). Индексът на пречупване на облицовката е нисък, образувайки общо състояние на отражение заедно с сърцевината на влакната. Третият слой за покритие: Най -външният слой е подсилено покритие на смола. Защитният слой има висока якост и може да издържи на големи въздействия, предпазвайки оптичното влакно от ерозия на водни пари и механична абразия.
Загубата на оптично предаване на влакна е много важен фактор, влияещ върху качеството на оптичната комуникация. Основните фактори, причиняващи затихване на оптичните сигнали, включват загуба на абсорбция на материали, загуба на разсейване по време на предаване и други загуби, причинени от фактори като огъване на влакна, компресия и загуба на докиране.
Дължината на вълната на светлината е различна, а загубата на предаване в оптичните влакна също е различна. За да се сведе до минимум загубата и да се гарантира ефектът на предаване, учените са ангажирани да намерят най -подходящата светлина. Светлината в обхвата на дължината на вълната от 1260nm ~ 1360nm има най -малкото изкривяване на сигнала, причинено от дисперсия и най -ниска загуба на абсорбция. В първите дни този диапазон на дължината на вълната беше приет като оптична комуникационна лента. По -късно, след дълъг период на проучване и практика, експертите постепенно обобщават диапазон на дължината на вълната с ниска загуба (1260nm ~ 1625nm), който е най -подходящ за предаване в оптични влакна. Така че леките вълни, използвани в оптичната комуникация на влакната, обикновено са в инфрачервената лента.
Многомодово оптично влакно: предава множество режими, но големият междумо модален дисперсия ограничава честотата на предаване на цифрови сигнали и това ограничение става по -тежко с увеличаване на разстоянието на предаване. Следователно, разстоянието на многомодовата оптична трансмисия е сравнително кратко, обикновено само на няколко километра.
Едномодно влакно: С много малък диаметър на влакната теоретично може да се предава само един режим, което го прави подходящ за отдалечена комуникация.
| Елемент за сравнение | Многомодово влакно | Едномодно влакно |
| Оптични разходи за влакна | Висока цена | ниска цена |
| Изисквания за предаване на оборудване | Ниски изисквания за оборудване, ниски разходи за оборудване | Изисквания за високи оборудване, високи изисквания за източник на светлина |
| Затихване | високо | ниско |
| Дължина на вълната на предаване: 850Nm-1300nm | 1260nm-1640nm | |
| Удобен за използване | по -голям диаметър на сърцевината, лесен за работа | по -сложна връзка за употреба |
| Разстояние на предаване | локална мрежа | |
| (По -малко от 2 км) | мрежа за достъп | Мрежа със средна до дълги разстояния |
| (По -голямо от 200 км) | ||
| Честотна лента | Ограничена честотна лента | Почти неограничена честотна лента |
| Заключение | Оптиката на влакната е по -скъпа, но относителната цена на активирането на мрежата е по -ниска | По -висока производителност, но по -висока цена за установяване на мрежа |
Част 3. Принцип на работа на системата за оптична комуникация на влакната
Система за комуникация на оптични влакна
Обикновено използваните комуникационни продукти, като мобилни телефони и компютри, предават информация под формата на електрически сигнали. При провеждане на оптична комуникация, първата стъпка е да се преобразуват електрически сигнали в оптични сигнали, да ги предават през оптични кабели на влакна и след това да се преобразуват оптичните сигнали в електрически сигнали, за да постигнат целта на предаването на информация. Основната оптична комуникационна система се състои от оптичен предавател, оптичен приемник и оптична верига за предаване на светлина. За да се гарантира качеството на предаването на сигнала на дълги разстояния и да се подобри честотната лента на предаването, обикновено се използват оптични повторни ретранслатори и мултиплексори.
По -долу е кратко въведение към принципа на работа на всеки компонент в системата за оптична комуникация.
Оптичен предавател:Преобразува електрически сигнали в оптични сигнали, съставени главно от сигнални модулатори и източници на светлина.
Сигнал мултиплексор:Двойки множество оптични носещи сигнали с различни дължини на вълната в едно и също оптично влакно за предаване, постигайки ефекта от удвояване на капацитета на предаване.
Оптичен ретранслатор:По време на предаването формата на вълната и интензивността на сигнала ще се влошат, така че е необходимо да се възстанови формата на вълната до чистата форма на вълна на оригиналния и да се увеличи интензивността на светлината.
Сигнал demultiplexer:Разлагайте мултиплексирания сигнал в оригиналните си индивидуални сигнали.
Оптичен приемник:Преобразува получения оптичен сигнал в електрически сигнал, съставен главно от фотодетектор и демодулатор.
Част 4. Предимства и приложения на оптичната комуникация
Предимства на оптичната комуникация:
1. Дълго разстояние на релето, икономично и енергийно пестене
Ако приемем, че предаването на 10 Gbps (10 милиарда 0 или 1 сигнала в секунда) информация, ако се използва електрическа комуникация, сигналът трябва да бъде препреждан и коригиран на всеки няколкостотин метра. В сравнение с това, използването на оптична комуникация може да постигне реле разстояние от над 100 километра. Колкото по -малко пъти сигналът се регулира, толкова по -ниска е цената. От друга страна, материалът на оптичното влакно е силициев диоксид, който има изобилие от резерви и много по -ниска цена от медната тел. Следователно оптичната комуникация има икономически и енергийно пестене.
2. Бързо предаване на информация и високо качество на комуникацията
Например, сега, когато разговаряте с приятели в чужбина или разговаряйте онлайн, звукът не е толкова изоставащ, колкото преди. В ерата на телекомуникациите международната комуникация разчита главно на изкуствените спътници като релета за предаване, което води до по -дълги пътища на предаване и по -бавно пристигане на сигнала. И оптичната комуникация, с помощта на подводни кабели, съкращава разстоянието на предаването, като прави предаването на информация по -бързо. Следователно използването на оптична комуникация може да постигне по -плавна комуникация с чужбина.
3. Силна способност за борба с взаимодействието и добра конфиденциалност
Електрическата комуникация може да изпита грешки поради електромагнитните смущения, което води до намаляване на качеството на комуникацията. Оптичната комуникация обаче не се влияе от електрическия шум, което го прави по -безопасен и по -надежден. И поради принципа на общото отражение, сигналът е напълно ограничен до оптичното влакно за предаване, така че конфиденциалността е добра.
4. Голям капацитет на предаване
Като цяло електрическата комуникация може да предава само 10Gbps (10 милиарда 0 или 1 сигнала в секунда) информация, докато оптичната комуникация може да предава 1Tbps (1 трилион 0 или 1 сигнала) информация.
Прилагане на оптична комуникация
Има много предимства за оптичната комуникация и тя е интегрирана във всяко кътче от нашия живот от неговото развитие. Устройства като мобилни телефони, компютри и IP телефони, които използват интернет, свързват всички към своя регион, цялата страна и дори към глобалната комуникационна мрежа. Например, сигналите, излъчвани от компютри и мобилни телефони, се събират на базовите станции на местните комуникационни оператори и оборудването на доставчиците на мрежи и след това се предават в различни части на света чрез оптични кабели в подводни кабели.
Реализирането на ежедневните дейности като видео разговори, онлайн пазаруване, видеоигри и гневно гледане на всички разчитат на неговата подкрепа и помощ зад кулисите. Появата на оптичните мрежи направи живота ни по -удобен и удобен.
Време за публикация: Mar-31-2025
