Kako resnično delujejo kabli za optične komunikacije v vlakni?
Kabel za komunikacijske optične vlakne je najosnovnejši sestavljen iz steklenih pramenov, tako kot niti, o premeru človeških las, od katerih lahko vsaka prenaša sporočila, modulirana na svetlobne valove s hitrostjo svetlobe. Ponujajo večjo pasovno širino kot bakrena žična kabel in so postali možnost, da izpolnjujejo zahteve starosti interneta, kjer je treba velike količine podatkov (npr. Pretočne aplikacije) razdeliti na tisoče naročnikov, kilometrov stran in takoj. Optični kabli vlaken ne najdemo samo v komunikacijskih sistemih, ampak se uporabljajo tudi v industrijskih omrežjih, zaznavanju in avioničnih aplikacijah.
Prvi korak k razumevanju, kako deluje optika vlaken, je razumeti, kaj se zgodi, ko pošiljate svetlobo skozi zrak ali vodo. Svetloba potuje kot val. Ko gre skozi zrak, val izgubi nekaj energije in postane bolj razširjen. Rezultat tega je, da svetlobni žarek postane širši in manj intenziven. Ta izguba intenzivnosti se imenuje slabljenje.
Ko svetloba vstopi v vodo, pa ne izgubi nobene energije. Namesto tega se upogne okoli molekul vode, kar olajša prehod svetlobe. Voda tudi upočasni hitrost svetlobe za faktor 1/v2, kjer je V hitrost svetlobe v vodi. To pomeni, da bo svetloba, ki potuje po vodi, potovala dlje, kot če bi potovala po zraku. Optična vlakna uporabljajo ta načela za prenos podatkov iz ene točke v drugo.
Večina optičnih vlaken, ki jih danes uporabljamo, je sestavljena iz steklenih pramenov (jedra) iz čistega silicijevega dioksida, obdanega z obloženim materialom iz dopiranega kremena. Jedro je tako majhno, da lahko do konca potuje le en sam žarek svetlobe na določeni valovni dolžini. Temu pravimo enodelna vlakna. V tej zasnovi ima plast obloge nižji indeks loma in deluje kot ogledalo, da ohrani način znotraj jedra. Ta pojav je znan kot skupni notranji odsev.
Učinkovitost optičnih vlaken je odvisna od tega, kako dobro lahko prenašajo svetlobo. Eden od načinov za merjenje je z merjenjem izgube donosa (imenovane tudi izguba vstavitve) vlaknin. Izguba vračanja je opredeljena kot razmerje med močjo v smeri naprej in močjo v obratni smeri. Če je povratna izguba velika, se bo med potovanjem skozi vlakno izgubilo več svetlobe, kot če bi bila povratna izguba nizka.
Prednosti optičnih kablov vlaken
Optična vlakna imajo veliko prednosti pred tradicionalnimi bakrenimi žicami:
1. Učinkovitost prenosa hitrega hitrosti
Mediji optičnih vlaken prenašajo signale s fotonskimi impulzi, njegova hitrost prenosa pa lahko doseže tisočkrat več kot v bakrenih kablih (običajno 100+ GBP), ki je še posebej primeren za scenarije aplikacij s strogimi zahtevami v realnem času, kot so 4K/8K pretočni medijski prenos in storitve računalništva v oblaku. Optična vlakna z enim načinom so v laboratorijskih okoljih dosegla prebojno hitrost prenosa 1 petabita/s.
2. Ultra velika zmogljivost pasovne širine
Zahvaljujoč zreli uporabi tehnologije multipleksiranja valovne dolžine (WDM) lahko eno optično vlakno hkrati nosi optične signale različnih valovnih dolžin, kot sta C-Band (1530-1565 nm) in L-pand (1565-1625 NM). S tehnologijo Multiplexing (DWDM) z gosto valovno dolžino (DWDM) je mogoče doseči več kot 96 kanalov vzporednega prenosa z enim vlaknom, ki teoretično doseže stotine zmogljivosti pasovne širine na ravni TBPS.
3. Značilnosti prenosa izgube z nizkimi izgubami
Quartz optična vlakna ima koeficient slabljenja 0. 2DB/km v oknu 1550Nm. S tehnologijo ojačevalnika vlaken z erbijem (EDFA) lahko doseže razdaljo prenosa brez releja več kot 100 km. Za primerjavo je izguba bakrenega kabla CAT6A 21,3 dB na 100 metrov pri 100MHz.
4. Značilnosti elektromagnetne imunosti
Optična vlakna uporablja sio₂ dielektrično strukturo valovoda za prenos signalov, ki se v bistvu izogne težavam z elektromagnetnimi motnjami (EMI) in radiofrekvenčnimi interferenčnimi interferenčnimi motnjami (RFI), s katerimi se soočajo bakreni kabli. Zaradi te funkcije je nenadomestljiva za ožičenje v močnih elektromagnetnih okoljih, kot so visokonapetostne podstanice (večje ali enake 500kV) in medicinske MRI opreme.
5. Preverjanje varnostnega mehanizma
Informacijsko tveganje za sistem optičnih vlaken obstaja predvsem v opremi za odpoved. Med prenosom ni elektromagnetnega sevanja. Tehnologija OTDR lahko spremlja anomalijo optične izgube na ravni 0. 01db v realnem času. Glede na standard NIST SP 800-53 fizična varnost plasti kanala optičnih vlaken doseže zaščitno raven razreda III, kar daleč presega raven bakrenega kabla razreda I.
Vrste komunikacijskega optičnega kabla
Obstajata dve osnovni vrsti vlaken, en način in multimode. Optična vlakna z enim načinom je manjša v premeru jedra (8. 3-10 mikronov) in ima prednosti glede na pasovno širino in dosega daljše razdalje, medtem ko imajo večmodne optične vlakne večje premere jedra (50 mikronov ali več) in zlahka podpirajo večino razdalj, ki so potrebne v podjetniškem in podatkovnem centru.
Tehnologija optičnih vlaken se danes uporablja na več načinov. Uporablja se za oddajanje glasov in video signalov, prenosa računalniških podatkov in za pošiljanje informacij na dolge razdalje.
Optična vlakna se uporabljajo za izdelavo endoskopov, ki zdravnikom omogočajo ogled znotraj človeškega telesa in izvajanje operacije, ne da bi potrebovali invazivne postopke skalpela. Velika jedrna vlakna lahko nosijo lasersko energijo, da olajšajo odstranjevanje tetovaž, čiščenje zgodovinskih spomenikov in napajanje laserskih obrambnih sistemov.
Distribuirano optično zaznavanje vlaken (DFO) omogoča, da se kot senzorska naprava uporablja celotna dolžina optičnega vlakna. Strukture, kot so cevovodi za gorivo, mostovi in krila letala, imajo lahko vgrajena optična vlakna, da bi zaznali takšne parametre, kot so obremenitev, temperatura ali zvok in pomagajo zagotoviti njihovo strukturno celovitost.
