Šviesolaidžio perdavimo principas pagrįstas visiško vidinio atspindžio reiškiniu, kuris įgalina perduoti informaciją optinėmis skaidulomis (šviesai laidžiomis skaidulomis). Paprastai optinės skaidulos gaminamos iš šerdies su dideliu lūžio rodikliu ir apvalkalo su mažesniu lūžio rodikliu. Kai šviesa patenka į pluošto šerdį, šerdies ir apvalkalo sąsajoje atsiranda visiškas vidinis atspindys, todėl šviesa sklinda zigzago būdu ir leidžia perduoti informaciją. Žemiau pateikiamas išsamus optinio pluošto perdavimo principo paaiškinimas:
Visiškas vidinis šviesos atspindys
Kai šviesa keliauja iš tankesnės terpės (terpės su didesniu lūžio rodikliu) į mažiau tankią terpę (terpę su mažesniu lūžio rodikliu), jei kritimo kampas viršija kritinį kampą, šviesa visiškai atsispindės atgal į tankesnė terpė, o ne pereiti į mažiau tankią terpę. Šis reiškinys žinomas kaip visiškas vidinis atspindys.
Kritinis kampas yra kritimo kampas, atitinkantis 90 laipsnių lūžio kampą. Visiškas vidinis atspindys atsiranda tik tada, kai šviesa iš tankesnės terpės patenka į mažiau tankią terpę, o kritimo kampas yra didesnis už kritinį kampą.
Optinio pluošto struktūra ir medžiagos
Optinės skaidulos susideda iš šerdies ir apvalkalo, o šerdies lūžio rodiklis yra didesnis nei apvalkalo, kurio lūžio rodiklis yra mažesnis. Šviesa patiria visišką vidinį atspindį šerdies ir apvalkalo sąsajoje, todėl ji gali sklisti išilgai pluošto.
Optinio pluošto perdavimo veikimo principas
Siųstuvo galas: Perduotinas signalas (analoginis signalas arba skaitmeninis impulsinis elektrinis signalas) moduliuojamas į šviesos šaltinį, paverčiant jį iš elektrinio signalo į optinį signalą.
Perdavimo procesas: Modifikuota šviesos banga sklinda išilgai pluošto šerdies. Kai šviesa susiduria su šerdies ir apvalkalo sąsaja, atsiranda visiškas vidinis atspindys, nes kritimo kampas yra didesnis nei kritinis kampas, todėl šviesa gali toliau sklisti pluošte.
Imtuvo galas: Kai šviesa pasiekia kitą galą, ji demoduliuojama ir naudojant demoduliatorių paverčiama atgal į elektrinį signalą, užbaigiant informacijos perdavimo procesą.
Optinio pluošto perdavimo charakteristikos
Didelės spartos transmisija: Vienu optiniu pluoštu galima pasiekti kelių Gbps duomenų perdavimo spartą.
Perdavimas dideliais atstumais: Optinės skaidulos gali perduoti dešimtis kilometrų nenaudojant kartotuvų.
Maži nuostoliai: Optinio pluošto perdavimo nuostoliai yra maži. Šviesos, kurios bangos ilgis yra 1,31 µm, perdavimo nuostoliai yra mažesni nei 0,35 dB vienam kilometrui, o 1,55 µm šviesai – dar mažesni, mažesni nei 0,2 dB per kilometrą. kilometro.
Naujausi optinio pluošto technologijos pokyčiai
Pastaraisiais metais sparti šviesolaidžio ryšio technologijų raida lėmė didelę pažangą pluošto medžiagų, konstrukcijų projektavimo ir signalų apdorojimo technikų srityse. Mažų nuostolių medžiagų, tokių kaip grynas silicio dioksidas ir legiruoti stiklai, įdiegimas ir patobulintos pluošto geometrijos, įskaitant mažesnį šerdies skersmenį ir optimizuotą apvalkalo dizainą, dar labiau sumažino perdavimo nuostolius ir pagerino efektyvumą.
Netiesinių optinių efektų tyrimai palengvino daugiamodių skaidulų ir erdvės padalijimo tankinimo (SDM) technologijų kūrimą. Daugiamodės skaidulos leidžia pluoštu keliauti keliais šviesos keliais arba režimais, o SDM leidžia naudoti kelis erdvinius kanalus viename pluošte. Ši pažanga žymiai padidino atskirų optinių skaidulų perdavimo pajėgumus, leidžiančius jiems perduoti terabitus duomenų per sekundę.
Šiuolaikiniai tyrimai taip pat tiria naujus pluoštus, tokius kaip tuščiaviduriai pluoštai, kurie nukreipia šviesą per oro užpildytą šerdį, o ne kietą. Ši konstrukcija sumažina sklaidos ir sugerties nuostolius, todėl užtikrina mažesnį slopinimą ir didesnį pralaidumo potencialą. Tuščiaviduriai pluoštai rodo itin mažą delsą ir didelės spartos duomenų perdavimą tokiose programose kaip aukšto dažnio prekyba ir medicininis vaizdavimas realiuoju laiku.
Be to, pažangiausios optinio stiprinimo technologijos, tokios kaip erbiu legiruoti skaiduliniai stiprintuvai (EDFA), Ramano stiprintuvai ir parametriniai stiprintuvai, stumia itin ilgo nuotolio ir itin didelės spartos perdavimo ribas. Pavyzdžiui, EDFA leidžia sustiprinti signalus be elektros konvertavimo, išlaikant aukštą duomenų vientisumą dideliais atstumais. Šios technologijos leidžia optinėms ryšio sistemoms įveikti tūkstančius kilometrų be reikšmingo signalo pablogėjimo, todėl jos yra labai svarbios pasauliniams telekomunikacijų tinklams ir povandeninių kabelių sistemoms.
Naujos programos ir ateities perspektyvos
Šios naujovės išplečia optinio pluošto technologijų pritaikymą pažangiose srityse, tokiose kaip:
Kvantinė komunikacija, kur optinės skaidulos naudojamos kvantiniams bitams (kubitams) perduoti itin saugioms ryšio sistemoms.
5G tinklai, kur didelis pralaidumas ir mažas optinio pluošto delsos laikas yra labai svarbūs palaikant didžiulius naujos kartos belaidžių sistemų duomenų reikalavimus.
Duomenų centrų jungtys, kurios remiasi šviesolaidžiu, kad greitai ir efektyviai perduotų didelius duomenų kiekius tarp skirtingų vietų.
Be šių programų, vykdomi optinių skaidulų integravimo su fotonika ir optiniu skaičiavimu tyrimai, kurie galėtų pakeisti informacijos apdorojimą, suteikdami greitesnes ir energiją taupančias skaičiavimo sistemas.
Išvada
Optinio pluošto perdavimas išnaudoja visiško vidinio atspindžio principą, naudojant pluošto šerdies struktūrą ir apvalkalą, kad būtų pasiektas tolimojo atstumo, didelės spartos ir mažų nuostolių informacijos perdavimas. Naujausi šviesolaidžių medžiagų, dizaino ir stiprinimo technologijų pokyčiai dar labiau pagerino optinių skaidulų veikimą ir galimybes, todėl jie yra būtini šiuolaikinėse ryšių infrastruktūrose. Tęsiant mokslinius tyrimus, tikimasi, kad optiniai skaidulos vaidins pagrindinį vaidmenį telekomunikacijų, kvantinio ryšio ir kitų sričių ateityje, skatindamos tolesnes informacinių technologijų ir tinklo sistemų naujoves.