Pagrindinė optinio pluošto struktūra
Optinį pluoštą sudaro trys sluoksniai:
Šerdis: centrinis sluoksnis, pagamintas iš aukšto grynumo silicio dioksido (nukirstų tokiais elementais kaip germanis). Jis turi labai mažą skersmenį ({8-10 μm vieno režimo pluoštui, 50-62.
Apvalkalas: supa šerdį, pagamintą iš medžiagos su mažesniu lūžio rodikliu nei šerdis. Tai užtikrina, kad šviesa sklinda per bendrą vidinį atspindį.
Apsauginė danga: išorinis polimero sluoksnis, kad būtų išvengta fizinės pažeidimo ir aplinkos trukdžių.
Pagrindinis principas: bendras vidinis atspindys
Lūžio rodiklio kontrastas: Aukštesnis šerdies lūžio rodiklis, palyginti su apvalkalu, lemia, kad šviesa turi bendrą vidinį atspindį ties šerdies kirpimo riba, kai įvykis esant didesniam už kritinį kampą.
Šviesos sklidimas: šviesos signalai per šerdį keliauja per nuolatinį bendrą vidinį atspindį, einant zigzago keliu (kelių režimų pluoštu) arba beveik tiesia keliu (vieno režimo pluoštu).
Informacijos perdavimo žingsniai
Elektros signalų pavertimas optiniais signalais:
Siųstuve A ** lazerinio diodo (LD) ** arba šviesos skleidžiančio diodo (LED) elektros signalus paverčia optiniais impulsais (šviesa „įjungti/išjungti“ arba bangos ilgio poslinkiai reiškia dvejetainius „1s“ ir „0} s“).
Optinio signalo perdavimas:
Per pluoštą sklinda šviesos impulsai. Lūžio rodiklio skirtumas tarp šerdies ir apvalkalo riboja signalą į šerdį, net kai pluoštas yra sulenktas.
Signalo kartotuvas/amplifikacija:
Norint perduoti tolimąjį nuotolį, ** Erbium ląsteliniai pluošto stiprintuvai (EDFA) ** Stiprina optinius signalus tiesiogiai, nepaverdami jų į elektrinius signalus, mažindami latenciją.
Optinis ir elektrinis signalo konvertavimas:
Imtuve A ** fotodetektorius ** (pvz., PIN diodas, lavinos fotodiodas) paverčia šviesą atgal į elektrinius signalus, kurie vėliau dekoduojami į pradinius duomenis.
.
Pluošto tipai ir našumas
Vieno režimo pluoštas (SMF):
- Itin plonas šerdis (8-10 μm), leidžiant tik vieną šviesos sklidimo režimą.
- Advantages: Long-distance transmission (>100 km), didelis pralaidumas. Naudojami stuburo tinkluose (pvz., Povandeniniai kabeliai).
Kelių režimų pluoštas (MMF):
- storesnė šerdis (50-62. 5μm), palaikanti kelis šviesos režimus.
- Trūkumai: Modalinės dispersijos ribos perdavimo atstumas (<2 km). Ideal for local networks (e.g., LANs).
Pluošto optikos pranašumai
Ekstremalus pralaidumas: teorinis greitis iki šimtų TBP (naudojant bangos ilgio diviziono multipleksavimą).
Mažas silpninimas: Šiuolaikiniai pluoštai pasižymi mažais nuostoliais kaip 0.
Imunitetas EMI: nepaveiktas elektromagnetinių trukdžių, tinkamų atšiauriems aplinkai (pvz., Elektros tinklai, ligoninės).
Kompaktiškas ir saugus: lengvas, mažas dydis ir nėra elektromagnetinės spinduliuotės nuotėkio.
Techniniai iššūkiai
Dispersija: signalo išplėtimas dėl skirtingo šviesos bangos ilgio/režimų greičio (išspręstas per dispersiją kompensuojančius pluoštus ar DSP).
Netiesiniai efektai: didelės galios signalai sukelia sklaidą/keturių bangų maišymą, todėl reikia tikslios galios valdymo.
Lenvės nuostoliai: per didelis lenkimas sukelia šviesos nutekėjimą; Minimalus lenkimo spindulys turi būti prižiūrimas montavimo metu.
Paraiškos
Telekomunikacijų tinklai: interneto stuburo, 5G bazinės stoties nuorodos, duomenų centro sujungimai.
Sveikatos priežiūra: endoskopinis vaizdavimas, lazerio operacija.
Pramoninė: pluošto optiniai jutikliai (temperatūra, slėgis), pluošto lazeriai.
Santrauka
Fibero optika perduoda informaciją, ribodami šviesos signalus, esančius šerdyje, per bendrą vidinį atspindį. Aukštojo „Light“ dažnio panaudojimas, jie įgalina ypač greitą, tolimojo ir mažai nuostolių ryšį. Pagrindinės technologijos apima šviesos moduliaciją, bendrą atspindžio valdymą, optinį amplifikaciją ir dispersijos valdymą, todėl pluošto optika yra šiuolaikinių pasaulinių ryšių sistemų pagrindas.