Pluošto optikos pagrindai: principai, programos ir evoliucija

„Fiber Optics“ yra revoliucinė technologija, leidžianti perduoti didelę spartą duomenų perdavimą per plonas stiklo ar plastiko sruogas.Skirtingai nuo tradicinių vario laidų, pluošto optika naudoja šviesos bangas, kad nešiotų informaciją su minimaliu signalo praradimu ir trukdžiais.Ši technologija vaidina lemiamą vaidmenį šiuolaikinėse telekomunikacijose, palaikant viską, pradedant spartų internete ir baigiant pažangiomis medicininių vaizdo gavimo sistemomis.Fibero optikos šerdį sudaro didelio grynumo silicio dioksido stiklas, leidžiantis efektyviai sklisti dideliais atstumais.Augant greitesnio ir patikimesnio bendravimo paklausai, pluošto optika ir toliau vystosi, siūlydama geresnius rezultatus, mažesnį latenciją ir platesnį pritaikymą įvairiose pramonės šakose.

Katalogas

Fibero optikos supratimas

Fibero optika reiškia stiklo ar plastiko sruogas, galinčias perduoti šviesą, dažniausiai naudojamą telekomunikacijos srityje.Šiandien naudojamus stiklo pluoštus daugiausia sudaro didelio grynumo silicio dioksido stiklas, pagrindiniu ingredientu kaip silicio dioksidu (SiO2).Šis didelis grynumas leidžia efektyviai bendrauti, naudojant šviesos bangas, einančias per pluoštus.

Dispersija pluošto optikoje

Veiksniai, lemiantys pluošto dispersiją

Sudėtingame vidiniame pluošto optikos pasaulyje optinis signalas susideda iš kelių komponentų, kurių kiekvienas turi skirtingus dažnius ar režimus.Dėl skirtingo šių komponentų sklidimo greičio, nukrypimas atsiranda per atstumą, iškraipydamas signalo bangos formą ir sukelia reiškinį, žinomą kaip pluošto dispersija.Tai gali ištempti ir iškraipyti šviesos impulsus, kai jie keliauja per pluoštą.

Pluošto dispersijos poveikis

Pluošto dispersija sukelia tarpsimbolų trukdžius, keičiant ir išplečiant signalo impulsą.Dėl to reikia pailginti inter-simbolio intervalą, kad būtų išsaugota komunikacijos kokybė, taip sumažinant perdavimo greitį ir atitinkamai bendrą sistemos pajėgumą ir pasiekiamumą.

Pluošto dispersijos tipai

Pluošto dispersijos niuansai apima įvairias formas, įskaitant:

- Modalinė dispersija

- Medžiagos dispersija

- bangolaidžio dispersija

- Poliarizacijos dispersija

Pluošto optikos elektromagnetinis spektras

Fibero optinis spektras apima įvairių rūšių bangos ilgių diapazoną.

Pluošto optikos susilpnėjimas

Kai šviesa keliauja per optinį pluoštą, keli veiksniai, tokie kaip absorbcija ir išsibarstymas, praranda optinę galią.Tokie nuostoliai lemia signalo susilpnėjimą, o tai daro įtaką veiksmingam ryšių sistemos pasiekiamumui.

Įprasto vieno režimo pluošto sušvelninimo schema su bangos ilgiu schema

Pluošto optikos klasifikacija

Žingsnis rodyklės pluoštas

Esant nuosekliam lūžio rodikliui, esančiam per šerdį ir apvalkalą, žingsnis-indekso pluoštai turi laipsnišką lūžio rodiklio poslinkį ties riba, darant įtaką šviesos sklidimui.

Rūšiuotas rodyklės pluoštas

Čia lūžio rodiklis smailės išilgai pluošto ašies, prieš mažindamas radialiai, pasiekdamas N2, esant apvalkalui.Šis laipsniškas pakeitimas optimizuoja šviesos perdavimą konkrečioms programoms.

Multimode pluoštas (MMF)

Leisdamas kelis šviesos režimus, MMF patiria reikšmingą tarpmodžio dispersiją.Tai riboja skaitmeninio signalo perdavimo dažnį ir tampa vis ryškesnis atstumu.

Vieno režimo pluoštas (SMF)

SMF yra optimizuotas tolimojo ryšio ryšiui, perduodant tik vieną šviesos režimą, kad būtų sumažintas tarp režimo dispersija.

Palyginus MMF ir SMF

Multimode pluošto ir vieno režimo pluošto palyginimas parodo režimo talpos ir perdavimo charakteristikų skirtumus.

Fibero optinės sąsajos

Optinio pluošto sąsajos būna įvairių rūšių, kad atitiktų konkrečias programas:

- FC (srieginė, įprasta pleistrų plokštėse)

- ST (apskritas užfiksuotas)

- SC (kvadratas, sujungta kortelė, dažna jungikliuose)

- LC (panašus į SC, bet mažesnis)

- MT-RJ (kvadratas, dvigubas pluoštas)

- MPO/MTP, BFOC, DIN, FDDI, MU

Sąvokos „FC/PC“, „SC/PC“ ir „SC/APC“ apima košės jungčių standartų ir šlifavimo metodų variantus, turinčius programas, kurioms įtakos turi silpnėjimo poreikiai ir signalų tipai.

Fibero optinio moduliai

Įvairi tinklo įranga naudoja optinius modulius kaip integruotus komponentus:

- SFP (mažo formos faktoriaus prijungiamas siųstuvas-imtuvas, skirtas 100–2500 Mbps greičiui, LC sąsajai)

- GBIC („Gigabit“ sąsajos keitiklis, SC sąsaja)

- XFP (10 gigabitų prijungiamas siųstuvas-imtuvas, LC sąsaja)

- „Xenpak“ (10 gigabit siųstuvų -siųstuvo -imtuvo paketas, SC sąsaja)

Suskyrimo technika pluošto optikoje

Pluošto sujungimas apima sujungimą pluoštais per sintezės sujungimą, naudojant šilumą dėl elektrodo išleidimo.Šis kritinis procesas padidina ryšio patikimumą.

Pluošto šerdies suderinimo metodas

Naudojant mikroskopą ir vaizdo apdorojimą, šis metodas kruopščiai suderina pagrindinius laidus, prieš suliejant sujungimą per dviejų kamerų sistemą.

Pluošto suliejimo spjaudiklis

Fiksuotas V-Groove suderinimo metodas

Čia pluoštai ilsisi V-Groove, su lydytu pluošto paviršiaus įtempiu padeda suderinti.Gamybos patobulinimai pagerino šį metodą, leidžiantį įgyvendinti mažai nuostolių daugiafunkcinius laidus.

Pluošto optikos veikimo mechanizmas

Pagrindinė viso vidinio atspindžio koncepcija

Kai šviesos pluoštas pereina iš terpės, turinčios didelį optinį tankį į tą, kurio tankis yra mažesnis, refrakcijos kampas auga didesnis nei dažnio kampo.Kaip pavaizduota, šis terpės poslinkis keičia šviesos kelią.

Kritinis kampas ir jo įtaka

Kai dažnio kampas \ (0 \) palaipsniui didėja, refrakcijos kampas \ (1 \) galiausiai pasiekia 90 °.Šiuo metu \ (1 \) yra žinomas kaip kritinis kampas, pagrindinis aspektas, turintis įtakos tai, kaip šviesa elgiasi ties šia riba.

Visiško vidinio atspindžio reiškinys

Kai kritimo kampas pralenkia kritinį kampą, šviesa visiškai atspindi tankesnę terpę, užuot lūžiusi į lengvesnę.Šis žavus bendro vidinio atspindžio atsiradimas yra naudojamas pluošto optikoje, palengvinant optinių signalų perdavimą dideliais atstumais, išlaikant signalo vientisumą ir efektyvumą.

Pluošto optinės komunikacijos raida

Early Innovations

1880 m. Aleksandras Grahamas Bellas supažindino pasaulį su „optinio telefono“ koncepcija.

Iki 1887 m. Britų fizikas Charlesas Vernonas Boysas sėkmingai sukūrė pirmąjį optinį pluoštą laboratorijoje, atskleisdamas šviesos, kaip informacijos nešiotojo, potencialą.

XX amžiaus vidurio etapai

1938 m. Pirmąjį „Long Glass“ sruogų pastatymą pamatė ir „American Owens Ilinojis Glass Company“, ir Japonijos „Nitto Textiles Company“.

Apšakos sąvoką 1951 m. Įvedė optinis fizikas Brianas O'Brianas, pridedant naują šviesolaidinės plėtros dimensiją.

1956 m. Mičigano universiteto studentas sukūrė pirmąjį stiklinį pluoštą, sujungdamas stiklinį vamzdelį su mažu lūžio rodikliu ant stiklinės lazdelės su dideliu lūžio rodikliu.Ši naujovė buvo užpildyta kūrybine aistra ir atkaklumu siekiant patobulinti duomenų perdavimą.

Lazerių ir optinių ryšių kilimas

Theodore Maiman's demonstration of the first laser in 1960 captured imaginations and kindled hopes about its use in optical communication.Jos galimybė spręsti pralaidumo iššūkius buvo ypač viliojanti tyrėjams, paskatinus daugybę laboratorinių eksperimentų visame pasaulyje.

1966 m. Britų ir kinų tyrėjas Gao Kun pasiūlė naudoti optinius pluoštus duomenų perdavimui, pateikdamas pagrindinę šiuolaikinės optinės komunikacijos viziją.Jo pasiūlymas buvo paremtas svajonėmis apie sklandžiai susijusias visuomenes ir sustiprintos globalios sąveikos.

Šviesolaidžio technologijos pažanga

1970 m. JAV įsikūrusi „Corning“ sukūrė kvarco optinį pluoštą, kurio praradimas buvo 20 dB/km, nustatydamas naują duomenų perdavimo efektyvumo etaloną.

Padidinus šias avansas, „Bell Laboratories“ JAV iki 1973 m. Sumažino šviesolaidinio optinio praradimą iki 2,5 dB/km, skelbdama sustiprinto ryšio ir informacijos srauto ateitį.

Siekimas sumažinti optinio pluošto praradimą tęsėsi, todėl 1976 m. Vadovavo „Nippon Telegraph“ ir „Telefonas“ (NTT), kad nuostoliai sumažėtų iki 0,47 dB/km (bangos ilgis 1,2 μm), atspindėdamas negailestingą įsipareigojimą optimaliam komunikacijos rezultatams.

Šviesolaidinio komunikacijos ypatybės

Didžiulis bendravimo pajėgumas

Fibero optinės technologijos revoliucionuoja komunikaciją, įgalindama precedento neturinčią perdavimo skalę.Teoriškai vienas optinis kabelis vienu metu gali valdyti iki 10 milijardų balso kanalų.Praktiniuose scenarijuose buvo pasiektas sėkmingas 500 000 balso kanalų bandymas.Tai yra nepaprastas šuolis į priekį, palyginti su tradicinių koaksialinių kabelių ir mikrobangų technologijų galimybėmis, atveriant didžiules galimybes sudėtingesniems bendravimo reikalavimams.

Platus estafetės pasiekimas

Fibero optika išsiskiria minimaliu signalo skilimu dėl jų išskirtinai žemo silpnėjimo koeficiento.Derinant su pažangiais optinio perdavimo metodais, sudėtinga priėmimo įranga, efektyvūs optiniai stiprintuvai, priekinių klaidų pataisos metodai ir RZ kodo moduliacijos naudojimas, relių atstumai, kurie tęsiasi iki tūkstančių kilometrų.Priešingai, įprasti įtaisai, tokie kaip kabeliai ir mikrobangai, valdo tik 1,5 kilometro ir 50 kilometrų.Tai išplečia įvairių tolimojo ryšio programų horizontą.

Sustiprintas konfidencialumas

Fibero optikos gebėjimas užtikrinti saugų ryšį yra jo techniniai požymiai, siūlantys neprilygstamo konfidencialumo sluoksnį.Jo imunitetas nuo stiprių išorinių elektromagnetinių laukų trukdžių yra jo patikimumo palaikymo privatumo patvirtinimas.

Išskirtinis pritaikomumas

Sukurtas atlaikyti koroziją ir atsispirti stiprių elektromagnetinių laukų poveikiui, pluošto optika pasižymi puikiu universalumu.Tai daro juos tinkamomis įvairioms aplinkai ir eksploatavimo sąlygoms, padidindami jų pritaikomumą daugelyje sektorių ir scenarijų.

Kompaktiškas ir lengvas dizainas

Fibero optiniai kabeliai suteikia pranašumą, nes jie yra kompaktiški ir lengvi, supaprastina montavimą ir sumažina logistinius iššūkius.Ši savybė daro juos palankias šiuolaikiniams infrastruktūros reikalavimams, kai ieškomi efektyvumo ir erdvės taupymo sprendimai.

Ekonominis su gausybiais medžiagų šaltiniais

Fibero optikos ekonominį efektyvumą padidina žaliavų gausa, reikalinga jų gamybai.Šis įperkamumas išplečia jų prieinamumą, leidžiančią platesnį diegimą ir integraciją į įvairias sistemas ir technologijas.