Invenția fibrelor optice a determinat revoluția în domeniul comunicării. Dacă nu există fibre optice care să ofere canale de mare viteză de mare viteză, internetul poate rămâne doar în stadiul teoretic. Dacă secolul XX a fost epoca electricității, atunci secolul XXI este epoca luminii. Cum realizează lumina comunicării? Să învățăm cunoștințele de bază ale comunicării optice împreună cu editorul de mai jos.
Partea 1. Cunoașterea de bază a propagării luminii
Înțelegerea valurilor de lumină
Undele de lumină sunt de fapt unde electromagnetice, iar în spațiul liber, lungimea de undă și frecvența undelor electromagnetice sunt invers proporționale. Produsul celor doi este egal cu viteza luminii, adică:
Aranjați lungimile de undă sau frecvențele undelor electromagnetice pentru a forma un spectru electromagnetic. Conform diferitelor lungimi de undă sau frecvențe, undele electromagnetice pot fi împărțite în regiunea de radiații, regiunea ultravioletă, regiunea luminii vizibile, regiunea infraroșu, regiunea cu microunde, regiunea valurilor radio și regiunea de undă lungă. Benzile utilizate pentru comunicare sunt în principal regiunea infraroșu, regiunea cu microunde și regiunea de undă radio. Următoarea imagine vă va ajuta să înțelegeți diviziunea benzilor de comunicare și media de propagare corespunzătoare în câteva minute.
Protagonistul acestui articol, „Comunicare cu fibră optică”, folosește unde de lumină în banda infraroșu. Când vine vorba de acest punct, oamenii se pot întreba de ce trebuie să fie în trupa infraroșu? Această problemă este legată de pierderea de transmisie optică a materialelor cu fibre optice, și anume sticla de silice. În continuare, trebuie să înțelegem cum transmit lumina fibrelor optice.
Refracție, reflecție și reflectarea totală a luminii
Când lumina este emisă de la o substanță la alta, refracția și reflectarea apar la interfața dintre cele două substanțe, iar unghiul de refracție crește odată cu unghiul luminii incidente. Așa cum se arată în figura ① → ②. Când unghiul incident atinge sau depășește un anumit unghi, lumina refractată dispare și toată lumina incidentă este reflectată în spate, care este reflectarea totală a luminii, așa cum se arată în ② → ③ în figura următoare.
Materiale diferite au indici de refracție diferiți, astfel încât viteza de propagare a luminii variază în medii diferite. Indicele de refracție este reprezentat de n, n = c/v, unde C este viteza în vid și V este viteza de propagare în mediu. Un mediu cu un indice de refracție mai mare se numește un mediu optic dens, în timp ce un mediu cu un indice de refracție mai mic se numește mediu optic rar. Cele două condiții pentru a avea loc reflecția totală sunt:
1. Transmisie de la mediu optic dens până la mediu optic rar
2. Unghiul incident este mai mare sau egal cu unghiul critic de reflectare totală
Pentru a evita scurgerea semnalului optic și pentru a reduce pierderea de transmisie, transmiterea optică a fibrelor optice are loc în condiții de reflecție totală.
Partea 2. Introducere în medii de propagare optică (fibră optică)
Cu cunoștințele de bază despre propagarea totală a luminii de reflecție, este ușor de înțeles structura de proiectare a fibrelor optice. Fibra goală a fibrei optice este împărțită în trei straturi: primul strat este miezul, care este situat în centrul fibrei și este compus din dioxid de siliciu de înaltă puritate, cunoscut și sub numele de sticlă. Diametrul miezului este, în general, 9-10 microni (un singur mod), 50 sau 62,5 microni (multi-mod). Nucleul de fibre are un indice de refracție ridicat și este utilizat pentru a transmite lumină. Al doilea strat de placare: localizat în jurul miezului de fibre, compus și din sticlă de silice (cu un diametru de 125 de microni în general). Indicele de refracție al placării este scăzut, formând o condiție de reflecție totală împreună cu miezul fibrei. Al treilea strat de acoperire: stratul cel mai exterior este o acoperire de rășină armată. Materialul stratului de protecție are o rezistență ridicată și poate rezista la impacturi mari, protejând fibra optică de eroziunea vaporilor de apă și abraziunea mecanică.
Pierderea de transmisie cu fibră optică este un factor foarte important care afectează calitatea comunicării cu fibră optică. Principalii factori care provoacă atenuarea semnalelor optice includ pierderea de absorbție a materialelor, pierderea de împrăștiere în timpul transmisiei și alte pierderi cauzate de factori precum îndoirea fibrelor, compresia și pierderea de andocare.
Lungimea de undă a luminii este diferită, iar pierderea de transmisie în fibrele optice este de asemenea diferită. Pentru a reduce la minimum pierderea și pentru a asigura efectul de transmisie, oamenii de știință s -au angajat să găsească cea mai potrivită lumină. Lumina în intervalul lungimii de undă de 1260nm ~ 1360nm are cea mai mică distorsiune a semnalului cauzată de dispersie și cea mai mică pierdere de absorbție. În primele zile, acest interval de lungime de undă a fost adoptat ca bandă de comunicare optică. Mai târziu, după o lungă perioadă de explorare și practică, experții au rezumat treptat un interval de lungime de undă scăzut de pierdere (1260nm ~ 1625nm), care este cel mai potrivit pentru transmiterea în fibre optice. Deci, undele de lumină utilizate în comunicarea cu fibră optică sunt, în general, în banda infraroșie.
Fibra optică multimodă: transmite mai multe moduri, dar marea dispersie inter modal limitează frecvența transmiterii semnalelor digitale, iar această limitare devine mai severă odată cu creșterea distanței de transmisie. Prin urmare, distanța de transmisie cu fibră optică multimodă este relativ scurtă, de obicei doar câțiva kilometri.
Fibra cu un singur mod: cu un diametru foarte mic al fibrei, teoretic poate fi transmis un singur mod, ceea ce îl face potrivit pentru o comunicare la distanță.
| Articol de comparație | Fibra multimodă | Fibră de mod unic |
| Costul fibrei optice | Cost ridicat | cost scăzut |
| Cerințe de echipamente de transmisie | Cerințe scăzute ale echipamentelor, costuri scăzute de echipament | Cerințe ridicate ale echipamentelor, cerințe de sursă de lumină ridicată |
| Atenuare | ridicat | scăzut |
| Lungime de undă de transmisie: 850NM-1300NM | 1260NM-1640NM | |
| Convenabil de utilizat | diametrul miezului mai mare, ușor de manevrat | conexiune mai complexă pentru utilizare |
| Distanța de transmisie | rețea locală | |
| (mai puțin de 2 km) | rețea de acces | rețea de distanță medie până la distanță |
| (Mai mare de 200 km) | ||
| Lățime de bandă | Lățime de bandă limitată | Lățime de bandă aproape nelimitată |
| Concluzie | Fibra optică este mai scumpă, dar costul relativ al activării rețelei este mai mic | Performanțe mai mari, dar costuri mai mari de stabilire a unei rețele |
Partea 3. Principiul de lucru al sistemului de comunicare cu fibră optică
Sistem de comunicare a fibrelor optice
Produsele de comunicare utilizate frecvent, cum ar fi telefoanele mobile și computerele, transmit informații sub formă de semnale electrice. Atunci când efectuați o comunicare optică, primul pas este transformarea semnalelor electrice în semnale optice, să le transmiteți prin cabluri cu fibră optică, apoi să convertiți semnalele optice în semnale electrice pentru a atinge scopul transmiterii informațiilor. Sistemul de comunicare optică de bază constă dintr -un emițător optic, un receptor optic și un circuit de fibră optică pentru transmiterea luminii. Pentru a asigura calitatea transmisiei semnalului pe distanțe lungi și pentru a îmbunătăți lățimea de bandă de transmisie, se folosesc în general repetatori optici și multiplexori.
Mai jos este o scurtă introducere în principiul de lucru al fiecărei componente din sistemul de comunicare cu fibră optică.
Emițător optic:Transformă semnalele electrice în semnale optice, compuse în principal din modulatori de semnal și surse de lumină.
Multiplexor de semnal:Cuplă multiple semnale de purtător optice de lungimi de undă diferite în aceeași fibră optică pentru transmisie, obținând efectul dublării capacității de transmisie.
Repetor optic:În timpul transmisiei, forma de undă și intensitatea semnalului se vor deteriora, astfel încât este necesară restabilirea formei de undă la forma de undă a semnalului inițial și creșterea intensității luminii.
Demultiplexor semnal:Descompuneți semnalul multiplexat în semnalele sale individuale originale.
Receptor optic:transformă semnalul optic primit într -un semnal electric, compus în principal dintr -un fotodetector și un demodulator.
Partea 4. Avantajele și aplicațiile comunicării optice
Avantajele comunicării optice:
1. distanță lungă a releului, economie și economisire a energiei
Presupunând transmiterea de 10 Gbps (10 miliarde 0 sau 1 semnale pe secundă) de informații, dacă se utilizează o comunicare electrică, semnalul trebuie să fie transmis și ajustat la fiecare câteva sute de metri. În comparație cu aceasta, utilizarea comunicării optice poate obține o distanță de releu de peste 100 de kilometri. Cu cât semnalul este mai mic, cu atât costul este mai mic. Pe de altă parte, materialul fibrei optice este dioxidul de siliciu, care are rezerve abundente și costuri mult mai mici decât firul de cupru. Prin urmare, comunicarea optică are un efect economic și de economisire a energiei.
2. Transmiterea informațiilor rapide și o calitate ridicată a comunicării
De exemplu, acum, când vorbim cu prietenii din străinătate sau vorbind online, sunetul nu este la fel de rămas ca înainte. În epoca telecomunicațiilor, comunicarea internațională se bazează în principal pe sateliți artificiali ca relee pentru transmisie, ceea ce duce la căi de transmisie mai lungi și la sosirea mai lentă a semnalului. Și comunicarea optică, cu ajutorul cablurilor submarine, scurtează distanța de transmisie, făcând transmisia informațiilor mai rapidă. Prin urmare, utilizarea comunicării optice poate realiza o comunicare mai ușoară cu peste mări.
3. Abilitatea anti-interferență puternică și o bună confidențialitate
Comunicarea electrică poate experimenta erori datorate interferenței electromagnetice, ceea ce duce la o scădere a calității comunicării. Cu toate acestea, comunicarea optică nu este afectată de zgomotul electric, ceea ce o face mai sigură și mai fiabilă. Și datorită principiului reflecției totale, semnalul este complet limitat la fibra optică pentru transmisie, deci confidențialitatea este bună.
4. Capacitate mare de transmisie
În general, comunicarea electrică poate transmite doar 10 Gbps (10 miliarde 0 sau 1 semnale pe secundă) de informații, în timp ce comunicarea optică poate transmite 1TBPS (1 trilion 0 sau 1 semnale) de informații.
Există multe avantaje pentru comunicarea optică și a fost integrat în fiecare colț al vieții noastre de la dezvoltarea ei. Dispozitivele precum telefoanele mobile, computerele și telefoanele IP care utilizează internetul conectează pe toată lumea la regiunea lor, întreaga țară și chiar la rețeaua de comunicații globale. De exemplu, semnalele emise de computere și telefoane mobile se adună la stațiile de bază ale operatorilor de comunicare locală și echipamentele furnizorilor de rețea și sunt apoi transmise în diverse părți ale lumii prin cabluri cu fibră optică în cabluri submarine.
Realizarea activităților zilnice, cum ar fi apelurile video, cumpărăturile online, jocurile video și vizionarea tuturor se bazează pe sprijinul și asistența sa din culise. Apariția rețelelor optice ne -a făcut viața mai confortabilă și mai convenabilă.
Timpul post: 31-2025
