Hvordan fungerer fiberoptiske kommunikasjonskabler virkelig?
På det mest grunnleggende er en kommunikasjons optisk fiberkabel sammensatt av glassstrenger, som tråder, omtrent diameteren på menneskehår, som hver kan overføre meldinger modulert på lysbølger i lysets hastighet. De tilbyr større båndbredde enn kobbertrådkabel og har blitt et alternativ for å imøtekomme kravene til alderen på Internett der store datamengder (f.eks. Streaming-apper) må distribueres til tusenvis av abonnenter, miles unna og øyeblikkelig. Fiberoptiske kabler finnes ikke bare i kommunikasjonssystemer, de brukes også i industrielle nettverk, sensing og avionikkapplikasjoner.
Det første trinnet for å forstå hvordan fiberoptisk fungerer er å forstå hva som skjer når du sender lys gjennom luft eller vann. Lys reiser som en bølge. Når den går gjennom luften, mister bølgen litt energi og blir mer spredt. Resultatet er at lysstrålen blir bredere og mindre intens. Dette tapet av intensitet kalles demping.
Når lys kommer inn i vannet, mister det imidlertid ingen energi. I stedet bøyer det seg rundt vannmolekylene, noe som gjør det lettere for lyset å passere gjennom. Vann bremser også lysets hastighet med en faktor 1/v2 der V er lysets hastighet i vann. Dette betyr at lys som kjører gjennom vann vil reise lenger enn om det reiste gjennom luft. Optiske fibre bruker disse prinsippene for å bære data fra et punkt til et annet.
De fleste optiske fibre som er i bruk i dag består av glassstrenger (kjernen) laget av ren silika omgitt av kledningsmateriale laget av dopet silika. Kjernen er så liten at bare en enkelt lysstråle ved en bestemt bølgelengde kan reise gjennom til slutten. Disse kalles enkeltmodusfibre. I dette designet har kledningslaget en lavere brytningsindeks og fungerer som et speil for å holde modusen inne i kjernen. Dette fenomenet er kjent som total intern refleksjon.
Ytelsen til optiske fibre avhenger av hvor godt de kan overføre lys. En måte å måle dette på er ved å måle returtapet (også kalt innsettingstap) av fiberen. Returtap er definert som forholdet mellom kraften i fremre retning og kraften i motsatt retning. Hvis returtapet er høyt, vil mer lys gå tapt når du reiser gjennom fiberen enn om returtapet var lavt.
Fordeler med fiberoptiske kabler
Optiske fibre har mange fordeler i forhold til tradisjonelle kobberledninger:
1.ULTRA-høyhastighetsoverføringsytelse
Optiske fibermedier overfører signaler gjennom fotonpulser, og overføringshastigheten kan nå tusen ganger for kobberkabler (typisk 100+ Gbps), som er spesielt egnet for applikasjonsscenarier med strenge sanntidskrav som 4K/8K streaming medieoverføring og skyberegningstjenester. Enkeltmodus optisk fiber har oppnådd en gjennombruddsoverføringshastighet på 1 petabit/s i laboratoriemiljøer.
2.Ultra-Large båndbreddekapasitet
Takket være den modne anvendelsen av bølgelengdedivisjonsmultiplexing (WDM) -teknologi, kan en enkelt optisk fiber samtidig bære optiske signaler av forskjellige bølgelengder som C-bånd (1530-1565 nm) og L-bånd (1565-1625 nm). Gjennom tett bølgelengde Division Multiplexing (DWDM) -teknologi kan mer enn 96 kanaler med en-fiber-parallell overføring oppnås, teoretisk når hundrevis av TBPS-nivå-båndbreddekapasitet.
3.ULTRA-LOVE TAP-overføringskarakteristikker
Kvarts optisk fiber har en dempningskoeffisient på 0. 2dB/km i vinduet 1550nm. Med Erbium-doped Fiber Amplifier (EDFA) -teknologi kan den oppnå en reléfri overføringsavstand på mer enn 100 km. Til sammenligning er tapet av Cat6a kobberkabel 21,3dB per 100 meter ved 100MHz.
4. Elektromagnetiske immunitetsegenskaper
Optisk fiber bruker sio₂ dielektrisk bølgelederstruktur for å overføre signaler, som fundamentalt unngår elektromagnetisk interferens (EMI) og radiofrekvensinterferens (RFI) -problemer som kobberkabler står overfor. Denne funksjonen gjør den uerstattelig for ledninger i sterke elektromagnetiske miljøer som høyspentstasjoner (større enn eller lik 500kV) og medisinsk MR-utstyrsrom.
5. Overføringssikkerhetsmekanisme
Informasjonslekkasjen for optisk fibersystem eksisterer hovedsakelig i termineringsutstyret. Det er ingen elektromagnetisk stråling under overføring. OTDR -teknologien kan overvåke den optiske tapsanomalien på nivået av 0. 01DB i sanntid. I henhold til NIST SP 800-53 -standarden når den fysiske lagsikkerheten til den optiske fiberkanalen klasse III -beskyttelsesnivået, som langt overstiger klasse I -nivået på kobberkabel.
Typer kommunikasjonsfiberoptisk kabel
Det er to grunnleggende typer fibre, enkeltmodus og multimode. Enkodus optisk fiber er mindre i kjernediameter (8. 3-10 mikron) og har fordeler når det
Optisk fiberteknologi brukes på mange måter i dag. Den brukes til å overføre tale- og videosignaler, bære datamaskindata og for å sende informasjon over lange avstander.
Optiske fibre brukes til å produsere endoskop som lar leger se inne i menneskekroppen og utføre kirurgi uten behov for invasive skalpelprosedyrer. Store kjernefibre kan bære laserenergi for å lette fjerning av tatoveringer, rengjøring av historiske monumenter og driften av laserrettede forsvarssystemer.
Distribuert fiberoptisk sensing (DFOS) gjør det mulig å bruke hele en optisk fiber som en sensinganordning. Strukturer som drivstoffledninger, broer og flymurer kan ha optiske fibre innebygd i dem for å oppdage slike parametere som belastning, temperatur eller lyd og bidra til å sikre deres strukturelle integritet.
