Ako skutočne fungujú komunikačné káble z optických vlákien?
Na najzákladnejšom kábel z komunikačných optických vlákien sa skladá zo sklenených vlákien, ako sú vlákna, okolo priemeru ľudských vlasov, z ktorých každý môže vysielať správy modulované na ľahké vlny rýchlosťou svetla. Ponúkajú väčšiu šírku pásma ako kábel z medeného drôtu a stali sa možnosťou splnenia požiadaviek na vek internetu, kde veľké množstvo údajov (napr. Aplikácie streamovania) sa musia distribuovať tisícom predplatiteľov, míľ ďaleko a okamžite. Káble z optických vlákien sa nenachádzajú iba v komunikačných systémoch, ale používajú sa aj v priemyselných sieťach, snímaní a aplikáciách avioniky.
Prvým krokom k pochopeniu toho, ako funguje optická vlákna, je pochopiť, čo sa stane, keď posielate svetlo vzduchom alebo vodou. Svetlo cestuje ako vlna. Keď prechádza vzduchom, vlna stráca určitú energiu a stáva sa rozložením. Výsledkom je, že svetelný lúč je širší a menej intenzívny. Táto strata intenzity sa nazýva útlm.
Keď však svetlo vstúpi do vody, nestráca žiadnu energiu. Namiesto toho sa ohýba okolo molekúl vody, čo uľahčuje prejsť svetlom. Voda tiež spomaľuje rýchlosť svetla faktorom 1/v2, kde v je rýchlosť svetla vo vode. To znamená, že svetlo prechádzajúce vodou bude cestovať ďalej, ako keby cestovalo vzduchom. Optické vlákna používajú tieto zásady na prenos údajov z jedného bodu do druhého.
Väčšina optických vlákien, ktoré sa dnes používajú, pozostáva zo sklenených prameňov (jadra) vyrobené z čistého oxidu kremičitého obklopeného obkladacím materiálom vyrobeným z doplňovaného oxidu kremičitého. Jadro je také malé, že až do konca sa môže pohybovať iba jeden lúč svetla pri konkrétnej vlnovej dĺžke. Tieto sa nazývajú vlákna s jedným režimom. V tomto návrhu má opláštená vrstva nižší index lomu a pôsobí ako zrkadlo, aby sa režim udržal vo vnútri jadra. Tento jav je známy ako celková vnútorná reflexia.
Výkon optických vlákien závisí od toho, ako dobre môžu prenášať svetlo. Jedným zo spôsobov, ako to zmerať, je meranie straty návratnosti (tiež nazývanej strata vloženia) vlákna. Strata návratnosti je definovaná ako pomer medzi napájaním v smere dopredu a napájaním v opačnom smere. Ak je strata návratnosti vysoká, pri cestovaní cez vlákno sa stratí viac svetla, ako keby strata návratnosti bola nízka.
Výhody káblov z optických vlákien
Optické vlákna majú oproti tradičným medeným vodičom veľa výhod:
1. Výkon prenosu vysokej rýchlosti vysokej rýchlosti
Optické vlákno Media prenáša signály prostredníctvom fotónových impulzov a jeho prenosová rýchlosť môže dosiahnuť tisíckrát rýchlosti medených káblov (zvyčajne 100+ GBPS), čo je obzvlášť vhodné pre aplikačné scenáre s prísnymi požiadavkami v reálnom čase, ako je napríklad 4K/8K prenos médií a služby cloud computing. Optické vlákno s jedným režimom dosiahlo v laboratórnych prostrediach prielomovú rýchlosť prenosu 1 petabit/s.
2. Karita šírky pásma s veľkou šírkou pásma
Vďaka zrelej aplikácii technológie multiplexovania vlnových dĺžok (WDM) môže jedno optické vlákno súčasne niesť optické signály rôznych vlnových dĺžok, ako je C-Band (1530-1565 nm) a L-Band (1565-1625 nm). Prostredníctvom technológie multiplexovania hustých vlnových dĺžok (DWDM) je možné dosiahnuť viac ako 96 kanálov paralelného prenosu s jedným vláknom, pričom teoreticky dosiahne stovky kapacity šírky pásma TBPS.
3. Charakteristiky prenosu straty s nízkou stratou
Optické vlákno z Quartz má útlmový koeficient 0. 2db/km v okne 1550nm. Vďaka technológii zosilňovača vlákien dotovaného Erbium (EDFA) môže dosiahnuť prenosovú vzdialenosť bez prenosu viac ako 100 km. Na porovnanie, strata medeného kábla CAT6A je 21,3 dB na 100 metrov pri 100 MHz.
4.elektromagnetické charakteristiky imunity
Optické vlákno využíva na prenos signálov SIO₂ dielektrickú vlnovodnú štruktúru, ktorá sa zásadne vyhýba problémom s elektromagnetickým interferenciou (EMI) a rádiovým frekvenčným interferenciou (RFI), ktorým čelia medené káble. Vďaka tejto funkcii je nenahraditeľná pre zapojenie v silných elektromagnetických prostrediach, ako sú vysokorýchlostné rozvodne (väčšie alebo rovné 500 kV) a miestnosti na lekárske vybavenie MRI.
5. Mechanizmus bezpečnosti prevodu
Riziko úniku informácií v systéme optických vlákien existuje hlavne v ukončení zariadenia. Počas prenosu neexistuje elektromagnetické žiarenie. Technológia OTDR môže monitorovať anomálie optickej straty na úrovni 0. 01DB v reálnom čase. Podľa štandardu NIST SP 800-53, zabezpečenie fyzickej vrstvy optického vláknového kanála dosahuje úroveň ochrany triedy III, ktorá ďaleko presahuje úroveň medeného kábla triedy I.
Typy komunikačných vlákien z optického kábla
Existujú 2 základné typy vlákien, jeden režim a multimódia. Optické vlákno s jedným režimom je menšie v priemere jadra (8. 3-10 mikrónov) a má výhody, pokiaľ ide o šírku pásma a dosahu dlhšie vzdialenosti, zatiaľ čo multimódové optické vlákna majú väčšie priemery základných priemerov (50 mikrónov alebo väčšie) a ľahko podporujú väčšinu vzdialenosti v podnikových a dátových centrách v nákladových priemeroch, ktoré sú menej ako jednotlivé inštalácie s jednou módou.
Technológia optických vlákien sa dnes používa mnohými spôsobmi. Používa sa na vysielanie hlasových a video signálov, prenášanie počítačových údajov a na odosielanie informácií na veľké vzdialenosti.
Optické vlákna sa používajú na výrobu endoskopov, ktoré lekárom umožňujú pozrieť sa vo vnútri ľudského tela a vykonávať operáciu bez potreby invazívnych postupov skalpelu. Veľké jadrové vlákna môžu prenášať laserovú energiu, aby sa uľahčilo odstránenie tetovania, čistenie historických pamiatok a napájanie laserových obranných systémov zameraných na laser.
Distribuované snímanie optických vlákien (DFOS) umožňuje používať celú dĺžku optického vlákna ako snímacie zariadenie. Štruktúry ako palivové potrubia, mosty a krídla lietadiel môžu mať do nich zabudované optické vlákna, aby zistili také parametre ako napätie, teplotu alebo zvuk a pomohli zabezpečiť ich štrukturálnu integritu.
