Prinsippet for konvertering og overføring av informasjon på optiske fibre

Moderne kommunikasjonslinjer beregnet for overføring av informasjon over lange avstander er ofte bare optiske linjer, på grunn av den ganske høye effektiviteten til denne teknologien, som den har demonstrert med suksess i mange år, for eksempel som et middel for å gi bredbåndstilgang til Internett .

Selve fiberen består av en glasskjerne omgitt av en kappe med en brytningsindeks som er lavere enn kjernens. Lysstrålen som er ansvarlig for å overføre informasjon langs linjen, forplanter seg langs kjernen av fiberen, reflekterer på vei fra kledningen og går dermed ikke utenfor overføringslinjen.

Den stråleformende lyskilden er vanligvis diode eller halvlederlaser, mens selve fiberen, avhengig av kjernediameteren og brytningsindeksfordelingen, kan være enkeltmodus eller multimodus.

Optiske fibre i kommunikasjonslinjer er overlegne elektroniske kommunikasjonsmidler, og muliggjør høyhastighets og tapsfri overføring av digitale data over lange avstander.

I prinsippet kan optiske linjer danne et uavhengig nettverk eller tjene til å forene allerede eksisterende nettverk - deler av optiske fibermotorveier fysisk forent på nivå med optisk fiber eller logisk - på nivå med dataoverføringsprotokoller.

Hastigheten på dataoverføring over optiske linjer kan måles i hundrevis av gigabit per sekund, for eksempel 10 Gbit Ethernet-standarden, som har vært brukt i mange år i moderne telekommunikasjonsstrukturer.

Året for oppfinnelsen av fiberoptikk anses å være 1970, da Peter Schultz, Donald Keck og Robert Maurer – forskere ved Corning – oppfant en optisk fiber med lavt tap som åpnet for muligheten for å duplisere kabelsystemet for overføring av telefonsignalet uten repeatere brukes. Utviklerne har laget en ledning som lar deg spare 1 % av den optiske signaleffekten i en avstand på 1 kilometer fra kilden.

Dette var vendepunktet for teknologien. Linjer ble opprinnelig designet for å overføre hundrevis av lysfaser samtidig, senere ble enfasefiber utviklet med høyere ytelse som var i stand til å opprettholde signalintegriteten over lengre avstander. Enfase null-offset fiber har vært den mest ettertraktede fibertypen siden 1983 og frem til i dag.

For å overføre data over en optisk fiber, må signalet først konverteres fra elektrisk til optisk, deretter sendes nedover linjen, og deretter konverteres tilbake til elektrisk ved mottakeren.Hele enheten kalles en transceiver og inkluderer ikke bare optiske, men også elektroniske komponenter.

Så det første elementet i en optisk linje er en optisk sender. Den konverterer en serie elektriske data til en optisk strøm. Senderen inkluderer: en parallell-til-seriell omformer med en synkroniseringspulssyntese, en driver og en optisk signalkilde.

Kilden til det optiske signalet kan være en laserdiode eller en LED. Konvensjonelle lysdioder brukes ikke i telekommunikasjonssystemer. Forspenningsstrømmen og modulasjonsstrømmen for direkte modulering av laserdioden leveres av laserdriveren. Deretter tilføres lyset gjennom den optiske kontakten – inn i fiberen optisk kabel.

På den andre siden av linjen blir signalet og tidssignalet oppdaget av en optisk mottaker (for det meste en fotodiodesensor) hvor de konverteres til et elektrisk signal som forsterkes og deretter rekonstrueres det overførte signalet. Spesielt kan den serielle datastrømmen konverteres til parallell.

Forforsterkeren er ansvarlig for å konvertere den asymmetriske strømmen fra fotodiodesensoren til spenning, for dens påfølgende forsterkning og konvertering til et differensialsignal. Datasynkroniserings- og gjenopprettingsbrikken gjenoppretter klokkesignalene og deres timing fra den mottatte datastrømmen.

Tidsmultiplekseren oppnår dataoverføringshastigheter på opptil 10 Gb/s. Så i dag er det følgende standarder for hastigheten på dataoverføring gjennom optiske systemer:

Bølgelengdedelingsmultipleksing og bølgelengdedelingsmultipleksing lar deg øke dataoverføringstettheten ytterligere når flere multipleksede datastrømmer sendes på samme kanal, men hver strøm har sin egen bølgelengde.

Single-mode fiber har en relativt liten ytre kjernediameter på ca. 8 mikron. En slik fiber lar en stråle med en bestemt frekvens forplante seg gjennom den, tilsvarende egenskapene til en gitt fiber. Når strålen beveger seg alene, forsvinner spredningsproblemet mellom modus, noe som resulterer i økt linjeytelse.

Tetthetsfordelingen av materialet kan være gradient eller trinnlignende. Gradientfordeling muliggjør høyere gjennomstrømning. Enkeltmodusteknologi er tynnere og dyrere enn multimodus, men det er enkeltmodusteknologien som for tiden brukes i telekommunikasjon.

Multimode fiber gjør at flere overføringsstråler i forskjellige vinkler kan forplantes samtidig. Kjernediameteren er vanligvis 50 eller 62,5 µm, så introduksjonen av optisk stråling er lettet. Prisen på transceivere er lavere enn for single-mode.

Det er en multimodusfiber som er svært egnet for små hjemme- og lokalnettverk. Fenomenet intermode spredning anses som den største ulempen med multimode fiber, derfor, for å redusere dette skadelige fenomenet, har fibre med en gradient brytningsindeks blitt spesielt utviklet, slik at strålene forplanter seg langs parabolske baner og forskjellen i deres optiske baner er mindre. .På en eller annen måte er ytelsen til enkeltmodusteknologi fortsatt høyere.