Az optikai szálakon való információátalakítás és -továbbítás elve
Az információ nagy távolságra történő továbbítására szolgáló modern kommunikációs vonalak gyakran csak optikai vonalak, ennek a technológiának a meglehetősen magas hatékonysága miatt, amelyet sok éven keresztül sikeresen demonstrált például az internethez való szélessávú hozzáférés biztosításának eszközeként. .
Maga a szál egy üvegmagból áll, amelyet egy köpeny vesz körül, amelynek törésmutatója alacsonyabb, mint a magé. A vonal mentén az információ továbbításáért felelős fénysugár a szál magja mentén terjed, visszaverődik a burkolatról, így nem megy ki az átviteli vonalon.
A sugárformáló fényforrás általában dióda vagy félvezető lézer, míg maga a szál a mag átmérőjétől és a törésmutató-eloszlástól függően lehet egymódusú vagy többmódusú.
A kommunikációs vonalak optikai szálai felülmúlják az elektronikus kommunikációs eszközöket, lehetővé téve a digitális adatok nagy sebességű és veszteségmentes átvitelét nagy távolságokon.
Az optikai vonalak elvileg önálló hálózatot alkothatnak, vagy már meglévő hálózatok – az optikai szálak szintjén fizikailag vagy logikailag – az adatátviteli protokollok szintjén egyesített optikai szálak autópályáinak egyesítésére szolgálhatnak.
Az optikai vonalakon történő adatátvitel sebessége másodpercenként több száz gigabitben mérhető, ilyen például a 10 Gbit Ethernet szabvány, amelyet évek óta alkalmaznak a modern távközlési struktúrákban.
A száloptika feltalálásának évét 1970-nek tekintik, amikor Peter Schultz, Donald Keck és Robert Maurer – a corningi tudósok – feltaláltak egy kis veszteségű optikai szálat, amely megnyitotta a lehetőséget a telefonjel továbbítására szolgáló kábelrendszer megkettőzésére. átjátszók nélkül használják. A fejlesztők létrehoztak egy vezetéket, amely lehetővé teszi az optikai jel teljesítményének 1% -ának megtakarítását a forrástól számított 1 kilométeres távolságban.
Ez volt a fordulópont a technológia számára. A vonalakat eredetileg több száz fázis fény egyidejű továbbítására tervezték, később egyfázisú szálat fejlesztettek ki nagyobb teljesítménnyel, amely képes megőrizni a jel integritását nagyobb távolságokon is. Az egyfázisú nulla eltolású szál 1983 óta a mai napig a legkeresettebb száltípus.
Az optikai szálon keresztüli adatátvitelhez a jelet először elektromosról optikaivá kell alakítani, majd a vonalon továbbítani, majd a vevőn vissza kell alakítani elektromossá.Az egész készüléket adó-vevőnek hívják, és nemcsak optikai, hanem elektronikus alkatrészeket is tartalmaz.
Tehát az optikai vonal első eleme egy optikai adó. Elektromos adatsort alakít át optikai adatfolyammá. Az adó tartalmaz: párhuzamos-soros átalakítót szinkronimpulzus szintetizátorral, meghajtót és optikai jelforrást.
Az optikai jel forrása lehet lézerdióda vagy LED. A hagyományos LED-eket nem használják a távközlési rendszerekben. Az előfeszítő áramot és a lézerdióda közvetlen modulációjához szükséges modulációs áramot a lézer-meghajtó szolgáltatja, majd a fény az optikai csatlakozón keresztül a szálba. optikai kábel.
A vonal másik oldalán a jelet és az időzítő jelet egy optikai vevő (többnyire fotodióda érzékelő) érzékeli, ahol elektromos jellé alakítják, amelyet felerősítenek, majd a továbbított jelet rekonstruálják. Különösen a soros adatfolyamot lehet párhuzamossá alakítani.
Az előerősítő feladata a fotodióda érzékelő aszimmetrikus áramának feszültséggé alakítása, az ezt követő erősítés és differenciáljellé alakítás. Az adatszinkronizáló és -helyreállító chip visszanyeri az órajeleket és azok időzítését a vett adatfolyamból.
Az időosztásos multiplexer akár 10 Gb/s adatátviteli sebességet is képes elérni. Tehát ma a következő szabványok léteznek az optikai rendszereken keresztüli adatátvitel sebességére vonatkozóan:
A hullámhosszosztásos multiplexelés és a hullámhosszosztásos multiplexelés lehetővé teszi az adatátviteli sűrűség további növelését, ha több multiplexelt adatfolyamot küldenek ugyanazon a csatornán, de minden adatfolyamnak saját hullámhossza van.
Az egymódusú szál viszonylag kicsi, körülbelül 8 mikron külső magátmérővel rendelkezik. Egy ilyen szál lehetővé teszi, hogy meghatározott frekvenciájú nyaláb terjedjen át rajta, az adott szál jellemzőinek megfelelően. Amikor a nyaláb egyedül mozog, az intermode diszperziós probléma megszűnik, ami a vonal teljesítményének növekedését eredményezi.
Az anyag sűrűségeloszlása lehet gradiens vagy lépcsős. A gradiens eloszlás nagyobb átvitelt tesz lehetővé. Az egymódusú technológia vékonyabb és drágább, mint a többmódusú, de a távközlésben jelenleg ez az egymódusú technológia.
A többmódusú szál lehetővé teszi több, különböző szögben lévő sugárnyaláb egyidejű terjedését. A mag átmérője általában 50 vagy 62,5 µm, így az optikai sugárzás bevezetése is megkönnyíthető. Az adó-vevők ára alacsonyabb, mint az egymódusúké.
Ez egy többmódusú optikai szál, amely kiválóan alkalmas kis otthoni és helyi hálózatokhoz. A többmódusú szálak fő hátrányának az intermódusú diszperzió jelenségét tekintik, ezért ennek a káros jelenségnek a csökkentésére speciálisan gradiens törésmutatójú szálakat fejlesztettek ki, így a sugarak parabola utakon terjednek, és kisebb az optikai útjuk különbsége. .Így vagy úgy, az egymódusú technológia teljesítménye továbbra is magasabb.