Optična vlakna: Kako deluje? Za kaj se uporablja? In še več

Telekomunikacije ali komunikacije na daljavo so možne zaradi različnih prenosnih vodov, ki obstajajo. Med temi je ena najbolj zanesljivih optičnih vlaken. Naučite se skozi ta članek, KAKO DELUJE OPTIČNA VLAKNA ki vam omogoča uporabo interneta in številne druge ugodnosti doma in v pisarni.

Optična vlakna

Optična vlakna so fleksibilna vlakna, običajno izdelana iz silicija, čeprav obstajajo tudi optična vlakna iz plastike. Je zelo občutljiv material, s premerom skoraj tako kot pramen las. Je pregleden, da lahko prenaša svetlobo, ne da bi frekvenca ene barve izkrivljala druge.

Optična vlakna so se pojavila kot potencialni nadomestek za koaksialni kabel. Tako kot bakreni kabel se vlakna uporabljajo za prenos podatkov med obema koncema z uporabo svetlobe kot prevoznega sredstva.

Danes je optična vlakna eden najpogosteje uporabljenih komunikacijskih mehanizmov. To je zato, ker lahko informacije potujejo na dolge razdalje, ne da bi potrebovali veliko ali morda nobenih ojačevalnikov, da se signal ne izgubi. Ima tudi pasovno širino ali hitrost prenosa podatkov višjo od bakrenih kablov.

Med drugimi razlogi, zakaj se optična vlakna uporabljajo za zamenjavo bakrenega kabla, je tudi to, da je manjši slabljenje signala na kilometer poti. Druga njegova prednost je, da je optična vlakna odporna na elektromagnetne motnje, zato je praktično nemogoče kršiti varnost.

Prav tako je običajno najti optična vlakna za razsvetljavo. To je posledica dejstva, da je trenutno mogoče skozi vlakna zagotoviti svetlobo najvišje intenzivnosti od vseh oblik zagotavljanja umetne svetlobe.

Strukturo optičnega vlakna sestavlja jedro, ki je samo vlakno, po katerem potujejo informacije. Jedro je prekrito s prevleko, za katero je značilen nižji koeficient odboja od jedra. To se naredi z namenom, da se prepreči, da bi svetlobni snop, ki potuje po jedru, zapustil in izgubil informacije, torej je to način omejevanja informacij v jedru z uporabo refleksije.

Nato je podloga obdana z plaščem in ta plašč iz Kevlarja. In končno, pokrov, običajno rumen ali oranžen, ki identificira vrsto vlaken. Oboje služi zaščiti vlaken in mehanski togosti, saj bi bilo sicer vlakno izjemno krhko, še bolj, kot je.

Znotraj optičnega vlakna je mogoče poslati več kot en žarek svetlobe, ker obstajajo različne poti ali možni načini za to. Ta vrsta optičnih vlaken se imenuje multimode in njeno ime izhaja iz več načinov pošiljanja svetlobnih žarkov hkrati. Namesto tega enosmerna vlakna uporabljajo eno linearno pot za prenos svetlobnega snopa. Fizično se običajno razlikujejo po barvi pokrova, na splošno so oranžne za večmodne in rumene za enomodne.

Pri spajanju optičnih vlaken je treba upoštevati, da mora biti njihova poravnava med jedri izredno natančna, saj bi v nasprotnem primeru nastale izgube zaradi napačne sklopke. To pomeni, da so spoji med optičnimi vlakni bolj zapleteni kot tisti, ki se uporabljajo v običajnih bakrenih kablih.

Zgodovina optičnih vlaken

V optičnih vlaknih obstajata dva temeljna elementa, ki sta predstavila napredek pri doseganju tehnologije, ki jo poznamo danes v smislu prenosa podatkov po svetlobi. Ti elementi so optična vlakna in svetloba, ki potuje po njem. V tem segmentu bomo potovali skozi zgodovino optičnih vlaken in kako se je skozi čas razvijala.

V stari Grčiji je bila sončna svetloba, ki se je odbijala od ogledal, uporabljena za pošiljanje sporočil ali za oviranje vida vaših sovražnikov. Ta isti sistem je uporabil Claude Chappe leta 1792 za uporabo optične telegrafije z uporabo stolpov in ogledal, ki so bila razporejena na 200 km. Sporočilo mu je uspelo poslati v rekordnem času za 16 minut.

Leta 1910 sta Demetrius Hondros in Peter Debye prvi izvedla zajem svetlobe v kablih iz stekla. Zanimivo je, da je ta poskus trajal tako dolgo, saj so do leta 1820 enačbe, ki so ugotavljale ta pojav, že obstajale.

To načelo imenujemo omejitev svetlobe z lomom. Ne pozabite, da je lom pojav, ki povzroči spremembo smeri svetlobnega snopa pri prehodu z enega daljnovoda na drugega, ki ima različne lomne vrednosti, ker imajo različne gostote.

V štiridesetih letih prejšnjega stoletja sta Jean-Daniel Collado in Jacques Babinet uspela dokazati to načelo. Podobno je leta 1840 John Tyndall opazil, da lahko svetloba potuje v vodi in da se svetloba v tem mediju lomi. Ti prvi koraki so omogočili izvedbo študij, ki bi potrdile potencial kristala kot materiala par excellence za prenos svetlobe na dolge razdalje. Sprva se je uporabljala za razsvetljavo vodnjakov.

Kasneje je škotski inženir John Logie patentiral elektromehanski sistem za barvno televizijo, ki je uporabljal steklene palice, ki prenašajo svetlobo. Ta sistem zaradi oslabitve zaradi materialov in tehnik, ki jih je uporabil, ni bil zelo uspešen, zato svetloba ni mogla potovati na velike razdalje. Tudi njihov sistem ni imel optičnih sponk.

Leta 1952 je po prejšnjih študijah, ki jih je izvedel John Tyndall, fiziku Narinder Singh Kapany uspelo izumiti optično vlakno. Treba je opozoriti, da so se v petdesetih letih 1950. stoletja raziskave o optičnih vlaknih poglobile. Pravzaprav je Basil Hirschovitz leta 1957 izdelal pol fleksibilen endoskop z uporabo optičnih vlaken. Uspelo mu je poslati slike in ta endoskop je bolj udobno orodje za operacije.

Univerza v Michiganu v svoji različici pol fleksibilnega endoskopa predlaga uporabo materiala z nižjim lomnim koeficientom kot jedro, namesto da bi uporabljali olja ali vosek, kot so bili prej uporabljeni. Poleg tega so bile izdelane tudi veliko tanjše niti iz optičnih vlaken, enako kot debelina las. Vendar se je svetloba po 9 metrih poti s tem optičnim vlaknom oslabila ali izgubila. Charles K. Kao je v svoji doktorski nalogi predstavil, da je največja teoretična oslabitev, ki bi jo morala imeti optična vlakna, 20 decibelov, da bi bila njena uporaba izvedljiva.

Charles K. Kao je skupaj z Georgeom Hockhamom izjavil, da je možno proizvajati vlakna z večjim odstotkom preglednosti. Prav tako so bili tisti, ki so predlagali uporabo optičnih vlaken za prenos telefonskih sporočil namesto tistih, ki so prepričani, da gre za bakrene kable in elektriko.

Treba je bilo izboljšati optična vlakna, ki so imela trenutno oslabitev 100 dB / km, majhno pasovno širino in veliko mehansko krhkost. Da bi to dosegli, so bile potrebne nenehne in poglobljene študije in preiskave, ki so omogočile ugotovitev, da so vzrok za to stopnjo izgube svetlobe notranje nečistoče, ki obstajajo v siliciju ali steklu.

Zahvaljujoč temu odkritju so se vlakna začela proizvajati z zmanjšanjem dušenja do 20 dB / km in z večjo pasovno širino. Poleg tega so bila jedra debeline 100 µm, ki so bila prekrita z najlonsko žico, da bi spoštovala temelje lomnega količnika, vendar bi lahko zagotovila tudi večjo mehansko togost, zaradi česar vlakna ni mogoče zlomiti z rokami.

Delo Kaoa in Hockmana je služilo kot podlaga za raziskave, ki so jih izvedli Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz in Frank Zimar, ki so predlagali in izdelali prva optična vlakna z nečistočami titana. Te nečistoče so bile namerno vključene v silicij, da bi povečale lom v vlaknu. To vlakno je omogočilo potovanje svetlobe v optičnem vlaknu s slabljenjem le 17 dB / km. V istem desetletju leta 1970 je bilo mogoče izdelati optična vlakna z izgubami le 0.5 dB / km.

Drugi pomemben napredek v tehnologiji prenosa podatkov s pomočjo svetlobe je bil dosežen zahvaljujoč fizikoma Mortonu B. Panishu in Izuu Hayashi, ki sta razvila polprevodniški laser, ki bi lahko deloval neprekinjeno, ne da bi zvišal temperaturo. John MacChesney in drugi sodelavci so skupaj ustvarili metode priprave vlaken.

Prvi telefonski prenos prek daljnovoda je 22. aprila 1977 izvedlo severnoameriško podjetje General Telephone and Electronics in doseglo hitrost 6 Mbit / s.

Do leta 1980 so bila vlakna tako prosojna, da so lahko pošiljala signale skozi optična vlakna na poti do dvesto štirideset kilometrov, preden so se popolnoma izgubila. Ta vlakna so nastala, ko so raziskovalci ugotovili, da je čist silicij brez kovine mogoče izdelati le z orodji in sestavnimi deli, ki uporabljajo paro. To je preprečilo nastanek nečistoč v proizvodnem procesu.

AT&T je leta 1980 zvezni komisiji za komunikacije predložil svoj projekt optičnega sistema, ki je na razdalji približno XNUMX milj narazen. Ta sistem bi tekel skozi mesta Boston in Washington DC. Po štirih letih predstavitve tega projekta je sistem začel delovati. Ta kabel je imel premer deset centimetrov in je zmogel zagotoviti do osemdeset tisoč glasovnih kanalov za telefonske pogovore, ki so potekali hkrati.

Prvo optično vlakno, ki je bilo vgrajeno čezceansko, je začelo delovati leta 1988, preglednost njegovega jedra je bila tako brezhibna, da je bilo treba le vsakih štirideset milj postaviti optične ojačevalnike. Kasneje je bilo narejenih več tovrstnih povezav in obsežnejših potovanj med mesti in celinami.

Vsi ti napredki so optičnim vlaknom omogočili, da še naprej izboljšujejo svojo preglednost, in jih je bilo mogoče uporabiti za komunikacijo na trgu in ne le na poskusni ravni. Pravzaprav je družbi General Telephone and Electronics 22. aprila 1977 uspelo narediti prvi uspešen telefonski prenos s hitrostjo 6 Mbit / s z uporabo optičnih vlaken kot daljnovoda.

Postopek izdelave

V Bell Laboratories so bile razvite neodvisne metode za izdelavo optičnih vlaken. Od tam obstajajo štirje postopki za izdelavo optičnih vlaken

MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition)

To metodo je prvotno razvil Corning Glass in jo je Bell Laboratories prilagodil za industrijsko uporabo. Sestavljeni so iz čiste kremenčeve cevi, v kateri se silicijev dioksid pomeša z drugimi elementi, da dozira pripravek. Ta cev se nato postavi na vrtljivo stružnico.

Nato se z gorilnikom na vodik in kisik segreje na temperature do 1600 stopinj Celzija. To naredimo z vrtenjem stružnice, medtem ko se kremenčeva cev segreva po vsej dolžini. Na tej točki se na enem koncu cevi dodajo dodatki, ki bodo prispevali k boljšemu lomnemu indeksu v sredici.

Zaradi neprekinjenega izpostavljanja gorilnika so vključeni tudi naslednji sloji. Ta tehnika omogoča sintezo jedra. Nato se gorilnik segreje na temperaturo 1800 stopinj Celzija, kar je temperatura, ki omogoča kremencu, da se zmehča in tako pridobi predobliko.

Predoblika se nanaša na stekleno palico ali cev, ki se uporablja za ustvarjanje optičnih vlaken. To pomeni, da je po tej metodi pridobljena trdna cev. Običajno so njegove mere nekaj več kot 1 meter dolge in 1 centimeter v premeru.

VAD (parno osno odlaganje)

Ta tehnika temelji na tehnologiji Nippon Telephone and Telegraph. Na Japonskem se pogosto uporablja v tistih podjetjih, ki se ukvarjajo s proizvodnjo optičnih vlaken. Uporablja iste osnovne materiale kot pri metodi MCVD, vendar se razlikujejo po tem, da je pri slednjem postavljeno le jedro. Zdaj je dodatno postavljena tudi podloga

Zato je ta metoda v času dopinga nekoliko bolj občutljiva, saj mora biti germanijev dioksid v večjem deležu vključen v jedro kot v premaz. Za to proizvodnjo se programska oprema uporablja kot bistveni pomočnik pri določanju parametrov.

S pomočjo pomožne steklene palice ali cevi se začne postopek predoblikovanja. Ta pomožna cev služi kot podpora. Začne se z urejanjem različnih materialov od konca jeklenke, pri čemer se dobi porozna predoblika, ki se med rastjo loči od pomožne steklene cevi.

Nato se izvede proces zrušitve, ki je sestavljen iz dviga temperature do 1700 stopinj Celzija, da se doseže mehčanje kremena. To se naredi za prehod iz notranje votle porozne predoblike v trden, prozoren valj.

Če to metodo primerjamo s prejšnjo, ima metoda VAD prednost, da dobimo predoblike večje dolžine in večjega premera ter zmanjšamo vnos energije. Njegova pomanjkljivost pa je, da zahteva veliko bolj izpopolnjeno proizvodno opremo.

OVD (Zunanje odlaganje hlapov)

To metodo je razvilo podjetje Corning Glass Work. V tem primeru se vaša surovina začne z valjastim keramičnim substratom in gorilnikom. Hlapni kloridi se položijo na ogenj gorilnika, ogenj pa segreje palico. Na tej točki se izvede sinteza predoblike. Ta postopek je sestavljen iz sušenja palice z uporabo plinastega klora, da se kasneje izvede postopek zrušitve na enak način kot pri prejšnji metodi. Tako se sintetizira jedro in njegova obloga, pri čemer dobimo predobliko.

Nekatere prednosti te metode so, da je zaradi optimizacije procesa sušenja mogoče izdelati optična vlakna z zelo nizkim dušenjem in dobro kakovostjo. Ta optimizacija omogoča pridobivanje gladkih profilov brez pomembne obročaste strukture.

PCVD (plazemsko kemično parno odlaganje)

To metodo je razvilo podjetje Philips na Nizozemskem. Prav tako ga odlikujejo gladki profili in brez prepoznavne obročaste strukture. Načelo te podlage temelji na oksidaciji silicijevega klorida in germanijevega klorida. Z rjavenjem teh kloridov dosežemo stanje plazme, ki mu sledi postopek dopiranja notranjosti.

Predraztezna faza raztezanja

Ne glede na vrsto uporabljene metode je običajno, da se med vsemi temi izvaja postopek raztezanja predforme. Za raztezanje predforme je potrebno imeti odprto cevno peč. Znotraj te pečice je predoblika postavljena in izpostavljena temperaturam do 2000 stopinj Celzija, da se omehča in se z njo lahko manipulira.

V tem postopku dosežemo premer optičnega vlakna in izrednega pomena je ohraniti stalno napetost, tako da se premer po celotni dolžini optičnega vlakna ne spreminja. Način, kako zagotoviti, da jedro nima takšnih sprememb v premeru, je vzdrževanje enakomerne konstantne napetosti. Poleg tega je treba zagotoviti odsotnost konvekcijskih tokov v pečici.

Prav tako je izjemnega pomena, da se, ko se predoblika spet zmehča, izognemo vnosu sredstev, ki lahko kontaminirajo ali ustvarijo mikro razpoke, ki bi povzročile izgubo dušenja in celo zlom optičnega vlakna.

Med tem postopkom se sliki doda tudi sintetični material, običajno je viskozen polimer. Pomen tega polimera je, da omogoča raztezanje optičnih vlaken pri večjih hitrostih. Tako se okoli vlaken ustvari enotna plast brez nečistoč. Končno se ta zaščita posuši in utrdi s toplotnimi postopki ali kemičnimi reakcijami z uporabo ultravijoličnega sevanja.

Uporaba optičnih vlaken

Vlakno ima impresivno vsestranskost, zato ga lahko med drugim uporabimo v digitalni komunikaciji, nakitu, senzorjih, razsvetljavi, okraskih. Tu je nekaj najpogostejših aplikacij optičnih vlaken in dodatne.

Optične komunikacije

Največja optična vlakna se uporabljajo v telekomunikacijah. Zaradi svoje prilagodljivosti je mogoče združiti več žic, da tvorijo optične kable. Običajno so za to uporabljena vlakna iz plastike ali stekla, včasih pa celo iz obeh materialov.

Optični senzorji

Optične senzorje lahko ločimo med notranjimi in zunanjimi senzorji. Notranji senzorji označujejo sliko kot senzor. Po drugi strani je pri zunanjih senzorjih vlakno sredstvo za prenos signalov, ki jih senzor oddaja v sistem, ki obdeluje omenjene signale.

Ker v optičnih vlaknih ni kroženja električnega toka, imajo ta prednost v primerjavi z električnimi senzorji. Tudi preja iz vlaken je sama po sebi odličen senzor za merjenje deformacij, temperature, atmosferskega tlaka, vlažnosti, električnih polj, magnetnih polj, plinov, vibracij.

Druga uporaba optičnih vlaken pri uporabi vodnih mikrofonov za odkrivanje potresov ali valov, ki jih ustvarja sonar. Za to je bilo za ustvarjanje hidrofonskih sistemov uporabljenih več kot tisoč senzorjev, izdelanih iz optičnih vlaken. To vrsto sistema uporabljajo predvsem naftna industrija in obrambne organizacije ter nekatere države. Podobno je nemško podjetje Sennheiser ustvarilo mikrofon, ki deluje z lasersko svetlobo in optičnimi vlakni.

V tem smislu se v naftnih vrtinah uporabljajo optični senzorji, ki merijo temperaturo in atmosferski tlak. Ti tipi senzorjev lahko prenesejo ekstremnejše pogoje v primerjavi s senzorji, izdelanimi s polprevodniki.

V letalstvu obstaja žiroskop iz optičnih vlaken, pa tudi vodikovi mikrosenzorji.

Ti fotonski senzorji iz optičnih vlaken običajno vsebujejo štiri temeljne dele, in sicer:

Senzor: je pretvornik
Spraševalec: kdo oddaja in sprejema signal, ki prihaja iz optičnega vlakna.
Optični kabel: to je optično vlakno
Optični sklopniki, multiplekserji, ojačevalniki ali stikala: elementi, ki pomagajo optičnemu in električnemu sistemu, da se povežejo, ne da bi izgubili signal, in so sposobni obravnavati različne signale iz različnih virov.

Delovanje ali delovanje tega sistema se začne z ustvarjanjem optičnega signala, ki ga ustvari izpraševalec, da bi zahteval informacije od sprejemnika. Ti podatki potujejo skozi optična vlakna senzorja. Ko nadaljuje z merjenjem okoljskih pogojev, kot so plini, atmosferski tlak, temperatura in drugi dejavniki, pride do spremembe intenzivnosti svetlobe ali vpliva na njeno valovno dolžino, zato se ta spremeni.

Ta sprememba spremembe, bodisi v valovni dolžini bodisi v jakosti svetlobe, se po optičnem vlaknu spet vrne k izpraševalcu. Nato se oceni odstotek variacije teh sprememb. Z uporabo različnih algoritmov in orodij, kot so optoelektronski spenjači, je mogoče pretvoriti optične signale v elektronske signale, tako da lahko električni sistemi na koncih interpretirajo informacije, na primer krmilni ali prikazovalni sistem. Podatke v realnem času.

Podobno so lahko glede na količino podatkovnega prometa, na primer tiste, ki potekajo prek internetnega omrežja, na enak način optični multiplekserji, optična stikala, optični ojačevalniki ali različni optični sklopniki.

Podobno lahko optične senzorske sisteme razvrstimo kot točkovne ali porazdeljene.

Sistemi optičnih senzorjev točk

Ta vrsta sistema uporablja porazdeljene senzorje, določene položaje v senzorskem omrežju, ki omogočajo individualno spremljanje parametrov. Zaradi tega točkovni sistemi omogočajo merjenje več parametrov hkrati. Za razliko od porazdeljenih sistemov lahko nadzor točkovnega sistema obsega do 250 km.

Distribuirani optični senzorski sistemi

V tem primeru meritve in zaznavanja variacije optičnega parametra, ki ga prejme izpraševalec, izhajajo iz podatkov, pridobljenih vzdolž celotnega optičnega vlakna. To predstavlja prednost, saj je območje optičnih vlaken, ki se uporablja kot prevajalec sistema. Porazdeljeni optični sistem lahko obsega do 120 km dolžine.

Razsvetljava

Prva uporaba optičnih vlaken je bila prav razsvetljava prostorov. Ta aplikacija še danes obstaja za optična vlakna. To je posledica dejstva, da optično vlakno omogoča osvetlitev območij brez ustvarjanja toplote in brez nevarnosti kratkega stika, saj je optično vlakno zasnovano za prenos svetlobnih žarkov.

S spreminjanjem frekvence je mogoče celo spremeniti barvo osvetlitve. To je na primer zelo uporabno, če v svetilki uporabljate razsvetljavo, saj je mogoče spremeniti barvo, ne da bi morali zamenjati svetilko.

Podobno je mogoče razširiti območja osvetlitve, saj je mogoče z enim svetlobnim virom postaviti različna optična vlakna na več mest.

Več uporabe optičnih vlaken

Uporablja se kot valovni vodnik za svetlobne žarke, ki jih oddaja medicinska ali industrijska oprema, ki zahtevajo osvetlitev območij, kjer vidna linija ni neposredno ali enostavno dostopna.

Kot primer lahko uporabimo pol fleksibilni endoskop, ki se uporablja v medicini in uporablja optična vlakna v povezavi z lečami, da lahko vizualizira notranjost organov brez potrebe po zelo invazivnih operacijah. V primeru industrije pregledati opremo, kot so turbine.

Pravzaprav se optična vlakna trenutno uporabljajo kot dekorativni elementi, kot je to pri božičnih drevesih, ki imajo v vejah optična vlakna, ki drevo osvetljujejo, možno pa je tudi spreminjanje njihove barve.

Drug primer uporabe optičnih vlaken je tisti, ki se uporablja v nekaterih stavbah, ki zajemajo naravno svetlobo s streh, zahvaljujoč optičnim vlaknom pa lahko ta svetloba potuje v notranje prostore stavbe.

In končno, danes obstaja mešanica med betonom in optičnimi vlakni, zaradi česar nastane prosojen beton. Ta material je ustvaril arhitekt Ron Losonczi, pri tem betonu pa je neverjetno, da ima še vedno moč betona in poleg tega kakovost optičnih vlaken za prenos svetlobe.

Lastnosti optičnih vlaken

Optična vlakna so dielektrični daljnovodi, ki delujejo znotraj elektromagnetnega spektra v optičnem pasu. V tem optičnem pasu lahko najdemo barve, obstaja pa tudi bližnji infrardeči pas in infrardeči pas. V optičnih vlaknih se del teh frekvenc običajno uporablja.

Vsaka optična nit ima v sredini jedro iz plastike ali stekla, torej silicijevega in germanijevega oksida. To jedro ima visok lomni količnik in je prekrito s premazom z nižjim lomnim količnikom. To omogoča, da svetloba potuje samo skozi jedro in ne pobegne navzven. Običajno je ta premazni sloj izdelan iz polimera ali plastike.

Ta razlika med indeksi loma, ki morajo obstajati med jedrom in njegovo oblogo, je posledica načel loma svetlobe. To načelo pravi, da ko se površina z določenim lomom lomi od druge površine z nižjim lomnim količnikom, se svetloba odbije in, večja kot je razlika med temi indeksi, večji je vpadni kot, zato bo prišlo do popolnega notranjega odboja .

V optičnem vlaknu se svetloba odbija ali se odbija znotraj jedra, ti koti odboja pa so zelo široki, zato je praktično mogoče domnevati, da svetloba potuje po ravni črti skozi njeno središče, kar ji omogoča potovanje na velike razdalje brez bledenje.

Učinkovitost optičnih vlaken

Zakoni optične geometrije so tisti, ki določajo delovanje in osnovna načela delovanja optičnih vlaken. Optično vlakno je v glavnem urejeno z lomnim zakonom, ki deluje po načelu popolne notranje refleksije.

Svetlobni žarki se prenašajo skozi jedro optičnega vlakna, navedel sem razliko v indeksih loma, ta žarek ne more preiti skozi oblogo, ampak se na njej dejansko odbija in se še naprej širi skozi jedro.

Nato bomo predstavili prednosti in slabosti tehnologije optičnih vlaken.

Prednost

Ima zelo veliko pasovno širino, kar omogoča zelo visoke hitrosti prenosa
Gre za minimalistično tehnologijo, torej zavzame zelo malo prostora.
Je lahka, saj tehta le nekaj gramov na kilometer. Za razliko od električnega kabla, ki lahko tehta celo 9 -krat več kot optična vlakna.
Je popolnoma odporen na elektromagnetno onesnaženje. Tako ima kakovost prenosa boljšo od običajnih vodov, saj je ne motijo na primer zunanji kratki stiki ali nevihte.
Ravno zato, ker je odporna na motnje, optična vlakna zagotavljajo visoko raven varnosti informacij. To je zato, ker je edini način, da vstopite v optični prenosni sistem, tako da ga oslabite in ga celo prekinete, zaradi česar je zlahka zaznaven.
Ne povzroča motenj v drugih sistemih.
Nanje ne vplivajo parazitski signali, zato v sistemih, kot je podzemna železnica, kjer obstajajo sistemi, ki zlahka motijo komunikacijo, optična vlakna postanejo alternativa par excellence.
Njegovo slabljenje je bistveno majhno v primerjavi z običajnimi kabli, zato je možno potovati na velike razdalje brez potrebe po vključitvi aktivnih elementov, kot so ojačevalniki za vzdrževanje signala.
Odvisno od materialov, iz katerih sta izdelana plašč in pokrov, ima lahko optično vlakno dobro mehansko odpornost.
Odporen je proti koroziji.
Ima sistem, imenovan optična refleksija, ki vam omogoča enostavno zaznavanje šibkih točk ali odrezanih vlaken vzdolž poti.

Slabosti

Ker predstavljamo vse prednosti optičnih vlaken, bomo predstavili pomanjkljivosti te tehnologije v primerjavi z drugimi daljnovodi.

Visoka krhkost vlaken.
Zahteva dražjo prenosno in sprejemno opremo.
Spojke, narejene z optičnimi vlakni, je bolj zapleteno narediti, zlasti na terenu, zato so popravila težja.
Ker ne more prenašati električne energije, ni neposredno združljiv s končnimi sistemi, ki so na splošno elektronski.
Ne more prenašati zelo velikih moči.
Optično ne more shranjevati podatkov.
Nanjo vplivajo visoke ali nizke temperature, zato morata biti plašč in premaz iz materialov, odpornih na temperaturo.
Vibracije lahko pravilno vplivajo na prenos podatkov.

Vrste optičnih vlaken

Znotraj jedra optičnega vlakna obstajajo različne poti, po katerih lahko svetlobni žarek sledi. Vsaka od teh poti se imenuje način širjenja. Optična vlakna lahko razvrstimo kot večmodna ali enomodna vlakna.

Večmodna vlakna

Večmodna vlakna se nanašajo na tista, pri katerih lahko svetloba potuje po več kot eni poti ali načinu. En sam sklop multimodnih vlaken ima lahko do 1000 načinov širjenja svetlobnih žarkov. To pomeni, da svetlobni žarki ne prihajajo hkrati. Ta vrsta vlaken se običajno uporablja na kratkih razdaljah, približno na razdaljah manj kot 2 kilometra.

Lomni indeks jedra večmodnega vlakna je nekoliko višji od lomnega indeksa obloge. Poleg tega je debelina jedra večmodnega vlakna večja od debeline enomodnega vlakna, kar omogoča lažje povezovanje, ker ne zahteva tako natančne natančnosti.

Multimodna vlakna lahko glede na vrsto lomnega indeksa njegovega jedra razvrstimo v dve obliki:

Razporeden indeks: v tem primeru je lomni količnik konstanten po celotni dolžini jedra, zato ima visoko modalno disperzijo

Postopen indeks: v tem primeru je jedro sestavljeno iz različnih materialov, zato lomni količnik ni konstanten po celotni dolžini vlakna in ima zato manjšo modalno disperzijo.

Podobno standard, ki je vzpostavljen v standardu ISO 11801, označuje klasifikacijo večmodalnih optičnih vlaken glede na pasovno širino in svetlobni vir, ki ga je treba uporabiti, na primer, če je večmoden na laserju ali večmoden na LED svetlobi.

OM1: Vlakna 62.5 / 125 µm, 1 gigabit (1 Gbit / s), LED.
OM2: Vlakna 50 / 125 µm, 1 gigabit (1 Gbit / s), LED.
OM3: vlakna 50/125 µm, 10 gigabit (300 m), laser.

Enosledno vlakno

Kot smo že pojasnili, se izraz način uporablja za označevanje števila trajektorij, ki jih lahko imajo svetlobni žarki. Pri enosmernih vlaknih obstaja samo en način, skozi katerega lahko potuje svetloba. To pomeni, da je premer jedra manjši. Podobno svetloba teoretično potuje skozi središče vlakna, za razliko od večmodov, ki se odbijajo od sten jedra. Ta vrsta vlaken se uporablja predvsem za proge na dolge razdalje.

Kabel ohlapne strukture

Možno je tudi razvrščanje optičnih vlaken glede na njihovo zasnovo, po tej klasifikaciji pa obstajata tudi dve vrsti optičnih vlaken.

Ta vrsta vlaken se lahko uporablja na prostem in v zaprtih prostorih in je sestavljena iz več pramenov vlaken, ki so razdeljeni v skupine, ki so vnesene v cevi, ki obdajajo osrednjo ojačitev, te pa so pokrite z zaščitnim plaščem.

Izraz ohlapna struktura izhaja iz dejstva, da so prameni optičnih vlaken ohlapno nameščeni znotraj cevi, skozi katere so vodeni. Ta cev je lahko votla ali ima v notranjosti hidrofobni material, tako da služi za zaščito optičnih vlaken pred vlago.

Poleg tega je morala biti ohlapna, omogoča, da se optična vlakna izolirajo od zunanjih mehanskih sil, ki delujejo na kabel.

Sredinski nosilec je na splošno prilagodljiv in zagotavlja trdnost kabla. Lahko je iz kovine ali dielektričnega materiala.

Kabel tesne konstrukcije

Ta kabel se uporablja predvsem za notranjost stavb, saj je bolj prilagodljiv in omogoča manjše polmere upogibanja kot kabli za ohlapne konstrukcije.

Ta kabel je sestavljen iz združevanja več optičnih vlaken, ki imajo posamično plašč in plašč. Te niti obkrožajo osrednji del, celoten komplet pa je zaščiten z zunanjo plastjo. Njegovo ime izhaja iz dejstva, da so vse niti vlaken zelo tesne, kar zagotavlja dobro fizično podporo.

Komponente iz optičnih vlaken

V komunikacijskem sistemu iz optičnih vlaken obstajajo nekatere komponente, ki so potrebne za uspešen prenos. Te komponente med drugim vključujejo optične oddajnike, optične detektorje, optične konektorje ali terminale.

Optični oddajniki

To so elementi, ki so zadolženi za preoblikovanje informacij ali podatkov, ki prihajajo iz elektronskega vira, v optične podatke ali svetlobne žarke. Da bi to dosegel, oddajnik uporablja elektrone pri določeni frekvenci za vzbujanje v materialih, kot je silicij, ki pogosto ustvarja svetlobne žarke, imenovane fotoni, v obliki energije. Fotoni so osnovni kvantni delci svetlobe. Oddajnik ima v notranjosti modulator, ki opravlja funkcijo pretvorbe elektronske energije v optično energijo.

Oddajniki žarkov

V optičnih oddajnikih obstajata dve vrsti oddajnikov, ki oddajajo optične signale, in sicer:

LED.

To je dioda, ki oddaja svetlobo, ali svetleča dioda. Ta vrsta oddajnika svetlobe se zaradi enostavnosti uporabe in življenjske dobe večinoma uporablja v večmodnih vlaknih. Čeprav je pomembno omeniti, da ta vrsta svetlobe ne more potovati na velike razdalje, se zato uporablja za kratke razdalje, ker izpolnjujejo funkcijo in zmanjšujejo stroške.

Laserji

To je ojačano, stimulirano spontano sevanje svetlobe. Oddaja visoko koherentno svetlobo in za oddajanje svetlobe uporablja polprevodnike. lasersko svetlobo je mogoče uporabiti v večmodnih vlaknih in v enomodnih vlaknih, čeprav se na splošno uporabljajo le v enomodnih vlaknih, saj je njihovo vezje bolj zapleteno in zato dražje. Življenjska doba laserja, čeprav dolga, je običajno pod povprečjem LED.

Električni pretvorniki svetlobnega toka

Pri prenosu optičnih vlaken je potrebno imeti element, ki zazna prisotnost fotonov. Običajno gre za fotodiodo, ki je odgovorna za pretvorbo optičnih signalov v elektronske signale. To se doseže s prevajanjem prisotnosti ali odsotnosti svetlobe v signale z visokimi in najnižjimi vrednostmi ali enotami in ničlami.

Uporabljajo se tudi za obratni proces, to je za pretvorbo električnih signalov v optične signale. Čeprav je svetlobo mogoče pretvoriti v električne signale in ti oddajajo določeno moč, to ni dovolj za napajanje terminalske opreme. Ta terminalska oprema je običajno električna, zato je skoraj vedno potreben nadomestni vir energije.

Kot smo že omenili, so običajno ti optično-električni pretvorniki sestavljeni iz fotodiode ali polprevodnika. Za zagotovitev pravilnega delovanja teh polprevodnikov morajo obstajati določeni pogoji, ki so:

Kadar ni svetlobe, obratni tok ne sme biti zelo visok, da bi lahko zaznal zelo šibke optične signale.
Imeti mora veliko pasovno širino, da lahko zagotovi hitrost odziva.
Ravni hrupa, ki jih ustvarjajo ti polprevodniki, morajo biti minimalne.

Obstajata dve vrsti detektorjev, PIN fotodiode in APD lavinske fotodiode.

Detektorji PIN

Ta vrsta detektorja je sestavljena iz polprevodnika, sestavljenega iz treh plasti, dve zunanji plasti sta ena tipa P in ena vrste N, ena v sredini pa je notranji polprevodnik. Od tod izvira njegovo ime PIN. Ta intrinzični material se v praksi običajno postavlja kot podaljšek materiala P ali materiala N.

Detektorji APD

To so lavinski polprevodniki. Te fotodiode, ko nanjo deluje povratna napetost, ustvarijo trenutni dobiček. Delovanje teh polprevodniških detektorjev plazov je sestavljeno iz potovanja elektrona in se sreča z atomom, tako da lahko sprosti drug elektron. Razlog za uporabo lavinskih polprevodnikov je, ker je ta elektron, ki se pošilja, potreben za obdelavo zadostne količine energije.

Detektorje APD lahko glede na material, iz katerega so izdelani, razdelimo v tri vrste:

Detektorji silicija

Te vrste detektorjev imajo visoko zmogljivost in ustvarjajo nizko raven hrupa. Napajanje te vrste detektorjev je v razponu od 200 V do 300 V

Detektorji germanija

Na splošno deluje z valovnimi dolžinami v območju 1000 in 1300 nm, čeprav je nekoliko nižja.

Detektorji drugih materialov

Ti detektorji so sestavljeni iz materialov ali kemikalij, ki se nahajajo v skupinah III in V periodnega sistema.

Vrste poliranja optičnih vlaken

Vrste poliranja bodo odvisne od konektorjev, ki se nahajajo na koncih optičnih vlaken, razvrščamo jih glede na vrsto poliranja. Ta vrsta poliranja se razlikuje glede na način priključitve.

Plano: to poliranje pusti konce vlaken gladke in pravokotne na svojo os, torej popolnoma ravne.

PC (fizični stik): Vlakna so končana na konveksni način, tako da so jedra obeh vlaken v stiku.

SPC (super računalnik): Podoben je PSP -ju, robovi so nekoliko apneni, zato je videti kot trikotna figura brez pike na sredini, vendar je ravna.

CPU (UltraPC): je enak SPC, robovi pa se imenujejo tako, da je ravno središče vlakna ravno.

Izboljšan UPC: Gre za bolj profilirano različico kot prejšnja, zato mora biti stik izjemno natančen.

APC (kotni računalnik): Ta vrsta poliranja je sestavljena iz izdelave profila z določenim kotom, ki omogoča večjo natančnost fizičnega stika med jedri obeh delov.

Optični konektorji

Priključki so elementi, ki omogočajo povezavo optičnih vlaken s terminalsko opremo. Ta terminalska oprema ima Računalniški komunikacijski porti za optično povezavo. Odvisno od vrste vrat se za povezavo z vlakni nato uporabi določena vrsta priključka. Podobno je s konvencionalnimi kabli, na primer s koaksialnim kablom obstajajo različne vrste priključkov in vsak izpolnjuje svojo funkcijo.

Skratka, vrste priključkov za optična vlakna so:

FC
FDDI
LC in MT-Array
SC in SC-dupleks
ST ali BFOC

Priključki, ki se običajno uporabljajo v optičnih vlaknih, zlasti za lokalna omrežja, so priključki ST, LC, FC in SC.

Žice iz optičnih vlaken

Optični kabel je sestavljen iz skupine več optičnih vlaken, skozi katere so vidni različni signali. Vsako vlakno lahko pošilja velike količine podatkov iz različnih virov, zato lahko optični kabel hkrati pošilja informacije iz različnih storitev.

Optični kabli so najbolj izvedljiva alternativa za zamenjavo koaksialnih kablov v telekomunikacijski industriji in elektronski industriji. Tudi kabel z 8 optičnimi vlakni je še vedno precej manjši od običajnih kablov. Optični kabel lahko pošlje informacije, enakovredne tistim, ki jih pošljejo 60 bakrenih kablov po 1623 parov ali 4 koaksialni kabli po 8 cevi. Poleg tega lahko optična vlakna pošiljajo informacije na večje razdalje, ne da bi morali postaviti toliko repetitorjev ali ojačevalnikov, kot bi se zgodilo v primeru uporabe bakrenih kablov.

Prav tako je pomembno poudariti razliko v teži, ki obstaja med optičnim kablom in bakrenim kablom. Na primer, optični kabel z 8 vlakni lahko tehta le 30 kg na kilometer, medtem ko lahko koaksialni kabel tehta do 45 kg na kilometer. Prav tako optična vlakna omogočajo en sam tek na razdalji 2 do 4 kilometre. V primeru koaksialnega kabla dovoljuje le teke od 250 do 300 metrov.

Res pa je tudi, da optična vlakna zahtevajo dodatno prevleko in druge elemente, ki zagotavljajo okrepitev pri njeni namestitvi. To se naredi, da se ne ogrozi polaganje in v prihodnosti lahko pride do zlomov zaradi njihove krhkosti.

Značilnosti kabla

Ti optični kabli imajo različne funkcije. Najprej lahko omenimo, da deluje kot element, ki varuje notranja optična vlakna, tako da ne trpijo poškodb ali prelomov, ki se lahko pojavijo v času namestitve kabla ali v času njegove življenjske dobe, ki je običajno 20 let ...

Drugič, optični kabli zagotavljajo mehansko togost notranjemu optičnemu vlaknu, tako da lahko prenese natezne kompresijske torzijske pogoje in okoljske dejavnike, ki so jim lahko izpostavljeni. Zato so poleg kabla vgrajeni tudi drugi elementi za ojačitev in izolacijo optičnega vlakna od teh zunanjih dejavnikov in sil, ki so mu izpostavljeni.

Ti kabli imajo lahko podzemno, podmorsko ali čezoceansko ali zračno napeljavo. Ena najbolj kritičnih točk v sistemu z optičnimi kabli je v času namestitve, zato se nekateri elementi uporabljajo za zaščito vlaken pred poškodbami.

Zasnova in elementi optičnih kablov

Vloga optičnega kabla bo določila njegovo strukturo. Tudi če jih je mogoče uporabiti za različne funkcije, imajo vsi optični kabli skupne številne elemente, to so sekundarna obloga, notranja vlakna, elementi, ki prispevajo k okrepitvi in strukturi kabla, plašč, ki se združuje vse preje iz vlaken in materialov za izolacijo vlage. Sekundarne premaze lahko razdelimo na tri vrste:

Tesna podloga

Ta podloga je na splošno trdna obročasta krona, narejena iz najlona ali poliestra, ki pokriva primarno podlogo. Zato ta sekundarni premaz poveča končni premer optičnega vlakna. Naloga tega premaza je zagotoviti zaščito pred mikrobom, ki lahko obstajajo v optičnih vlaknih. Kljub temu, da ta premaz ščiti pred temi upogibi, je pri nameščanju optičnih vlaken pomembno biti previden, saj se ti lahko pojavijo v času namestitve.

Votla ohlapna podloga

Ta podloga ima prevelik prostor, ki je sestavljen iz votle cevi, ki je izdelana iz kovine in kombinirana s plastiko. Zaradi tega je ta cev trd material, a hkrati prilagodljiv. Namen izdelave prevelike obloge je, da ščiti optična vlakna pred vibracijami, temperaturami in mehanskimi silami.

Ohlapna podloga z oblazinjenjem

Gre za isti zgoraj omenjeni premaz, toda v notranjost je vnesen material, ki lahko izolira vlago. Z vnosom hidrofobnega materiala v notranjost preprečuje vdor vode v optična vlakna. Poleg zaščite pred vibracijami in drugimi okoljskimi dejavniki lahko prenese tudi določene temperature. Običajno se uporabljajo materiali, pridobljeni iz nafte ali silikona.

Strukturni elementi

Ti elementi so strukture, ki služijo kot osrednje vodilo za pot, ki ji mora slediti optično vlakno. Optična vlakna so bodisi razporejena vzdolž te strukture ali opletena okoli nje. Na splošno imajo te strukture kanale ali utore, ki služijo kot dodatno vodilo za optična vlakna.

Okrepitveni elementi

Kot pove že njihovo ime, je njihovo poslanstvo zagotoviti dodatno ojačitev optičnega kabla, da bi čim bolj izolirali natezne sile, na katere so vlakna lahko izpostavljena, poleg tega pa ni pomembnega raztezanja, ki bi lahko povzroči razpoke jedra. Poleg zaščite za podaljšanje ščiti tudi optične kable pred pregibi in vibracijami. Najpogostejša materiala za ojačitvene konstrukcije sta kevlar steklena vlakna in jeklo, saj sta fleksibilna materiala, vendar imata tudi trdnost.

Cover

Vsi optični kabli imajo plašč, ki je običajno izdelan iz plastike. Ta plašč je zunanji pokrov optičnega kabla in njegova funkcija je, da med drugim zaščiti jedro pred zunanjimi dejavniki, silami in pojavi, kot so vlaga, temperatura, vibracije.

Materiali, ki bodo sestavljali naše prevleke, se razlikujejo glede na njihovo namestitev in uporabo, na primer medoceanski optični kabli morajo zagotavljati zaščito pred vlago, atmosferskim tlakom in celo pred ugrizi morskega psa. Če gre za optični kabel, ki bo nameščen iz zraka, potem mora plašč zaščititi jedro pred vibracijami in pregibi, ki jih povzroča veter, pa tudi pred temperaturami in vlažnostjo. Ali če bo končno njegova namestitev pod zemljo, mora biti pokrov nekoliko težji, da prenese udarce in pritiske, ki jih povzroča na primer promet z vozilom.

Tehnike spajanja

Običajno je, da je pri zelo velikih progah, dolgih do 120 kilometrov, treba narediti vlakne med vlakni, saj skorajda ni neprekinjenega vlakna s to dolžino. Tudi v primeru zloma je treba izvesti to vrsto popravila.

Obstajajo naslednje vrste spojev:

Mehanska spojka

Ta vrsta spoja je sestavljena iz neke vrste tulca, v katerega sta vstavljeni dve vlakni in je mehansko zasukano, da se spojita obe jedri. Ti spoji se običajno uporabljajo začasno ali kadar je fuzijsko spajanje nepotrebno. Izgube, povezane s tem časom spajanja, so reda 0,5 dB.

Spajanje z lepilom

V tem primeru se nanese posebno prozorno lepilo, ki omogoča spajanje obeh koncev vlaken, ta spoj pa je zaščiten z neko vrsto zunanje ojačitve. Ima izgube 0.2 dB, vendar običajno ni zelo zanesljiv, saj se lepilo lahko znova odlepi.

Spajanje s fuzijo

Orodje, imenovano fuzijski spajkalnik, se uporablja pri občutljivejših in natančnejših delih. Pri tem delu mora operater predhodno pripraviti vlakno, preden vstavi konce v to spojko. To orodje lahko vizualizira, ali imajo na koncih kontaminant ali če je potrebno finje poliranje, ali bi morala biti vlakna bolje poravnana. Če so izpolnjene vse te zahteve, se greje samo to območje, pri čemer se vlakno stali in se tako pridruži njegovim jedrom. Izgube tega spoja so 0.02 dB.

Slabljenje v optičnih kablih

Izraz slabljenje pomeni izgube moči, ki nastanejo v daljnovodu. Njena merska enota je decibel (dB). V optičnih vlaknih obstajajo različni razlogi, zakaj v kablu pride do oslabitve. Obstajata dve vrsti izgub, in sicer notranja izguba ali izguba in zunanja izguba.

Notranje oslabitve so tiste, ki nastanejo zaradi kemične sestave in drugih dejavnikov njegove proizvodnje. To so tisti vzroki, ki so del same sestave silicija in germanija ter procesov proizvodnje niti. Ne glede na to, koliko se lahko procesi še izboljšajo, brez oslabitve ne bo mogoče doseči preje iz vlaken.

Po drugi strani pa zunanja oslabitve nastanejo zaradi zunanjih dejavnikov, kot so nečistoče, slabe povezave, nepravilno poliranje njihovih profilov, spojev. To oslabitev je ali pa se izgube lahko razvrstijo na naslednji način:

Absorpcijske izgube

Ta vrsta oslabitve se pojavi, ko so v vlaknu prisotne nečistoče. Te nečistoče absorbirajo ali prekinjajo prehod svetlobe. Ta absorpcija običajno pretvori svetlobo v toplotno energijo in povzroči izgube od 1 do 1000 dB / km.

Izguba Rayleigha

Ko se optično vlakno proizvaja, pride trenutek njegovega ohlajanja, da vlakno ni v tekočem in trdnem stanju, možno pa je, da pri raztezanju pride do napačne uporabe napetosti, kar lahko povzroči mikroskopske nepravilnosti. Te nepravilnosti povzročajo difrakcijo svetlobnih žarkov, ko prehajajo skozi njih.

Razpršitve

Razpršitev nastane, ko pride do odstopanja lomnega količnika in se zato svetloba lomi na drugačen način, kot je bilo pričakovano, kar se zgodi zaradi mikro razpok v vlaknu, onesnaževal ali notranjih razlogov vlaken.

Intermodalna disperzija

Ta vrsta razpršitve se pojavi, ko je razlika v času širjenja svetlobe, ko potujejo po različnih poteh znotraj jedra vlakna. Lahko ga poznamo tudi pod imenom modalna disperzija. Ta vrsta disperzije se pojavlja le v večmodnih vlaknih.

Kromatska disperzija materiala: to je posledica različnih valovnih dolžin svetlobe, ki se z različnimi hitrostmi širijo po danem mediju.

Kromatska disperzija valovoda: To je funkcija pasovne širine informacijskega signala, konfiguracija vodnika pa je na splošno manjša od prejšnje razpršenosti, zato jo lahko zanemarimo.

Izgube zaradi sevanja

Te izgube povzročajo pregibi ali upogibi optičnega kabla. To se običajno zgodi v času namestitve ali ko pride do ovinkov na poti optičnih vlaken.

Izgube sklopke

Pri spajanju ali na priključnih mestih, kjer so potrebni priključki, bo oslabitev vedno obstajala. Te oslabitve so običajno majhne, vendar niso zanemarljive. Tako kot v primeru nepravilne poravnave med jedri, je treba to popraviti, da se izognemo vrnitvi valov.

Delovna okna z optičnimi vlakni

Ta delovna okna nam omogočajo, da izkoristimo del infrardečega svetlobnega pasu elektromagnetnega spektra. V tem primeru gre za okna, pri katerih so valovne dolžine v redu nanometrov. Ob različnih priložnostih se je pokazalo, da je pri delovanju v teh delovnih oknih slabljenje manjše. Natančneje, obstajajo tri okna:

1. delovno okno: valovna dolžina je okoli devetsto osemdeset nanometrov.
2. delovno okno: v tem primeru je valovna dolžina XNUMX nanometrov.
3. delovno okno: valovna dolžina je tisoč tisoč petsto petdeset nanometrov. Zadnje okno je razdeljeno na pas S, C in L.

Priključki iz optičnih vlaken

V omrežnem sistemu obstajata dve obliki optičnih povezav. Te topologije so omrežja od točke do točke in omrežja od točke do več točk.

Omrežja od točke do točke so tista, kjer se vozlišče ustvari iz vira informacij neposredno podjetjem, domu ali uporabnikom, ki potrebujejo storitev. Z drugimi besedami, v omrežju med uporabnikom in storitvijo ni vmesnega ali drugega vozlišča.

Omrežja od točke do več točk so tista, ki potrebujejo razdelilnik ali optični ločevalnik, podobno tistim, ki se uporabljajo za televizijo in nam omogočajo priključitev različnih televizorjev, tudi če kabelsko podjetje dobavi samo koaksialni kabel. Nato iz oddajnika nastane optično vlakno, ki signal razdeli skozi optične cepilnike med dva, štiri, šest in do osem uporabnikov. V zelo širokih omrežjih je eden od teh osmih oddelkov vključen v optični razdelilnik, ki lahko hrani še 8 uporabnikov. Vendar imajo te delitve mejo in na svoji poti potrebujejo ojačevalnike.

Optični ojačevalniki

Še vedno so sestavljeni iz optičnih vlaken, vendar so v proizvodnem procesu dopirani z različnimi kemičnimi sestavinami, zlasti z redkimi zemeljskimi snovmi. Eden najpogosteje uporabljenih optičnih ojačevalnikov je dopiranje z erbijem.

Ta ojačevalnik se običajno uporablja kot okrajšava v angleščini kot EDFA. Ta ojačevalnik deluje v tretjem delovnem oknu, zlasti v pasu C in L. Lahko pa deluje tudi v pasu S, vendar zahteva druga sredstva ali dodatne kemične komponente.

Dobiček, ki ga daje optičnemu signalu, je lahko od petnajst do štirideset decibelov. Običajno je sestavljen iz optičnih vlaken, shranjenih v pravokotnem ohišju, in ima lahko od deset do šestdeset metrov dolžine legiranih vlaken.

Povzetek

Optična vlakna so prenosni medij, ki podatke pošilja po svetlobnih snopih. Načela, na katerih temelji optično vlakno, so v zakonih optične geometrije, zlasti v zakonu loma.

Na svojih začetkih so bile izvedene različne študije, ki se medsebojno dopolnjujejo, dokler ni bilo mogoče razviti optičnih vlaken, ki so danes znana. V teh študijah je bilo ugotovljeno, da je preglednost niti vlaken ali jedra bistvena za zmanjšanje dušenja in doseganje minimalnih izgub, ki so danes 0.02 dB / km.

Najpogosteje sestavljena dela optičnih vlaken sta silicijev oksid in germanij. Sestavni deli obloge, ki pokrivajo jedro, so na splošno neke vrste plastika. Nato pride plašč, ki zagotavlja mehansko togost, ki je lahko izdelana iz najlona ali kevlarja, in na koncu plastični plašč, ki ščiti celoten kabel in izolira vlakno pred zunanjimi dejavniki.

Obstajajo različne metode izdelave, ki so:

MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition)
VAD (parno osno odlaganje)
OVD (Zunanje odlaganje hlapov)
PCVD (plazemsko kemično parno odlaganje)

Ne glede na vrsto uporabljene metode je običajno, da se med vsemi temi izvaja postopek raztezanja predforme.

Uporaba optičnih vlaken je raznolika. V komunikaciji so postali ena od sredstev ali daljnovodov par excellence zaradi svoje velike pasovne širine in hitrosti prenosa, ki jo lahko doseže, ter zanesljivosti ali varnosti informacij, ki jih ta sistem zagotavlja. V senzorjih, ki omogočajo zaznavanje pogojev ali parametrov, kot so: temperatura, vlaga, atmosferski tlak, in celo za sonarne sisteme.

Uporablja se tudi za razsvetljavo, na primer fleksibilni endoskop, ki uporablja optična vlakna kot vodilo za svetlobo, da osvetli organe in lahko na bolj udoben način izvede manj invazivne ali natančnejše operacije. Prav tako za dekorativne učinke, kot so božična drevesa.

Barve, ki jih optično vlakno prikaže ali odseva, je mogoče spremeniti s spreminjanjem valovne dolžine ali frekvence, ki potuje po njem.

Nekatere najpomembnejše prednosti optičnih vlaken in njihove uporabe so njegova pasovna širina, hitrost prenosa podatkov, elektromagnetna odpornost, zmanjšanje zasedenega prostora in teže ter visoka varnost informacij.

Čeprav je po drugi strani naprednejša tehnologija in zato dražja, sta namestitev in vzdrževanje bolj zapletena od običajnih sistemov, sta izredno krhka in nista zelo tolerantna na temperature, vlago, vibracije in raztezek.

Obstajata dve vrsti optike glede na količino hrupa ali načine, ki jih lahko prenašajo.

Večmodna vlakna so tista, ki lahko hkrati pošiljajo različne valovne dolžine skozi različne načine, od tod tudi njihovo ime. V primerjavi z enomodnimi vlakni imajo večmodna vlakna večje jedro, lomni količnik med jedrom in oblogo pa se le nekoliko razlikuje. Tako valovi potujejo v jedru, ki se odbija od sten jedra. Uporabljajo se za poti ali omrežja na kratke razdalje. Običajno ga prepoznamo, ker je zunanji plašč običajno oranžen.

Enosmerna vlakna so tista, ki imajo samo eno pot prenosa in njihovo jedro je manjše v primerjavi z vlakni z več načini prenosa. Način prenosa je običajno osrednja os jedra, saj se odbija pod zelo velikimi koti. Običajno se razlikujejo od multimode, ker uporabljajo rumeno zunanjo jakno.

Zdaj po svoji zasnovi obstajata tudi dve vrsti. Ohlapno strukturirana optična vlakna so tista, pri katerih so prameni optičnih vlaken ohlapno znotraj cevi, skozi katere so vodeni. Ta cev je lahko votla ali ima v notranjosti hidrofobni material, tako da služi za zaščito optičnih vlaken pred vlago.

Nasprotno pa so kabli tesne strukture sestavljeni iz spajanja več optičnih vlaken, ki so posamično pokriti z plaščem in plaščem. Te niti obkrožajo osrednji del, celoten komplet pa je zaščiten z zunanjo plastjo.

V optičnem komunikacijskem sistemu obstajajo nekatere komponente, ki so potrebne za uspešen prenos. Med temi komponentami so optični oddajniki, kot so LED ali laserji, opto-električni pretvorniki, ki so odgovorni za pretvorbo električnih signalov v optične za pošiljanje po vlaknu in kasneje za pretvorbo sprejetih optičnih signalov v električne.

Obstajajo tudi optični detektorji, ki so:

PIN
APD
Silicij
Germanij
Drugi materiali

Vrste poliranja bodo odvisne od konektorjev, ki se nahajajo na koncih optičnih vlaken, razvrščamo jih glede na vrsto poliranja.

Plano
PC (fizični stik)
SPC (super računalnik)
CPU (UltraPC)
Izboljšan UPC
APC (kotni računalnik)

Priključki so elementi, ki omogočajo povezavo optičnih vlaken s terminalsko opremo. Priključki, ki se običajno uporabljajo v optičnih vlaknih, zlasti za lokalna omrežja, so priključki ST, LC, FC in SC.

Mehansko spajanje: ta vrsta spoja je sestavljena iz neke vrste tulca, v katerega sta vstavljeni dve vlakni in je narejen mehanski zvitek, ki združuje obe jedri. Izgube, povezane s tem časom spajanja, so reda 0,5 dB.

Spajanje z lepili: v tem primeru se nanese posebno prozorno lepilo, ki omogoča spajanje obeh koncev vlaken in je ta spoj zaščiten z neko vrsto zunanje ojačitve. Ima izgube 0.2 dB, vendar običajno ni zelo zanesljiv, saj se lepilo lahko znova odlepi.

Spajanje s fuzijo: Spojnica lahko vizualizira, ali imajo na koncih kontaminant ali če je potrebno finje poliranje, ali bi morala biti vlakna boljša. Nato nadaljuje segrevanje le tega območja, pri čemer se vlakna stalijo in se tako pridružijo njegovim jedrom. Izgube tega spoja so 0.02 dB.

Vloga optičnega kabla bo določila njegovo strukturo. Tudi če jih je mogoče uporabiti za različne funkcije, imajo vsi optični kabli skupne številne elemente, to so sekundarni premaz, notranja vlakna, elementi, ki prispevajo k okrepitvi in strukturi kabla, plašč, ki združuje vse preje iz vlaken in materialov za izolacijo vlage.

Obstajajo elementi, ki podpirajo strukturo in ojačitev optičnega kabla. Strukturni elementi, ki služijo kot osrednji vodnik po poti, ki ji mora slediti optično vlakno. Optična vlakna so bodisi razporejena vzdolž te strukture ali opletena okoli nje. Na splošno imajo te strukture kanale ali utore, ki služijo kot dodatno vodilo za optična vlakna.

Ojačevalni elementi zagotavljajo dodatno ojačitev optičnega kabla, da ga izolirajo od nateznih sil, ki so mu lahko izpostavljene, poleg tega pa ni bistvenega raztezanja, ki bi lahko povzročilo razpoke v jedrih.

Pri zunanjih oslabitvah obstaja več vzrokov, ki so:

Absorpcijske izgube
Izguba Rayleigha
Razpršitve
Izgube zaradi sevanja
Izgube sklopke

Sklepi

Optična vlakna so daljnovod, ki je danes omogočil večjo hitrost in učinkovitost prenosa podatkov. Čeprav gre za tehnologijo, ki mora narediti veliko, da bi lahko nadomestila običajne sisteme, je še vedno včasih najboljša možnost za komunikacijo.

Vendar je optična vlakna draga vrsta tehnologije v primerjavi s klasičnimi sistemi, ker zahteva opremo in optična orodja, ki so ponavadi dražja. Prav tako zahteva ustrezno usposabljanje za delo z optičnimi vlakni. Poleg tega je njegova namestitev običajno zelo občutljiv postopek, prisotnost razpok v vlaknu pa bi lahko povzročila znatne izgube, če jih ne obdelamo pravočasno. Poleg tega je treba še razviti določeno opremo, da bosta tehnologija in sistem popolnoma optična, saj na primer še vedno ni optičnih spominov.

Običajno imajo optična omrežja rezervne sisteme, kot sta obročni ali dvojni, kar omogoča, da lahko v primeru teh incidentov informacije potujejo v drugo smer, da se izognemo prekinitvi storitve za daljše časovno obdobje. situacija je rešena.

Optični sistemi so zelo zanesljivi, saj je skoraj nemogoče vdreti v omrežje, ne da bi bili odkriti ali brez prekinitve prenosa podatkov. Zato je običajno videti podvodna optična vlakna med zavezniškimi državami, kjer prenašajo občutljive in tajne informacije.

Kaj optično vlakno razlikuje od drugih medijev po hitrosti prenosa podatkov in zmogljivosti prenosa. Poleg tega zagotavlja minimalno izgubo informacij zaradi dejstva, da ima v svojem glavnem elementu zelo malo oslabitve, zaradi česar ni treba nameščati toliko opreme za obnovo in ojačanje v sistemu. Ker informacije potujejo s svetlobno hitrostjo, je bilo mogoče opaziti precejšen prehod velikih podjetij na to vrsto tehnologije.