Hvordan fungerer fiberoptiske kommunikationskabler virkelig?
På det mest basale er et kommunikationsoptisk fiberkabel sammensat af glasstrenge, som tråde, omkring diameteren af menneskehår, som hver kan transmittere meddelelser moduleret på lette bølger med lysets hastighed. De tilbyder større båndbredde end kobbertrådkabel og er blevet go-to-muligheden for at imødekomme kravene fra alderen på internettet, hvor store mængder data (f.eks. Streaming-apps) skal distribueres til tusinder af abonnenter, miles væk og øjeblikkeligt. Fiberoptiske kabler findes ikke kun i kommunikationssystemer, de bruges også i industrielle netværk, sensing og avionikapplikationer.
Det første skridt til at forstå, hvordan fiberoptiske værker er at forstå, hvad der sker, når du sender lys gennem luft eller vand. Lys rejser som en bølge. Når den passerer gennem luften, mister bølgen lidt energi og bliver mere spredt. Resultatet er, at lysstrålen bliver bredere og mindre intens. Dette tab af intensitet kaldes dæmpning.
Når lys kommer ind i vandet, mister det imidlertid ikke energi. I stedet bøjer det sig omkring vandmolekylerne, hvilket gør det lettere for lyset at passere. Vand bremser også lysets hastighed med en faktor på 1/V2, hvor V er lysets hastighed i vand. Dette betyder, at lys, der rejser gennem vandet, vil rejse længere end hvis det rejste gennem luften. Optiske fibre bruger disse principper til at transportere data fra et punkt til et andet.
De fleste optiske fibre, der er i brug i dag, består af glasstrenge (kernen) lavet af ren silica omgivet af beklædningsmateriale lavet af dopet silica. Kernen er så lille, at kun en enkelt lysstråle ved en bestemt bølgelængde kan rejse gennem til slutningen. Disse kaldes en-mode fibre. I dette design har beklædningslaget et lavere brydningsindeks og fungerer som et spejl for at holde tilstanden inde i kernen. Dette fænomen er kendt som total intern refleksion.
Udførelsen af optiske fibre afhænger af, hvor godt de kan transmittere lys. En måde at måle dette på er ved at måle returtabet (også kaldet indsættelsestab) af fiberen. Returtab defineres som forholdet mellem kraften i den forreste retning og kraften i modsat retning. Hvis returtabet er højt, vil mere lys gå tabt, når man rejser gennem fiberen, end hvis returtabet var lavt.
Fordele ved fiberoptiske kabler
Optiske fibre har mange fordele i forhold til traditionelle kobbertråde:
1.ultra-high-speed transmissionsydelse
Optiske fibermedier transmitterer signaler gennem fotonimpulser, og dens transmissionshastighed kan nå tusind gange for kobberkabler (typisk 100+ GBP'er), som er især egnet til applikationsscenarier med strenge realtidskrav, såsom 4K/8K streaming medieoverførsel og cloud computing-tjenester. Optisk fiber med en enkelt tilstand har opnået en gennembrudstransmissionshastighed på 1 petabit/s i laboratoriemiljøer.
2.ultra-stor båndbredde kapacitet
Takket være den modne anvendelse af bølgelængde-divisionsmultiplexing (WDM) -teknologi kan en enkelt optisk fiber samtidig bære optiske signaler af forskellige bølgelængder, såsom C-bånd (1530-1565 nm) og L-bånd (1565-1625 nm). Gennem tæt bølgelængde Division Multiplexing (DWDM) -teknologi kan mere end 96 kanaler med enkeltfiber parallel transmission opnås, hvilket teoretisk når hundreder af TBPS-niveau båndbredde kapacitet.
3.ultra-lavt tab transmissionskarakteristika
Kvartsoptisk fiber har en dæmpningskoefficient på 0. 2db/km i vinduet 1550nm. Med den erbium-dopede fiberforstærker (EDFA) -teknologi kan den opnå en relæfri transmissionsafstand på mere end 100 km. Til sammenligning er tabet af CAT6A -kobberkabel 21,3 dB pr. 100 meter ved 100 MHz.
4.elektromagnetiske immunitetsegenskaber
Optisk fiber bruger SIO₂ dielektrisk bølgelederstruktur til at transmittere signaler, som grundlæggende undgår de elektromagnetiske interferens (EMI) og radiofrekvensinterferens (RFI) problemer, som kobberkabler står overfor. Denne funktion gør det uerstatteligt for ledninger i stærke elektromagnetiske miljøer, såsom højspændingsstationer (større end eller lig med 500 kV) og medicinske MR-udstyrsrum.
5.Transmission Sikkerhedsmekanisme
Risikoen for informationslækage for optisk fibersystem findes hovedsageligt i termineringsudstyret. Der er ingen elektromagnetisk stråling under transmission. OTDR -teknologien kan overvåge den optiske tabsanomali på niveauet 0. 01dB i realtid. I henhold til NIST SP 800-53 -standarden når den fysiske lags sikkerhed for den optiske fiberkanal klasse III -beskyttelsesniveauet, der langt overstiger klasse I -niveauet af kobberkabel.
Typer af kommunikationsfiberoptisk kabel
Der er 2 grundlæggende typer fibre, enkelttilstand og multimode. Optisk fiber med en enkelt mode er mindre i kernediameter (8. 3-10 mikron) og har fordele med hensyn til båndbredde og rækkevidde efter længere afstande, mens multimode-optiske fibre har større kernediametre (50 mikron eller større) og let understøtter de fleste afstande, der kræves i enterprise og datacenternetværk, til en omkostning, der typisk er mere end enkelt-mode installationer.
Optisk fiberteknologi bruges på mange måder i dag. Det bruges til at transmittere stemme- og videosignaler, bære computerdata og til at sende information over lange afstande.
Optiske fibre bruges til at fremstille endoskoper, der giver læger mulighed for at se inde i den menneskelige krop og udføre operation uden behov for invasive skalpelprocedurer. Store kernefibre kan bære laserenergi for at lette fjernelse af tatoveringer, rengøring af historiske monumenter og strømning af laserstyrede forsvarssystemer.
Distribueret fiberoptisk sensing (DFOS) giver mulighed for, at hele længden af en optisk fiber bruges som en sensingindretning. Strukturer som brændstofrørledninger, broer og flyvinger kan have optiske fibre indlejret i dem for at registrere sådanne parametre som belastning, temperatur eller lyd og hjælpe med at sikre deres strukturelle integritet.
