Принципът на преобразуване и предаване на информация по оптични влакна

Съвременните комуникационни линии, предназначени за предаване на информация на дълги разстояния, често са просто оптични линии, поради доста високата ефективност на тази технология, която тя успешно демонстрира в продължение на много години, например като средство за осигуряване на широколентов достъп до Интернет.

Самото влакно се състои от стъклена сърцевина, заобиколена от обвивка с коефициент на пречупване, по -нисък от този на сърцевината. Светлинният лъч, отговорен за предаването на информация по линията, се разпространява по ядрото на влакното, отразява се по пътя си от облицовката и по този начин не излиза извън предавателната линия.

Източникът на светлина за формиране на лъч обикновено е диоден или полупроводников лазер, докато самото влакно, в зависимост от диаметъра на сърцевината и разпределението на показателя на пречупване, може да бъде едномодово или многомодово.

Оптичните влакна в комуникационните линии превъзхождат електронните средства за комуникация, позволявайки високоскоростно и без загуби предаване на цифрови данни на големи разстояния.

По принцип оптичните линии могат да образуват независима мрежа или да служат за обединяване на вече съществуващи мрежи — участъци от магистрали от оптични влакна, физически обединени на ниво оптично влакно, или логически — на ниво протоколи за предаване на данни.

Скоростта на предаване на данни по оптични линии може да бъде измерена в стотици гигабита в секунда, например стандартът 10 Gbit Ethernet, който се използва от много години в съвременните телекомуникационни структури.

Годината на изобретението на оптичните влакна се счита за 1970 г., когато Питър Шулц, Доналд Кек и Робърт Маурер — учени от Corning — изобретиха оптично влакно с ниски загуби, което отвори възможността за дублиране на кабелната система за предаване на телефонния сигнал, без да се използва повторители. Разработчиците са създали проводник, който ви позволява да спестите 1% от мощността на оптичния сигнал на разстояние 1 километър от източника.

Това беше преломният момент за технологиите. Първоначално линиите са проектирани за едновременно предаване на стотици светлинни фази, по-късно е разработено еднофазно влакно с по-висока производителност, способно да поддържа целостта на сигнала на по-голямо разстояние. Еднофазното влакно с нулево отместване е най -търсеният тип влакна от 1983 г. до днес.

За предаване на данни през оптично влакно, сигналът първо трябва да се преобразува от електрически в оптичен, след това да се предава по линията и след това да се преобразува обратно в електрически в приемника. Цялото устройство се нарича трансивър и включва не само оптични, но и електронни компоненти.

И така, първият елемент от оптична линия е оптичен предавател. Той преобразува поредица от електрически данни в оптичен поток. Предавателят включва: паралелен към сериен преобразувател със синхронизиращ импулсен синтезатор, драйвер и източник на оптичен сигнал.

Източникът на оптичния сигнал може да бъде лазерен диод или светодиод. Конвенционалните светодиоди не се използват в телекомуникационни системи. Токът на отклонение и модулиращият ток за директна модулация на лазерния диод се подават от лазерния драйвер.След това светлината се подава през оптичния конектор — във влакното оптичен кабел.

От другата страна на линията, сигналът и синхронизиращият сигнал се откриват от оптичен приемник (предимно фотодиоден сензор), където се преобразуват в електрически сигнал, който се усилва и след това предаваният сигнал се реконструира. По -специално, серийният поток от данни може да бъде преобразуван в паралелен.

Предварителният усилвател е отговорен за преобразуването на асиметричния ток от фотодиодния сензор в напрежение, за последващото му усилване и преобразуване в диференциален сигнал. Чипът за синхронизиране и възстановяване на данни възстановява часовниковите сигнали и тяхното синхронизиране от получения поток от данни.

Мултиплексорът с времево разделение постига скорости на пренос на данни до 10 Gb / s. Така че днес съществуват следните стандарти за скорост на предаване на данни през оптични системи:

Мултиплексирането с разделяне на дължината на вълната и мултиплексирането с разделяне на дължината на вълната ви позволява допълнително да увеличите плътността на предаване на данни, когато няколко мултиплексирани потока от данни се изпращат по същия канал, но всеки поток е със собствена дължина на вълната.

Едномодовото влакно има сравнително малък диаметър на външната сърцевина от около 8 микрона. Такова влакно позволява на един лъч със специфична честота да се разпространява през него, съответстващ на характеристиките на дадено влакно. Когато лъчът се движи сам, проблемът с междумодовата дисперсия изчезва, което води до повишена производителност на линията.

Плътността на разпределение на материала може да бъде градиентна или стъпаловидна. Градиентното разпределение позволява по -висока производителност. Едномодовата технология е по -тънка и по -скъпа от многомодовата, но това е едномодова технология, която в момента се използва в телекомуникациите.

Многомодовото влакно позволява едновременно да се разпространяват множество лъчи за предаване под различни ъгли. Диаметърът на сърцевината обикновено е 50 или 62,5 µm, така че въвеждането на оптично излъчване се улеснява. Цената на трансивърите е по-ниска, отколкото за едномодовите.

Това е многомодово влакно, което е много подходящо за малки домашни и локални мрежи. Явлението междумодова дисперсия се счита за основен недостатък на многомодовото влакно, затова за намаляване на това вредно явление са специално разработени влакна с градиентен коефициент на пречупване, така че лъчите се разпространяват по параболични пътища и разликата в оптичните им пътища е по -малка. По един или друг начин производителността на едномодова технология все още остава по-висока.