Оптикалық талшықты негізгі білім

Оптикалық талшықтың өнертабысы байланыс саласындағы революцияны басқарды. Егер жоғары жылдамдықты жылдамдықпен қамтамасыз ету үшін оптикалық талшықтар болмаса, Интернет теориялық сахнада ғана қалады. Егер ХХ ғасыр электр энергиясы дәуірі болса, онда ХХІ ғасыр - бұл жарық дәуірі. Жарық қалай байланысқа қол жеткізеді? Төмендегі редактормен бірге оптикалық байланыс туралы негізгі білімді білейік.

1-бөлім. Жеңіл насихаттау туралы негізгі білім

Жарық толқындарын түсіну
Жеңіл толқындар - бұл іс жүзінде электромагниттік толқындар, ал бос кеңістікте электромагниттік толқындардың ұзындығы мен жиілігі кернеулі пропорционалды. Екеуінің өнімі жарық жылдамдығына тең, яғни:

Электромагниттік толқындардың толқын ұзындығын немесе жиіліктерін электромагниттік спектрді қалыптастыру үшін орналастырыңыз. Толқындардың ұзындығына немесе жиіліктерге сәйкес, электромагниттік толқындар радиациялық аймаққа, ультракүлгін аймақта, көрінетін жарық аймағына, инфрақызыл аймаққа, инфрақызыл аймаққа, микротолқынды аймаққа, радио толқын аймағына және ұзақ толқын аймаққа бөлінеді. Байланыс үшін пайдаланылатын жолақтар негізінен инфрақызыл аймақ, микротолқынды аймақ және радио толқын аймағы болып табылады. Төмендегі кескін сізге байланыс диапазондары мен минуттардағы тиісті тарату медиасын өңдеуге көмектеседі.

Осы мақаланың бас кейіпкері, «Талшықты-оптикалық байланыс» инфрақызыл топтағы жарық толқындарын қолданады. Осы уақытқа дейін адамдар неге инфрақызыл топта болуы керек? Бұл мәселе оптикалық талшықты материалдардың оптикалық жоғалуымен, атап айтқанда кремний әйнегіне байланысты. Әрі қарай, біз оптикалық талшықтардың жарығын қалай жіберетінін түсінуіміз керек.

Рефракция, рефлексия және жарықтың жалпы көрінісі

Жарық бір заттан екіншісіне шығарылған кезде, екі зат арасындағы интерфейсте, ал рефракция және рефлексия интерфейсінде пайда болады, ал сыну бұрышы оқиға жарығының бұрышымен жоғарылайды. Суретте көрсетілгендей ① ① → ②. Жиналыс бұрышы белгілі бір бұрышқа жеткенде немесе одан асқан кезде, сынған шам жоғалады және барлық оқиғалар жарығы артқа қарай шағылады, ол келесі суретте көрсетілгендей, жарық шағылыстырады.

Әр түрлі материалдарда әртүрлі сынғыш индекстер бар, сондықтан жарық таралу жылдамдығы әртүрлі бұқаралық ақпарат құралдарында өзгереді. Рефрактивті индекс N, N, N = C / V көрсетеді, мұндағы c вакуумдағы және V вакуумдағы жылдамдық - бұл ортадағы таралу жылдамдығы. Тартқыш индексі бар орта оптикалық тығыз орташа деп аталады, ал төменгі сынғыш индексі бар ортада оптикалық сирек кездеседі. Жалпы рефлексия үшін екі шартта болады:
1. Оптикалық тығыз ортадан оптикалық ауыр орташа
2. Оқиға бұрышы жалпы рефлексияның сыни бұрышына қарағанда үлкен немесе оған тең
Сигналдың оптикалық ағып кетуіне жол бермеу және берілу жоғалуын азайту үшін, оптикалық талшықтардың оптикалық берілуі жалпы шағылысу шарттары бойынша пайда болады.

2-бөлім. Оптикалық тарату медиасына кіріспе (талшықты-оптикалық)

Талшықты-оптикалық құрылым

Жалпы рефлексия шамының таралуын білумен оптикалық талшықтардың дизайн құрылымын түсіну оңай. Оптикалық талшықтың жалаңаш талшығы үш қабатқа бөлінеді: бірінші қабат - бұл талшықтың ортасында орналасқан және әйнек ретінде белгілі, жоғары тазалық кремний диоксидінен тұрады. Негізгі диаметрі, әдетте, 9-10 микрон (бір режим), 50 немесе 62,5 микрон (көп режим). Талшықты өзегі жоғары сынық индексі бар және жарық беру үшін қолданылады. Екінші қабатты қаптау: сонымен қатар талшықты өзектен, кремний әйнегінен тұрады (диаметрі 125 микрон). Жинақтың сындырғыш индексі төмен, талшықты өзекпен бірге шағылысудың жалпы жағдайын қалыптастырады. Үшінші жабын қабаты: ең жоғарғы қабат - бұл жеңілдетілген шайыр жабыны. Қорғаныш қабаты Материалдың жоғары беріктігі бар және қатты әсерге төтеп бере алады, олар су буының эрозиясын және механикалық абразиядан қорғайтын үлкен әсерлеріне төтеп бере алады.

Оптикалық берілістің жоғалуы

Талшықты-оптикалық берілістің жоғалуы - бұл талшықты-оптикалық байланыстың сапасына әсер ететін өте маңызды фактор. Оптикалық сигналдарды тоқтатуға себеп болатын негізгі факторлар материалдардың сіңіру жоғалуы, берілу кезіндегі шашыраңқы шығындар және талшықты иілу, сығымдау және қондыру сияқты факторлардан туындаған басқа да шығындар кіреді.

Жарықтың толқын ұзындығы әр түрлі, оптикалық талшықтардағы берілістер де әртүрлі. Шығындарды азайту және берілу нәтижелерін азайту мақсатында ғалымдар ең қолайлы жарық іздеуге дайын болды. Толқын ұзындығы 1260NM ~ 1360NM-дегі жарық дисперсиядан және сіңіру жоғалуынан болатын ең аз сигналдың ең азы бар. Алғашқы күндері бұл толқын ұзынды ауқымы оптикалық байланыс тобы ретінде қабылданды. Кейінірек, барлау мен практикадан кейін, сарапшылар біртіндеп оптикалық талшықтарды тарату үшін ең қолайлы толқын ұзындығы (1260NM ~ 1625NM), ол ең аз шығындардан тұрады. Сондықтан талшықты-оптикалық байланыста қолданылатын жарық толқындары, әдетте, инфрақызыл топта болады.

Талшықты-оптикалық классификация

Мультимодтық оптикалық талшық: бірнеше режимді жібереді, бірақ үлкен модельдік дисперсиялар цифрлық сигналдарды тарату жиілігін шектейді, ал бұл шектеу күшейе түседі. Сондықтан, мультимодтық талшықты-оптикалық беріліс қашықтығы салыстырмалы түрде қысқа, әдетте бірнеше шақырым.
Бірыңғай режим талшықтары: өте кішкентай талшықты диаметрі бар, теориялық тұрғыдан тек бір режимді жіберуге болады, оны қашықтықтан байланыс үшін жасауға болады.

3-бөлім. Талшықты-оптикалық байланыс жүйесінің жұмыс принципі

Оптикалық талшықты байланыс жүйесі

Жиі қолданылатын коммуникациялық өнімдер, мысалы, ұялы телефондар мен компьютерлер сияқты, ақпаратты электр сигналдары түрінде жібереді. Оптикалық байланыс жүргізу кезінде бірінші қадам - ​​бұл электр сигналдарын оптикалық сигналдарды түрлендіру, оларды талшықты-оптикалық кабельдер арқылы жіберіңіз, содан кейін ақпаратты тарату мақсатында оптикалық сигналдарды электр сигналдарын түрлендіріңіз. Негізгі оптикалық байланыс жүйесі оптикалық таратқыштан, оптикалық қабылдағыштан және жарық беруге арналған талшықты-оптикалық тізбектен тұрады. Қалааралық сигнал берудің сапасын қамтамасыз ету және беріліс өткізу қабілеттілігін жақсарту мақсатында оптикалық қайтыс және мультипликаторлар, әдетте, қолданылады.

Төменде талшықты-оптикалық байланыс жүйесіндегі әр компоненттің жұмыс принципіне қысқаша кіріспе бар.

Оптикалық таратқыш:Электр сигналдарын оптикалық сигналдарға түрлендіреді, негізінен сигнал модултерінен және жарық көздерінен тұрады.

Сигнал мультиплексері:Ерлі-зайыптылардың біртұтас оптикалық талшықтарына бірқатар оптикалық сигналдық сигналдар, тарату үшін бірдей оптикалық талшықтарға қосылады.

Оптикалық қайталағыш:Өткізілу кезінде сигналдың толқын пішіні мен қарқындылығы нашарлайды, сондықтан толқын пішінін түпнұсқа толқын пішініне қалпына келтіру және жарық қарқындылығын арттыру қажет.

Сигнал күтіп, демультиплексер:Мультипликативті сигналды өзінің бастапқы жеке сигналдарына бөліңіз.

Оптикалық қабылдағыш:Қабылданған оптикалық сигналды негізінен фотодетектордан және демодулятордан тұратын электрлік сигналға түрлендіреді.

4-бөлім. Оптикалық байланыс артықшылықтары мен қосымшалары

Оптикалық байланыс артықшылықтары:

1. Ұзақ эстафетаны, экономикалық және энергияны үнемдеу
10 гбит / с (секундына 10 млрд 0 немесе 1 сигнал) берілуі, егер электрлік байланыс қолданылса, сигналды бірнеше жүз метрге жеткізіп, реттелуі керек. Осындай, оптикалық байланысты пайдалану арқылы 100 шақырымнан асатын қашықтықта қол жеткізе алады. Сигналдың аз уақыты реттелген, оның құны төмен. Екінші жағынан, оптикалық талшықтың материалы - бұл мол резервтері бар кремний диоксиді, ол көп қоры бар және мыс сымнан гөрі әлдеқайда төмен. Сондықтан, оптикалық байланыс экономикалық және энергияны үнемдейтін әсерге ие.

2. Жылдам ақпаратты беру және жоғары байланыс сапасы

Мысалы, қазір достармен сөйлескен кезде немесе Интернетте сөйлесу кезінде дыбыс бұрынғыдай артта қалмайды. Телекоммуникация дәуірінде халықаралық байланыс негізінен жасанды спутниктерге берілудің релосипедіне сүйенеді, нәтижесінде берілудің ұзағырақ және баяулау жолдары пайда болады. Және оптикалық байланыс, сүңгуір қайықтардың көмегімен берілетін қашықтықты қысқартады, ақпарат беруді тезірек жеткізеді. Сондықтан, оптикалық байланысты пайдалану шетелде тегіс байланысқа қол жеткізе алады.

3. Кедергілерге қарсы күшті және құпиялылық

Электрмен байланыс электромагниттік кедергілерге байланысты қателіктер туындауы мүмкін, бұл байланыс сапасының төмендеуіне әкеледі. Алайда, оптикалық байланысқа электр шу шығарылмайды, оны қауіпсіз және сенімді етеді. Жалпы рефлексия принципінің арқасында сигнал берілу үшін оптикалық талшықтың толығымен шектелген, сондықтан құпиялылық жақсы.

4. Үлкен берілу сыйымдылығы
Жалпы, электрмен байланыс тек 10 Гбит / с (секундына 10 млрд. 0 немесе 1 сигнал) жібере алады, ал оптикалық байланыс 1TBPPS (1 триллион немесе 1 немесе 1 сигнал) арқылы жібере алады.

Оптикалық байланысты қолдану

Оптикалық байланыс үшін көптеген артықшылықтар бар, және ол өзінің дамуының әр бұрышына біріктірілген. Интернетті пайдаланатын ұялы телефондар, компьютерлер және IP телефондары сияқты құрылғылар барлығын өз аймағына, бүкіл елге, тіпті ғаламдық байланыс желісіне қосады. Мысалы, компьютерлер мен ұялы телефондар шығаратын сигналдар жергілікті коммуникациялық оператордың базалық станцияларында және желілік провайдерлік жабдықтарға жиналады және содан кейін сүңгуір қайық кабельдеріндегі талшықты-оптикалық кабельдер арқылы әлемнің әртүрлі бөліктеріне жіберіледі.

Бейне қоңыраулар, интернет-дүкендер, видео ойындар, видео ойындар және бруз сияқты күнделікті іс-шараларды жүзеге асыру, оның барлығын қолдауға және олардың көмегіне сүйенуге көмектеседі. Оптикалық желілердің пайда болуы біздің өмірімізді әлдеқайда ыңғайлы және ыңғайлы етіп жасады.