Princippet om konvertering og transmission af information på optiske fibre

Moderne kommunikationslinjer beregnet til transmission af information over lange afstande er ofte kun optiske linjer på grund af den ret høje effektivitet af denne teknologi, som den med succes har demonstreret i mange år, for eksempel som et middel til at give bredbåndsadgang til internettet .

Selve fiberen består af en glaskerne omgivet af en kappe med et brydningsindeks, der er lavere end kernens. Den lysstråle, der er ansvarlig for at transmittere information langs linjen, forplanter sig langs fiberens kerne, reflekterer på vej fra beklædningen og går således ikke uden for transmissionslinjen.

Den stråledannende lyskilde er normalt diode eller halvlederlaser, mens selve fiberen, afhængigt af kernediameteren og brydningsindeksfordelingen, kan være single-mode eller multi-mode.

Optiske fibre i kommunikationslinjer er bedre end elektroniske kommunikationsmidler, hvilket muliggør højhastigheds- og tabsfri transmission af digitale data over lange afstande.

I princippet kan optiske linjer danne et uafhængigt netværk eller tjene til at forene allerede eksisterende netværk - dele af optiske fibermotorveje fysisk forenet på fiberoptisk eller logisk niveau - på niveau med datatransmissionsprotokoller.

Hastigheden af ​​datatransmission over optiske linjer kan måles i hundredvis af gigabits i sekundet, for eksempel 10 Gbit Ethernet-standarden, som har været brugt i mange år i moderne telekommunikationsstrukturer.

Året for opfindelsen af ​​fiberoptik anses for at være 1970, da Peter Schultz, Donald Keck og Robert Maurer - forskere ved Corning - opfandt en optisk fiber med lavt tab, der åbnede muligheden for at duplikere kabelsystemet til transmission af telefonsignalet uden repeatere anvendes. Udviklerne har skabt en ledning, der giver dig mulighed for at spare 1% af den optiske signaleffekt i en afstand af 1 kilometer fra kilden.

Dette var vendepunktet for teknologien. Linjer blev oprindeligt designet til at transmittere hundredvis af faser af lys samtidigt, senere blev enfaset fiber udviklet med højere ydeevne, der var i stand til at opretholde signalintegriteten over længere afstande. Enfaset nul-offset fiber har været den mest eftertragtede fibertype siden 1983 og frem til i dag.

For at transmittere data over en optisk fiber skal signalet først konverteres fra elektrisk til optisk, derefter transmitteres ned ad linjen og derefter konverteres tilbage til elektrisk ved modtageren.Hele enheden kaldes en transceiver og omfatter ikke kun optiske, men også elektroniske komponenter.

Så det første element i en optisk linje er en optisk sender. Den konverterer en række elektriske data til en optisk strøm. Senderen inkluderer: en parallel-til-seriel konverter med en synthesizer, en driver og en optisk signalkilde.

Kilden til det optiske signal kan være en laserdiode eller en LED. Konventionelle lysdioder bruges ikke i telekommunikationssystemer. Forspændingsstrømmen og modulationsstrømmen til direkte modulering af laserdioden leveres af laserdriveren, hvorefter lyset tilføres gennem det optiske stik - ind i fiberen optisk kabel.

På den anden side af linjen bliver signalet og timingsignalet detekteret af en optisk modtager (for det meste en fotodiodesensor), hvor de omdannes til et elektrisk signal, der forstærkes, og derefter rekonstrueres det transmitterede signal. Især kan den serielle datastrøm konverteres til parallel.

Forforstærkeren er ansvarlig for at konvertere den asymmetriske strøm fra fotodiodesensoren til spænding, for dens efterfølgende forstærkning og konvertering til et differentielt signal. Datasynkroniserings- og gendannelseschippen gendanner clocksignalerne og deres timing fra den modtagne datastrøm.

Tidsmultiplekseren opnår dataoverførselshastigheder på op til 10 Gb/s. Så i dag er der følgende standarder for hastigheden af ​​datatransmission gennem optiske systemer:

Bølgelængdemultipleksing og bølgelængdedelingsmultipleksing giver dig mulighed for yderligere at øge datatransmissionstætheden, når flere multipleksede datastrømme sendes på samme kanal, men hver strøm har sin egen bølgelængde.

Single-mode fiber har en relativt lille ydre kernediameter på omkring 8 mikron. En sådan fiber tillader en stråle med en bestemt frekvens at forplante sig gennem den, svarende til en given fibers karakteristika. Når strålen bevæger sig alene, forsvinder intermode spredningsproblemet, hvilket resulterer i øget linjeydelse.

Densitetsfordelingen af ​​materialet kan være gradient eller trinlignende. Gradientfordeling muliggør højere gennemløb. Single-mode-teknologi er tyndere og dyrere end multi-mode, men det er den single-mode-teknologi, der i øjeblikket bruges i telekommunikation.

Multimode fiber gør det muligt at udbrede flere transmissionsstråler i forskellige vinkler samtidigt. Kernediameteren er normalt 50 eller 62,5 µm, så indførelsen af ​​optisk stråling lettes. Prisen på transceivere er lavere end for single-mode.

Det er en multimode fiber, der er meget velegnet til små hjemme- og lokalnetværk. Fænomenet intermode dispersion betragtes som den største ulempe ved multimode fiber, derfor er fibre med et gradient brydningsindeks blevet specielt udviklet for at reducere dette skadelige fænomen, så strålerne forplanter sig langs parabolske baner, og forskellen i deres optiske veje er mindre .På den ene eller anden måde er ydeevnen af ​​single-mode teknologi stadig højere.