Optisten kuitujen tiedon muuntamisen ja siirron periaate

Nykyaikaiset viestintälinjat, jotka on tarkoitettu tiedon siirtämiseen pitkiä matkoja, ovat usein vain optisia linjoja, johtuen tämän tekniikan melko korkeasta tehokkuudesta, jota se on menestyksekkäästi osoittanut useiden vuosien ajan, esimerkiksi keinona tarjota laajakaistayhteys Internetiin. .

Kuitu itsessään koostuu lasiytimestä, jota ympäröi vaippa, jonka taitekerroin on pienempi kuin ytimen. Tiedon välittämisestä linjaa pitkin vastaava valonsäde etenee kuidun ydintä pitkin, heijastuu matkallaan verhouksesta eikä siten mene siirtolinjan ulkopuolelle.

Säteen muodostava valonlähde on yleensä diodi tai puolijohdelaser, kun taas itse kuitu voi ytimen halkaisijasta ja taitekerroinjakaumasta riippuen olla yksimuotoinen tai monimuotoinen.

Tietoliikennelinjojen optiset kuidut ovat elektronisia viestintävälineitä parempia, mikä mahdollistaa nopean ja häviöttömän digitaalisen tiedon siirron pitkiä matkoja.

Periaatteessa optiset linjat voivat muodostaa itsenäisen verkon tai yhdistää jo olemassa olevia verkkoja — valokuitujen valtateiden osia, jotka on fyysisesti yhdistetty valokuitutasolla tai loogisesti — tiedonsiirtoprotokollien tasolla.

Tiedonsiirron nopeus optisilla linjoilla voidaan mitata sadoissa gigabitteissä sekunnissa, esimerkiksi 10 Gbit Ethernet -standardi, jota on käytetty jo vuosia nykyaikaisissa tietoliikennerakenteissa.

Kuituoptiikan keksimisvuonna pidetään vuotta 1970, jolloin Corningin tutkijat Peter Schultz, Donald Keck ja Robert Maurer keksivät pienihäviöisen optisen kuidun, joka avasi mahdollisuuden monistaa kaapelijärjestelmän puhelinsignaalin lähettämistä varten. käytetään ilman toistimia. Kehittäjät ovat luoneet johdon, jonka avulla voit säästää 1% optisen signaalin tehosta 1 kilometrin etäisyydellä lähteestä.

Tämä oli tekniikan käännekohta. Linjat suunniteltiin alun perin lähettämään satoja valon vaiheita samanaikaisesti, mutta myöhemmin kehitettiin yksivaiheinen kuitu, jolla on parempi suorituskyky, joka pystyy säilyttämään signaalin eheyden pidemmillä etäisyyksillä. Yksivaiheinen nolla-offset-kuitu on ollut halutuin kuitutyyppi vuodesta 1983 tähän päivään asti.

Tietojen siirtämiseksi optisen kuidun kautta signaali on ensin muutettava sähköisestä optiseksi, sitten lähetettävä linjaa pitkin ja muutettava sitten takaisin sähköiseksi vastaanottimessa.Koko laitetta kutsutaan lähetin-vastaanottimeksi ja se sisältää paitsi optisia myös elektronisia komponentteja.

Joten optisen linjan ensimmäinen elementti on optinen lähetin. Se muuntaa sarjan sähköistä dataa optiseksi virtaukseksi. Lähetin sisältää: rinnakkais-sarjamuuntimen synkronointipulssisyntetisaattorilla, ohjaimen ja optisen signaalilähteen.

Optisen signaalin lähde voi olla laserdiodi tai LED. Perinteisiä LED-valoja ei käytetä tietoliikennejärjestelmissä. Esijännite ja modulaatiovirta laserdiodin suoraa modulointia varten syötetään laserohjaimesta, jonka jälkeen valo syötetään optisen liittimen kautta kuituun optinen kaapeli.

Linjan toisella puolella signaali ja ajoitussignaali havaitaan optisella vastaanottimella (useimmiten valodioditunnistimella), jossa ne muunnetaan sähköiseksi signaaliksi, joka vahvistetaan ja sitten lähetetty signaali rekonstruoidaan. Erityisesti sarjatietovirta voidaan muuntaa rinnakkaiseksi.

Esivahvistin on vastuussa valodiodianturista tulevan epäsymmetrisen virran muuntamisesta jännitteeksi, sen myöhemmästä vahvistuksesta ja muuntamisesta differentiaalisignaaliksi. Tietojen synkronointi- ja palautussiru palauttaa kellosignaalit ja niiden ajoituksen vastaanotetusta datavirrasta.

Aikajakomultiplekseri saavuttaa tiedonsiirtonopeudet jopa 10 Gb/s. Joten nykyään on olemassa seuraavat standardit tiedonsiirron nopeudelle optisten järjestelmien kautta:

Aallonpituusjakoinen multipleksointi ja aallonpituusjakoinen multipleksointi mahdollistavat edelleen tiedonsiirron tiheyden lisäämisen, kun samalla kanavalla lähetetään useita multipleksoituja datavirtoja, mutta jokaisella virralla on oma aallonpituutensa.

Yksimuotokuidun ulkohalkaisija on suhteellisen pieni, noin 8 mikronia. Tällainen kuitu sallii tietyn taajuuden säteen etenemisen sen läpi, mikä vastaa tietyn kuidun ominaisuuksia. Kun säde liikkuu yksin, intermode-hajoamisongelma katoaa, mikä johtaa parempaan linjan suorituskykyyn.

Materiaalin tiheysjakauma voi olla gradientti tai porrasmainen. Gradienttijakauma mahdollistaa suuremman suorituskyvyn. Yksimuototekniikka on ohuempaa ja kalliimpaa kuin monimuototekniikka, mutta se on tällä hetkellä tietoliikenteessä käytetty yksimuototekniikka.

Monimuotokuitu mahdollistaa useiden eri kulmissa olevien lähetyssäteiden levittämisen samanaikaisesti. Sydämen halkaisija on yleensä 50 tai 62,5 µm, joten optisen säteilyn tuominen helpottuu. Lähetin-vastaanottimien hinta on halvempi kuin yksimuotoisten.

Se on monimuotokuitu, joka sopii hyvin pieniin koti- ja lähiverkkoihin. Intermode-dispersion ilmiötä pidetään monimuotokuidun päähaittana, joten tämän haitallisen ilmiön vähentämiseksi on erityisesti kehitetty kuituja, joilla on gradienttitaitekerroin, jolloin säteet etenevät parabolisia reittejä pitkin ja niiden optisten reittien ero on pienempi. .Tavalla tai toisella yksimuototekniikan suorituskyky on edelleen korkeampi.