Principen för konvertering och överföring av information på optiska fibrer

Moderna kommunikationslinjer avsedda för överföring av information över långa avstånd är ofta bara optiska linjer, på grund av den ganska höga effektiviteten hos denna teknik, som den framgångsrikt har demonstrerat i många år, till exempel som ett sätt att tillhandahålla bredbandsåtkomst till Internet .

Fibern i sig består av en glaskärna omgiven av ett hölje med ett lägre brytningsindex än kärnans. Ljusstrålen som ansvarar för att överföra information längs linjen fortplantar sig längs fiberns kärna, reflekteras på sin väg från beklädnaden och går således inte utanför transmissionsledningen.

Den strålformande ljuskällan är vanligtvis diod eller halvledarlaser, medan själva fibern, beroende på kärndiametern och brytningsindexfördelningen, kan vara enkelmod eller multimod.

Optiska fibrer i kommunikationslinjer är överlägsna elektroniska kommunikationsmedel, vilket möjliggör höghastighets- och förlustfri överföring av digital data över långa avstånd.

I princip kan optiska ledningar bilda ett oberoende nätverk eller tjäna till att förena redan existerande nät — delar av optiska fibervägar fysiskt förenade på optisk fibernivå eller logiskt — på nivån för dataöverföringsprotokoll.

Dataöverföringshastigheten över optiska linjer kan mätas i hundratals gigabit per sekund, till exempel 10 Gbit Ethernet-standarden, som har använts i många år i moderna telekommunikationsstrukturer.

Året för fiberoptikens uppfinning anses vara 1970, då Peter Schultz, Donald Keck och Robert Maurer – forskare vid Corning – uppfann en optisk fiber med låg förlust som öppnade möjligheten att duplicera kabelsystemet för att överföra telefonsignalen utan repeatrar används. Utvecklarna har skapat en tråd som gör att du kan spara 1% av den optiska signaleffekten på ett avstånd av 1 kilometer från källan.

Detta var vändpunkten för tekniken. Linjer designades ursprungligen för att överföra hundratals faser av ljus samtidigt, senare utvecklades enfasfiber med högre prestanda som kan bibehålla signalintegriteten över längre avstånd. Enfas noll-offset fiber har varit den mest eftertraktade fibertypen sedan 1983 fram till idag.

För att överföra data över en optisk fiber måste signalen först omvandlas från elektrisk till optisk, sedan överföras längs linjen och sedan omvandlas tillbaka till elektrisk vid mottagaren.Hela enheten kallas en transceiver och innehåller inte bara optiska utan även elektroniska komponenter.

Så det första elementet i en optisk linje är en optisk sändare. Den omvandlar en serie elektriska data till en optisk ström. Sändaren inkluderar: en parallell-till-seriell omvandlare med en syntpulssyntes, en drivrutin och en optisk signalkälla.

Källan för den optiska signalen kan vara en laserdiod eller en lysdiod. Konventionella lysdioder används inte i telekommunikationssystem. Förspänningsströmmen och moduleringsströmmen för direktmodulering av laserdioden tillförs av laserdrivaren, varefter ljuset tillförs genom den optiska kontakten - in i fibern optisk kabel.

På andra sidan linjen detekteras signalen och tidssignalen av en optisk mottagare (mest en fotodiodsensor) där de omvandlas till en elektrisk signal som förstärks och sedan rekonstrueras den sända signalen. I synnerhet kan den seriella dataströmmen konverteras till parallell.

Förförstärkaren är ansvarig för att omvandla den asymmetriska strömmen från fotodiodsensorn till spänning, för dess efterföljande förstärkning och omvandling till en differentialsignal. Datasynkroniserings- och återställningschippet återställer klocksignalerna och deras timing från den mottagna dataströmmen.

Tidsmultiplexern uppnår dataöverföringshastigheter på upp till 10 Gb/s. Så idag finns det följande standarder för hastigheten för dataöverföring genom optiska system:

Våglängdsmultiplexering och våglängdsmultiplexering låter dig öka dataöverföringstätheten ytterligare när flera multiplexerade dataströmmar skickas på samma kanal, men varje ström har sin egen våglängd.

Single-mode fiber har en relativt liten ytterkärndiameter på cirka 8 mikron. En sådan fiber tillåter en stråle med en specifik frekvens att utbreda sig genom den, vilket motsvarar egenskaperna hos en given fiber. När strålen rör sig ensam försvinner spridningsproblemet mellan olika lägen, vilket resulterar i ökad linjeprestanda.

Materialets densitetsfördelning kan vara gradient eller stegliknande. Gradientfördelning möjliggör högre genomströmning. Single-mode-teknik är tunnare och dyrare än multi-mode, men det är den single-mode-teknik som för närvarande används inom telekommunikation.

Multimode fiber gör att flera transmissionsstrålar i olika vinklar kan fortplantas samtidigt. Kärndiametern är vanligtvis 50 eller 62,5 µm, så införandet av optisk strålning underlättas. Priset på transceivrar är lägre än för singelmode.

Det är en multimodfiber som är mycket lämplig för små hem- och lokala nätverk. Fenomenet intermode dispersion anses vara den största nackdelen med multimode fiber, därför, för att minska detta skadliga fenomen, har fibrer med ett gradientbrytningsindex utvecklats speciellt, så att strålarna fortplantar sig längs paraboliska banor och skillnaden i deras optiska banor är mindre .På ett eller annat sätt är prestandan för singellägesteknik fortfarande högre.