Kā darbojas optisko šķiedru sakaru kabeļi?
Visizplatītākajā gadījumā sakaru optiskās šķiedras kabelis sastāv no stikla šķipsnām, piemēram, pavedieniem, par cilvēka matu diametru, no kuriem katrs var pārnest ziņojumus, kas modulēti uz gaismas viļņiem ar gaismas ātrumu. Viņi piedāvā lielāku joslas platumu nekā vara stieples kabelis un ir kļuvuši par iespēju izpildīt interneta vecuma prasības, kur lieliem datu apjomiem (piemēram, straumēšanas lietotnēm) ir jāizplata tūkstošiem abonentu, jūdžu attālumā un uzreiz. Optisko šķiedru kabeļi ir atrodami ne tikai sakaru sistēmās, bet arī rūpniecības tīklos, sensoru un avionikas lietojumos tos izmanto.
Pirmais solis, lai izprastu, kā darbojas optiskā šķiedra, ir saprast, kas notiek, kad jūs sūtāt gaismu caur gaisu vai ūdeni. Gaisma ceļo kā vilnis. Kad tas iet cauri gaisam, vilnis zaudē nedaudz enerģijas un kļūst arvien vairāk izplatīts. Rezultāts ir tāds, ka gaismas stars kļūst plašāks un mazāk intensīvs. Šo intensitātes zaudēšanu sauc par vājināšanos.
Tomēr, kad gaisma nonāk ūdenī, tā nezaudē enerģiju. Tā vietā tas saliecas ap ūdens molekulām, padarot gaismu vieglāk iziet cauri. Ūdens arī palēnina gaismas ātrumu ar koeficientu 1/v2, kur V ir gaismas ātrums ūdenī. Tas nozīmē, ka gaisma, kas pārvietojas pa ūdeni, pārvietojas tālāk nekā tad, ja tas ceļotu pa gaisu. Optiskās šķiedras izmanto šos principus, lai pārnestu datus no viena punkta uz otru.
Mūsdienās izmantotās optiskās šķiedru sastāv no stikla šķipsnām (serde), kas izgatavots no tīra silīcija dioksīda, ko ieskauj apšuvuma materiāls, kas izgatavots no leģēta silīcija dioksīda. Kodols ir tik mazs, ka tikai viens gaismas stars noteiktā viļņa garumā var ceļot līdz galam. Tos sauc par viena režīma šķiedrām. Šajā dizainā apšuvuma slānim ir zemāks refrakcijas indekss un tas darbojas kā spogulis, lai režīms būtu kodolā. Šī parādība ir pazīstama kā kopējā iekšējā refleksija.
Optisko šķiedru veiktspēja ir atkarīga no tā, cik labi tās var pārraidīt gaismu. Viens no veidiem, kā to izmērīt, ir šķiedras atdeves zudumu (ko sauc arī par ievietošanas zudumu) mērīšanu. Atgriešanās zudums tiek definēts kā attiecība starp jaudu priekšējā virzienā un jaudu pretējā virzienā. Ja atgriešanās zudums ir liels, ceļojot pa šķiedru, tiks zaudēta vairāk gaismas nekā tad, ja atgriešanās zaudējums būtu mazs.
Optisko šķiedru kabeļu priekšrocības
Optiskām šķiedrām ir daudz priekšrocību salīdzinājumā ar tradicionālajiem vara vadiem:
1.Ultra-augstā ātruma pārraides veiktspēja
Optiskā šķiedru multivides pārraida signālus caur fotonu impulsiem, un tā pārraides ātrums var sasniegt tūkstoš reižu nekā vara kabeļiem (parasti 100+ GBP), kas ir īpaši piemērots lietojumprogrammu scenārijiem ar stingriem reālā laika prasībām, piemēram, 4K/8K straumēšanas multivides pārraides un mākoņdatošanas pakalpojumiem. Viena režīma optiskā šķiedra ir sasniegusi izrāvienu pārraides ātrumu 1 Petabit/-S laboratorijas vidē.
2.Iltra-lielā joslas platuma ietilpība
Pateicoties nobriedušai viļņu garuma dalīšanas multipleksēšanas (WDM) tehnoloģijas pielietošanai, vienai optiskai šķiedrai vienlaikus var nēsāt dažādu viļņu garumu optiskos signālus, piemēram, C joslu ({1530-1565 nm) un L joslu (1565-1625 nm). Izmantojot blīvu viļņu garuma dalīšanas multipleksēšanas (DWDM) tehnoloģiju, var sasniegt vairāk nekā 96 kanālus vienas šķiedras paralēlas transmisijas, teorētiski sasniedzot simtiem TBPS līmeņa joslas platuma ietilpību.
3.Ultra-zemu zudumu pārraides raksturlielumi
Kvarca optiskās šķiedras vājināšanās koeficients ir 0. 2db/km 1550nm logā. Izmantojot Erbium leģētu šķiedru pastiprinātāja (EDFA) tehnoloģiju, tā var sasniegt pārraides attālumu, kas nesatur releju, pārsniedzot 100 km. Salīdzinājumam, CAT6A vara kabeļa zaudēšana ir 21,3dB uz 100 metriem pie 100MHz.
4.Elektromagnētiskās imunitātes īpašības
Optiskā šķiedra signālu pārraidei izmanto sio₂ dielektrisko viļņvada struktūru, kas principā izvairās no elektromagnētiskajiem traucējumiem (EMI) un radiofrekvences traucējumu (RFI) problēmām, ar kurām saskaras vara kabeļi. Šī funkcija padara to neaizvietojamu elektroinstalācijai spēcīgā elektromagnētiskā vidē, piemēram, augstsprieguma apakšstacijās (lielāks vai vienāds ar 500kV) un medicīnisko MRI aprīkojuma telpām.
5. Pārraides drošības mehānisms
Optisko šķiedru sistēmas informācijas noplūdes risks galvenokārt pastāv izbeigšanas aprīkojumā. Pārraides laikā nav elektromagnētiska starojuma. OTDR tehnoloģija var uzraudzīt optisko zudumu anomāliju 0. 01db līmenī reālā laikā. Saskaņā ar NIST SP 800-53 standartu optiskās šķiedras kanāla fiziskā slāņa drošība sasniedz III klases aizsardzības līmeni, kas ievērojami pārsniedz vara kabeļa I klases līmeni.
Komunikācijas veidi optiskās šķiedras kabeļa veidi
Ir 2 šķiedru pamata veidi, viena režīma un multimode. Viena režīma optiskā šķiedra ir mazāka serdes diametrā (8. 3-10 mikroni) un tām ir priekšrocības joslas platuma izteiksmē un sasniedz lielāku attālumu, savukārt daudzmodu optiskajām šķiedrām ir lielāki serdeņa diametri (50 mikroni vai lielāki) un viegli jāatbalsta lielākā daļa uzņēmuma un datu centra tīkliem, kas parasti ir mazāki par vienu režīmu.
Mūsdienās daudzos veidos tiek izmantota optisko šķiedru tehnoloģija. To izmanto balss un video signālu pārsūtīšanai, datoru datu nēsāšanai un informācijas nosūtīšanai lielos attālumos.
Optiskās šķiedras tiek izmantotas endoskopu ražošanai, kas ļauj ārstiem apskatīt cilvēka ķermeņa iekšpusē un veikt operāciju bez invazīvām skalpeļa procedūrām. Lielas kodolu šķiedras var pārvadāt lāzera enerģiju, lai atvieglotu tetovējumu noņemšanu, vēsturisko pieminekļu tīrīšanu un lāzeru vērstu aizsardzības sistēmu darbību.
Izkliedētā optiskā šķiedras sensācija (DFO) ļauj visu optiskās šķiedras garumu izmantot kā sensoru ierīci. Tādas struktūras kā degvielas cauruļvadi, tilti un gaisa kuģa spārni var būt iestrādātas optiskās šķiedras, lai noteiktu šādus parametrus kā celmu, temperatūru vai skaņu un palīdzētu nodrošināt to strukturālo integritāti.
