Princip pretvorbe in prenosa informacij po optičnih vlaknih

Sodobni komunikacijski vodi, namenjeni prenosu informacij na velike razdalje, so pogosto le optični vodi, zaradi precej visoke učinkovitosti te tehnologije, ki jo že vrsto let uspešno dokazuje na primer kot sredstvo za zagotavljanje širokopasovnega dostopa do interneta. .

Samo vlakno je sestavljeno iz steklenega jedra, obdanega z ovojom z lomnim količnikom, nižjim od indeksa jedra. Svetlobni žarek, ki je odgovoren za prenos informacij po liniji, se širi vzdolž jedra vlakna, se na poti odbija od ovoja in tako ne gre izven prenosnega voda.

Vir svetlobe za oblikovanje snopa je običajno diodni ali polprevodniški laser, medtem ko je samo vlakno, odvisno od premera jedra in porazdelitve lomnega količnika, lahko enomodno ali večmodno.

Optična vlakna v komunikacijskih linijah so boljša od elektronskih komunikacijskih sredstev, saj omogočajo hiter prenos digitalnih podatkov na velike razdalje brez izgub.

Optični vodi lahko načeloma tvorijo samostojno omrežje ali služijo za združevanje že obstoječih omrežij — odsekov optičnih cest, fizično združenih na ravni optičnih vlaken ali logično — na ravni protokolov za prenos podatkov.

Hitrost prenosa podatkov po optičnih linijah se lahko meri v stotinah gigabitov na sekundo, na primer standard 10 Gbit Ethernet, ki se že vrsto let uporablja v sodobnih telekomunikacijskih strukturah.

Za leto izuma optičnih vlaken štejemo leto 1970, ko so Peter Schultz, Donald Keck in Robert Maurer – znanstveniki pri Corningu – izumili optično vlakno z majhnimi izgubami, ki je odprlo možnost podvajanja kabelskega sistema za prenos telefonskega signala. brez repetitorjev. Razvijalci so ustvarili žico, ki vam omogoča, da prihranite 1% moči optičnega signala na razdalji 1 kilometra od vira.

To je bila prelomnica za tehnologijo. Linije so bile prvotno zasnovane za prenos več sto faz svetlobe hkrati, kasneje so bila razvita enofazna vlakna z večjo zmogljivostjo, ki lahko ohranjajo celovitost signala na daljših razdaljah. Enofazna zero-offset vlakna so najbolj iskana vrsta vlaken od leta 1983 do danes.

Za prenos podatkov po optičnem vlaknu je treba signal najprej pretvoriti iz električnega v optičnega, nato prenesti po liniji in nato pretvoriti nazaj v električni na sprejemniku.Celotna naprava se imenuje oddajnik-sprejemnik in poleg optičnih vključuje tudi elektronske komponente.

Torej, prvi element optičnega voda je optični oddajnik. Pretvori vrsto električnih podatkov v optični tok. Oddajnik vsebuje: vzporedno-serijski pretvornik s sintetizatorjem sinhronizacijskih impulzov, gonilnik in optični izvor signala.

Vir optičnega signala je lahko laserska dioda ali LED. Konvencionalne LED diode se ne uporabljajo v telekomunikacijskih sistemih. Prednapetostni tok in modulacijski tok za neposredno modulacijo laserske diode dovaja laserski gonilnik. Nato se svetloba dovaja skozi optični konektor—v vlakno optični kabel.

Na drugi strani linije signal in časovni signal zazna optični sprejemnik (večinoma fotodiodni senzor), kjer se pretvorita v električni signal, ki se ojača, nato pa se oddani signal rekonstruira. Zlasti serijski tok podatkov je mogoče pretvoriti v vzporednega.

Predojačevalnik je odgovoren za pretvorbo asimetričnega toka iz senzorja fotodiode v napetost, za njegovo naknadno ojačanje in pretvorbo v diferenčni signal. Čip za sinhronizacijo in obnovitev podatkov obnovi signale ure in njihov čas iz prejetega toka podatkov.

Multiplekser s časovno delitvijo dosega hitrosti prenosa podatkov do 10 Gb/s. Tako danes obstajajo naslednji standardi za hitrost prenosa podatkov prek optičnih sistemov:

Multipleksiranje z delitvijo po valovnih dolžinah in multipleksiranje z delitvijo po valovnih dolžinah vam omogočata dodatno povečanje gostote prenosa podatkov, ko je na istem kanalu poslanih več multipleksiranih tokov podatkov, vendar ima vsak tok svojo valovno dolžino.

Enomodovna vlakna imajo razmeroma majhen zunanji premer jedra približno 8 mikronov. Tako vlakno omogoča, da se skozi njega širi žarek določene frekvence, ki ustreza značilnostim danega vlakna. Ko se žarek premika sam, problem medmodne disperzije izgine, kar povzroči večjo zmogljivost linije.

Porazdelitev gostote materiala je lahko gradientna ali stopničasta. Gradientna porazdelitev omogoča večjo prepustnost. Enomodalna tehnologija je tanjša in dražja od večnačinovne, vendar je to trenutno uporabljena tehnologija v telekomunikacijah.

Večmodno vlakno omogoča hkratno širjenje več žarkov prenosa pod različnimi koti. Premer jedra je običajno 50 ali 62,5 µm, zato je vnos optičnega sevanja lažji. Cena oddajnikov je nižja kot pri enomodnih.

Gre za večmodovno vlakno, ki je zelo primerno za mala domača in lokalna omrežja. Pojav medmodne disperzije velja za glavno pomanjkljivost večmodnega vlakna, zato so za zmanjšanje tega škodljivega pojava posebej razviti vlakna z gradientnim lomnim količnikom, tako da se žarki širijo po paraboličnih poteh in je razlika v njihovih optičnih poteh manjša. .Tako ali drugače je zmogljivost enosmerne tehnologije še vedno višja.