Prednosti komunikacije optičkim vlaknima
● Veliki komunikacijski kapacitet
● Velika udaljenost releja
● Otporan na elektromagnetske smetnje
● Bogati resursi
● Lagana i mala veličina optičkih vlakana
Kratka povijest razvoja optičkih komunikacija
● Prije više od 2000 godina: Svjetionici – svjetla, signali zastava
● 1880: Optički telefon – bežična optička komunikacija
● 1970: Komunikacija optičkim vlaknima
● 1966: Dr. Kao Kuen, "otac optičkih vlakana", prvi je predložio ideju komunikacije optičkim vlaknima.
● 1970.: Kapron iz Corning Institutiona proizvodi optička vlakna s gubitkom od 20 dB/km.
● 1977.: prva komercijalna linija od 45 Mb/s u Chicagu.
Elektromagnetski spektar
Lom/refleksija i potpuni unutarnji odraz svjetlosti
Budući da svjetlost putuje različitim brzinama u različitim tvarima, kada svjetlost putuje od jedne tvari do druge, dolazi do loma i refleksije na sučelju između dviju tvari. Nadalje, kut lomljene svjetlosti mijenja se s kutom upadne svjetlosti. Kada kut upadne svjetlosti dosegne ili prijeđe određeni kut, lomljena svjetlost nestaje, a sva upadna svjetlost se odbija natrag; ovo je potpuni unutarnji odraz. Različiti materijali lome svjetlost iste valne duljine pod različitim kutovima (tj. različiti materijali imaju različite indekse loma), a isti materijal lomi svjetlost različitih valnih duljina pod različitim kutovima. Komunikacija putem optičkih vlakana temelji se na ovim principima. Raspodjela reflektivnosti: Važan parametar koji karakterizira optičke materijale je indeks loma, označen s N. Omjer brzine svjetlosti C u vakuumu i brzine svjetlosti V u materijalu je indeks loma materijala.
N＝C/V
Indeks loma kvarcnog stakla koje se koristi u komunikaciji s optičkim vlaknima je približno 1,5.
Struktura optičkih vlakana
Goli optički kabel općenito se sastoji od tri sloja:
Prvi sloj: staklena jezgra s visokim -indeksom loma- (promjer jezgre općenito je 9-10 μm, (jednomodni) 50 ili 62,5 (višemodni).
Drugi sloj: silicijska staklena obloga s niskim -indeksom loma- u sredini (promjer je općenito 125 μm).
Treći sloj: krajnji vanjski ojačavajući sloj smole.
Osnovno znanje o svjetlu
1) Jezgra: Visoki indeks loma, koristi se za prijenos svjetlosti;
2) Prevlaka: nizak indeks loma, zajedno s jezgrom, stvara uvjete za potpunu unutarnju refleksiju;
3) Jakna: Visoka čvrstoća, može izdržati veći udar i štiti optičko vlakno.
3 mm optički kabel narančasti MM višemodni
Žuti SM Jednomodni
Dimenzije optičkog kabela:
Vanjski promjer je obično 125 µm (prosječna ljudska kosa je 100 µm)
Unutarnji promjer: pojedinačni-mod 9µm, višemodni 50/62,5µm
Numerička apertura
Ne prenosi se sva svjetlost koja pada na čeonu površinu optičkog vlakna kroz vlakno; prenosi se samo svjetlost koja pada unutar određenog kutnog raspona. Taj se kut naziva numerička apertura optičkog vlakna. Veća numerička apertura je prednost za spajanje optičkih vlakana. Numerička apertura varira između optičkih vlakana koja proizvode različite tvrtke.
Vrste optičkih vlakana
Na temelju načina prijenosa svjetlosti unutar vlakna, optička vlakna se mogu klasificirati kao:
Više-način rada (MM)
Jedno-mod (SM)
Više{0}}modno vlakno: ima deblju središnju staklenu jezgru (50 ili 62,5 μm), što omogućuje prijenos više modova svjetlosti. Međutim, njegova intermodalna disperzija je značajna, ograničavajući frekvenciju odaslanih digitalnih signala, a to se ograničenje pogoršava s povećanjem udaljenosti. Na primjer, vlakno od 600 MB/km imat će samo propusnost od 300 MB/km na 2 km. Stoga više{9}}modna vlakna imaju relativno kratku udaljenost prijenosa, obično samo nekoliko kilometara.
Jedno{0}}modno vlakno: ima tanju središnju staklenu jezgru (obično promjera 9 ili 10 μm), dopuštajući prijenos samo jednog moda svjetlosti. To je u biti vrsta step{4}}index vlakana, ali s vrlo malim promjerom jezgre. Teoretski, dopušta samo jedan put pravocrtne-svjetlosti da uđe u vlakno i širi se ravnom linijom unutar jezgre. Širenje pulsa vlakana je minimalno. Stoga je njegova intermodalna disperzija vrlo mala, što ga čini pogodnim za-komunikaciju na velike udaljenosti. Međutim, njegova kromatska disperzija igra glavnu ulogu, što znači da jedno-modno vlakno ima visoke zahtjeve za spektralnu širinu i stabilnost izvora svjetlosti, odnosno spektralna širina mora biti uska, a stabilnost mora biti dobra.
Klasifikacija optičkih vlakana
Po materijalu:
● Staklena vlakna: I jezgra i obloga su od stakla. Mali gubici, velika udaljenost prijenosa, visoka cijena.
● Silikonska vlakna s omotačem: jezgra je staklena, obloga je plastična. Slične karakteristike staklenim vlaknima, niža cijena.
● Plastična vlakna: I jezgra i obloga su plastični. Veliki gubici, vrlo kratka udaljenost prijenosa, vrlo niska cijena. Široko se koristi u kućanskim aparatima, audio opremi i prijenosu slike na kratke-udaljenosti.
● Optimalnim frekvencijskim okvirom prijenosa: konvencionalno jednomodno-vlakno i disperzija-pomaknuto jednomodno-vlakno.
● Konvencionalno: Proizvođači vlakana optimiziraju frekvenciju prijenosa vlakana za jednu valnu duljinu, kao što je 1300 nm.
● Disperzija-pomaknuta: proizvođači vlakana optimiziraju frekvenciju prijenosa vlakana za dvije valne duljine, kao što su 1300 nm i 1550 nm.
● Naglo pomaknuto: Indeks loma se naglo mijenja od jezgre do staklene obloge. Niska cijena, visoka intermodalna disperzija. Prikladno za kratke-udaljenosti, niske-brze komunikacije, kao što je industrijska kontrola. Međutim, jednomodna-vlakna imaju vrlo nisku intermodalnu disperziju, pa su sva gradirana-indeksna vlakna.
●Vlakna s stupnjevanim-indeksom: Indeks loma postupno se smanjuje od jezgre do omotača, dopuštajući svjetlu visokog-moda da se širi sinusoidalno. To smanjuje intermodalnu disperziju, povećava propusnost vlakana i produljuje udaljenost prijenosa, ali je skuplje. Većina današnjih višemodnih vlakana su gradirana-indeks vlakna.
