Kako funkcionira optičke komunikacije?

Kako stvarno djeluju kabeli optičkih komunikacija?

U svom najosnovnijem, komunikacijski kabel optičkih vlakana sastoji se od staklenih pramenova, poput niti, oko promjera ljudske kose, od kojih svaka može prenijeti poruke modulirane na svjetlosne valove brzinom svjetlosti. Oni nude veću propusnost od bakrenog kabela i postali su opcija za ispunjavanje zahtjeva doba interneta u kojima se velike količine podataka (npr. Aplikacije za strujanje) moraju distribuirati tisućama pretplatnika, miljama daleko i trenutno. Optički kabeli ne nalaze se samo u komunikacijskim sustavima, već se koriste i u industrijskim mrežama, senzorskom i avioonici.

Prvi korak do razumijevanja kako funkcionira optička vlakna je razumjeti što se događa kada pošaljete svjetlost kroz zrak ili vodu. Svjetlost putuje kao val. Kad prođe kroz zrak, val gubi neku energiju i postaje rašireniji. Rezultat je da svjetlosni snop postaje sve širi i manje intenzivan. Taj se gubitak intenziteta naziva prigušivanje.

Međutim, kad svjetlost uđe u vodu, ne gubi nikakvu energiju. Umjesto toga, savija se oko molekula vode, što olakšava prolazak svjetla. Voda također usporava brzinu svjetlosti faktorom 1/v2 gdje je V brzina svjetlosti u vodi. To znači da će svjetlost koja putuje kroz vodu putovati dalje nego ako putuje zrakom. Optička vlakna koriste ta načela za prijenos podataka s jedne točke na drugu.

Većina optičkih vlakana koja se danas koriste sastoji se od staklenih pramenova (jezgre) izrađenih od čistog silicijevog dioksida okruženog oblogom materijala izrađenog od dopiranog silicijevog dioksida. Jezgra je toliko mala da samo jedna zraka svjetlosti na određenoj valnoj duljini može putovati do kraja. Nazivaju se vlaknima s jednim načinom. U ovom dizajnu, sloj obloga ima niži indeks loma i djeluje poput ogledala kako bi se način držao unutar jezgre. Ovaj fenomen poznat je kao ukupni unutarnji odraz.

Učinkovitost optičkih vlakana ovisi o tome koliko dobro mogu prenijeti svjetlost. Jedan od načina za mjerenje je mjerenjem povratnog gubitka (koji se naziva i gubitak umetanja) vlakana. Povratni gubitak definiran je kao omjer između snage u smjeru prema naprijed i snage u obrnutom smjeru. Ako je gubitak povratka visok, više svjetla izgubit će se pri putovanju kroz vlakno nego ako je gubitak povratka bio nizak.

Prednosti optičkih kabela

Optička vlakna imaju brojne prednosti u odnosu na tradicionalne bakrene žice:

1. Učinkovitost prijenosa visoke brzine
Mediji optičkih vlakana prenose signale putem fotonskih impulsa, a njegova brzina prijenosa može doseći tisuću puta veće od bakrenih kabela (obično 100+ GBPS), što je posebno prikladno za scenarije aplikacija sa strogim zahtjevima u stvarnom vremenu, kao što su 4K/8K streaming medija za prijenos medija i usluge računanja u oblaku. Optička vlakna s jednim načinom postigla je probojnu brzinu prijenosa od 1 petabita/s u laboratorijskim okruženjima.

2.Ultra-velik kapacitet opsega
Zahvaljujući zreloj primjeni tehnologije multipleksiranja podjele valne duljine (WDM), jedno optičko vlakno može istovremeno nositi optičke signale različitih valnih duljina kao što su C-opseg (1530-1565 nm) i L-opseg (1565-1625 nm). Kroz tehnologiju multipleksiranja guste valne duljine (DWDM) može se postići više od 96 kanala paralelnog prijenosa s jednim vlaknima, teoretski dostižući stotine kapaciteta propusnosti na razini TBPS-a.

3. Značajke prijenosa gubitaka
Quartz optičko vlakno ima koeficijent prigušenja 0. 2db/km u prozoru 1550nm. Pomoću tehnologije vlakana dopiranog Erbium (EDFA), može postići udaljenost prijenosa bez releja veća od 100 km. Za usporedbu, gubitak bakrenog kabela Cat6a iznosi 21,3 dB na 100 metara na 100MHz.

4. Elektromagnetske karakteristike imuniteta
Optička vlakna koristi siO₂ dielektričnu strukturu valovoda za prijenos signala, koji u osnovi izbjegavaju probleme s elektromagnetskim interferencijama (EMI) i radiofrekvencijskim interferencijama (RFI) s kojima se suočavaju bakreni kablovi. Ova značajka čini ga nezamjenjivim za ožičenje u jakim elektromagnetskim okruženjima kao što su visokonaponski podstanice (veće od ili jednake 500kV) i prostorije za medicinsku MRI opremu.

5. Sigurnosni mehanizam prijetnji
Rizik propuštanja informacija od sustava optičkih vlakana uglavnom postoji u opremi za raskid. Ne postoji elektromagnetsko zračenje tijekom prijenosa. OTDR tehnologija može pratiti anomaliju optičkog gubitka na razini 0. 01db u stvarnom vremenu. Prema NIST SP 800-53 standardu, sigurnost fizičkog sloja optičkog vlaknastog kanala doseže razinu zaštite klase III, koja daleko premašuje razinu bakrenog kabela klase I.

Vrste optičkog kabela komunikacije

Postoje 2 osnovne vrste vlakana, pojedinačni način i multimode. Optička vlakna s jednim načinom je manja u promjeru jezgre (8. 3-10 mikroni) i drži prednosti u odnosu na širinu pojasa i dosežu duže udaljenosti, dok multimodna optička vlakna imaju veće promjere jezgre (50 mikrona ili veće) i lako podržavaju većinu udaljenosti u poduzećima i podatkovnim centrima, na pojedinim vrstama.

Danas se tehnologija optičkih vlakana koristi na više načina. Koristi se za prijenos glasovnih i video signala, nošenje računalnih podataka i za slanje informacija na velike udaljenosti.

Optička vlakna koriste se za izradu endoskopa koji omogućuju liječnicima da gledaju unutar ljudskog tijela i obavljaju operaciju bez potrebe za invazivnim postupcima skalpela. Velika jezgrena vlakna mogu nositi lasersku energiju kako bi se olakšalo uklanjanje tetovaža, čišćenje povijesnih spomena i napajanje obrambenih sustava usmjerenih na laser.

Distribuirano optičko senzori (DFOS) omogućava da se kao senzorski uređaj koristi cijela duljina optičkog vlakna. Konstrukcije poput cjevovoda za gorivo, mostova i krila zrakoplova mogu imati optička vlakna ugrađena u njih kako bi otkrili takve parametre kao što su naprezanje, temperatura ili zvuk i pomažu u osiguravanju njihovog strukturnog integriteta.