Optiliste kiudude teabe muundamise ja edastamise põhimõte

Kaasaegsed sideliinid, mis on ette nähtud teabe edastamiseks pikkade vahemaade taha, on sageli lihtsalt optilised liinid selle tehnoloogia üsna kõrge efektiivsuse tõttu, mida see on aastaid edukalt demonstreerinud, näiteks Interneti-lairibaühenduse pakkumise vahendina. .

Kiud ise koosneb klaassüdamikust, mida ümbritseb kest, mille murdumisnäitaja on südamiku omast madalam. Valguskiir, mis vastutab teabe edastamise eest piki liini, levib piki kiu südamikku, peegeldub teel kattekihist ega lähe seega ülekandeliinist välja.

Kiirt kujundav valgusallikas on tavaliselt diood- või pooljuhtlaser, samas kui kiud ise võib olenevalt südamiku läbimõõdust ja murdumisnäitaja jaotusest olla ühemoodiline või mitmemoodiline.

Sideliinide optilised kiud on paremad kui elektroonilised sidevahendid, võimaldades digitaalsete andmete kiiret ja kadudeta edastamist pikkade vahemaade taha.

Põhimõtteliselt võivad optilised liinid moodustada iseseisva võrgu või olla ühendatud juba olemasolevate võrkude - kiudoptiliste kiirteede lõigud, mis on füüsiliselt ühendatud valguskiu tasemel või loogiliselt - andmeedastusprotokollide tasemel.

Andmeedastuse kiirust üle optiliste liinide saab mõõta sadades gigabittides sekundis, näiteks 10 Gbit Etherneti standard, mida on tänapäevastes telekommunikatsioonistruktuurides kasutatud juba aastaid.

Fiiberoptika leiutamise aastaks loetakse aastat 1970, mil Peter Schultz, Donald Keck ja Robert Maurer – Corningi teadlased – leiutasid väikese kadudega optilise kiu, mis avas võimaluse telefonisignaali edastamise kaablisüsteemi dubleerimiseks. kasutatakse ilma repiiterit. Arendajad on loonud juhtme, mis võimaldab säästa 1% optilise signaali võimsusest 1 kilomeetri kaugusel allikast.

See oli tehnoloogia jaoks pöördepunkt. Algselt kavandati liinid sadade valgusfaaside samaaegseks edastamiseks, hiljem töötati välja ühefaasiline kiud, millel on suurem jõudlus, mis suudab säilitada signaali terviklikkust pikematel vahemaadel. Ühefaasiline nullnihkega kiud on olnud kõige nõutum kiutüüp alates 1983. aastast kuni tänapäevani.

Andmete edastamiseks optilise kiu kaudu tuleb signaal esmalt teisendada elektrilisest optiliseks, seejärel edastada liinil ja seejärel vastuvõtjas uuesti elektriliseks teisendada.Kogu seadet nimetatakse transiiveriks ja see sisaldab mitte ainult optilisi, vaid ka elektroonilisi komponente.

Niisiis, optilise liini esimene element on optiline saatja. See teisendab rea elektrilisi andmeid optiliseks vooks. Saatja sisaldab: paralleel-jadamuundurit koos sünkroimpulsssüntesaatoriga, draiverit ja optilise signaali allikat.

Optilise signaali allikaks võib olla laserdiood või LED. Tavalisi LED-e telekommunikatsioonisüsteemides ei kasutata. Laserdioodi otsemodulatsiooni eelpingevool ja modulatsioonivool antakse laserdraiveri kaudu, seejärel suunatakse valgus läbi optilise pistiku – kiududesse. optiline kaabel.

Teisel pool liini tuvastab signaali ja ajastussignaali optiline vastuvõtja (enamasti fotodioodsensor), kus need muundatakse elektriliseks signaaliks, mida võimendatakse ja seejärel edastatud signaal rekonstrueeritakse. Eelkõige saab jadaandmevoo teisendada paralleelseks.

Eelvõimendi vastutab fotodioodiandurilt tuleva asümmeetrilise voolu pingeks muutmise, selle järgneva võimendamise ja diferentsiaalsignaaliks muutmise eest. Andmete sünkroonimise ja taastamise kiip taastab vastuvõetud andmevoost kellasignaalid ja nende ajastuse.

Ajajaotusega multiplekser saavutab andmeedastuskiirused kuni 10 Gb/s. Tänapäeval kehtivad optiliste süsteemide kaudu andmete edastamise kiiruse jaoks järgmised standardid:

Lainepikkusjaotusega multipleksimine ja lainepikkusjaotusega multipleksimine võimaldavad andmeedastuse tihedust veelgi suurendada, kui samal kanalil saadetakse mitu multipleksitud andmevoogu, kuid igal vool on oma lainepikkus.

Ühemoodilise kiu välissüdamiku läbimõõt on suhteliselt väike, umbes 8 mikronit. Selline kiud võimaldab levida läbi selle kindla sagedusega kiirel, mis vastab antud kiu omadustele. Kui kiir liigub üksi, kaob režiimidevahelise hajumise probleem, mille tulemuseks on liini jõudluse suurenemine.

Materjali tiheduse jaotus võib olla gradient või astmeline. Gradiendi jaotus võimaldab suuremat läbilaskevõimet. Ühemoodiline tehnoloogia on õhem ja kallim kui mitmerežiimiline, kuid see on praegu telekommunikatsioonis kasutatav ühemoodiline tehnoloogia.

Mitmemoodiline kiud võimaldab levitada korraga mitut erineva nurga all olevat ülekandekiirt. Südamiku läbimõõt on tavaliselt 50 või 62,5 µm, seega on optilise kiirguse sisseviimine hõlbustatud. Transiiverite hind on madalam kui ühemoodilistel.

See on mitmemoodiline fiiber, mis sobib väga hästi väikese kodu ja kohtvõrkudesse. Intermoodide dispersiooni nähtust peetakse mitmemoodilise kiu peamiseks puuduseks, seetõttu on selle kahjuliku nähtuse vähendamiseks spetsiaalselt välja töötatud gradiendi murdumisnäitajaga kiud, nii et kiired levivad mööda paraboolseid teid ja nende optiliste radade erinevus on väiksem. .Ühemoodilise tehnoloogia jõudlus jääb nii või teisiti siiski kõrgemaks.