Száloptika: Hogyan működik? Mire használják? És még sok más

Távközlés vagy távoli kommunikáció lehetséges a különböző távvezetékeknek köszönhetően. Ezek közül az egyik legmegbízhatóbb a száloptika. Tanulja meg ezt a cikket, HOGYAN MŰKÖDIK A SZÁLAS OPTIKA amely lehetővé teszi az internet és számos más előny használatát otthonában és irodájában.

Optikai szál

Az optikai szál egy rugalmas szál, amely általában szilíciumból készül, bár vannak műanyagból készült optikai szálak is. Nagyon finom anyag, átmérője majdnem olyan, mint egy hajszálé. Átlátszó, képes fényt továbbítani anélkül, hogy az egyik szín frekvenciája torzítaná a másikat.

A száloptika a koaxiális kábel lehetséges helyettesítőjeként jelent meg. A rézkábelhez hasonlóan a szálat is adatátvitelre használják annak két vége között, közlekedési eszközként fényt használva.

Ma a száloptika az egyik legszélesebb körben használt kommunikációs mechanizmus. Ennek az az oka, hogy az információ nagy távolságokra is eljuthat anélkül, hogy sok, vagy talán nincs szükség erősítőre, így a jel nem veszik el. Sávszélessége vagy adatsebessége is nagyobb, mint a rézkábeleknél.

Többek között a száloptika helyett a rézkábel cseréje is az, hogy kevesebb a jel csillapítása útkilométerenként. További előnye, hogy a száloptika immunis az elektromágneses interferenciával szemben, így gyakorlatilag lehetetlen megsérteni a biztonságot.

Hasonlóképpen gyakori, hogy száloptikát találnak a világításhoz. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy jelenleg a szálon keresztül sikerült a legmagasabb intenzitású fényt biztosítani a mesterséges megvilágítás minden formája közül.

Az optikai szál szerkezete egy magból áll, amely maga az a szál, ahol az információ eljut. A magot bevonat borítja, amelyre jellemző, hogy a visszaverődési indexe alacsonyabb, mint a magé. Ez azzal a szándékkal történik, hogy megakadályozzuk, hogy a magban utazó fénysugár elhagyja az atommagot és elveszítse az információt, vagyis ez egy módja annak, hogy a visszaverődés jelenségét felhasználva korlátozzák az információt a magban.

Ezt követően a bélést köpeny veszi körül, és ez a Kevlar köpeny. És végül egy csuklya, általában sárga vagy narancssárga, amely azonosítja a szál típusát. Mindkettő védelmet és mechanikai merevséget biztosít a szálnak, mivel különben a szál rendkívül törékeny lenne, még a jelenleginél is.

Az optikai szálon belül több fénysugár is elküldhető, mivel ennek különböző útvonalai vagy lehetséges módjai vannak. Ezt a fajta optikai szálat multimódnak nevezik, és a neve onnan származik, hogy többféle módja van a fénysugarak egyidejű küldésére. Ehelyett az egymódú szál egyetlen lineáris utat használ a fénysugár továbbítására. Fizikailag általában a burkolatuk színe különbözteti meg őket, általában narancssárga a multimódusú és sárga az egyes módok esetében.

Az optikai szál összeillesztésekor fontos szem előtt tartani, hogy a magok közötti igazításnak rendkívül pontosnak kell lennie, különben veszteségek keletkeznének a hamis csatolás miatt. Ez azt jelenti, hogy az optikai szálak közötti kötések bonyolultabbak, mint a hagyományos rézkábeleknél.

Száloptikai történelem

A száloptika területén két alapvető elem mutatott előrelépést a ma ismert technológia elérésében a fényen keresztüli adatátvitel tekintetében. Ezek az elemek az optikai szál és a benne utazó fény. Ebben a szegmensben végigjárjuk a száloptika történetét és annak alakulását az idő múlásával.

Az ókori Görögországban a tükrökről visszaverődő napfényt üzenetek küldésére vagy ellenségei látásának akadályozására használták. Ugyanezt a rendszert alkalmazta Claude Chappe 1792 -ben az optikai távíró alkalmazására, 200 km -re elosztott tornyok és tükrök segítségével. Rekordidő alatt, 16 perc alatt sikerült üzenetet továbbítania.

1910 -ben Demetrius Hondros és Peter Debye elsőként valósították meg a fényelfogást az üvegből készült kábelek belsejében. Érdekes, hogy ez a kísérlet ilyen sokáig tartott, mert 1820 -ra már léteztek a jelenséget megalapozó egyenletek.

Ezt az elvet nevezik fényvisszaverésnek a törés által. Ne feledje, hogy a fénytörés olyan jelenség, amelynek hatására a fénysugár irányát változtatja, amikor az egyik távvezetékről a másikra változik, amelyek eltérő törésmutatójúak, mert eltérő a sűrűségük.

Az 1840-es években Jean-Daniel Collado és Jacques Babinet bizonyítani tudta ezt az elvet. Hasonlóképpen, 1870 -ben John Tyndall megfigyelte, hogy a fény képes a vízben haladni, és a fény megtörik ebben a közegben. Ezek az első lépések lehetővé tették azoknak a tanulmányoknak a végrehajtását, amelyek megerősítik a kristály potenciálját, mint kiváló anyagot a fény távolsági átvitelében. Alkalmazása eleinte a szökőkutak megvilágítására vonatkozott.

Később John Logie skót mérnök szabadalmaztatta a színes televízió elektromechanikus rendszerét, amely üvegből készült rudakat használt, amelyek fényt bocsátottak ki. Ez a rendszer nem volt túl sikeres az alkalmazott anyagok és technikák által okozott csillapítás miatt, így a fény nem tudott nagy távolságokat megtenni. Ezenkívül a rendszerük nem rendelkezett optikai csatolókkal.

1952 -ben John Tyndall korábbi tanulmányainak köszönhetően Narinder Singh Kapany fizikus képes volt feltalálni az optikai szálat. Meg kell jegyezni, hogy az 1950 -es években történt, amikor elmélyítették a száloptikai kutatásokat. Valójában 1957-ben Basil Hirschovitz gyártott egy félig rugalmas endoszkópot száloptika felhasználásával. Sikerült képeket küldenie, és ez az endoszkóp kényelmesebb eszköz a műtétekhez.

A Michigani Egyetem a félig hajlékony endoszkóp változatában azt javasolja, hogy a korábban használt olajok vagy viasz helyett a magnál alacsonyabb törésmutatóval rendelkező anyagot használjanak. Ezenkívül sokkal vékonyabb száloptikai szálakat is gyártottak, akár egy hajszál vastagságot is. A fény azonban gyengült vagy elveszett 9 méter utazás után ezzel az optikai szállal. Charles K. Kao volt az, aki doktori értekezésében bemutatta, hogy az optikai szálak maximális elméleti csillapítása 20 decibel, hogy alkalmazása megvalósítható legyen.

Charles K. Kao ismét George Hockhammel együtt kijelentette, hogy nagyobb átlátszóságú szálakat lehet előállítani. Hasonlóképpen ők javasolták a száloptika használatát a telefonüzenetek továbbítására ahelyett, hogy meggyőzték volna a rézkábeleket és az áramot.

Szükséges volt az optikai szál fejlesztése, amelynek csillapítása jelenleg 100 dB / km, kis sávszélessége és nagy mechanikai törékenysége volt. Ennek elérése érdekében szüntelen és mélyreható tanulmányokat és vizsgálatokat kellett végezni, amelyek lehetővé tették annak megállapítását, hogy az ilyen mértékű fényveszteség oka a szilíciumban vagy üvegben lévő belső szennyeződések.

Ennek a felfedezésnek köszönhető, hogy a szálakat 20 dB / km csillapítással és nagyobb sávszélességgel kezdték gyártani. Ezenkívül a magok 100 µm vastagságúak voltak, amelyeket Naylon huzallal borítottak be, hogy tiszteletben tartsák a törésmutató alapját, de amelyek nagyobb mechanikai merevséget is biztosíthatnak, ami lehetetlenné teszi a szál kézzel történő törését.

Kao és Hockman munkája alapjául szolgált Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz és Frank Zimar által végzett kutatásoknak, akik az első titánszennyezésű optikai szálat javasolták és gyártották. Ezeket a szennyeződéseket szándékosan építették be a szilíciumba, hogy növeljék a szál törését. Ez a szál lehetővé tette a fény mozgását az optikai szálban, csak 17 dB / km csillapítással. Ugyanebben az évtizedben 1970 -ben csak 0.5 dB / km veszteséggel lehetett optikai szálakat gyártani.

Morton B. Panish és Izuo Hayashi fizikusok újabb fontos előrelépést értek el a fény adatátviteli technológiában, akik kifejlesztettek egy félvezető lézert, amely folyamatosan képes működni anélkül, hogy megemelné a hőmérsékletét. John MacChesney és más munkatársai együtt dolgoztak ki szál előkészítési módszereket.

Az első távvezetéket használó telefonátvitelt 22. április 1977 -én az észak -amerikai General Telephone and Electronics cég végezte, és elérte a 6 Mbit / s sebességet.

1980 -ra a szálak olyan átlátszósággal rendelkeztek, hogy jeleket tudtak küldeni egy optikai szálon akár kétszáznegyven kilométeres úton is, mielőtt teljesen elvesztek. Ezek a szálak akkor keletkeztek, amikor a kutatók rájöttek, hogy tiszta szilíciumot fém nélkül csak gőzt használó szerszámokkal és alkatrészekkel lehet előállítani. Ez megakadályozta, hogy a gyártási folyamat során természetes szennyeződések keletkezzenek.

Az AT&T 1980-ban benyújtotta a száloptikai rendszerre vonatkozó projektjét a Szövetségi Hírközlési Bizottsághoz, körülbelül XNUMX mérföld távolságban. Ez a rendszer átfut és összeköti Boston városát és Washington DC-t. Ennek a projektnek a bemutatása után négy év után kezdett működésbe lépni a rendszer. Ez a kábel tíz hüvelyk átmérőjű volt, és akár nyolcvanezer hangcsatornát is képes biztosítani az egyidejűleg zajló telefonbeszélgetésekhez.

Az első tengerentúlon telepített optikai szál 1988 -ban kezdte meg működését, magjának átláthatósága olyan kifogástalan volt, hogy csak negyven kilométerenként kellett elhelyezni az optikai erősítőket. Ezt követően több ilyen típusú kapcsolat jött létre, és kiterjedtebb túrákra került sor városok és kontinensek között.

Mindezek az eredmények lehetővé tették a száloptika tovább javítását az átláthatóságban, és nem csak kísérleti szinten, hanem a piacon történő kommunikációra is alkalmazhatók voltak. Valójában a General Telephone and Electronics -nak 22. április 1977 -én sikerült az első sikeres telefonátvitelt végrehajtania 6 Mbit / s sebességgel, száloptikát használva átviteli vonalként.

Gyártási folyamat

A Bell Laboratories -ban fejlesztették ki a száloptikai gyártás független módszereit. Innentől kezdve négy eljárás létezik a száloptika gyártására

MCVD (módosított kémiai gőzlerakás)

Ezt a módszert eredetileg a Corning Glass fejlesztette ki, és a Bell Laboratories adaptálta ipari alkalmazásra. Tiszta kvarccsőből állnak, amelyben a szilícium -dioxidot más elemekkel keverik a készítmény adagolásához. Ezt a csövet ezután egy forgó esztergára helyezzük.

Ezt követően hidrogén- és oxigénégővel akár 1600 Celsius -fokos hőmérsékletre melegítik. Ez az eszterga elforgatásával történik, miközben a kvarccsövet teljes hosszában felmelegítik. Ekkor adják hozzá az adalékanyagokat, amelyek hozzájárulnak a jobb törésmutatóhoz a magban, a cső egyik végén.

Az ezt követő rétegek is beépítésre kerülnek, az égő folyamatos kitettsége miatt. Ez a technika lehetővé teszi a mag szintetizálását. Ezután az égőt 1800 Celsius fokos hőmérsékletre melegítjük, amely lehetővé teszi a kvarc megpuhulását és így az előforma előállítását.

Az előforma az üvegrúdra vagy csőre vonatkozik, amelyet száloptika készítésére használnak. Vagyis a szilárd csövet kapják meg ezt a módszert követően. Általában méretei valamivel több mint 1 méter hosszúak és 1 centiméter átmérőjűek.

VAD (gőztengelyes lerakódás)

Ez a technika a Nippon Telephone and Telegraph által kifejlesztett technológián alapul. Japánban széles körben használják azokban a vállalatokban, amelyek száloptika gyártásával foglalkoznak. Ugyanazokat az alapanyagokat használja, mint az MCVD módszerben, de abban különböznek egymástól, hogy ez utóbbi csak a magot helyezte el. Most a burkolatot is ráhelyezik

Éppen ezért ez a módszer egy kicsit kényesebb a doppingolás idején, mivel a germánium -dioxidot nagyobb arányban kell beépíteni a magba, mint a bevonatba. Ehhez a gyártáshoz egy szoftvert használnak alapvető asszisztensként, ahol a paramétereket megállapítják.

Kisegítő üvegrúddal vagy -csővel véve megkezdődik az előforma folyamata. Ez a segédcső támaszként szolgál. Kezdődik azzal, hogy a különböző anyagokat a henger végétől rendezett módon beépíti, és megkapja a porózus előformát, amely a növekedés során leválik a kiegészítő üvegcsőről.

Ezt követően az összeomlási folyamatot hajtják végre, amelynek során a hőmérsékletet 1700 Celsius fokra emelik a kvarc lágyulásának elérése érdekében. Ez azért történik, hogy a belső üreges porózus előformából szilárd, átlátszó hengerré váljon.

Ha összehasonlítjuk ezt a módszert az előzővel, a VAD módszer előnye, hogy nagyobb hosszúságú és nagyobb átmérőjű előformákat kapunk, és csökkenti az energiabevitelt is. Hátránya azonban, hogy sokkal kifinomultabb gyártóberendezéseket igényel.

OVD (külső gőzlerakás)

Ezt a módszert a Corning Glass Work fejlesztette ki. Ebben az esetben a nyersanyag egy kerámia hordozóhengerből és az égőből indul. A gőzös kloridokat az égő tűzére helyezzük, és a tűz felmelegíti a rudat. Ezen a ponton elvégezzük az előgyártmány szintézisét. Ez az eljárás abból áll, hogy a rudat gázhalmazállapotú klórral szárítják, hogy később az összeomlási folyamatot ugyanúgy végezzék el, mint az előző módszerrel. Így szintetizálják a magot és burkolatát, megszerezve az előformát.

Ennek a módszernek néhány előnye, hogy a szárítási folyamat optimalizálásának köszönhetően nagyon alacsony csillapítású és jó minőségű optikai szálakat lehet előállítani. Ez az optimalizálás lehetővé teszi sima profilok létrehozását fontos gyűrűs szerkezet nélkül.

PCVD (plazma kémiai gőzlerakás)

Ezt a módszert a holland Philips cég fejlesztette ki. Hasonlóképpen sima profiljai jellemzik, és felismerhető gyűrűs szerkezet nélkül. Ennek az alapnak az elve a szilícium -klorid és a germánium -klorid oxidációján alapul. Ezeknek a kloridoknak a rozsdásodásával plazmaállapotot érnek el, majd a belső tér doppingolási folyamatát.

Előforma nyújtási szakasz

Függetlenül attól, hogy milyen módszert alkalmaznak, mindezek között gyakori, hogy az előformát nyújtják. Az előforma nyújtásának eléréséhez nyitott csöves kemencére van szükség. A sütő belsejében az előformát 2000 Celsius -fokos hőmérsékletnek teszik ki, hogy az előforma lágyuljon és manipulálható legyen.

Ebben a folyamatban elérik az optikai szál átmérőjét, és rendkívül fontos az állandó feszültség fenntartása, hogy az átmérő az optikai szál teljes hosszában ne változzon. Annak biztosítása, hogy a mag átmérője ne változzon ilyen mértékben, az egyenletes állandó feszültség fenntartása. Ezenkívül garantálni kell a konvekciós áramok hiányát a sütőben.

Hasonlóképpen rendkívül fontos, hogy amikor az előgyártmány újra megpuhul, kerüljék az olyan anyagok behatolását, amelyek szennyezhetik vagy mikrorepedéseket okozhatnak, ami csillapításuk elvesztéséhez és akár az optikai szál töréséhez is vezethet.

E folyamat során szintetikus anyagot is hozzáadnak az ábrához, általában viszkózus polimer. Ennek a polimernek az a jelentősége, hogy lehetővé teszi az optikai szál nyújtását nagyobb sebességgel. Ez egységes, szennyeződésmentes réteget hoz létre a szál körül. Végül ezt a védelmet szárítják és keményítik hőkezelési eljárásokkal vagy ultraibolya sugárzást alkalmazó kémiai reakciókkal.

Száloptikai alkalmazások

A szál lenyűgöző sokoldalúsággal rendelkezik, így többek között alkalmazható digitális kommunikációban, ékszerekben, érzékelőkben, világításban, dekorációban. Íme néhány a száloptika leggyakoribb és további alkalmazása.

Száloptikai kommunikáció

A száloptika legnagyobb mértékű vagy nagyságrendű felhasználása a távközlésre vonatkozik. Rugalmasságának köszönhetően több vezetéket is össze lehet kötni száloptikai kábelek kialakítására. Általában az ehhez használt szálak műanyagból vagy üvegből készülnek, és néha még mindkét anyagból.

Száloptikai érzékelők

A száloptikai érzékelők megkülönböztethetők belső és külső érzékelők között. A belső érzékelők magát az ábrát érzékelőnek nevezik. Másrészről, a külső érzékelőkben a szál az az eszköz, amely továbbítja az érzékelő által kibocsátott jeleket az említett jeleket feldolgozó rendszerhez.

Mivel az optikai szálakban nincs áramkeringés, előnyük van az elektromos érzékelőkhöz képest. Még a szálfonal is kiváló érzékelő többek között a deformációk, hőmérséklet, légköri nyomás, páratartalom, elektromos mezők, mágneses mezők, gázok, rezgések mérésére.

A száloptika egy másik alkalmazása vízi mikrofonok alkalmazásában földrengések vagy szonár által generált hullámalkalmazások észlelésére. Ehhez több mint ezer száloptikával készült érzékelőt használtak hidrofon rendszerek létrehozására. Ezt a típusú rendszert főként az olajipar és a védelmi szervezetek, valamint egyes országok használják. Hasonlóképpen, a német Sennheiser cég létrehozott egy mikrofont, amely lézerfénnyel és száloptikával működik.

Ugyanebben az értelemben száloptikai érzékelőket használnak, amelyek mérik a hőmérsékletet és a légköri nyomást az olajkutakban. Az ilyen típusú érzékelők ellenállnak a szélsőségesebb körülményeknek is, mint a félvezetővel készült érzékelők.

A repülésben van egy száloptikából készült giroszkóp, valamint hidrogén mikroszenzorok.

Ezek a száloptikából készült fotonikus érzékelők általában négy alapvető részből állnak, amelyek a következők:

Az érzékelő: az átalakító
A lekérdező: ki bocsátja ki és fogadja az optikai szálból érkező jelet.
Az optikai kábel: ez az optikai szál
Optikai csatolók, multiplexerek, erősítők vagy kapcsolók: azok az elemek, amelyek elősegítik az optikai és elektromos rendszer összekapcsolását a jel elvesztése nélkül, és képesek a különböző forrásokból érkező különböző jelek kezelésére.

Ennek a rendszernek a működése vagy működése a lekérdező által létrehozott optikai jel generálásával kezdődik, hogy információt kérhessen a vevőtől. Ez az információ áthalad az érzékelő optikai szálán. Amikor elkezdi mérni a környezeti körülményeket, például a gázokat, a légköri nyomást, a hőmérsékletet és egyéb tényezőket, akkor a fény intenzitása vagy a hullámhossza változik, és ezért változás következik be.

Ez a változás, akár a hullámhosszban, akár a fény intenzitásában, az optikai szálon keresztül ismét visszatér a lekérdezőhöz. Ezután megbecsülik ezeknek a változásoknak a százalékos eltérését. Különböző algoritmusok és eszközök, például optoelektronikai csatolók alkalmazásával lehetséges az optikai jelek elektronikus jelekké alakítása, így a végén lévő elektromos rendszerek képesek értelmezni az információkat, például vezérlő- vagy kijelzőrendszert.

Hasonlóképpen, az adatforgalom mennyiségétől függően, például az internetes hálózaton áthaladó adatforgalomtól függően, lehetnek optikai multiplexerek, optikai kapcsolók, optikai erősítők vagy különböző optikai csatolók.

Hasonlóképpen, a száloptikai érzékelőrendszerek pontokba sorolhatók vagy elosztottak.

Optikai pontérzékelő rendszerek

Ez a típusú rendszer elosztott érzékelőkkel meghatározott pozíciókat használ az érzékelőhálózaton belül, amelyek lehetővé teszik a paraméterek egyéni felügyeletét. Emiatt a pontrendszerek lehetővé teszik több paraméter egyidejű mérését. Az elosztott rendszerekkel ellentétben a pontrendszer figyelése akár 250 km -re is kiterjedhet.

Elosztott optikai érzékelőrendszerek

Ebben az esetben a lekérdező által kapott optikai paraméter változásának mérése és észlelése a teljes optikai szál mentén kapott adatokból származik. Ez előnyt jelent, mivel ez egy száloptikai szál zóna, amelyet a rendszer fordítójaként használnak. Az elosztott optikai rendszer akár 120 km hosszúságú tartományra is kiterjedhet.

Világítás

A száloptika első alkalmazásai pontosan a terek megvilágítása voltak. Ez az alkalmazás még ma is létezik a száloptika számára. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az optikai szál lehetővé teszi a területek megvilágítását anélkül, hogy hőt termelne, és nem okozna rövidzárlatot, mivel az optikai szálat fénysugarak átvitelére tervezték.

A frekvencia módosításával akár meg lehet változtatni a világítás színét is. Ez nagyon hasznos például, ha lámpában világítást használnak, mivel a szín megváltoztatható anélkül, hogy cserélni kellene a lámpát.

Hasonlóképpen lehetőség van a megvilágítási területek bővítésére is, mivel különböző optikai szálakat több helyre lehet elhelyezni egyetlen fényforrás használatával.

A száloptika további felhasználása

Hullámvezetőként használják olyan orvosi vagy ipari berendezések által kibocsátott fénysugarakhoz, amelyek megvilágító területeket igényelnek, ahol a látómező nem vagy közvetlenül hozzáférhető.

Példaként használhatjuk az orvostudományban használt félig rugalmas endoszkópot, amely száloptikát használ lencsékkel együtt, hogy képes legyen a szervek belsejének vizualizálására anélkül, hogy nagymértékben invazív műtétekre lenne szükség. Az iparágak esetében ellenőrizni kell a berendezéseket, például a turbinákat.

Valójában a száloptikát jelenleg díszítő elemként használják, mint például a karácsonyfák esetében, amelyek ágaiban optikai szálak vannak, amelyek megvilágítják a fát, és színük is változtatható.

Egy másik példa a száloptika alkalmazására az, amelyet bizonyos épületekben alkalmaznak, amelyek természetes fényt kapnak a tetőikről, és a száloptikának köszönhetően ez a fény eljuthat az épület belső tereibe.

És végül, ma van egy keverék a beton és a száloptika között, amely áttetsző betont eredményez. Ezt az anyagot Ron Losonczi építész készítette, és az a csodálatos ebben a betonban, hogy még mindig megvan a beton szilárdsága és ezen túlmenően a száloptika minősége a fény átviteléhez.

Száloptikai jellemzők

Az optikai szál egy dielektromos átviteli vezeték, amely az optikai sáv elektromágneses spektrumán belül működik. Ebben az optikai sávban találjuk meg a színeket, de ott van a közeli infravörös sáv és az infravörös sáv is. Az optikai szálakban általában e frekvenciák egy részét használják.

Mindegyik száloptikai szál közepén műanyag vagy üveg, azaz szilícium és germánium -oxid található. Ez a mag magas törésmutatóval rendelkezik, és alacsonyabb törésmutatójú bevonattal van bevonva. Ez lehetővé teszi, hogy a fény csak a magon keresztül haladjon, és ne menjen kifelé. Gyakori, hogy ez a bevonóréteg polimerből vagy műanyagból készül.

Ez a különbség a törésmutatók között, amelyeknek létezniük kell a mag és a burkolat között, a fénytörés elveinek köszönhető. Ez az elv azt állítja, hogy amikor egy bizonyos törésmutatóval rendelkező felület egy másik, alacsonyabb törésmutatóval rendelkező felülettel határos, a fény visszaverődik, és minél nagyobb a különbség ezen indexek között, annál nagyobb a beesési szög, tehát teljes belső visszaverődés lesz. .

Az optikai szálakban a fény pattog, vagy visszaverődik a magon belül, és ezek a visszaverődési szögek nagyon szélesek, így gyakorlatilag feltételezhető, hogy a fény egyenes vonalban halad a középponton keresztül, lehetővé téve, hogy nagy távolságokban is utazzon anélkül, hogy elhalványul.

Száloptikai teljesítmény

Az optikai geometria törvényei azok, amelyek meghatározzák az optikai szál működését és működésének alapelveit. Az optikai szálat elsősorban a törés törvénye szabályozza, a teljes belső visszaverődés elve szerint.

A fénysugarak áthaladnak az optikai szál magján, megadtam a törésmutatók közötti különbséget, ez a sugár nem tud átmenni a burkolaton, hanem ténylegesen visszaverődik rajta, és tovább terjed a magon.

Ezután bemutatjuk a száloptikai technológia előnyeit és hátrányait.

előny

Nagyon nagy sávszélességgel rendelkezik, ami nagyon gyors átviteli sebességet tesz lehetővé
Ez egy minimalista technológia, vagyis nagyon kevés helyet foglal el.
Könnyű, mivel mindössze néhány gramm kilométerenként. Ellentétben az elektromos kábellel, amely akár 9 -szer nagyobb súlyú lehet, mint a száloptika.
Teljesen immunis az elektromágneses szennyeződésekkel szemben. Tehát az átviteli minősége meghaladja a hagyományos vonalakat, mivel nem zavarják például külső rövidzárlatok vagy elektromos viharok.
Pontosan azért, mert immunis az interferenciára, a száloptika magas szintű információbiztonságot garantál. Ennek az az oka, hogy az egyetlen módja annak, hogy belépjen a száloptikai átviteli rendszerbe, ha meggyengíti, sőt megszakítja, így könnyen észlelhetővé válik.
Nem okoz interferenciát más rendszerekben.
Nem befolyásolják a parazita jelek, ezért az olyan rendszerekben, mint a metró, ahol vannak olyan rendszerek, amelyek könnyen megzavarhatják a kommunikációt, a száloptika lesz az alternatív par par excellence.
Csillapítása lényegesen kicsi a hagyományos kábelekhez képest, így nagy távolságokat is meg lehet tenni anélkül, hogy aktív elemeket, például erősítőket kellene beépíteni a jel fenntartására.
Attól függően, hogy milyen anyagból készül a köpeny és a burkolat, az optikai szál jó mechanikai ellenállással rendelkezik.
Ellenáll a korróziónak.
Rendelkezik optikai reflektometria nevű rendszerrel, amely lehetővé teszi az útvonal mentén lévő gyengeségek vagy szálvágások könnyű észlelését.

hátrányok

Mivel bemutatjuk a száloptika minden előnyét, bemutatjuk ennek a technológiának a hátrányait a többi távvezetékhez képest.

Magas rost törékenység.
Ez drágább átviteli és vételi berendezéseket igényel.
A száloptikával készült kötések bonyolultabbak, különösen a terepen, ezért a javítás nehezebb.
Mivel nem képes villamos energiát továbbítani, nem kompatibilis közvetlenül az általában elektronikus végrendszerekkel.
Nem képes nagyon nagy teljesítményeket továbbítani.
Nem tudja optikailag tárolni az információkat.
A magas vagy alacsony hőmérséklet befolyásolja, ezért a köpenynek és a bevonatnak hőálló anyagnak kell lennie.
A rezgések megfelelően befolyásolhatják az adatátvitelt.

Száloptikai típusok

Az optikai szál magjában különböző utak vannak, amelyeket a fénysugár követhet. Ezen utak mindegyikét terjedési módnak nevezik. Az optikai szálak multimódusú vagy egymódú szálak közé sorolhatók.

Multimódusú szál

A multimódusú szál olyan, amelyen a fény több útvonalon vagy módon is keresztülhaladhat. A multimódusú szálak egyetlen szálának akár 1000 módja is lehet a fénysugarak terjedésének. Ez azt jelenti, hogy a fénysugarak nem egyszerre érkeznek. Ezt a szálfajtát általában rövid, körülbelül 2 kilométeres távolságokra használják.

A multimódusú szál magjának törésmutatója valamivel magasabb, mint a burkolat törésmutatója. Ezenkívül a multimódusú szál magjának vastagsága nagyobb, mint az egymódú szálé, ez lehetővé teszi a könnyebb csatlakoztatást, mivel nem igényel ilyen pontos pontosságot.

A multimódusú szálakat a mag törésmutatójának típusától függően két formába lehet sorolni:

Lépcsős index: ebben az esetben a törésmutató állandó a mag teljes hosszában, így nagy modális diszperzióval rendelkezik

Fokozatos index: ebben az esetben a mag különböző anyagokból áll, így a törésmutató nem állandó a szál teljes hosszában, és ezért alacsonyabb a modális szórása.

Hasonlóképpen, az ISO 11801 szabványban meghatározott szabvány jelzi a multimódusú optikai szálak osztályozását a sávszélesség és a használandó fényforrás szerint, mondjuk, ha multimódusú lézeren, vagy multimódusú LED -en.

OM1: Szál 62.5 / 125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit / s), LED.
OM2: Szál 50 / 125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit / s), LED.
OM3: Szál 50/125 µm, 10 Gigabit (300 m), lézer.

Egymódú szál

Amint azt korábban kifejtettük, az üzemmód kifejezést a fénysugarak lehetséges pályáinak jelzésére alkalmazzuk. Az egymódú szálban csak egy mód van, amelyen keresztül a fény áthaladhat. Ez azt jelenti, hogy a mag átmérője kisebb. Hasonlóképpen, a fény elméletileg áthalad a szál közepén, ellentétben a mag falairól leugró multimóddal. Ezt a szálat elsősorban távolsági útvonalakon használják.

Laza szerkezetű kábel

Lehetőség van az optikai szálak tervezés szerinti osztályozására is, és ezen osztályozás szerint kétféle optikai szál is létezik.

Ez a fajta szál kültéren és beltéren is alkalmazható, és több szálszálból áll, amelyeket csoportokra osztanak, amelyeket a központi megerősítést körülvevő csövekbe vezetnek be, és ezeket védőköpeny borítja.

A laza szerkezet kifejezés abból a tényből származik, hogy a száloptikai szálak lazán helyezkednek el a csöveken belül, amelyeken keresztül vezetik őket. Ez a cső lehet üreges vagy hidrofób anyaggal, így védelmet nyújt az optikai szálnak a nedvesség ellen.

Ezenkívül lazának kellett lennie, lehetővé teszi az optikai szál elkülönítését a kábelt érő külső mechanikai erőktől.

A középső merevítő általában rugalmas és szilárdságot biztosít a kábelnek. Fémből vagy dielektromos anyagból készülhet.

Szoros szerkezetű kábel

Ez a kábel elsősorban az épületek belsejében használható, mivel rugalmasabb és kisebb hajlítási sugarakat tesz lehetővé, mint a laza szerkezetű kábelek.

Ez a kábel több száloptikai szál egyesítéséből áll, amelyek egyenként köpennyel és kabáttal rendelkeznek. Ezek a szálak egy központi darabot vesznek körül, és ezt az egész készletet egy külső réteg védi. Neve onnan származik, hogy minden szál szál nagyon szoros, ami jó fizikai támaszt nyújt.

Száloptikai alkatrészek

Egy száloptikai kommunikációs rendszerben vannak olyan összetevők, amelyek szükségesek az átvitel sikeres végrehajtásához. Ezek közé tartoznak többek között az optikai adók, optikai érzékelők, száloptikai csatlakozók vagy terminálok.

Optikai távadók

Ezek azok az elemek, amelyek felelősek az elektronikus forrásból származó információk vagy adatok optikai vagy fénysugarakká történő átalakításáért. Ennek elérése érdekében az adó bizonyos frekvenciájú elektronokat használ, hogy gerjessze az anyagokat, például a szilíciumot, és gyakran energia formájában fénysugarakat, úgynevezett fotonokat generál. A fotonok a fény elemi kvantum részecskéi. Az adó belsejében van egy modulátor, amely betölti az elektronikus energiát optikai energiává alakító funkciót.

Sugárkibocsátók

Az optikai távadókban kétféle sugárzó bocsát ki optikai jeleket:

LED-ek.

Ez egy fényt kibocsátó dióda, vagy fénykibocsátó dióda. Ezt a fajta fénykibocsátót főleg multimódusú szálakban használják a könnyű használat és az élettartam miatt. Bár fontos megjegyezni, hogy ez a fajta fény nem képes nagy távolságok megtételére, ezért rövid távolságokra használják, mert teljesítik a funkciót és csökkentik a költségeket.

Lézerek

Ez az erősített stimulált spontán fénysugárzás. Nagyon koherens fényt bocsát ki, és félvezetőket használ a fénykibocsátáshoz. A lézerfény használható multimódusú szálakban és egymódú szálakban, bár általában csak egymódú szálakban használják őket, mivel áramkörük összetettebb és ezért drágább. A lézer élettartama, bár hosszú, de általában a LED -ek átlaga alatt van.

Elektromos fényáram-átalakítók

Száloptikai szálátvitelnél szükség van egy olyan elemre, amely érzékeli a fotonok jelenlétét. Általában egy fotodióda felelős az optikai jelek elektronikus jelekké történő átalakításáért. Ezt úgy érjük el, hogy a fény jelenlétét vagy hiányát magas és mély jelekkel, illetve egyesekkel és nullákkal jelekké alakítjuk át.

Ezenkívül fordított folyamatra is alkalmazhatók, vagyis az elektromos jelek optikai jelekké alakítására. Annak ellenére, hogy lehetséges a fény elektromos jelekké alakítása, és ezek bizonyos teljesítményt bocsátanak ki, nem elegendő a végberendezés áramellátása. Ezek a végberendezések általában elektromosak, ezért szinte mindig alternatív áramforrásra van szükség.

Amint korábban említettük, ezek az optoelektromos átalakítók általában fotodióda vagy félvezető. E félvezetők megfelelő működésének biztosítása érdekében bizonyos feltételeknek fenn kell állniuk, amelyek a következők:

Ha nincs fény, a fordított áram nem lehet túl nagy ahhoz, hogy nagyon gyenge optikai jeleket érzékelhessen.
Nagy sávszélességgel kell rendelkeznie, hogy képes legyen reagálni.
Az ilyen félvezetők által keltett zajszintnek minimálisnak kell lennie.

Viszont kétféle érzékelő létezik, a PIN -fotodióda és az APD -lavinafotódióda.

PIN -érzékelők

Ez a típusú érzékelő egy félvezetőből áll, amely három rétegből áll, a két külső réteg egy P típusú és egy N típusú, a középső pedig egy belső félvezető. Innen származik a PIN -kód neve. Ezt a belső anyagot a gyakorlatban általában a P vagy az N anyag meghosszabbításaként helyezik el.

APD érzékelők

Ezek lavinás félvezetők. Ezek a fotodiodák fordított feszültség alkalmazása esetén áramerősítést generálnak. Ezeknek a félvezető lavinaérzékelőknek az a feladata, hogy elektron mozgást végezzenek, és találkozik egy atommal, hogy egy másik elektronot szabadítson fel. A lavina félvezetőket azért használják, mert ez az elküldendő elektron elegendő mennyiségű energia kezelésére van szükség.

Az APD érzékelők három típusba sorolhatók, az anyag alapján:

Szilícium detektorok

Az ilyen típusú érzékelők nagy teljesítményűek és alacsony zajszintet generálnak. Az ilyen típusú érzékelők áramellátása 200 V és 300 V között van

Germánium detektorok

Általában 1000 és 1300 nm közötti hullámhosszúsággal működik, bár valamivel alacsonyabb teljesítményt nyújt.

Érzékelők egyéb anyagok

Ezek az érzékelők olyan anyagokból vagy vegyi anyagokból állnak, amelyek a periódusos rendszer III. És V. csoportjában találhatók.

A száloptikai polírozás típusai

A polírozás típusai az optikai szál végén található csatlakozóktól függenek, polírozási típusuk szerint osztályozhatók. Ez a fajta polírozás a csatlakoztatás módjától függően változik.

Plano: ez a polírozás simává teszi a szál végeit és merőleges a tengelyére, vagyis teljesen lapos.

PC (fizikai kapcsolat): A szálak domború módon végződnek, mindkét szál magját érintkezésbe hozzák.

SPC (szuper PC): Hasonló a PSP -hez, a szélei kicsit limesek, így úgy néz ki, mint egy háromszög alakú ábra, amelynek nincs középpontja, de lapos.

CPU (UltraPC): megegyezik az SPC -vel, de az éleket tovább nevezik úgy, hogy csak a szál közepe legyen lapos.

Továbbfejlesztett UPC: Ez profilozottabb változat, mint az előző, ezért az érintkezőnek rendkívül precíznek kell lennie.

APC (szögletes PC): Ez a fajta polírozás egy bizonyos szögű profil készítéséből áll, amely lehetővé teszi, hogy nagyobb pontossággal garantálja a két rész magjai közötti fizikai érintkezést.

Száloptikai csatlakozók

A csatlakozók azok az elemek, amelyek lehetővé teszik az optikai szál csatlakoztatását a végberendezéshez. Ezek a terminálberendezések rendelkeznek Számítógépes kommunikációs portok száloptikai csatlakozáshoz. A port típusától függően egy bizonyos típusú csatlakozót használnak a szálcsatlakozáshoz. Hasonló a szokásos kábelekhez, például a koaxiális kábellel különböző típusú csatlakozók vannak, és mindegyik valamilyen funkciót tölt be.

Röviden, a száloptikai csatlakozók típusai a következők:

FC
FDDI
LC és MT-Array
SC és SC-Duplex
ST vagy BFOC

Az optikai szálakban általánosan használt csatlakozók, különösen a helyi hálózatokhoz, az ST, LC, FC és SC csatlakozók.

Optikai szálak

Egy száloptikai kábel több optikai szálból áll, amelyeken keresztül különböző jelek láthatók. Minden szál nagy mennyiségű adatot küldhet különböző forrásokból, így egy száloptikai kábel egyszerre küldhet információkat különböző szolgáltatásokból.

A száloptikai kábelek a legegyszerűbb alternatíva a koaxiális kábelek cseréjéhez a távközlési iparban és az elektronikai iparban. Még a 8 optikai szálat tartalmazó kábel is lényegesen kisebb, mint a hagyományos kábelek. Egy száloptikai kábel képes olyan információkat küldeni, amelyek egyenértékűek az 60 páros 1623 rézkábel vagy 4 8 csőből álló koaxiális kábel által küldött információkkal. Ezenkívül a száloptika nagyobb távolságokra is képes információt küldeni anélkül, hogy annyi ismétlőt vagy erősítőt kellene elhelyezni, mint rézkábelek használata esetén.

Ezenkívül fontos kiemelni a száloptikai kábel és a rézkábel közötti súlykülönbséget. Például egy 8 szálú száloptikai kábel súlya akár 30 kg / km, míg a koaxiális kábel súlya akár 45 kg / km. Hasonlóképpen, a száloptika lehetővé teszi egyetlen futást 2-4 kilométer távolságra egymástól. Koaxiális kábel esetén csak 250-300 méteres futást tesz lehetővé.

Az is igaz azonban, hogy az optikai szálhoz további bevonatra és egyéb elemekre van szükség, amelyek megerősítést nyújtanak a telepítés során. Ez azért történik, hogy ne veszélyeztesse a fektetést, és a jövőben törékenységük miatt törések léphetnek fel.

Kábel jellemzők

Ezek a száloptikai kábelek különböző funkciókat látnak el. Először is megemlíthetjük, hogy elemként működik, amely megvédi a belső optikai szálakat, így nem szenvednek sérüléseket vagy töréseket, amelyek előfordulhatnak a kábel telepítésekor vagy hasznos élettartama során, amely általában 20 év ...

Másodszor, a száloptikai kábelek mechanikai merevséget biztosítanak a belső optikai szálnak, hogy ellenálljon a szakítószilárdságú torziós körülményeknek és azoknak a környezeti tényezőknek, amelyeknek ki vannak téve. Ezért a kábelen kívül más elemeket is beépítettek az optikai szál megerősítésére és elkülönítésére ezekről a külső tényezőkről és erőkről, amelyeknek ki vannak téve.

Ezek a kábelek rendelkezhetnek földalatti, tengeralattjáró vagy tengerentúli vagy légi telepítéssel. A száloptikai kábelekkel rendelkező rendszerek egyik legkritikusabb pontja a telepítés időpontjában van, ezért bizonyos elemeket használnak a szálak sérülések elleni védelmére.

Száloptikai kábel kialakítása és elemei

A száloptikai kábel szerepe meghatározza annak szerkezetét. Még akkor is, ha különböző funkciókra lehet alkalmazni, minden száloptikai kábelnek számos közös eleme van, amelyek a másodlagos bevonat, a belső szálak, a kábel megerősítéséhez és szerkezetéhez hozzájáruló elemek, az összes csoport szálas fonalak és nedvességszigetelő anyagok. A másodlagos bevonatok három típusra oszthatók:

Kényelmes bélés

Ez a bélés általában tömör gyűrű alakú korona, amely nylonból vagy poliészterből készül, és amely lefedi az elsődleges bélést. Ezért ez a másodlagos bevonat növeli az optikai szál végső átmérőjét. Ennek a bevonatnak az a feladata, hogy védelmet nyújtson az optikai szálban lévő mikrohajlatok ellen. Annak ellenére, hogy ez a bevonat megvédi ezeket a hajlításokat, fontos, hogy legyen óvatos az optikai szál telepítésekor, mivel ezek még a telepítéskor is előfordulhatnak.

Üreges laza bélés

Ez a bélés túlméretezett térrel rendelkezik, amely egy üreges csőből áll, amely fémből és műanyaggal van kombinálva. Ez teszi a csövet kemény anyaggá, de ugyanakkor rugalmassá. A túlméretezett burkolat készítésének célja, hogy megvédje az optikai szálat a rezgéstől, a hőmérséklettől és a mechanikai erőktől.

Laza bélés párnázattal

Ugyanaz a bevonat, amelyet fent említettünk, de egy olyan anyagot viszünk be, amely képes a nedvesség szigetelésére. A hidrofób anyag bevezetésével megakadályozza, hogy a víz elérje az optikai szálat. Amellett, hogy védelmet nyújt a rezgések és más környezeti hatások ellen, bizonyos hőmérsékleteknek is ellenáll. Gyakori, hogy kőolajból vagy szilikonból származó anyagokat használnak.

Szerkezeti elemek

Ezek az elemek azok a szerkezetek, amelyek központi útmutatóként szolgálnak az optikai szál által követendő útvonalon. Az optikai szálakat vagy elosztják ezen a szerkezeten, vagy fonják köré. Általában ezeknek a szerkezeteknek csatornái vagy hornyai vannak, amelyek extra vezetőként szolgálnak az optikai szálhoz.

Megerősítő elemek

Ahogy a nevük is jelzi, küldetésük az, hogy további megerősítést nyújtsanak a száloptikai kábelhez annak érdekében, hogy a lehető legnagyobb mértékben elszigeteljék azokat a húzóerőket, amelyeknek a szálak ki vannak téve, és ezenkívül nincs jelentős nyúlás. magszakadást okoznak. A megnyúlás elleni védelem mellett a száloptikai kábeleket is megvédi a megtöréstől és a rezgéstől. A megerősítő szerkezetek leggyakoribb anyaga a Kevlar üvegszál és az acél, mivel rugalmas anyagok, de szilárdságuk is van.

hanga

Minden száloptikai kábel köpenye általában műanyagból készül. Ez a burkolat a száloptikai kábel külső burkolata, és feladata, hogy védelmet biztosítson a magnak a külső tényezők, erők és jelenségek, például páratartalom, hőmérséklet, rezgések ellen.

A burkolatainkat alkotó anyagok telepítésüktől és alkalmazásuktól függően változnak, például az óceánok közötti optikai kábeleknek védelmet kell biztosítaniuk a páratartalom, a légköri nyomás és még a cápacsípések ellen is. Ha ez egy száloptikai kábel, amelyet légiesen kell felszerelni, akkor a burkolatnak meg kell védenie a magot a szél okozta rezgésekkel és meghajlásokkal, valamint a hőmérséklettel és a páratartalommal szemben. Vagy ha végül a telepítése a föld alatt történik, akkor a burkolatnak kissé nehezebbnek kell lennie, hogy ellenálljon az ütéseknek és a nyomásnak, például a járműforgalom miatt.

Összekapcsolási technikák

Gyakori, hogy nagyon nagy futamokban, akár 120 kilométert meghaladóan, össze kell kötni a szálakat, mivel alig van ilyen hosszúságú folytonos szál. És még törés esetén is szükség van az ilyen típusú javítás elvégzésére.

A létező összekapcsolások különböző típusai a következők:

Mechanikus összeillesztés

Ez a fajta összeillesztés egyfajta hüvelyből áll, ahol a két szálat behelyezik, és mechanikus csavart készítenek a két mag összekapcsolására. Ezeket a kötéseket általában ideiglenesen használják, vagy amikor a fúziós összeillesztést szükségtelennek tartják. Az összeillesztési idővel kapcsolatos veszteségek 0,5 dB nagyságrendűek.

Összekapcsolás ragasztókkal

Ebben az esetben speciális átlátszó ragasztót alkalmaznak, amely lehetővé teszi a szál két végének összekapcsolását, és ez az Unió védett valamilyen külső megerősítéssel. Vesztesége 0.2 dB, de általában nem túl megbízható, mivel a ragasztó hajlamos a leválásra.

Fúziós illesztés

Fúziós illesztőnek nevezett szerszámot használnak ott, ahol finomabb és precízebb munkát végeznek. Ebben a munkában a kezelőnek elő kell készítenie a szálat, mielőtt a végeket beillesztené az összeillesztőbe. Ez az eszköz képes érzékelni, hogy a végein van -e szennyező anyag, vagy finomabb polírozásra van -e szükség, vagy ha jobban kell igazítani a szálakat. Ha mindezek a követelmények teljesülnek, akkor csak az adott területet melegíti fel, megolvasztja a szálat, és így összekapcsolja magjait. Ennek a kötésnek a vesztesége 0.02 dB.

Csillapítás száloptikai kábelekben

A csillapítás kifejezés a távvezetékben fellépő teljesítményveszteségeket jelenti. Mértékegysége a decibel (dB). A száloptikában különböző okok vannak, amelyek miatt a kábel csillapítása történik. Kétféle veszteség létezik, amelyek belső veszteség vagy veszteség és külső veszteség.

A belső csillapítások azok, amelyeket a kémiai összetétel és a gyártás egyéb tényezői okoznak. Vagyis azok az okok, amelyek a szilícium és a germán összetételének, valamint a szálgyártási folyamatoknak a részét képezik. Amennyire a folyamatok tovább fejleszthetők, nem lesz lehetséges szálfonalat elérni csillapítás nélkül.

Másrészt a külső csillapítások olyanok, amelyeket külső tényezők, például szennyeződések, rossz kapcsolatok, profiljaik, kötéseik helytelen polírozása okoznak. Ez a csillapítás vagy veszteségek sorba sorolhatók a következők szerint:

Abszorpciós veszteségek

Ez a fajta csillapítás akkor fordul elő, ha szennyeződések vannak a szálban. Ezek a szennyeződések elnyelik vagy megszakítják a fény áthaladását. Ez az elnyelés általában a fényt hőenergiává alakítja át, 1-1000 dB / km veszteséget okozva.

Rayleigh elvesztése

Amikor az optikai szálat gyártják, egy pillanatra lehűl, hogy a szál nincs folyékony és szilárd állapotban, és lehetséges, hogy a feszültséget helytelenül alkalmazzák nyújtáskor, ami mikroszkopikus szabálytalanságokat okozhat. Ezek a szabálytalanságok a fénysugarak diffrakcióját okozzák, amikor áthaladnak rajtuk.

Diszperziók

A szórás akkor következik be, ha a törésmutató ingadozik, és ezért a fény a várttól eltérő módon törik meg, ez a szálon belüli mikrorepedések, a szennyeződések vagy a szál belső okai miatt következik be.

Intermodális diszperzió

Ez a fajta szórás akkor fordul elő, ha a fény terjedési ideje eltér, amikor a szál magjában különböző utakat választanak. A modális diszperzió nevéről is ismert. Ez a fajta diszperzió csak multimódusú szálaknál fordul elő.

Az anyag kromatikus diszperziója: ez a különböző hullámhosszú fények eredménye, amelyek egy adott közegen keresztül különböző sebességgel terjednek.

A hullámvezető kromatikus diszperziója: Az információs jel sávszélességének függvénye, és a vezető konfigurációja általában kisebb, mint az előző szórás, ezért elhanyagolható.

Sugárzási veszteségek

Ezeket a veszteségeket a száloptikai kábel megtörése vagy kanyarodása okozza. Ez általában a telepítéskor vagy a száloptika útvonalán belüli kanyarodásoknál fordul elő.

Csatolási veszteségek

Csatlakoztatáskor vagy olyan csatlakozópontoknál, ahol csatlakozókra van szükség, a csillapítás mindig fennáll. Ezek a csillapítások általában alacsonyak, de nem elhanyagolhatók. Mint például akkor, ha helytelen igazítás van a magok között, ezt azonban korrigálni kell a hullámok visszatérésének elkerülése érdekében.

Száloptikai működő ablakok

Ezek a munkaablakok lehetővé teszik számunkra, hogy kihasználjuk az elektromágneses spektrum infravörös fénysávjának egy részét. Ebben az esetben olyan ablakokról van szó, amelyekben a hullámhossz nanométer nagyságrendű. Különböző alkalmakkor bebizonyosodott, hogy amikor ezekben a munkaablakokban dolgozik, kisebb a csillapítás. Konkrétan három ablak van:

1. munkaablak: a hullámhossz kilencszáznyolcvan nanométer nagyságrendű.
2. munkaablak: ebben az esetben a hullámhossz XNUMX nanométer.
3. munkaablak: a hullámhossz ezerötszázötven nanométer nagyságrendű. Ez az utolsó ablak az S sávra, a C sávra és az L sávra oszlik.

Száloptikai csatlakozók

A hálózati rendszerben kétféle száloptikai kapcsolat létezik. Ezek a topológiák a pont-pont hálózatok és a pont-többpont hálózatok.

Pont-pont hálózatok azok, ahol egy csomópontot generálnak az információ forrásából közvetlenül a szolgáltatást igénylő vállalatokhoz, otthonokhoz vagy felhasználókhoz. Más szóval, a felhasználó és a szolgáltatás között nincs közvetítő vagy más csomópont a hálózaton.

A pont-többpontos hálózatok azok, amelyekhez elosztót vagy optikai elválasztót kell használni, hasonlóan a televíziózáshoz használt hálózatokhoz, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy különböző televíziókat csatlakoztassunk, még akkor is, ha a kábelszolgáltató csak koaxiális kábelt szállít. Ezután az emitterből egy optikai szál bukkan elő, amely két, négy, hat és legfeljebb nyolc felhasználó között osztja fel a jelet az optikai osztókon keresztül. A nagyon széles hálózatokban a nyolc divízió egyikét úgy tervezik, hogy egy másik optikai elosztót építenek be a hálózatba, amely további 8 felhasználót képes táplálni. Ezeknek a felosztásoknak azonban van határa, és erősítőkre van szükségük.

Optikai erősítők

Még mindig optikai szálakból állnak, de a gyártási folyamat során különböző kémiai összetevőkkel, különösen ritkaföldfémekkel adalékolják őket. Az egyik legszélesebb körben használt száloptikai erősítő az erbium dopping.

Ezt az erősítőt általában angol rövidítésként EDFA -ként találják. Ez az erősítő a harmadik munkaablakban működik, különösen a C sávban és az L. sávban, de az S sávban is, de más szereket vagy további kémiai összetevőket igényel.

Az optikai jel nyeresége tizenöt és negyven decibel között lehet. Általában téglalap alakú házban tárolt optikai szálból áll, és tíz -hatvan méter hosszú adalékolt szálból állhat.

Összegzés

A száloptika olyan átviteli közeg, amely fénysugarakon keresztül küld adatokat. Az optikai szál alapelvei az optikai geometria törvényei, különösen a törés törvénye.

Kezdetben különböző vizsgálatokat végeztek, amelyek kiegészítik egymást, amíg el nem sikerült fejleszteni a ma ismert optikai szálat. Ezekben a vizsgálatokban megfigyelték, hogy a szál vagy a magszál átlátszósága elengedhetetlen a csillapítások csökkentéséhez és a ma 0.02 dB / Km minimális veszteségek eléréséhez.

Az optikai szálak általánosan előállított összetevői a szilícium -oxid és a germánium. A burkolóelemek, amelyek a magot borítják, általában valamilyen műanyagból készülnek. Ezután jön egy köpeny, amely mechanikai merevséget biztosít, amely Nylonból vagy Kevlarból készülhet, végül egy műanyag köpeny, amely megvédi az egész kábelt és elszigeteli a szálat a külső hatásoktól.

Különféle gyártási módszerek léteznek:

MCVD (módosított kémiai gőzlerakás)
VAD (gőztengelyes lerakódás)
OVD (külső gőzlerakás)
PCVD (plazma kémiai gőzlerakás)

Függetlenül attól, hogy milyen módszert alkalmaznak, mindezek között gyakori, hogy az előformát nyújtják.

A száloptikai alkalmazások sokfélék. A kommunikációban a kiváló sávszélességük és az általuk elérhető átviteli sebesség, valamint a rendszer által biztosított információk megbízhatósága vagy biztonsága miatt a par excellence egyik eszközévé vagy átviteli vonallá váltak. Olyan érzékelőkben, amelyek lehetővé teszik olyan körülmények vagy paraméterek észlelését, mint például: hőmérséklet, páratartalom, légköri nyomás, és még szonárrendszerek esetében is.

Ezenkívül megvilágításra is használják, mint például a rugalmas endoszkóp, amely száloptikát használ a fény irányítására, hogy megvilágítsa a szerveket, és kényelmesebb módon hajtson végre kevésbé invazív vagy pontosabb műtéteket. Hasonlóképpen, dekoratív hatásokhoz, például karácsonyfákhoz.

Lehetőség van az optikai szál által megjelenített vagy tükrözött színek megváltoztatására a hullámhossz vagy frekvencia változtatásával.

Az optikai szálak és felhasználásuk legfontosabb előnyei közé tartozik a sávszélesség, az adatátviteli sebesség, az elektromágneses védettség, az elfoglalt hely és súly csökkentése, valamint a magas információbiztonság.

Bár másrészt ez egy fejlettebb technológia, és ezért drágább, a telepítés és a karbantartás összetettebb, mint a hagyományos rendszerek, rendkívül törékenyek, és nem nagyon tolerálják a hőmérsékletet, a páratartalmat, a rezgéseket és a nyúlást.

Kétféle optika létezik, a zaj vagy az általuk továbbítható módok szerint.

A multimódusú szálak azok, amelyek különböző hullámhosszakat tudnak egyszerre küldeni különböző módokon keresztül, innen a nevük. Az egymódú szálakhoz képest a multimódusú szálak nagyobb maggal rendelkeznek, és a törésmutató a mag és a burkolat között eltér, de csak kismértékben. Tehát a hullámok a sejtmagban ugrálva lepattannak a sejtfalról. Rövid távú útvonalakhoz vagy hálózatokhoz használják. Általában azonosítják, mert a külső kabát általában narancssárga.

Az egymódú szálak azok, amelyeknek csak egy átviteli útja van, és magjuk kisebb a többmódú szálakhoz képest. Az átviteli mód általában a mag központi tengelye, mivel nagyon nagy szögben ugrál. Általában különböznek a multimódusoktól, mert sárga külső köpenyt használnak.

Most a kialakítása szerint két típus is létezik. Laza szerkezetű optikai szálak azok, amelyekben az optikai szálak lazán vannak a csöveken belül, amelyeken keresztül vezetik őket. Ez a cső lehet üreges vagy hidrofób anyaggal, így védelmet nyújt az optikai szálnak a nedvesség ellen.

Ezzel szemben a szoros szerkezetű kábelek több száloptikai szál összekapcsolásából állnak, amelyeket egyenként köpeny és köpeny borít. Ezek a szálak egy központi darabot vesznek körül, és ezt az egész készletet egy külső réteg védi.

Egy száloptikai kommunikációs rendszerben vannak olyan összetevők, amelyek szükségesek az átvitel sikeres végrehajtásához. Ezek közé tartoznak az optikai távadók, például LED-ek vagy lézerek, optoelektromos átalakítók, amelyek felelősek az elektromos jelek optikává alakításáért, hogy továbbítsák a szálon, majd később a kapott optikai jeleket újra elektromosá alakítsák.

Vannak továbbá optikai érzékelők:

PIN
APD
szilícium
Germánium
Más anyagok

A polírozás típusai az optikai szál végén lévő csatlakozóktól függenek, polírozási típusuk szerint osztályozhatók.

Plano
PC (fizikai kapcsolat)
SPC (szuper PC)
CPU (UltraPC)
Továbbfejlesztett UPC
APC (szögletes PC)

A csatlakozók azok az elemek, amelyek lehetővé teszik az optikai szál csatlakoztatását a végberendezéshez. Az optikai szálakban általánosan használt csatlakozók, különösen a helyi hálózatokhoz, az ST, LC, FC és SC csatlakozók.

A száloptikai kábelek a legegyszerűbb alternatíva a koaxiális kábelek cseréjéhez a távközlési és az elektronikai iparban. Még a 8 optikai szálat tartalmazó kábel is lényegesen kisebb, mint a hagyományos kábelek. Egy száloptikai kábel képes az 60 páros 1623 rézkábel vagy 4 8 csőből álló koaxiális kábel által küldött információkkal egyenértékű információk elküldésére.

Mechanikus összeillesztés: ez a fajta összeillesztés egyfajta hüvelyből áll, ahol a két szálat bevezetik, és mechanikus csavarást végeznek a két mag összekapcsolására. Az összeillesztési idővel kapcsolatos veszteségek 0,5 dB nagyságrendűek.

Ragasztással való összeillesztés: ebben az esetben speciális átlátszó ragasztót alkalmaznak, amely lehetővé teszi a szál két végének összekapcsolását, és ezt a kötést valamilyen külső megerősítéssel védik. Vesztesége 0.2 dB, de általában nem túl megbízható, mivel a ragasztó hajlamos a leválásra.

Fúziós illesztés: Az összeillesztő képes érzékelni, hogy a végein van -e szennyező anyag, vagy finomabb polírozásra van szükség, vagy ha jobban össze kell hangolni a szálakat. Ezután csak ezt a területet melegíti, megolvasztja a szálat, és így összekapcsolja magjait. Ennek a kötésnek a vesztesége 0.02 dB.

Vannak olyan elemek, amelyek támogatják a száloptikai kábel szerkezetét és megerősítését. A szerkezeti elemek, amelyek központi útmutatóként szolgálnak az optikai szálon követendő útvonalon. Az optikai szálakat vagy elosztják ezen a szerkezeten, vagy fonják köré. Általában ezeknek a szerkezeteknek csatornái vagy hornyai vannak, amelyek extra vezetőként szolgálnak az optikai szálhoz.

Az erősítő elemek további megerősítést biztosítanak a száloptikai kábel számára annak érdekében, hogy el lehessen szigetelni a húzóerőtől, amelynek ki lehet téve, és emellett nincs jelentős nyúlás, amely a magokban szakadást okozhat.

A külső csillapításoknak több oka is lehet:

Abszorpciós veszteségek
Rayleigh elvesztése
Diszperziók
Sugárzási veszteségek
Csatolási veszteségek

Következtetések

Az optikai szál olyan átviteli vonal, amely ma nagyobb sebességet és hatékonyságot tett lehetővé az adatok továbbításában. Annak ellenére, hogy ez egy olyan technológia, amelynek hosszú utat kell megtennie ahhoz, hogy kicserélje a hagyományos rendszereket, néha mégis a legjobb megoldás a kommunikációhoz.

A száloptika azonban a hagyományos rendszerekhez képest drága technológia, mivel olyan berendezéseket és optikai eszközöket igényel, amelyek általában drágábbak. Szintén megfelelő képzést igényel ahhoz, hogy száloptikával dolgozhasson. Ezenkívül a telepítése általában nagyon kényes folyamat, és a törések jelenléte a szálban jelentős veszteségeket okozhat, ha nem kezelik időben. Ezenkívül bizonyos berendezéseket még fejleszteni kell, hogy a technológia és a rendszer teljesen optikai legyen, mivel például még mindig nincsenek optikai memóriák.

Gyakran előfordul, hogy a száloptikai hálózatok biztonsági mentési rendszerekkel, például gyűrűvel vagy kettős gyűrűvel rendelkeznek, amely lehetővé teszi, hogy ezen események esetén az információ más irányba is eljusson, hogy elkerülje a szolgáltatás hosszú ideig tartó megszakadását. a helyzet megoldódik.

A száloptikai rendszerek nagyon megbízhatóak, mivel gyakorlatilag lehetetlen megszakítani a hálózatot észlelés nélkül vagy az adatátvitel megszakítása nélkül. Ezért gyakori, hogy az optikai szálakat víz alá telepítik a szövetséges országok között, ahol érzékeny és titkos információkat továbbítanak.

Mi különbözteti meg a száloptikát más adathordozóktól az adatsebesség és az átviteli kapacitás tekintetében. Ezenkívül garantálja a minimális információveszteséget annak a ténynek köszönhetően, hogy fő eleme nagyon kis csillapítással rendelkezik, így felesleges ennyi helyreállító és erősítő berendezést telepíteni a rendszerbe. Mivel az információ fénysebességgel terjed, lehetővé vált a nagyvállalatok jelentős migrációja az ilyen típusú technológiákra.