Prinzipien der Glasfaserkommunikation

Die bisher diskutierten digitalen Kommunikationstechniken haben zu Fortschritten bei der Untersuchung sowohl der optischen als auch der Satellitenkommunikation geführt. Schauen wir sie uns an.

Glasfaseroptik

Eine optische Faser kann als dielektrischer Wellenleiter verstanden werden, der bei optischen Frequenzen arbeitet. Das Gerät oder eine Röhre wird, wenn sie gebogen oder zur Strahlung von Energie abgeschlossen ist, als a bezeichnetwaveguide, im Allgemeinen. Das folgende Bild zeigt eine Reihe von Glasfaserkabeln.

Die elektromagnetische Energie wandert in Form von Licht durch sie hindurch. Die Lichtausbreitung entlang eines Wellenleiters kann als Satz von geführten elektromagnetischen Wellen beschrieben werden, die als bezeichnet werdenmodes des Wellenleiters.

Arbeitsprinzip

Ein grundlegender optischer Parameter, über den man sich beim Studium der Glasfaser ein Bild machen sollte Refractive index. Per Definition: „Das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zu der in der Materie ist der Brechungsindexndes Materials. " Es wird dargestellt als -

$$ n = \ frac {c} {v} $$

Wo,

c= Lichtgeschwindigkeit im freien Raum = 3 × 10 8 m / s

v = Lichtgeschwindigkeit in dielektrischem oder nichtleitendem Material

Im Allgemeinen für einen Wanderlichtstrahl reflectionfindet statt, wenn n 2 <n 1 ist . Die Biegung des Lichtstrahls an der Grenzfläche ist das Ergebnis eines Unterschieds in der Lichtgeschwindigkeit in zwei Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes. Die Beziehung zwischen diesen Winkeln an der Grenzfläche kann als bezeichnet werdenSnell’s law. Es wird dargestellt als -

$$ n_1sin \ phi _1 = n_2sin \ phi _2 $$

Wo,

$ \ phi _1 $ ist der Einfallswinkel

$ \ phi _2 $ ist der gebrochene Winkel

n 1 und n 2 sind die Brechungsindizes zweier Materialien

Wenn für ein optisch dichtes Material die Reflexion innerhalb desselben Materials stattfindet, wird ein solches Phänomen als bezeichnet internal reflection. Der Einfallswinkel und der gebrochene Winkel sind in der folgenden Abbildung dargestellt.

Wenn der Einfallswinkel $ \ phi _1 $ viel größer ist, wird der gebrochene Winkel $ \ phi _2 $ an einem Punkt zu Π / 2. Eine weitere Brechung ist über diesen Punkt hinaus nicht möglich. Daher wird ein solcher Punkt als bezeichnetCritical angle $\phi _c$. Wenn der Einfallswinkel $ \ phi _1 $ größer als der kritische Winkel ist, ist die Bedingung fürtotal internal reflection ist befriedigt.

Die folgende Abbildung zeigt diese Begriffe deutlich.

Wenn ein Lichtstrahl in einem solchen Zustand in ein Glas geleitet wird, wird er vollständig in das Glas zurückreflektiert, ohne dass Licht von der Oberfläche des Glases entweicht.

Teile einer Faser

Die am häufigsten verwendete optische Faser ist single solid di-electric cylinder des Radius aund Brechungsindex n 1 . Die folgende Abbildung erläutert die Teile einer optischen Faser.

Dieser Zylinder ist als der bekannt Coreder Faser. Ein festes dielektrisches Material umgibt den Kern, der als bezeichnet wirdCladding. Der Mantel hat einen Brechungsindex n 2, der kleiner als n 1 ist .

Verkleidung hilft bei -

  • Streuverluste reduzieren.
  • Fügt der Faser mechanische Festigkeit hinzu.
  • Schützt den Kern vor der Aufnahme unerwünschter Oberflächenverunreinigungen.

Arten von optischen Fasern

Abhängig von der Materialzusammensetzung des Kerns werden üblicherweise zwei Arten von Fasern verwendet. Sie sind -

  • Step-index fiber - Der Brechungsindex des Kerns ist durchgehend gleichmäßig und ändert sich abrupt (oder schrittweise) an der Mantelgrenze.

  • Graded-index fiber - Der Kernbrechungsindex ändert sich in Abhängigkeit vom radialen Abstand von der Mitte der Faser.

Beide sind weiter unterteilt in -

  • Single-mode fiber - Diese werden mit Laser angeregt.

  • Multi-mode fiber - Diese werden mit LED angeregt.

Glasfaserkommunikation

Das Kommunikationssystem der Glasfaser wird durch das Studium der Teile und Abschnitte gut verstanden. Die Hauptelemente eines Glasfaserkommunikationssystems sind in der folgenden Abbildung dargestellt.

Die Grundkomponenten sind Lichtsignalsender, Lichtwellenleiter und Fotoerkennungsempfänger. Die zusätzlichen Elemente wie Faser- und Kabelspleißgeräte und -verbinder, Regeneratoren, Strahlteiler und optische Verstärker werden verwendet, um die Leistung des Kommunikationssystems zu verbessern.

Funktionsvorteile

Die funktionalen Vorteile von optischen Fasern sind -

  • Die Übertragungsbandbreite der Glasfaserkabel ist höher als die der Metallkabel.

  • Die Menge der Datenübertragung ist bei Glasfaserkabeln höher.

  • Der Leistungsverlust ist sehr gering und daher bei Fernübertragungen hilfreich.

  • Glasfaserkabel bieten hohe Sicherheit und können nicht abgegriffen werden.

  • Glasfaserkabel sind der sicherste Weg zur Datenübertragung.

  • Glasfaserkabel sind unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen.

  • Diese werden nicht durch elektrische Störungen beeinflusst.

Physikalische Vorteile

Die physikalischen Vorteile von Glasfaserkabeln sind -

  • Die Kapazität dieser Kabel ist viel höher als bei Kupferdrahtkabeln.

  • Obwohl die Kapazität höher ist, nimmt die Größe des Kabels nicht wie bei einem Kupferdrahtverkabelungssystem zu.

  • Der Platz, den diese Kabel einnehmen, ist viel geringer.

  • Das Gewicht dieser FOC-Kabel ist viel geringer als das der Kupferkabel.

  • Da diese Kabel dielektrisch sind, besteht keine Funkengefahr.

  • Diese Kabel sind korrosionsbeständiger als Kupferkabel, da sie leicht gebogen und flexibel sind.

  • Der Rohstoff für die Herstellung von Glasfaserkabeln ist Glas, das billiger als Kupfer ist.

  • Glasfaserkabel halten länger als Kupferkabel.

Nachteile

Obwohl Glasfaser viele Vorteile bietet, haben sie die folgenden Nachteile:

  • Obwohl Glasfaserkabel länger halten, sind die Installationskosten hoch.

  • Die Anzahl der Repeater soll mit der Entfernung erhöht werden.

  • Sie sind zerbrechlich, wenn sie nicht in einer Plastikhülle eingeschlossen sind. Daher ist mehr Schutz erforderlich als bei Kupfer.

Anwendungen der Faseroptik

Die optischen Fasern haben viele Anwendungen. Einige von ihnen sind wie folgt -

  • Wird in Telefonsystemen verwendet

  • Wird in U-Boot-Kabelnetzen verwendet

  • Wird in Datenverbindungen für Computernetzwerke, CATV-Systeme, verwendet

  • Wird in CCTV-Überwachungskameras verwendet

  • Wird zum Anschließen von Feuerwehr, Polizei und anderen Rettungsdiensten verwendet.

  • Wird in Krankenhäusern, Schulen und Verkehrsmanagementsystemen verwendet.

  • Sie haben viele industrielle Anwendungen und werden auch für Hochleistungskonstruktionen verwendet.