Zasady komunikacji światłowodowej

Omówione do tej pory techniki komunikacji cyfrowej doprowadziły do ​​postępu w badaniach nad komunikacją optyczną i satelitarną. Przyjrzyjmy się im.

Światłowody

Światłowód można rozumieć jako falowód dielektryczny, który działa na częstotliwościach optycznych. Urządzenie lub rura, jeśli jest zgięta lub zakończona w celu wypromieniowania energii, nazywa się awaveguide, ogólnie. Poniższy obraz przedstawia wiązkę kabli światłowodowych.

Energia elektromagnetyczna przepływa przez nią w postaci światła. Rozchodzenie się światła wzdłuż falowodu można opisać za pomocą zestawu kierowanych fal elektromagnetycznych, zwanychmodes falowodu.

Zasada działania

Podstawowym parametrem optycznym, o którym należy mieć pojęcie studiując światłowody jest Refractive index. Z definicji: „Stosunek prędkości światła w próżni do prędkości w materii jest współczynnikiem załamania światłanmateriału ”. Jest reprezentowany jako -

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

Gdzie,

c= prędkość światła w wolnej przestrzeni = 3 × 10 ⁸ m / s

v = prędkość światła w materiale dielektrycznym lub nieprzewodzącym

Ogólnie rzecz biorąc, dla podróżującego promienia światła reflectionma miejsce, gdy n ₂ <n ₁ . Wygięcie promienia świetlnego na granicy faz jest wynikiem różnicy prędkości światła w dwóch materiałach o różnych współczynnikach załamania. Zależność między tymi kątami na interfejsie można określić jakoSnell’s law. Jest reprezentowany jako -

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

Gdzie,

$ \ phi _1 $ to kąt padania

$ \ phi _2 $ to kąt załamania

n ₁ i n ₂ to współczynniki załamania światła dwóch materiałów

W przypadku materiału gęstego optycznie, jeśli odbicie ma miejsce w tym samym materiale, to takie zjawisko nazywa się internal reflection. Kąt padania i kąt załamania pokazano na poniższym rysunku.

Jeśli kąt padania $ \ phi _1 $ jest znacznie większy, to kąt załamania $ \ phi _2 $ w punkcie staje się Π / 2. Dalsze załamanie nie jest możliwe poza tym punktem. Stąd taki punkt nazywa sięCritical angle $\phi _c$. Gdy kąt padania $ \ phi _1 $ jest większy niż kąt krytyczny, warunek dlatotal internal reflection jest spełniony.

Poniższy rysunek jasno przedstawia te terminy.

Promień światła, po przejściu do szkła, w takich warunkach jest całkowicie odbijany z powrotem do szkła bez światła uciekającego z powierzchni szkła.

Części włókna

Najczęściej używanym światłowodem jest single solid di-electric cylinder promienia ai współczynnik załamania światła n ₁ . Poniższy rysunek wyjaśnia części światłowodu.

Ten cylinder jest znany jako Corewłókna. Stały materiał dielektryczny otacza rdzeń, który nazywa się asCladding. Okładzina ma współczynnik załamania światła n _2, który jest mniejszy niż n ₁ .

Okładzina pomaga w -

• Zmniejszenie strat rozpraszania.
• Dodaje wytrzymałość mechaniczną włókna.
• Chroni rdzeń przed wchłanianiem niepożądanych zanieczyszczeń powierzchniowych.

Rodzaje włókien optycznych

W zależności od składu materiału rdzenia, powszechnie stosuje się dwa rodzaje włókien. Oni są -

• Step-index fiber - Współczynnik załamania światła rdzenia jest jednolity na całej długości i ulega nagłej zmianie (lub skokowi) na granicy płaszcza.

• Graded-index fiber - Współczynnik załamania światła rdzenia zmienia się jako funkcja promieniowej odległości od środka światłowodu.

Oba są dalej podzielone na -

• Single-mode fiber - Są podekscytowani laserem.

• Multi-mode fiber - Są podekscytowani diodą LED.

Komunikacja światłowodowa

System komunikacji światłowodów można dobrze zrozumieć, badając jego części i sekcje. Na poniższym rysunku przedstawiono główne elementy systemu komunikacji światłowodowej.

Podstawowymi elementami są nadajnik sygnału świetlnego, światłowód oraz odbiornik fotodetekcji. Dodatkowe elementy, takie jak rozdzielacze i złącza światłowodowe i kablowe, regeneratory, rozdzielacze wiązek i wzmacniacze optyczne, służą poprawie wydajności systemu komunikacyjnego.

Zalety funkcjonalne

Funkcjonalne zalety światłowodów to -

• Szerokość pasma transmisji kabli światłowodowych jest większa niż kabli metalowych.

• Wielkość transmisji danych jest większa w przypadku kabli światłowodowych.

• Strata mocy jest bardzo niska, a zatem pomocna w transmisjach na duże odległości.

• Kable światłowodowe zapewniają wysokie bezpieczeństwo i nie można ich podłączyć.

• Światłowody to najbezpieczniejszy sposób transmisji danych.

• Kable światłowodowe są odporne na zakłócenia elektromagnetyczne.

• Nie ma na nie wpływu szum elektryczny.

Zalety fizyczne

Fizyczne zalety kabli światłowodowych to -

• Pojemność tych kabli jest znacznie większa niż kabli miedzianych.

• Chociaż pojemność jest większa, rozmiar kabla nie zwiększa się, tak jak w przypadku okablowania miedzianego.

• Przestrzeń zajmowana przez te kable jest znacznie mniejsza.

• Waga tych kabli FOC jest znacznie lżejsza niż miedzianych.

• Ponieważ te kable są dielektryczne, nie ma niebezpieczeństwa iskier.

• Kable te są bardziej odporne na korozję niż kable miedziane, ponieważ są łatwo zginane i elastyczne.

• Surowcem do produkcji kabli światłowodowych jest szkło, które jest tańsze od miedzi.

• Kable światłowodowe mają dłuższą żywotność niż kable miedziane.

Niedogodności

Chociaż światłowody mają wiele zalet, mają następujące wady -

• Chociaż kable światłowodowe działają dłużej, koszt instalacji jest wysoki.

• Liczba repeaterów powinna być zwiększana wraz z odległością.

• Są kruche, jeśli nie są zamknięte w plastikowej osłonie. Dlatego potrzebna jest większa ochrona niż miedziane.

Zastosowania światłowodów

Światłowody mają wiele zastosowań. Niektóre z nich są następujące -

• Stosowany w systemach telefonicznych

• Stosowany w podmorskich sieciach kablowych

• Używany w łączu danych do sieci komputerowych, systemach CATV

• Stosowany w kamerach monitorujących CCTV

• Służy do łączenia straży pożarnej, policji i innych służb ratowniczych.

• Stosowany w szpitalach, szkołach i systemach zarządzania ruchem.

• Mają wiele zastosowań przemysłowych, a także są używane w konstrukcjach ciężkich.