Принципы оптоволоконной связи

Обсуждаемые до сих пор методы цифровой связи привели к развитию как оптической, так и спутниковой связи. Давайте посмотрим на них.

Волоконная оптика

Под оптическим волокном можно понимать диэлектрический волновод, работающий на оптических частотах. Устройство или трубка, если они изогнуты или прекращены для излучения энергии, называютсяwaveguide, в общем. На следующем изображении изображена связка оптоволоконных кабелей.

Электромагнитная энергия проходит через него в виде света. Распространение света по волноводу можно описать с помощью набора управляемых электромагнитных волн, называемыхmodes волновода.

Принцип работы

Фундаментальный оптический параметр, о котором следует иметь представление при изучении волоконной оптики, - это Refractive index. По определению: «Отношение скорости света в вакууме к скорости света - это показатель преломления.nматериала ». Он представлен как -

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

Где,

c= скорость света в свободном пространстве = 3 × 10 8 м / с

v = скорость света в диэлектрическом или непроводящем материале

Обычно для бегущего светового луча reflectionимеет место, когда n 2 <n 1 . Изгиб светового луча на границе раздела является результатом разницы в скорости света в двух материалах с разными показателями преломления. Связь между этими углами на границе раздела можно назватьSnell’s law. Он представлен как -

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

Где,

$ \ phi _1 $ - угол падения

$ \ phi _2 $ - угол преломления

n 1 и n 2 - показатели преломления двух материалов

Для оптически плотного материала, если отражение происходит внутри того же материала, такое явление называется internal reflection. Угол падения и угол преломления показаны на следующем рисунке.

Если угол падения $ \ phi _1 $ намного больше, то угол преломления $ \ phi _2 $ в точке становится равным Π / 2. Дальнейшее преломление невозможно за пределами этой точки. Следовательно, такая точка называетсяCritical angle $\phi _c$. Когда угол падения $ \ phi _1 $ больше критического, условиеtotal internal reflection доволен.

На следующем рисунке ясно показаны эти термины.

Луч света, если он попадает в стекло, в таких условиях полностью отражается обратно в стекло, при этом свет не выходит за пределы поверхности стекла.

Части волокна

Наиболее часто используемым оптическим волокном является single solid di-electric cylinder радиуса aи показатель преломления n 1 . На следующем рисунке поясняются части оптического волокна.

Этот цилиндр известен как Coreволокна. Твердый диэлектрический материал окружает сердечник, который называетсяCladding. Оболочка имеет показатель преломления n 2, который меньше n 1 .

Облицовка помогает в -

  • Снижение потерь на рассеяние.
  • Придает волокну механическую прочность.
  • Защищает сердечник от нежелательных поверхностных загрязнений.

Типы оптических волокон

В зависимости от состава материала сердечника обычно используются волокна двух типов. Они -

  • Step-index fiber - Показатель преломления сердечника однороден на всем протяжении и претерпевает резкое изменение (или ступеньку) на границе оболочки.

  • Graded-index fiber - Показатель преломления сердцевины изменяется в зависимости от радиального расстояния от центра волокна.

Оба они далее делятся на -

  • Single-mode fiber - Они возбуждаются лазером.

  • Multi-mode fiber - Они в восторге от светодиода.

Оптоволоконная связь

Система связи волоконной оптики хорошо понимается путем изучения ее частей и участков. Основные элементы волоконно-оптической системы связи показаны на следующем рисунке.

Основные компоненты - передатчик светового сигнала, оптоволокно и фотоприемник. Дополнительные элементы, такие как устройства для сращивания волокон и кабелей и соединители, регенераторы, делители луча и оптические усилители, используются для улучшения характеристик системы связи.

Функциональные преимущества

Функциональные преимущества оптических волокон:

  • Пропускная способность оптоволоконных кабелей выше, чем у металлических кабелей.

  • Объем передачи данных выше по оптоволоконным кабелям.

  • Потери мощности очень низкие и, следовательно, полезны при передаче на большие расстояния.

  • Волоконно-оптические кабели обеспечивают высокую безопасность и не допускают перехвата.

  • Оптоволоконные кабели - самый безопасный способ передачи данных.

  • Волоконно-оптические кабели невосприимчивы к электромагнитным помехам.

  • На них не влияют электрические помехи.

Физические преимущества

Физические преимущества волоконно-оптических кабелей:

  • Емкость этих кабелей намного выше, чем у медных проводов.

  • Несмотря на то, что емкость выше, размер кабеля не увеличивается, как в системе с медными проводами.

  • Эти кабели занимают гораздо меньше места.

  • По весу эти ВОК-кабели намного легче медных.

  • Поскольку эти кабели диэлектрические, искрообразование отсутствует.

  • Эти кабели более устойчивы к коррозии, чем медные, так как они легко сгибаются и гибкие.

  • Сырьем для изготовления волоконно-оптических кабелей является стекло, которое дешевле меди.

  • Волоконно-оптические кабели служат дольше, чем медные.

Недостатки

Хотя волоконная оптика имеет множество преимуществ, у них есть следующие недостатки:

  • Хотя волоконно-оптические кабели служат дольше, стоимость их установки высока.

  • Количество ретрансляторов должно увеличиваться с увеличением расстояния.

  • Они хрупкие, если не заключены в пластиковую оболочку. Следовательно, требуется больше защиты, чем медная.

Применение волоконной оптики

Оптические волокна находят множество применений. Некоторые из них следующие -

  • Используется в телефонных системах

  • Используется в подводных кабельных сетях

  • Используется в канале передачи данных для компьютерных сетей, систем CATV.

  • Используется в камерах видеонаблюдения

  • Используется для подключения пожарных, полицейских и других служб экстренной помощи.

  • Используется в больницах, школах и системах управления дорожным движением.

  • Они имеют много промышленного применения, а также используются в тяжелых конструкциях.