Nguyên tắc của truyền thông cáp quang

Các kỹ thuật truyền thông kỹ thuật số được thảo luận cho đến nay đã dẫn đến sự tiến bộ trong nghiên cứu về cả truyền thông Quang học và Vệ tinh. Hãy để chúng tôi xem xét chúng.

Sợi quang

Cáp quang có thể hiểu là một ống dẫn sóng điện môi, hoạt động ở tần số quang học. Thiết bị hoặc một ống, nếu bị uốn cong hoặc nếu được kết thúc để bức xạ năng lượng, được gọi làwaveguide, nói chung. Hình ảnh sau đây mô tả một loạt các cáp quang.

Năng lượng điện từ truyền qua nó dưới dạng ánh sáng. Sự truyền ánh sáng dọc theo một ống dẫn sóng có thể được mô tả dưới dạng một tập hợp các sóng điện từ có hướng dẫn, được gọi làmodes của ống dẫn sóng.

Nguyên tắc làm việc

Một tham số quang học cơ bản mà người ta nên có ý tưởng, trong khi nghiên cứu về sợi quang là Refractive index. Theo định nghĩa, “Tỷ số giữa tốc độ ánh sáng trong chân không và tốc độ ánh sáng trong vật chất là chỉ số khúc xạncủa vật liệu." Nó được đại diện là -

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

Ở đâu,

c= tốc độ ánh sáng trong không gian tự do = 3 × 10 ⁸ m / s

v = tốc độ ánh sáng trong vật liệu di điện hoặc không dẫn điện

Nói chung, đối với một tia sáng truyền đi, reflectiondiễn ra khi n ₂ <n ₁ . Sự bẻ cong của tia sáng tại mặt phân cách là kết quả của sự khác biệt về tốc độ ánh sáng trong hai vật liệu có chiết suất khác nhau. Mối quan hệ giữa các góc này tại giao diện có thể được gọi làSnell’s law. Nó được đại diện là -

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

Ở đâu,

$ \ phi _1 $ là góc tới

$ \ phi _2 $ là góc khúc xạ

n ₁ và n ₂ là chiết suất của hai vật liệu

Đối với một vật liệu có mật độ quang học, nếu sự phản xạ diễn ra trong cùng một vật liệu, thì hiện tượng như vậy được gọi là internal reflection. Góc tới và góc khúc xạ được biểu diễn trong hình sau.

Nếu góc tới $ \ phi _1 $ lớn hơn nhiều, thì góc khúc xạ $ \ phi _2 $ tại một điểm trở thành Π / 2. Khúc xạ hơn nữa là không thể vượt quá điểm này. Do đó, điểm như vậy được gọi làCritical angle $\phi _c$. Khi góc tới $ \ phi _1 $ lớn hơn góc tới hạn, điều kiện đểtotal internal reflection đã hài lòng.

Hình sau đây cho thấy rõ các thuật ngữ này.

Một tia sáng, nếu truyền vào kính, ở điều kiện như vậy, nó bị phản xạ toàn bộ trở lại kính mà không có ánh sáng thoát ra khỏi bề mặt của kính.

Các phần của sợi

Loại sợi quang được sử dụng phổ biến nhất là single solid di-electric cylinder bán kính avà chiết suất n ₁ . Hình sau đây giải thích các bộ phận của sợi quang.

Hình trụ này được gọi là Corecủa sợi. Một vật liệu điện di rắn bao quanh lõi, được gọi làCladding. Tấm ốp có chiết suất n ₂ nhỏ hơn n ₁ .

Ốp giúp trong -

Giảm tổn thất do tán xạ.
Thêm độ bền cơ học cho sợi.
Bảo vệ lõi khỏi hấp thụ các chất gây ô nhiễm bề mặt không mong muốn.

Các loại sợi quang học

Tùy thuộc vào thành phần vật liệu của lõi, có hai loại sợi được sử dụng phổ biến. Họ là -

Step-index fiber - Chiết suất của lõi là đồng nhất trong suốt và trải qua sự thay đổi đột ngột (hoặc bước) tại ranh giới của lớp phủ.
Graded-index fiber - Chiết suất lõi được tạo ra thay đổi như một hàm của khoảng cách xuyên tâm từ tâm của sợi quang.

Cả hai điều này được chia thành:

Single-mode fiber - Chúng được kích thích với tia laser.
Multi-mode fiber - Chúng được kích thích với đèn LED.

Truyền thông cáp quang

Hệ thống thông tin liên lạc của sợi quang được hiểu rõ bằng cách nghiên cứu các bộ phận và phần của nó. Các yếu tố chính của hệ thống thông tin liên lạc bằng sợi quang được thể hiện trong hình sau.

Các thành phần cơ bản là bộ truyền tín hiệu ánh sáng, sợi quang và bộ thu phát hiện ảnh. Các yếu tố bổ sung như sợi quang và sợi cáp và đầu nối, bộ tái tạo, bộ tách chùm và bộ khuếch đại quang học được sử dụng để cải thiện hiệu suất của hệ thống thông tin liên lạc.

Ưu điểm chức năng

Các ưu điểm chức năng của sợi quang là -

Băng thông truyền dẫn của cáp quang cao hơn cáp kim loại.
Lượng dữ liệu truyền tải cao hơn trong cáp quang.
Tổn thất điện năng rất thấp và do đó hữu ích trong việc truyền tải đường dài.
Cáp quang mang lại tính bảo mật cao và không thể bị khai thác.
Cáp quang là cách an toàn nhất để truyền dữ liệu.
Cáp quang miễn nhiễm với nhiễu điện từ.
Chúng không bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn điện.

Ưu điểm vật lý

Các lợi thế vật lý của cáp quang là -

Công suất của các loại cáp này cao hơn nhiều so với cáp dây đồng.
Mặc dù dung lượng cao hơn, nhưng kích thước của cáp không tăng như trong hệ thống cáp dây đồng.
Không gian bị chiếm bởi các dây cáp này ít hơn nhiều.
Trọng lượng của các loại cáp FOC này nhẹ hơn nhiều so với cáp đồng.
Vì các cáp này là điện di nên không có nguy cơ tia lửa.
Loại cáp này có khả năng chống ăn mòn cao hơn cáp đồng, vì chúng được uốn dễ dàng và linh hoạt.
Nguyên liệu để sản xuất cáp quang là thủy tinh, rẻ hơn đồng.
Cáp quang có tuổi thọ cao hơn cáp đồng.

Nhược điểm

Mặc dù sợi quang mang lại nhiều ưu điểm nhưng chúng có những nhược điểm sau:

Mặc dù cáp quang có tuổi thọ cao hơn nhưng chi phí lắp đặt cao.
Số lượng bộ lặp sẽ được tăng lên theo khoảng cách.
Chúng rất dễ vỡ nếu không được bao bọc trong một lớp vỏ nhựa. Do đó, cần bảo vệ nhiều hơn so với đồng.

Các ứng dụng của sợi quang

Các sợi quang có nhiều ứng dụng. Một số trong số chúng như sau:

Được sử dụng trong hệ thống điện thoại
Được sử dụng trong mạng cáp biển phụ
Được sử dụng trong liên kết dữ liệu cho mạng máy tính, Hệ thống CATV
Được sử dụng trong camera giám sát CCTV
Được sử dụng để kết nối cứu hỏa, cảnh sát và các dịch vụ khẩn cấp khác.
Được sử dụng trong bệnh viện, trường học và hệ thống quản lý giao thông.
Chúng có nhiều mục đích sử dụng trong công nghiệp và cũng được sử dụng trong các công trình xây dựng hạng nặng.