Principiul conversiei și transmiterii informațiilor pe fibre optice

Liniile de comunicații moderne destinate transmiterii de informații pe distanțe lungi sunt adesea doar linii optice, datorită eficienței destul de ridicate a acestei tehnologii, pe care a demonstrat-o cu succes de mulți ani, de exemplu, ca mijloc de asigurare a accesului în bandă largă la Internet. .

Fibra în sine constă dintr-un miez de sticlă înconjurat de o înveliș cu un indice de refracție mai mic decât cel al miezului. Fasciculul de lumină responsabil de transmiterea informațiilor de-a lungul liniei se propagă de-a lungul miezului fibrei, se reflectă în drumul său dinspre placare și astfel nu iese în afara liniei de transmisie.

Sursa de lumină care formează fascicul este de obicei laser cu diodă sau semiconductor, în timp ce fibra în sine, în funcție de diametrul miezului și de distribuția indicelui de refracție, poate fi monomodală sau multimodală.

Fibrele optice din liniile de comunicație sunt superioare mijloacelor electronice de comunicare, permițând transmiterea de mare viteză și fără pierderi a datelor digitale pe distanțe lungi.

În principiu, liniile optice pot forma o rețea independentă sau pot servi la unirea rețelelor deja existente — tronsoane de autostrăzi cu fibră optică unite fizic la nivelul fibrei optice sau logic — la nivelul protocoalelor de transmisie a datelor.

Viteza de transmisie a datelor prin linii optice poate fi măsurată în sute de gigabiți pe secundă, de exemplu standardul Ethernet de 10 Gbit, care a fost folosit de mulți ani în structurile moderne de telecomunicații.

Anul invenției fibrei optice este considerat a fi 1970, când Peter Schultz, Donald Keck și Robert Maurer – oameni de știință de la Corning – au inventat o fibră optică cu pierderi reduse care a deschis posibilitatea duplicării sistemului de cablu pentru transmiterea semnalului telefonic. fără repetoare sunt folosite. Dezvoltatorii au creat un fir care vă permite să economisiți 1% din puterea semnalului optic la o distanță de 1 kilometru de sursă.

Acesta a fost punctul de cotitură pentru tehnologie. Liniile au fost proiectate inițial pentru a transmite sute de faze de lumină simultan, mai târziu fibra monofazată a fost dezvoltată cu performanțe mai mari capabile să mențină integritatea semnalului pe distanțe mai lungi. Fibra monofazată zero-offset a fost cel mai căutat tip de fibră din 1983 până în prezent.

Pentru a transmite date printr-o fibră optică, semnalul trebuie mai întâi convertit de la electric la optic, apoi transmis pe linie și apoi convertit înapoi în electric la receptor.Întregul dispozitiv se numește transceiver și include nu numai componente optice, ci și electronice.

Deci, primul element al unei linii optice este un transmițător optic. Acesta convertește o serie de date electrice într-un flux optic. Transmițătorul include: un convertor paralel-serial cu un sintetizator de impulsuri de sincronizare, un driver și o sursă de semnal optic.

Sursa semnalului optic poate fi o diodă laser sau un LED. LED-urile convenționale nu sunt utilizate în sistemele de telecomunicații. Curentul de polarizare și curentul de modulație pentru modularea directă a diodei laser sunt furnizate de driverul laser, apoi lumina este furnizată prin conectorul optic - în fibră cablu optic.

Pe cealaltă parte a liniei, semnalul și semnalul de sincronizare sunt detectate de un receptor optic (în mare parte un senzor fotodiodă) unde sunt convertite într-un semnal electric care este amplificat și apoi semnalul transmis este reconstruit. În special, fluxul de date serial poate fi convertit în paralel.

Preamplificatorul este responsabil pentru transformarea curentului asimetric de la senzorul fotodiodă în tensiune, pentru amplificarea și conversia ulterioară a acestuia într-un semnal diferențial. Cipul de sincronizare și recuperare a datelor recuperează semnalele de ceas și sincronizarea acestora din fluxul de date primit.

Multiplexorul cu diviziune în timp realizează rate de transfer de date de până la 10 Gb/s. Deci astăzi există următoarele standarde pentru viteza de transmitere a datelor prin sisteme optice:

Multiplexarea cu diviziunea în lungime de undă și multiplexarea pe diviziunea în lungime de undă vă permit să creșteți și mai mult densitatea transmisiei de date atunci când mai multe fluxuri de date multiplexate sunt trimise pe același canal, dar fiecare flux are propria lungime de undă.

Fibra monomodală are un diametru relativ mic al miezului exterior de aproximativ 8 microni. O astfel de fibră permite unui fascicul cu o anumită frecvență să se propage prin ea, corespunzătoare caracteristicilor unei anumite fibre. Când fasciculul se mișcă singur, problema de dispersie intermodală dispare, rezultând o performanță crescută a liniei.

Distribuția densității materialului poate fi în gradient sau în trepte. Distribuția în gradient permite un debit mai mare. Tehnologia single-mode este mai subțire și mai scumpă decât multi-mode, dar este tehnologia single-mod utilizată în prezent în telecomunicații.

Fibra multimodală permite propagarea simultană a mai multor fascicule de transmisie în unghiuri diferite. Diametrul miezului este de obicei de 50 sau 62,5 µm, astfel încât introducerea radiației optice este facilitată. Prețul transceiverelor este mai mic decât al celor monomod.

Este o fibră multimodală care este foarte potrivită pentru rețelele mici de acasă și locale. Fenomenul de dispersie intermodală este considerat principalul dezavantaj al fibrei multimodale, prin urmare, pentru a reduce acest fenomen dăunător, fibrele cu un indice de refracție gradient au fost special dezvoltate, astfel încât razele să se propagă de-a lungul căilor parabolice, iar diferența dintre căile lor optice este mai mică. .Într-un fel sau altul, performanța tehnologiei single-mode rămâne în continuare mai ridicată.