Osnovna struktura optičkih vlakana
Optička vlakna sastoji se od tri sloja:
Jezgra: Središnji sloj napravljen od silicijevog dioksida visoke čistoće (dopiran elementima poput germanija). Ima vrlo mali promjer ({8-10 µM za vlakna s jednim načinom, 50-62. 5 μm za vlakna u više načina) i veći indeks loma.
Obučena: Okružuje jezgru, napravljenu od materijala s nižim indeksom loma od jezgre. To osigurava da se svjetlost širi ukupnim unutarnjim odraz.
Zaštitni premaz: vanjski polimerni sloj radi sprečavanja fizičkog oštećenja i smetnji okoliša.
Načelo jezgre: Ukupni unutarnji odraz
Kontrast indeksa loma: veći indeks loma jezgre u usporedbi s oblogom uzrokuje da svjetlost prođe ukupni unutarnji odraz na granici obložene jezgri kada je incident pod kutovima većim od kritičnog kuta.
Svjetlo širenje: Svjetlosni signali putuju kroz jezgru kontinuiranim ukupnim unutarnjim refleksijom, slijedeći cik-cak stazu (višenamjenski vlakno) ili gotovo ubrzanu stazu (vlakno jednosmjerno vlakno).
Koraci prijenosa informacija
Pretvaranje električnih signala u optičke signale:
Na odašiljaču, ** laserska dioda (LD) ** ili dioda koja emitira svjetlost (LED) pretvara električne signale u optičke impulse (svjetlost "uključivanje/isključivanje" ili pomaci valne duljine predstavljaju binarne "1s" i "0 s").
Prijenos optičkog signala:
Svjetlosni impulsi se šire kroz vlakno. Razlika indeksa loma između jezgre i obloge ograničava signal do jezgre, čak i kad je vlakna savijena.
Signalni ponavljač/pojačavanje:
Za prijenos na daljinu, ** Erbium-dopirana vlaknasta pojačala (EDFAS) ** Pojačajte optičke signale izravno bez pretvaranja u električne signale, minimizirajući latenciju.
Optička konverzija signala:
Na prijemniku, ** fotodetektor ** (npr. PIN dioda, Avalanche Photodiode) pretvara svjetlost u električne signale, koji se zatim dekodiraju u originalne podatke.
.
Vrste vlakana i performanse
Vlakna s jednim načinom (SMF):
- Ultra tanka jezgra (8-10 µm), omogućujući samo jedan način širenja svjetla.
- Advantages: Long-distance transmission (>100 km), visoka širina pojasa. Koristi se u kralježničnim mrežama (npr. Podmorski kabeli).
VICIBLE MULTI-MODSKE (MMF):
- Deblji jezgra ({50-62. 5 μm), podupirući višestruke načine svjetlosti.
- nedostaci: modalna disperzija ograničava udaljenost prijenosa (<2 km). Ideal for local networks (e.g., LANs).
Prednosti optike vlakana
Ekstremna širina pojasa: teorijske brzine do stotina TBP-a (koristeći multipleksiranje podjele valne duljine).
Nisko prigušenje: Moderna vlakna pokazuju gubitke niske poput 0. 2 dB/km, što omogućava prijenos preko tisuća kilometara bez ponavljača.
Imunitet na EMI: ne utječe elektromagnetskih smetnji, pogodan za teška okruženja (npr. Električne mreže, bolnice).
Kompaktan i siguran: lagana, mala veličina i bez istjecanja elektromagnetskog zračenja.
Tehnički izazovi
Disperzija: Širenje signala zbog različitih brzina svjetlosnih valnih duljina/načina (riješenih vlaknima za kompenzaciju disperzije ili DSP-a).
Nelinearni učinci: signali velike snage induciraju raspršivanje/miješanje četiri vala, što zahtijeva precizno kontrolu snage.
Gubitak zavoja: prekomjerno savijanje uzrokuje curenje svjetlosti; Tijekom ugradnje mora se održavati minimalni polumjer savijanja.
Prijava
Telecom Networks: Internet backbones, 5G veze bazne stanice, međusobno povezivanje podatkovnog centra.
Zdravstvena zaštita: endoskopska slika, laserska kirurgija.
Industrijski: optički senzori vlakana (temperatura, tlak), vlaknasti laseri.
Sažetak
Optika vlakana prenosi informacije ograničavanjem svjetlosnih signala unutar jezgre pomoću ukupnog unutarnjeg refleksije. Koristeći visoku frekvenciju svjetla, oni omogućuju komunikaciju ultra brzih, dugog i niskog gubitka. Ključne tehnologije uključuju modulaciju svjetla, ukupnu kontrolu refleksije, optičko pojačanje i upravljanje disperzijom, što vlakna optiku čine okosnicom modernih globalnih komunikacijskih sustava.