Die Erfindung der optischen Faser hat die Revolution im Bereich der Kommunikation getrieben. Wenn es keine optischen Faser gibt, die Hochgeschwindigkeitskanäle mit hoher Kapazität bereitstellen, kann das Internet nur in der theoretischen Stufe bleiben. Wenn das 20. Jahrhundert die Ära des Stroms war, ist das 21. Jahrhundert die Ära des Lichts. Wie erreicht Licht Kommunikation? Lassen Sie uns das Grundwissen der optischen Kommunikation zusammen mit dem folgenden Herausgeber lernen.
Teil 1. Grundwissen über Lichtausbreitung
Lichtwellen verstehen
Lichtwellen sind tatsächlich elektromagnetische Wellen, und im freien Raum sind die Wellenlänge und Frequenz elektromagnetischer Wellen umgekehrt proportional. Das Produkt der beiden entspricht der Lichtgeschwindigkeit, das heißt:
Ordnen Sie die Wellenlängen oder Frequenzen elektromagnetischer Wellen an, um ein elektromagnetisches Spektrum zu bilden. Gemäß den verschiedenen Wellenlängen oder Frequenzen können elektromagnetische Wellen in Strahlungsregion, ultraviolettes Bereich, sichtbarer Lichtbereich, Infrarotregion, Mikrowellenregion, Funkwellenregion und Langwellenregion unterteilt werden. Die für die Kommunikation verwendeten Bänder sind hauptsächlich die Infrarotregion, die Mikrowellenregion und die Funkwellenregion. Das folgende Bild hilft Ihnen dabei, die Aufteilung der Kommunikationsbänder und die entsprechenden Ausbreitungsmedien in Minuten zu verstehen.
Der Protagonist dieses Artikels „Glasfaserkommunikation“ verwendet Lichtwellen im Infrarotband. Wenn es zu diesem Zeitpunkt geht, fragen sich die Leute vielleicht, warum es in der Infrarot -Band sein muss? Dieses Problem bezieht sich auf den optischen Übertragungsverlust von faserfasermaterialien, nämlich Kieselglas. Als nächstes müssen wir verstehen, wie optische Fasern Licht übertragen.
Brechung, Reflexion und totale Reflexion von Licht
Wenn Licht von einer Substanz zur anderen emittiert wird, treten an der Grenzfläche zwischen den beiden Substanzen Brechung und Reflexion auf, und der Brechungswinkel nimmt mit dem Winkel des einfallenden Lichts zu. Wie in Abbildung ① → ② gezeigt. Wenn der Vorfallwinkel einen bestimmten Winkel erreicht oder überschreitet, verschwindet das gebrochene Licht und das gesamte einfallende Licht wird zurückgeflüssig, was die Gesamtreflexion des Lichts ist, wie in ② → ③ in der folgenden Abbildung gezeigt.
Unterschiedliche Materialien haben unterschiedliche Brechungsindizes, sodass die Lichtgeschwindigkeit in verschiedenen Medien variiert. Der Brechungsindex wird durch N, N = C/V dargestellt, wobei C die Geschwindigkeit im Vakuum und V die Ausbreitungsgeschwindigkeit im Medium ist. Ein Medium mit einem höheren Brechungsindex wird als optisch dichtes Medium bezeichnet, während ein Medium mit einem niedrigeren Brechungsindex als optisch spärliches Medium bezeichnet wird. Die beiden Bedingungen für die Gesamtreflexion sind:
1. Übertragung vom optisch dichten Medium bis zum optisch spärlichen Medium
2. Der Vorfallwinkel ist größer oder gleich dem kritischen Winkel der Gesamtreflexion
Um optisches Signalleckage zu vermeiden und den Übertragungsverlust zu verringern, tritt die optische Übertragung in optischen Fasern unter Gesamtreflexionsbedingungen auf.
Teil 2. Einführung in optische Propagationsmedien (Glasfaser)
Mit der Grundkenntnis der gesamten Reflexionslichtausbreitung ist es leicht, die Entwurfsstruktur von optischen Fasern zu verstehen. Die nackte Faser der optischen Faser ist in drei Schichten unterteilt: Die erste Schicht ist der Kern, der sich in der Mitte der Faser befindet und aus hoher Purity-Siliziumdioxid besteht, auch als Glas bekannt. Der Kerndurchmesser beträgt im Allgemeinen 9-10 Mikrometer (Single-Mode), 50 oder 62,5 Mikrometer (Multi-Mode). Der Faserkern hat einen hohen Brechungsindex und wird zum Übertragen von Licht verwendet. Verschlüsse der zweiten Schicht: befindet sich um den Faserkern und besteht ebenfalls aus Silica -Glas (mit einem Durchmesser von allgemein 125 Mikrometern). Der Brechungsindex der Verkleidung ist niedrig und bildet zusammen mit dem Faserkern eine Gesamtreflexionsbedingung. Die dritte Beschichtungsschicht: Die äußerste Schicht ist eine verstärkte Harzbeschichtung. Das Material der Schutzschicht hat eine hohe Festigkeit und kann großen Auswirkungen standhalten, wodurch die optische Faser vor Wasserdampferosion und mechanischer Abrieb schützt.
Faserübertragungsverlust ist ein sehr wichtiger Faktor, der die Qualität der Glasfaserkommunikation beeinflusst. Zu den Hauptfaktoren, die die Abschwächung von optischen Signalen verursachen, gehören Absorptionsverlust von Materialien, Streuverlust während der Übertragung und andere Verluste, die durch Faktoren wie Faserbiege, Komprimierung und Dockingverlust verursacht werden.
Die Wellenlänge des Lichts ist unterschiedlich und der Übertragungsverlust in optischen Fasern ist ebenfalls unterschiedlich. Um den Verlust zu minimieren und den Übertragungseffekt zu gewährleisten, haben sich Wissenschaftler verpflichtet, das am besten geeignete Licht zu finden. Das Licht im Wellenlängenbereich von 1260 nm ~ 1360 nm hat die durch Dispersion und den niedrigsten Absorptionsverlust verursachte kleinste Signalverzerrung. In den frühen Tagen wurde dieser Wellenlängenbereich als optisches Kommunikationsband übernommen. Später, nach einer langen Zeit der Exploration und Praxis, fassten Experten nach und nach einen Wellenlängenbereich mit niedrigem Verlust (1260 nm ~ 1625 nm) zusammen, der am besten für die Übertragung in optischen Fasern geeignet ist. Die in der Glasfaserkommunikation verwendeten Lichtwellen befinden sich also im Allgemeinen im Infrarotband.
Multimode -optische Faser: Überträgt mehrere Modi, aber die große intermodale Dispersion begrenzt die Häufigkeit digitaler Signale, und diese Einschränkung wird mit zunehmendem Übertragungsabstand schwerwiegender. Daher ist der Abstand der Multimode -Glasfaserübertragung relativ kurz, normalerweise nur wenige Kilometer.
Einzelmodusfaser: Mit einem sehr kleinen Faserdurchmesser kann theoretisch nur ein Modus übertragen werden, was für die Fernkommunikation geeignet ist.
| Vergleichselement | Multimode -Faser | Einzelmodusfaser |
| Glasfaserkosten | hohe Kosten | niedrige Kosten |
| Anforderungen an die Getriebegeräte | Niedrige Ausrüstungsanforderungen, niedrige Ausrüstungskosten | hohe Geräteanforderungen, hohe Lichtquellenanforderungen |
| Dämpfung | hoch | niedrig |
| Transmissionswellenlänge: 850 nm-1300nm | 1260nm-1640nm | |
| Bequem zu bedienen | größerer Kerndurchmesser, leicht zu handhaben | komplexere Verbindung für die Verwendung |
| Übertragungsabstand | Lokales Netzwerk | |
| (weniger als 2 km) | Zugangsnetzwerk | Mittel bis Fernnetz |
| (Mehr als 200 km) | ||
| Bandbreite | Begrenzte Bandbreite | Fast unbegrenzte Bandbreite |
| Abschluss | Die Glasfaser ist teurer, aber die relativen Kosten für die Netzwerkaktivierung sind niedriger | Höhere Leistung, aber höhere Kosten für die Einrichtung eines Netzwerks |
Teil 3. Arbeitsprinzip des Glasfaserkommunikationssystems
Optische Faserkommunikationssystem
Die üblicherweise verwendeten Kommunikationsprodukte wie Mobiltelefone und Computer übertragen Informationen in Form von elektrischen Signalen. Bei der optischen Kommunikation besteht der erste Schritt darin, elektrische Signale in optische Signale umzuwandeln, sie über Glasfaserkabel zu übertragen und die optischen Signale in elektrische Signale umzuwandeln, um den Zweck der Informationsübertragung zu erreichen. Das grundlegende optische Kommunikationssystem besteht aus einem optischen Sender, einem optischen Empfänger und einem Glasfaserkreis zum Übertragen von Licht. Um die Qualität der Übertragung von Fernstöbern zu gewährleisten und die Übertragungsbandbreite zu verbessern, werden im Allgemeinen optische Repeater und Multiplexer verwendet.
Im Folgenden finden Sie eine kurze Einführung in das Arbeitsprinzip jeder Komponente im Glasfaserkommunikationssystem.
Optischer Sender:Umwandelt elektrische Signale in optische Signale, die hauptsächlich aus Signalmodulatoren und Lichtquellen bestehen.
Signalmultiplexer:Paare mehrere optische Trägersignale unterschiedlicher Wellenlängen in dieselbe optische Faser für die Übertragung und erreichen die Wirkung der Verdoppelung der Übertragungskapazität.
Optischer Repeater:Während der Übertragung verschlechtert sich die Wellenform und Intensität des Signals, sodass die Wellenform auf die ordentliche Wellenform des ursprünglichen Signals wiederhergestellt und die Lichtintensität erhöht wird.
Signal Demultiplexer:Zersetzen Sie das Multiplex -Signal in seine ursprünglichen einzelnen Signale.
Optischer Empfänger:Umwandelt das empfangene optische Signal in ein elektrisches Signal, das hauptsächlich aus einem Fotodetektor und einem Demodulator besteht.
Teil 4. Vorteile und Anwendungen der optischen Kommunikation
Vorteile der optischen Kommunikation:
1. Langstufe, wirtschaftlich und energiesparend
Unter der Annahme der Übertragung von 10 Gbit / s (10 Milliarden 0 oder 1 Signale pro Sekunde) muss das Signal alle paar hundert Meter weitergeleitet und angepasst werden. Im Vergleich dazu kann die Verwendung der optischen Kommunikation einen Relaisentfernung von über 100 Kilometern erreichen. Je weniger Mal das Signal eingestellt ist, desto niedriger die Kosten. Andererseits ist das Material der optischen Faser Siliziumdioxid, das reichlich Reserven und viel geringere Kosten als Kupferdraht hat. Die optische Kommunikation hat daher einen wirtschaftlichen und energiesparenden Effekt.
2. Schnelle Informationsübertragung und hohe Kommunikationsqualität
Wenn Sie beispielsweise jetzt mit Freunden im Ausland sprechen oder online chatten, ist der Sound nicht so zurückgeblieben wie zuvor. In der Zeit der Telekommunikation beruht die internationale Kommunikation hauptsächlich auf künstliche Satelliten als Relais für die Übertragung, was zu längeren Übertragungspfaden und langsameren Signalankunft führt. Und optische Kommunikation mit Hilfe von U -Boot -Kabeln verkürzt die Übertragungsabstand und macht die Informationsübertragung schneller. Daher kann die Verwendung optischer Kommunikation eine reibungslosere Kommunikation mit Übersee erreichen.
3.. Starke Anti-Interferenz-Fähigkeit und gute Vertraulichkeit
Die elektrische Kommunikation kann aufgrund elektromagnetischer Störungen Fehler auftreten, was zu einer Verringerung der Kommunikationsqualität führt. Die optische Kommunikation wird jedoch nicht durch elektrische Rauschen beeinflusst, was es sicherer und zuverlässiger macht. Und aufgrund des Prinzips der totalen Reflexion ist das Signal vollständig auf die faserfaser für die Übertragung beschränkt, sodass die Vertraulichkeit gut ist.
4.. Große Übertragungskapazität
Im Allgemeinen kann die elektrische Kommunikation nur 10 Gbit / s (10 Milliarden 0 oder 1 Signale pro Sekunde) Informationen übertragen, während die optische Kommunikation 1 tbit / s (1 Billion 0 oder 1 Signale) von Informationen übertragen kann.
Anwendung der optischen Kommunikation
Die optische Kommunikation hat viele Vorteile und wurde seit seiner Entwicklung in jede Ecke unseres Lebens integriert. Geräte wie Mobiltelefone, Computer und IP -Telefone, die das Internet nutzen, verbinden alle mit ihrer Region, dem ganzen Land und sogar mit dem globalen Kommunikationsnetzwerk. Beispielsweise versammeln sich Signale von Computern und Mobiltelefonen an den lokalen Kommunikationsbetreiber und anhand von Netzwerkanbietergeräten und werden dann über Glasfaserkabel in U -Boot -Kabeln an verschiedene Teile der Welt übertragen.
Die Erkenntnis täglicher Aktivitäten wie Videoanrufe, Online -Einkaufsmöglichkeiten, Videospiele und Binge, das alle auf ihre Unterstützung und Unterstützung hinter den Kulissen angesehen wird. Die Entstehung optischer Netzwerke hat unser Leben komfortabler und bequemer gemacht.
Postzeit: März 31-2025
