Výhody optické komunikace
● Velká komunikační kapacita
● Dlouhá přenosová vzdálenost
● Odolný vůči elektromagnetickému rušení
● Bohaté zdroje
● Lehká a malá velikost optických vláken
Stručná historie vývoje optické komunikace
● Před více než 2000 lety: Majákové věže – světla, vlajkové signály
● 1880: Optický telefon – bezdrátová optická komunikace
● 1970: Komunikace z optických vláken
● 1966: Dr. Kao Kuen, „otec vláknové optiky“, poprvé navrhl myšlenku optické komunikace.
● 1970: Kapron z Corning Institution vyrobil vláknovou optiku se ztrátou 20 dB/km.
● 1977: První komerční linka 45 Mb/s v Chicagu.
Elektromagnetické spektrum
Lom/odraz a celkový vnitřní odraz světla
Protože se světlo v různých látkách šíří různou rychlostí, dochází při přechodu světla od jedné látky k druhé k lomu a odrazu na rozhraní mezi těmito dvěma látkami. Dále se úhel lomu světla mění s úhlem dopadajícího světla. Když úhel dopadajícího světla dosáhne nebo překročí určitý úhel, lomené světlo zmizí a všechno dopadající světlo se odrazí zpět; to je totální vnitřní odraz. Různé materiály lámou světlo stejné vlnové délky pod různými úhly (tj. různé materiály mají různé indexy lomu) a stejný materiál láme světlo různých vlnových délek pod různými úhly. Na těchto principech je založena optická komunikace. Rozložení odrazivosti: Důležitým parametrem charakterizujícím optické materiály je index lomu, označovaný N. Poměr rychlosti světla C ve vakuu k rychlosti světla V v materiálu je index lomu materiálu.
N＝C/V
Index lomu křemenného skla používaného v komunikaci z optických vláken je přibližně 1,5.
Struktura optických vláken
Holý optický kabel se obecně skládá ze tří vrstev:
První vrstva: Skleněné jádro s vysokým -indexem lomu- (průměr jádra je obecně 9-10 μm, (jednorežim) 50 nebo 62,5 (multimode).
Druhá vrstva: Plášť z křemíkového skla s nízkým -indexem lomu- uprostřed (průměr je obecně 125 μm).
Třetí vrstva: vnější vyztužující pryskyřičný povlak.
Základní znalost světla
1) Jádro: Vysoký index lomu, používaný k přenosu světla;
2) Povlak: Nízký index lomu spolu s jádrem vytváří podmínky pro totální vnitřní odraz;
3) Bunda: Vysoká pevnost, vydrží větší náraz a chrání optické vlákno.
3mm optický kabel Oranžový MM Multimode
Žlutá SM Singlemode
Rozměry optického kabelu:
Vnější průměr je typicky 125 µm (průměrný lidský vlas je 100 µm)
Vnitřní průměr: Single{0}}režim 9µm, Multimode 50/62,5µm
Numerická clona
Ne všechno světlo dopadající na koncovou plochu optického vlákna je přenášeno vláknem; propouští se pouze světlo dopadající v určitém úhlovém rozsahu. Tento úhel se nazývá numerická apertura optického vlákna. Větší numerická apertura je výhodná pro spojování optických vláken. Numerická apertura se u optických vláken vyráběných různými společnostmi liší.
Typy optických vláken
Na základě způsobu přenosu světla uvnitř vlákna lze optická vlákna klasifikovat jako:
Více{0}}režim (MM)
Jeden-režim (SM)
Vlákno pro více{0}}režimů: Má silnější centrální skleněné jádro (50 nebo 62,5 μm), které umožňuje přenos více režimů světla. Významný je však jeho intermodální rozptyl, který omezuje frekvenci přenášených digitálních signálů a toto omezení se s rostoucí vzdáleností zhoršuje. Například vlákno s rychlostí 600 MB/km bude mít na 2 km šířku pásma pouze 300 MB/km. Proto má vícerežimové vlákno relativně krátkou přenosovou vzdálenost, obvykle jen několik kilometrů.
Jedno{0}}režimové vlákno: Má tenčí centrální skleněné jádro (obvykle o průměru 9 nebo 10 μm), které umožňuje přenos pouze jednoho režimu světla. Je to v podstatě typ vlákna se stupňovitým-indexem, ale s velmi malým průměrem jádra. Teoreticky umožňuje pouze jediné cestě přímého-světla, aby vstoupilo do vlákna a šířilo se přímou linií v jádře. Rozšíření pulzu vlákna je minimální. Proto je jeho intermodální rozptyl velmi malý, takže je vhodný pro komunikaci na dlouhé-vzdálenosti. Velkou roli však hraje jeho chromatická disperze, což znamená, že jedno-vlákno má vysoké požadavky na spektrální šířku a stabilitu světelného zdroje, to znamená, že spektrální šířka musí být úzká a stabilita dobrá.
Klasifikace optických vláken
Podle materiálu:
● Skleněné vlákno: Jádro i plášť jsou skleněné. Nízká ztráta, dlouhá přenosová vzdálenost, vysoké náklady.
● Silikonové vlákno s pláštěm: Jádro je skleněné, plášť je plastový. Podobné vlastnosti jako skleněné vlákno, nižší cena.
● Plastová vlákna: Jádro i plášť jsou plastové. Vysoká ztráta, velmi krátká přenosová vzdálenost, velmi nízká cena. Široce se používá v domácích spotřebičích, audio zařízeních a přenosu obrazu na krátké-vzdálenosti.
● Podle okna optimální přenosové frekvence: Konvenční jednorežimové vlákno{0}} a rozptylové vlákno{1}}Posunuté jednorežimové vlákno-.
● Konvenční: Výrobci vláken optimalizují přenosovou frekvenci vlákna pro jednu vlnovou délku, např. 1300nm.
● Rozptyl{0}}Posunutý: Výrobci vláken optimalizují přenosovou frekvenci vlákna pro dvě vlnové délky, například 1300 nm a 1550 nm.
● Náhlý posun: Index lomu se náhle změní od jádra ke skleněnému plášti. Nízká cena, vysoký intermodální rozptyl. Vhodné pro komunikaci na krátkou-vzdálenost, nízkou-rychlost, jako je průmyslové řízení. Jedno-módová vlákna však mají velmi nízkou intermodální disperzi, takže všechna jsou klasifikovaná-vlákna s indexem.
●Vlákna se stupněm{0}}indexu lomu: Index lomu postupně klesá od jádra k plášti, což umožňuje, aby se světlo s vysokým{1}}režimem šířilo sinusově. To snižuje intermodální rozptyl, zvyšuje šířku pásma vlákna a prodlužuje přenosovou vzdálenost, ale je to dražší. Většina dnešních multimodových vláken jsou vlákna s klasifikovaným-indexem.
