Jak skutečně fungují kabely optických optických vláken?
Ve své nejzákladnější je komunikační kabel optického vlákna složen ze skleněných pramenů, jako jsou vlákna, o průměru lidských vlasů, z nichž každá může přenášet zprávy modulované na světlé vlny rychlostí světla. Nabízejí větší šířku pásma než kabel měděného drátu a stali se možností, jak splnit požadavky věku internetu, kde musí být velké množství dat (např. Aplikace streamování) distribuováno tisícům předplatitelů, míle daleko a okamžitě. Kabely z optických vláken se nacházejí pouze v komunikačních systémech, ale také se používají v průmyslových sítích, snímacích a avionických aplikacích.
Prvním krokem k pochopení toho, jak funguje optika, je pochopit, co se stane, když posíláte světlo vzduchem nebo vodou. Světlo cestuje jako vlna. Když prochází vzduchem, vlna ztrácí nějakou energii a více se rozprostírá. Výsledkem je, že světelný paprsek je širší a méně intenzivní. Tato ztráta intenzity se nazývá útlum.
Když však světlo vstoupí do vody, neztrácí žádnou energii. Místo toho se ohýbá kolem molekul vody, což usnadňuje průchod světlo. Voda také zpomaluje rychlost světla faktorem 1/v2, kde V je rychlost světla ve vodě. To znamená, že světlo cestující vodou bude cestovat dále, než kdyby cestovalo vzduchem. Optická vlákna používají tato principy k přenášení dat z jednoho bodu do druhého.
Většina optických vláken, která se dnes používají, se skládá ze skleněných pramenů (jádra) vyrobených z čistého oxidu křemičitého obklopeného opláštěným materiálem vyrobeným z dopovaného oxidu křemičitého. Jádro je tak malé, že až do konce může projít pouze jeden paprsek světla na konkrétní vlnové délce. To se nazývají vlákna s jedním režimem. V tomto návrhu má vrstva opláštění nižší index lomu a působí jako zrcadlo, aby udržoval režim uvnitř jádra. Tento jev je známý jako celkový vnitřní odraz.
Výkon optických vláken závisí na tom, jak dobře mohou přenášet světlo. Jedním ze způsobů, jak to měřit, je měření ztráty návratnosti (také nazývané ztráta vložení) vlákna. Ztráta návratu je definována jako poměr mezi výkonem ve směru dopředu a výkonem v opačném směru. Pokud je ztráta návratnosti vysoká, bude ztraceno více světla při cestování vláknem, než kdyby byla ztráta návratnosti nízká.
Výhody kabelů z optických vláken
Optická vlákna mají mnoho výhod oproti tradičním měděným vodičům:
1.ULTRA vysokorychlostní přenosová výkon
Optické vláknové média přenášejí signály prostřednictvím fotonových pulsů a jeho přenosová rychlost může dosáhnout tisíckrátů u měděných kabelů (obvykle 100+ Gbps), což je zvláště vhodné pro aplikační scénáře s přísnými požadavky v reálném čase, jako je přenos médií 4K/8K. Optické vlákno s jedním režimem dosáhlo průlomové přenosové rychlosti 1 petabit/s v laboratorním prostředí.
2. Ultra-velká kapacita šířky pásma
Díky zralé aplikaci technologie multiplexování vlnových délek (WDM) může jedno optické vlákno současně nést optické signály různých vlnových délek, jako je C-pásmo (1530-1565 nm) a L-band (1565-1625 nm). Prostřednictvím technologie multiplexování (DWDM) v husté vlnové délce (DWDM) lze dosáhnout více než 96 kanálů paralelního přenosu s jedním vláknem, což teoreticky dosahuje stovek kapacity pásma na úrovni TBPS.
3. Ultra-low ztráty přenosové charakteristiky
Optické vlákno křemene má koeficient útlumu 0. 2db/km v okně 1550nm. S technologií zesilovače vlákna dopovaného Erbium (EDFA) může dosáhnout přenosové vzdálenosti bez relé více než 100 km. Pro srovnání, ztráta měděného kabelu Cat6A je 21,3 dB na 100 metrů při 100 MHz.
4. Elektromagnetické charakteristiky imunity
Optické vlákno používá strukturu dielektrického vlnovodu sio₂ k přenosu signálů, které se zásadně vyhýbají elektromagnetickým rušením (EMI) a rádiové frekvenční interferenci (RFI), kterým čelí měděné kabely. Díky této funkci je nenahraditelná pro kabeláž ve silných elektromagnetických prostředích, jako jsou rozvody s vysokým napětím (větší nebo rovnou 500 kV) a místnosti pro lékařské MRI.
5. Mechanismus bezpečnosti přenos
V zakončovacím zařízení existuje hlavně riziko úniku informací o systému optických vláken. Během přenosu neexistuje elektromagnetické záření. Technologie OTDR může monitorovat anomálii optické ztráty na úrovni 0. 01DB v reálném čase. Podle standardu NIST SP 800-53 dosáhne zabezpečení fyzické vrstvy optického vlákna kanálu na ochranu třídy III, což daleko přesahuje úroveň třídy I měděného kabelu.
Typy kabelů z komunikace z optických vláken
Existují 2 základní typy vláken, jednorázové a multimode. Optické vlákno s jedním režimem je menší v průměru jádra (8. 3-10 mikronů) a drží výhody z hlediska šířky pásma a dosahu na delší vzdálenosti, zatímco optická vlákna s multimodemi mají větší průměry jádra (50 mikronů nebo větší) a snadno podporují nejvíce distancí v podnikových a datových centrech, za náklady obvykle méně než jednorázové průměry.
Technologie optických vláken se dnes používá v mnoha ohledech. Používá se pro přenos hlasových a video signálů, přenosu počítačových dat a pro odesílání informací na velké vzdálenosti.
Optická vlákna se používají k výrobě endoskopů, které umožňují lékařům prohlížet uvnitř lidského těla a provádět chirurgický zákrok bez nutnosti invazivních skalpelových postupů. Velká jádro vlákna mohou nést laserovou energii, aby usnadnily odstranění tetování, čištění historických památek a napájení laserových obranných systémů.
Distribuované snímání optických vláken (DFOS) umožňuje, aby se jako snímací zařízení použilo celou délku optického vlákna. Struktury, jako jsou palivové potrubí, mosty a křídla letadel, mohou mít do nich vložena optická vlákna, aby se detekovaly takové parametry, jako je napětí, teplota nebo zvuk a pomáhají zajistit jejich strukturální integritu.
