La invento de optika fibro pelis la revolucion en la kampo de komunikado. Se ne ekzistas optika fibro por provizi altrapidajn altrapidajn kanalojn, la interreto nur povas resti en la teoria stadio. Se la 20a jarcento estis la epoko de elektro, tiam la 21a jarcento estas la epoko de lumo. Kiel lumo atingas komunikadon? Ni lernu la bazan scion pri optika komunikado kune kun la redaktoro sube.
Parto 1. Baza scio pri malpeza disvastigo
Komprenante malpezajn ondojn
Lumaj ondoj estas fakte elektromagnetaj ondoj, kaj en libera spaco, la ondolongo kaj ofteco de elektromagnetaj ondoj estas inverse proporciaj. La produkto de la du egalas al la rapideco de lumo, tio estas:
Aranĝu la ondolongojn aŭ frekvencojn de elektromagnetaj ondoj por formi elektromagnetan spektron. Laŭ la malsamaj ondolongoj aŭ frekvencoj, elektromagnetaj ondoj povas esti dividitaj en radia regiono, ultraviola regiono, videbla luma regiono, infraruĝa regiono, mikroonda regiono, radio -ondo -regiono kaj longa ondo -regiono. La bandoj uzataj por komunikado estas ĉefe la infraruĝa regiono, mikroonda regiono kaj radio -ondo -regiono. La sekva bildo helpos vin kompreni la dividadon de komunikaj bandoj kaj respondajn disvastigajn rimedojn en minutoj.
La ĉefrolulo de ĉi tiu artikolo, "Fibra Optika Komunikado", uzas malpezajn ondojn en la infraruĝa bando. Kiam temas pri ĉi tiu punkto, homoj eble scivolas, kial ĝi devas esti en la infraruĝa bando? Ĉi tiu afero rilatas al la optika transdona perdo de optikaj fibraj materialoj, nome silica vitro. Tuj poste, ni bezonas kompreni kiel optikaj fibroj transdonas lumon.
Refrakto, reflekto, kaj totala reflekto de lumo
Kiam lumo estas elsendita de unu substanco al alia, refrakto kaj reflekto okazas ĉe la interfaco inter la du substancoj, kaj la angulo de refrakto pliiĝas kun la angulo de la incidenta lumo. Kiel montrite en Figuro ① → ②. Kiam la incidenta angulo atingas aŭ superas certan angulon, la refraktita lumo malaperas kaj la tuta incidenta lumo estas reflektita, kio estas la tuta reflekto de lumo, kiel montras ② → ③ en la sekva figuro.
Malsamaj materialoj havas malsamajn refraktajn indicojn, do la rapideco de malpeza disvastigo varias en malsamaj rimedoj. La refrakta indekso estas reprezentita de n, n = c/v, kie c estas la rapideco en vakuo kaj v estas la disvastiga rapideco en la mezo. Mezo kun pli alta refrakta indekso estas nomata optike densa rimedo, dum mediumo kun pli malalta refrakta indekso estas nomata optike malabunda. La du kondiĉoj por ke totala reflektado okazu estas:
1. Transdono de optike densa meza ĝis optike malabunda meza
2. La incidenta angulo estas pli granda aŭ egala al la kritika angulo de totala reflekto
Por eviti optikan signalan filtradon kaj redukti transdonan perdon, optika transdono en optikaj fibroj okazas sub totalaj reflektaj kondiĉoj.
Parto 2. Enkonduko al Optika Propagado -Amaskomunikilaro (Fibra Optika)
Kun la baza scio pri totala reflekta lumo -disvastigo, estas facile kompreni la projektan strukturon de optikaj fibroj. La nuda fibro de optika fibro estas dividita en tri tavolojn: la unua tavolo estas la kerno, kiu situas ĉe la centro de la fibro kaj estas kunmetita de alta pureca silicia dioksido, ankaŭ konata kiel vitro. La kerna diametro estas ĝenerale 9-10 mikronoj (unu-reĝima), 50 aŭ 62,5 mikronoj (multi-reĝimo). La fibra kerno havas altan refraktan indekson kaj estas uzata por transdoni lumon. Dua tavolo kovrita: situanta ĉirkaŭ la fibra kerno, ankaŭ kunmetita de silika vitro (kun diametro de ĝenerale 125 mikronoj). La refrakta indekso de la tegaĵo estas malalta, formante totalan reflektan kondiĉon kune kun la fibra kerno. La tria revesta tavolo: la ekstera tavolo estas plifortigita rezina revestiĝo. La protekta tavola materialo havas altan forton kaj povas rezisti grandajn efikojn, protektante la optikan fibron kontraŭ akva vaporo -erozio kaj mekanika abrasio.
Fibra optika transdona perdo estas tre grava faktoro influanta la kvaliton de fibra optika komunikado. La ĉefaj faktoroj kaŭzantaj mildigon de optikaj signaloj inkluzivas absorban perdon de materialoj, disvastigan perdon dum transdono, kaj aliajn perdojn kaŭzitajn de faktoroj kiel fibro -fleksado, kunpremo kaj enŝovado.
La ondolongo de lumo estas malsama, kaj la transdona perdo en optikaj fibroj ankaŭ malsimilas. Por minimumigi la perdon kaj certigi la transdonan efikon, sciencistoj kompromitis trovi la plej taŭgan lumon. La lumo en la ondolonga gamo de 1260nm ~ 1360nm havas la plej malgrandan signalan distordon kaŭzitan de disvastiĝo kaj la plej malalta absorba perdo. En la fruaj tagoj, ĉi tiu ondolonga gamo estis adoptita kiel la optika komunikada bando. Poste, post longa periodo de esplorado kaj praktiko, spertuloj iom post iom resumis malaltan perdan ondolongan gamon (1260nm ~ 1625nm), kiu plej taŭgas por transdono en optikaj fibroj. Do la lumaj ondoj uzataj en fibra optika komunikado estas ĝenerale en la infraruĝa bando.
Multimoda optika fibro: Transdonas multoblajn modojn, sed la granda inter modala disvastiĝo limigas la oftecon de transdono de ciferecaj signaloj, kaj ĉi tiu limigo fariĝas pli severa kun kreskanta transdona distanco. Tial la distanco de multimoda fibra optika transdono estas relative mallonga, kutime nur kelkaj kilometroj.
Ununura reĝima fibro: Kun tre malgranda fibro -diametro, teorie nur unu reĝimo povas esti transdonita, igante ĝin taŭga por fora komunikado.
| Kompara ero | Multimoda fibro | Ununura reĝima fibro |
| Fibra optika kosto | Alta kosto | Malalta kosto |
| Transdonaj ekipaĵpostuloj | postuloj de malaltaj ekipaĵoj, malaltaj ekipaĵaj kostoj | Postuloj pri Alta Ekipaĵo, Altaj Lumfontaj Postuloj |
| Atenuado | Alta | Malalta |
| Transdona ondolongo: 850nm-1300nm | 1260nm-1640nm | |
| Oportune uzi | pli granda kerna diametro, facile uzebla | pli kompleksa rilato por uzo |
| Transdona distanco | Loka Reto | |
| (malpli ol 2 km) | Alira Reto | Meza ĝis longdistanca reto |
| (Pli ol 200km) | ||
| Bandwidth | Limigita larĝa bando | Preskaŭ senlima larĝa bando |
| Konkludo | Fibra optiko estas pli multekosta, sed la relativa kosto de reta aktivado estas pli malalta | Pli alta rendimento, sed pli alta kosto de establado de reto |
Parto 3. Laboranta Principo de Fibra Optika Komunika Sistemo
La komunikaj produktoj ofte uzataj, kiel poŝtelefonoj kaj komputiloj, transdonas informojn en formo de elektraj signaloj. Kiam vi faras optikan komunikadon, la unua paŝo estas konverti elektrajn signalojn en optikajn signalojn, transdoni ilin per fibraj optikaj kabloj kaj poste konverti la optikajn signalojn en elektrajn signalojn por atingi la celon de informa transdono. La baza optika komunikada sistemo konsistas el optika dissendilo, optika ricevilo kaj fibra optika cirkvito por elsendi lumon. Por certigi la kvaliton de longdistanca signal-transdono kaj plibonigi transmisian larĝan bandon, optikaj ripetiloj kaj multiplexiloj estas ĝenerale uzataj.
Malsupre estas mallonga enkonduko al la funkcia principo de ĉiu ero en la fibra optika komunikada sistemo.
Optika dissendilo:Konvertas elektrajn signalojn en optikajn signalojn, ĉefe kunmetitajn de signalaj modulatoroj kaj lumfontoj.
Signal Multiplexor:Paroj multoblaj optikaj portantaj signaloj de malsamaj ondolongoj en la saman optikan fibron por transdono, atingante la efikon de duobligado de transdona kapablo.
Optika ripetilo:Dum transdono, la ondo -formo kaj intenseco de la signalo difektiĝos, do necesas restarigi la ondformon al la bonorda ondo -formo de la originalo kaj pliigi la luman intensecon.
Signal demultiplexer:Malkomponi la multiplexitan signalon en ĝiajn originalajn individuajn signalojn.
Optika ricevilo:Konvertas la ricevitan optikan signalon en elektran signalon, ĉefe kunmetitan de fotodetektilo kaj demodulatoro.
Parto 4. Avantaĝoj kaj Aplikoj de Optika Komunikado
Avantaĝoj de optika komunikado:
1. Longa relajta distanco, ekonomia kaj ŝparado de energio
Supozante la transdonon de 10 Gbps (10 miliardoj 0 aŭ 1 signaloj por dua) de informoj, se oni uzas elektran komunikadon, la signalo devas esti elsendita kaj alĝustigita ĉiun kelkajn cent metrojn. Kompare kun ĉi tio, uzi optikan komunikadon povas atingi relajan distancon de pli ol 100 kilometroj. Ju malpli da fojoj la signalo estas ĝustigita, des pli malalta estas la kosto. Aliflanke, la materialo de optika fibro estas silicia dioksido, kiu havas abundajn rezervojn kaj multe pli malaltan koston ol kupra drato. Tial optika komunikado havas ekonomian kaj energian ŝparan efikon.
2. Rapida Informa Transdono kaj Alta Komunika Kvalito
Ekzemple, nun parolante kun amikoj eksterlande aŭ babilante interrete, la sono ne estas tiel malfrua kiel antaŭe. En la epoko de telekomunikado, internacia komunikado ĉefe dependas de artefaritaj satelitoj kiel relajsoj por transdono, rezultigante pli longajn transsendajn vojojn kaj pli malrapidan signalan alvenon. Kaj optika komunikado, helpe de submaraj kabloj, mallongigas la transdonan distancon, igante informon transdono pli rapide. Tial uzi optikan komunikadon povas atingi pli mildan komunikadon kun eksterlandoj.
3. Forta kontraŭinterfera kapablo kaj bona konfidenco
Elektra komunikado povas sperti erarojn pro elektromagneta enmiksiĝo, kaŭzante malpliiĝon de komunikada kvalito. Tamen optika komunikado ne influas elektran bruon, igante ĝin pli sekura kaj pli fidinda. Kaj pro la principo de totala pripensado, la signalo estas tute limigita al la optika fibro por transdono, do la konfidenco estas bona.
4. Granda Transdona Kapacito
Ĝenerale, elektra komunikado nur povas transdoni 10gbps (10 miliardoj 0 aŭ 1 signaloj por dua) de informoj, dum optika komunikado povas transdoni 1TBPS (1 biliono 0 aŭ 1 signaloj) de informoj.
Estas multaj avantaĝoj al optika komunikado, kaj ĝi integriĝis en ĉiuj anguloj de niaj vivoj ekde ĝia disvolviĝo. Aparatoj kiel poŝtelefonoj, komputiloj kaj IP -telefonoj, kiuj uzas interreton, konektas ĉiujn al sia regiono, la tuta lando kaj eĉ al la tutmonda komunikada reto. Ekzemple, signaloj elsenditaj de komputiloj kaj poŝtelefonoj kolektiĝas ĉe stacidomoj de lokaj komunikaj operacioj kaj retaj provizantaj ekipaĵoj, kaj tiam estas transdonitaj al diversaj mondopartoj per fibraj optikaj kabloj en submaraj kabloj.
La realigo de ĉiutagaj agadoj kiel videollamoj, interreta butikumado, videoludoj kaj binge spektante ĉiujn fidi ĝian subtenon kaj helpon malantaŭ la scenoj. La apero de optikaj retoj igis niajn vivojn pli komfortaj kaj oportunaj.
Afiŝotempo: mar-31-2025
