Zuntz optikoaren oinarrizko ezagutza

Zuntz optikoaren asmakizunak iraultza bultzatu du komunikazio arloan. Abiadura handiko kanalak emateko gaitasun handiko zuntz optikoa ez badago, Internet fase teorikoan bakarrik egon daiteke. Mendea elektrizitatearen aroa izan bazen, orduan XXI. Mendea argiaren aroa da. Nola lortzen du argiak komunikazioa? Ikasi dezagun komunikazio optikoaren oinarrizko ezagutza beheko editorearekin batera.

1. zatia. Argiaren hedapenaren oinarrizko ezagutza

Argi uhinak ulertzea
Argi uhinak uhin elektromagnetikoak dira, eta espazio librean, uhin elektromagnetikoen uhin-luzera eta maiztasuna alderantziz proportzionalak dira. Biren produktua argiaren abiaduraren berdina da, hau da:

Antolatu uhin elektromagnetikoen uhin-luzerak edo maiztasunak espektro elektromagnetikoa osatzeko. Uhin-luzera edo maiztasun desberdinen arabera, uhin elektromagnetikoak erradiazio eskualdean, eskualde ultramoreetan, ikusgai dagoen eskualdeetan, eskualde infragorria, mikrouhin eskualdea, irrati uhinen eskualdea eta uhin luzeko eskualdea eta uhin luzeko eskualdeak banatu daitezke. Komunikaziorako erabilitako bandak infragorria, mikrouhin eskualdea eta irrati uhinen eskualdea dira batez ere. Hurrengo irudiak komunikazio bandak eta dagokion hedapen komunikabideen banaketa ulertzen lagunduko dizu minututan.

Artikulu honen protagonista, "Zuntz optikoko komunikazioa", uhin arinak erabiltzen ditu infragorriko bandan. Puntu honi dagokionez, jendeak zergatik izan behar du infragorria? Ale hau zuntz optikoko materialen transmisio optikoarekin lotuta dago, hots, silizea beira. Ondoren, zuntz optikoek argia nola transmititzen duten ulertu behar dugu.

Errefrakzioa, hausnarketa eta argiaren isla guztira

Argia substantzia batetik bestera igortzen denean, errefrakzioa eta hausnarketa bi substantzien arteko interfazean gertatzen dira, eta errefrakzio angelua gertakariaren argiaren angeluarekin handitzen da. ① → → irudian ikusten den bezala. Gorabeheraren angelua nolabaiteko angelua gainditzen denean, errefrakako argia desagertzen da eta gertakariaren argi guztia islatzen da, hau da, argiaren isla, ② → ③ hurrengo irudian ikusten den bezala.

Material ezberdinek errefrakzio indize desberdinak dituzte, beraz, argiaren hedapenaren abiadura aldatu egiten da euskarri desberdinetan. Errefrakzio indizea N, n = c / v-k ordezkatuta dago, non C bada hutsunea eta V bitartekotasuna da hedapen abiadura ertainean. Errefrakzio-indize altuagoa duen euskarria optikoki trinkoa deritzo. Gertatu beharreko hausnarketa osorako bi baldintzak hauek dira:
1. Transmisioa euskarri optikoki trinkoa eta optikoki urria
2. Gorabeheraren angelua hausnarketa osoaren angelu kritikoaren berdina edo berdina da
Seinale optikoko ihesa ekiditeko eta transmisio galera murrizteko, transmisio optikoa zuntz optikoetan gertatzen da hausnarketa baldintzetan.

2. zatia. Propagazio optikoko komunikabideetarako sarrera (Zuntz Optikoa)

Zuntz optikoko egitura

Hausnarketa-argiaren hedapenaren oinarrizko ezagutzarekin, zuntz optikoen diseinu egitura ulertzea erraza da. Zuntz optikoaren zuntz biluzia hiru geruzatan banatuta dago: lehen geruza da zuntzaren erdian dagoena, eta purutasun handiko silizio dioxidoz osatuta dago, beira ere ezagutzen da. Core diametroa, oro har, 9-10 mikra (modu bakarrekoa), 50 edo 62,5 mikro (modu anitzekoa) da. Zuntz-muinak errefrakzio indize handia du eta argia transmititzeko erabiltzen da. Bigarren geruza estaldura: zuntzezko nukleoaren inguruan kokatuta dago, silize beiraz osatuta (orokorrean 125 mikroen diametroa). Estalduraren errefrakzio indizea baxua da, guztizko hausnarketa egoera osatzen dute zuntz nukleoarekin batera. Hirugarren estaldura geruza: kanpoko geruza erretxina estaldura sendotua da. Babes geruzaren materialak indar handia du eta eragin handiak jasan ditzake, zuntz optikoa ur lurrunaren higaduraren eta urradura mekanikoetatik babestuz.

Transmisio galera optikoa

Zuntz optikoaren transmisio galera oso faktore garrantzitsua da zuntz optikoko komunikazio kalitateari eragiten diona. Seinale optikoen arintzeak eragiten dituen faktore nagusiek materialen galera galtzea, transmisioan zehar sakabanatzea eta zuntz tolesturak, konpresioa eta atrakatzeko galerak eragindako beste galerak dira.

Argiaren uhin luzera desberdina da eta zuntz optikoetan transmisio galera ere ezberdina da. Galera minimizatzeko eta transmisio-efektua bermatzeko, zientzialariek konpromisoa hartu dute argi egokiena aurkitzeko. 1260nm ~ 1360NM uhin-luzera duten argiztapenak sakabanaketa eta xurgapen txikienak eragindako seinaleen distortsio txikiena du. Hasierako egunetan, uhin-luzera hori komunikazio optikoko banda gisa hartu zen. Geroago, esplorazio eta praktika luzearen ondoren, adituek pixkanaka galera baxuko uhin-luzera (1260nm ~ 1625nm), zuntz optikoetan transmititzeko egokiena da. Beraz, zuntz optikoko komunikazioan erabiltzen diren uhin argiak, oro har, infragorriko bandan daude.

Zuntz optikoko sailkapena

Kolore anitzeko zuntz optikoa: hainbat modu transmititzen ditu, baina Dispertsio modalitate handiak seinale digitalak transmititzeko maiztasuna mugatzen du eta muga hori larriagoa bihurtzen da transmisio distantzia handituz. Beraz, multimode zuntz optikoaren transmisioaren distantzia nahiko laburra da, normalean kilometro gutxira.
Modu bakarreko zuntzak: zuntz oso txikiko diametroa du, teorikoki modu bakarra transmititu daiteke, urruneko komunikaziorako egokia izan dadin.

3. zatia. Zuntz optikoko komunikazio sistemaren funtzionamendu printzipioa

Zuntz optikoko komunikazio sistema

Komunikazio produktuak normalean erabiltzen diren komunikazio produktuak, hala nola telefono mugikorrak eta ordenagailuak, informazioa seinale elektrikoen moduan transmititzen dira. Komunikazio optikoa zuzentzerakoan, seinale elektrikoak seinale optikoetan bihurtzea da, zuntz optikoko kable bidez transmititzea eta, ondoren, seinale optikoak seinale elektriko bihurtzen dira informazioaren transmisioaren helburua lortzeko. Oinarrizko komunikazio sistema optikoa igorgailu optikoa, hartzaile optikoa eta argia igortzeko zuntz optikoko zirkuitua osatzen dute. Distantzia luzeko seinaleen transmisioaren kalitatea ziurtatzeko eta transmisio banda zabalera hobetzeko, errepikatzaile optikoak eta multiplexatzaileak erabiltzen dira orokorrean.

Jarraian, osagai bakoitzaren funtzionamendu printzipioaren sarrera laburra da zuntz optikoko komunikazio sisteman.

Igorle optikoa:Seinale elektrikoak seinale optiko bihurtzen ditu, batez ere seinale modulatzaile eta argi iturriez osatuta.

Seinale multiplexer:Bikoteak uhin-luzera desberdinetako garraiolari optikoko seinaleak transmisiorako zuntz optiko berean sartu ziren, transmisio ahalmena bikoiztea lortuz.

Errepikatzaile optikoa:Transmisioan, seinalearen uhin-forma eta intentsitatea okerrera egingo da, beraz, beharrezkoa da uhin-forma jatorrizko seinalearen uhin-forma txukunera berreskuratu eta argiaren intentsitatea handitzea.

Seinale demultiplexer:Deskonposatu multiplexatutako seinalea bere jatorrizko seinaleen arabera.

Hartzaile optikoa:Jasotako seinale optikoa seinale elektriko bihurtu da, batez ere fotodetoctor eta demodulatzaile batez osatua.

4. zatia. Komunikazio optikoaren abantailak eta aplikazioak

Komunikazio optikoaren abantailak:

1. Errele luzeko distantzia, ekonomikoa eta energia aurreztea
10 Gbps-en transmisioa (10 bilioi 0 edo 1 seinale segundoko) transmititzea, komunikazio elektrikoa erabiltzen bada, seinalea eman behar da eta ehunka metrora egokitu behar da. Honen aldean, komunikazio optikoa erabiltzeak 100 kilometro baino gehiagoko distantzia lor dezake. Zenbat eta denbora gutxiago seinalea egokitzen da, zenbat eta kostua txikiagoa izan. Bestalde, zuntz optikoaren materiala silizio dioxidoa da, erreserba ugariak eta kobrezko alanbreak baino kostu askoz txikiagoak ditu. Beraz, komunikazio optikoak efektu ekonomikoa eta energia aurreztea du.

2. Informazioaren transmisio azkarra eta komunikazio kalitate handiko kalitatea

Adibidez, orain atzerrian lagunekin hitz egiten denean edo linean berriketan ari denean, soinua ez da lehen bezain laging. Telekomunikazio garaian, nazioarteko komunikazioa satelite artifizialetan oinarritzen da batez ere transmisiorako errelebo gisa, transmisio bide luzeagoak eta seinale motelagoa iristeko. Eta komunikazio optikoak, itsaspeko kableen laguntzarekin, transmisioaren distantzia laburtzen du, informazioaren transmisioa azkarrago egiten du. Hori dela eta, komunikazio optikoa erabiltzeak atzerrian komunikazio leunagoa lor dezake.

3. Interferentzia anti-gaitasun sendoa eta konfidentzialtasun ona

Komunikazio elektrikoak interferentzia elektromagnetikoengatik akatsak izan ditzake, komunikazioaren kalitatea gutxitzea eragin dezake. Hala ere, komunikazio optikoa ez da zarata elektrikorik eragiten, seguruagoa eta fidagarriagoa bihurtuz. Eta hausnarketa osoaren printzipioa dela eta, seinalea erabat mugatzen da transmisiorako zuntz optikora, beraz, konfidentzialtasuna ona da.

4. Transmisio ahalmen handia
Orokorrean, komunikazio elektrikoak 10Gbps (10 bilioi edo 1 seinale segundoko) soilik transmititu ditzake, komunikazio optikoak 1TBPS (1 bilioi edo 1 seinale) transmititu ditzakeen informazioaren informazioa.

Komunikazio optikoaren aplikazioa

Komunikazio optikoarentzako abantaila ugari daude, eta garatu zenetik gure bizitzako txoko guztietan integratu da. Internet erabiltzen duten telefono mugikorrak, ordenagailuak eta IP telefonoak, Interneten erabiltzen dutenak, herrialde osora, herrialde osora eta baita komunikazio sare globalera ere. Adibidez, ordenagailuek eta telefono mugikorrek emandako seinaleak tokiko komunikazio operadore base geltokietan eta sareko hornitzaileen ekipamenduan biltzen dira, eta munduko hainbat lekutara igortzen dira itsaspeko kableetan zuntz optikoen kable bidez.

Eguneroko jarduerak gauzatzea, hala nola bideo-deiak, lineako erosketak, bideojokoak eta binge ikustea eszenatokien atzean laguntza eta laguntza. Sare optikoen sorrerak gure bizitza erosoago eta erosoago bihurtu du.