Bagaimana kabel komunikasi gentian optik benar -benar berfungsi?
Pada yang paling asas, kabel serat optik komunikasi terdiri daripada helai kaca, seperti benang, mengenai diameter rambut manusia, masing -masing boleh menghantar mesej yang dimodulasi ke gelombang cahaya pada kelajuan cahaya. Mereka menawarkan jalur lebar yang lebih besar daripada kabel dawai tembaga dan telah menjadi pilihan untuk memenuhi tuntutan umur Internet di mana sejumlah besar data (contohnya, aplikasi streaming) mesti diedarkan kepada beribu-ribu pelanggan, batu jauhnya dan segera. Kabel gentian optik bukan sahaja terdapat dalam sistem komunikasi, ia juga digunakan dalam rangkaian perindustrian, penderiaan, dan avionik.
Langkah pertama untuk memahami bagaimana kerja gentian optik adalah untuk memahami apa yang berlaku apabila anda menghantar cahaya melalui udara atau air. Perjalanan cahaya sebagai gelombang. Apabila ia melalui udara, gelombang kehilangan tenaga dan menjadi lebih tersebar. Hasilnya ialah rasuk cahaya semakin luas dan kurang sengit. Kehilangan intensiti ini dipanggil pelemahan.
Walau bagaimanapun, apabila cahaya memasuki air, ia tidak kehilangan tenaga. Sebaliknya, ia membungkuk di sekitar molekul air, menjadikannya lebih mudah untuk cahaya melewati. Air juga melambatkan halaju cahaya dengan faktor 1/v2 di mana V adalah kelajuan cahaya di dalam air. Ini bermakna bahawa cahaya yang bergerak melalui air akan bergerak lebih jauh daripada jika ia bergerak melalui udara. Serat optik menggunakan prinsip -prinsip ini untuk membawa data dari satu titik ke yang lain.
Kebanyakan serat optik yang digunakan hari ini terdiri daripada helai kaca (teras) yang diperbuat daripada silika tulen yang dikelilingi oleh bahan pelapisan yang diperbuat daripada silika doped. Inti sangat kecil sehingga hanya satu sinar cahaya pada panjang gelombang tertentu yang dapat bergerak hingga akhir. Ini dipanggil gentian mod tunggal. Dalam reka bentuk ini, lapisan pelapisan mempunyai indeks biasan yang lebih rendah dan bertindak seperti cermin untuk mengekalkan mod di dalam teras. Fenomena ini dikenali sebagai keseluruhan refleksi dalaman.
Prestasi gentian optik bergantung pada seberapa baik mereka dapat menyampaikan cahaya. Salah satu cara untuk mengukur ini adalah dengan mengukur kehilangan pulangan (juga disebut kehilangan sisipan) serat. Kerugian pulangan ditakrifkan sebagai nisbah antara kuasa dalam arah hadapan dan kuasa dalam arah sebaliknya. Sekiranya kerugian pulangan adalah tinggi, lebih banyak cahaya akan hilang ketika mengembara melalui serat daripada jika kerugian pulangan rendah.
Kelebihan kabel gentian optik
Serat optik mempunyai banyak kelebihan berbanding wayar tembaga tradisional:
1. Prestasi penghantaran kelajuan tinggi
Media serat optik menghantar isyarat melalui denyutan foton, dan kadar penghantarannya dapat mencapai seribu kali dari kabel tembaga (biasanya 100+ Gbps), yang sangat sesuai untuk senario aplikasi dengan keperluan masa nyata yang ketat seperti penyebaran media 4K/8K. Serat optik tunggal-mod telah mencapai kadar penghantaran terobosan 1 petabit/s dalam persekitaran makmal.
2. Kapasiti jalur lebar yang besar
Terima kasih kepada aplikasi matang teknologi multiplexing bahagian panjang gelombang (WDM), serat optik tunggal secara serentak boleh membawa isyarat optik panjang gelombang yang berbeza seperti C-band (1530-1565 nm) dan L-band (1565-1625 nm). Melalui teknologi multiplexing panjang gelombang (DWDM) yang padat, lebih daripada 96 saluran transmisi selari serat tunggal dapat dicapai, secara teorinya mencapai beratus-ratus kapasiti jalur lebar peringkat TBPS.
3. Ciri-ciri penghantaran kehilangan rendah
Serat optik kuarza mempunyai pekali pelemahan 0. 2dB/km dalam tetingkap 1550nm. Dengan teknologi penguat serat erbium-doped (EDFA), ia dapat mencapai jarak penghantaran bebas relay lebih dari 100km. Sebagai perbandingan, kehilangan kabel tembaga CAT6A ialah 21.3dB setiap 100 meter pada 100MHz.
4. Ciri -ciri imuniti electromagnet
Serat optik menggunakan struktur gelombang dielektrik SIO₂ untuk menghantar isyarat, yang secara asasnya mengelakkan masalah gangguan elektromagnet (EMI) dan gangguan frekuensi radio (RFI) yang dihadapi oleh kabel tembaga. Ciri ini menjadikannya tidak boleh digantikan untuk pendawaian dalam persekitaran elektromagnet yang kuat seperti pencawang voltan tinggi (lebih besar daripada atau sama dengan 500kV) dan bilik peralatan MRI perubatan.
5. Mekanisme Keselamatan Pengawal
Risiko kebocoran maklumat sistem serat optik terutamanya wujud dalam peralatan penamatan. Tiada radiasi elektromagnet semasa penghantaran. Teknologi OTDR boleh memantau anomali kehilangan optik pada tahap 0. 01db dalam masa nyata. Menurut standard NIST SP 800-53, keselamatan lapisan fizikal saluran serat optik mencapai tahap perlindungan Kelas III, yang jauh melebihi tahap Kelas I kabel tembaga.
Jenis kabel serat optik komunikasi
Terdapat 2 jenis serat asas, mod tunggal dan multimode. Serat optik satu mod adalah lebih kecil dalam diameter teras (8. {3}} mikron) dan memegang kelebihan dari segi lebar jalur dan mencapai jarak yang lebih jauh, manakala serat optik multimode mempunyai diameter teras yang lebih besar (50 mikron atau lebih besar)
Teknologi serat optik digunakan dalam banyak cara hari ini. Ia digunakan untuk menghantar isyarat suara dan video, membawa data komputer, dan untuk menghantar maklumat sepanjang jarak jauh.
Serat optik digunakan untuk mengeluarkan endoskop yang membolehkan doktor melihat di dalam tubuh manusia dan melakukan pembedahan tanpa memerlukan prosedur pisau invasif. Serat teras besar boleh membawa tenaga laser untuk memudahkan penyingkiran tatu, pembersihan monumen sejarah, dan kuasa sistem pertahanan yang diarahkan laser.
Penginderaan serat optik yang diedarkan (DFOS) membolehkan keseluruhan panjang serat optik digunakan sebagai peranti penderiaan. Struktur seperti saluran paip bahan api, jambatan, dan sayap pesawat boleh mempunyai gentian optik yang tertanam ke dalamnya untuk mengesan parameter tersebut sebagai ketegangan, suhu atau bunyi dan membantu memastikan integriti struktur mereka.
