Vláknová optika: Ako funguje? Na čo sa používa? A ďalšie

Telekomunikácie alebo komunikácia na diaľku sú možné vďaka rôznym dostupným prenosovým vedeniam. Medzi najspoľahlivejšie patria optické vlákna. V tomto článku sa dozviete, ako fungujú optické vlákna , čo vám umožní používať internet a využívať mnoho ďalších výhod doma aj v kancelárii.

Optické vlákno

Optické vlákno je flexibilné vlákno obvykle vyrobené zo silikónu, aj keď existujú aj optické vlákna vyrobené z plastu. Je to veľmi jemný materiál s priemerom takmer ako vlasový prameň. Je priehľadný, schopný prenášať svetlo bez toho, aby frekvencia jednej farby skresľovala ostatné.

Vláknová optika sa ukázala ako potenciálna náhrada za koaxiálny kábel. Rovnako ako medený kábel, vlákno sa používa na prenos údajov medzi jeho dvoma koncami, pričom ako dopravný prostriedok používa svetlo.

Vláknová optika je dnes jedným z najpoužívanejších komunikačných mechanizmov. Je to spôsobené tým, že informácie môžu cestovať na dlhé vzdialenosti bez toho, aby potrebovali veľa alebo možno žiadne zosilňovače, aby sa signál nestratil. Má tiež šírku pásma alebo dátovú rýchlosť vyššiu ako medené káble.

Medzi ďalšie dôvody, prečo sa na výmenu medeného kábla používa vláknová optika, patrí aj to, že na kilometer cesty je menší útlm signálu. A ďalšou z jeho výhod je, že vláknová optika je odolná voči elektromagnetickému rušeniu, takže je prakticky nemožné narušiť bezpečnosť.

Rovnako je bežné nájsť vláknové optiky na osvetlenie. Je to spôsobené skutočnosťou, že v súčasnosti je prostredníctvom vlákna možné poskytnúť svetlo najvyššej intenzity zo všetkých foriem poskytovania umelého svetla.

Štruktúra optického vlákna je tvorená jadrom, ktorým je samotné vlákno, kam cestujú informácie. Jadro je pokryté povlakom, ktorý sa vyznačuje tým, že má nižší index odrazu ako jadro. Deje sa to so zámerom zabrániť lúču svetla cestujúcemu v jadre ho opustiť a stratiť informácie, to znamená, že je to spôsob, ako obmedziť informácie v jadre pomocou fenoménu odrazu.

Následne je podšívka obklopená plášťom a týmto plášťom z Kevlaru. A nakoniec kapucňa, zvyčajne žltá alebo oranžová, ktorá identifikuje typ vlákna. Oba slúžia na ochranu vlákien a mechanickú tuhosť, pretože inak by bolo vlákno extrémne krehké, dokonca viac, ako už je.

V rámci optického vlákna je možné odoslať viac ako jeden svetelný lúč, pretože existujú rôzne cesty alebo možné spôsoby, ako to dosiahnuť. Tento typ optických vlákien sa nazýva multimode a jeho názov pochádza z toho, čo má niekoľko režimov na súčasné vysielanie svetelných lúčov. Namiesto toho jednovidové vlákno používa na prenos svetelného lúča jednu lineárnu dráhu. Fyzicky sa zvyčajne odlišujú farbou kapucne, spravidla sú oranžové pre multimódové a žlté pre singlemódové.

Pri spájaní optického vlákna je dôležité mať na pamäti, že jeho zarovnanie medzi jadrami musí byť mimoriadne presné, pretože inak by došlo k stratám v dôsledku falošného spojenia. To znamená, že spoje medzi optickými vláknami sú zložitejšie ako spoje používané v bežných medených kábloch.

História optických vlákien

Vo vláknovej optike existujú dva základné prvky, ktoré predstavili pokrok v dosiahnutí technológie, ktorú dnes poznáme, pokiaľ ide o prenos údajov svetlom. Týmito prvkami sú optické vlákno a svetlo, ktoré v ňom cestuje. V tomto segmente sa budeme venovať histórii optických vlákien a tomu, ako sa v priebehu času vyvíjala.

V starovekom Grécku sa slnečné svetlo odrážajúce sa od zrkadiel používalo na odosielanie správ alebo na prekážanie videnia vašich nepriateľov. Ten istý systém použil Claude Chappe v roku 1792 na aplikáciu optickej telegrafie pomocou veží a zrkadiel, ktoré boli rozložené na 200 km. Podarilo sa mu odoslať správu v rekordnom čase po dobu 16 minút.

V roku 1910 Demetrius Hondros a Peter Debye ako prví implementovali zachytávanie svetla do sklenených káblov. Je zvláštne, že tento experiment trval tak dlho, pretože do roku 1820 rovnice, ktoré zakladali tento jav, už existovali.

Tento princíp sa nazýva obmedzenie svetla lomom. Nezabudnite, že lom svetla je jav, ktorý spôsobuje, že lúč svetla zmení smer, keď sa zmení z jedného prenosového vedenia na druhé, ktoré majú rôzne indexy lomu, pretože majú rôznu hustotu.

V štyridsiatych rokoch 1840. storočia dokázali Jean-Daniel Collado a Jacques Babinet tento princíp dokázať. Podobne v roku 1870 John Tyndall zistil, že svetlo môže cestovať vo vode a že sa svetlo v tomto médiu láme. Tieto prvé kroky umožnili vykonať štúdie, ktoré by potvrdili potenciál kryštálu ako materiálu par excellence na prenos svetla na dlhé vzdialenosti. Spočiatku bola jeho aplikácia na osvetlenie vodných fontán.

Neskôr John Logie, škótsky inžinier, patentoval elektromechanický systém pre farebnú televíziu, ktorý používal tyče vyrobené zo skla, ktoré prepúšťalo svetlo. Tento systém nebol veľmi úspešný kvôli útlmu, ktorý mal, kvôli materiálom a technikám, ktoré aplikoval, takže nebolo možné, aby svetlo cestovalo na veľké vzdialenosti. Ich systém tiež nemal optické spojky.

V roku 1952 vďaka predchádzajúcim štúdiám, ktoré vykonal John Tyndall, dokázal fyzik Narinder Singh Kapany vynález optického vlákna. Treba poznamenať, že to bolo v päťdesiatych rokoch minulého storočia, keď sa výskum optických vlákien prehĺbil. V skutočnosti v roku 1950 Basil Hirschovitz vyrobil polopružný endoskop využívajúci vláknovú optiku. Podarilo sa mu odoslať obrázky a tento endoskop je pohodlnejším nástrojom pre operácie.

Michiganská univerzita navrhuje vo svojej verzii semi-flexibilného endoskopu použitie materiálu s nižším indexom lomu ako jadro, namiesto použitia olejov alebo vosku, ako sa predtým používalo. Okrem toho sa vyrábali aj oveľa tenšie vlákna optických vlákien, a to až do hrúbky vlasu. Po 9 metroch jazdy s týmto optickým vláknom však bolo svetlo zoslabené alebo stratené. Bol to Charles K. Kao, ktorý vo svojej doktorandskej práci prezentoval, že maximálny teoretický útlm, ktorý by optické vlákna mali mať, bol 20 decibelov, aby bola jeho aplikácia uskutočniteľná.

Charles K. Kao spolu s Georgeom Hockhamom opäť uviedli, že je možné vyrábať vlákna s vyšším percentom transparentnosti. Rovnako tak boli tí, ktorí navrhli používanie optických vlákien na prenos telefónnych správ namiesto toho, aby používali tých, o ktorých sa presvedčili, že sú medené káble a elektrina.

Bolo potrebné vylepšiť optické vlákno, ktoré malo v tejto chvíli útlm 100 dB / km, malú šírku pásma a veľkú mechanickú krehkosť. Aby sa to dosiahlo, bolo potrebné vykonať nepretržité a hĺbkové štúdie a vyšetrovania, ktoré umožnili určiť, že príčinou, pre ktorú bola taká úroveň straty svetla, boli vnútorné nečistoty, ktoré existovali v kremíku alebo skle.

Vďaka tomuto objavu sa začali vyrábať vlákna so znížením útlmu až o 20 dB / km a s väčšou šírkou pásma. Okrem toho boli jadrá hrubé 100 µm, ktoré boli potiahnuté Naylonovým drôtom, aby sa rešpektoval základ indexu lomu, ale ktoré by mohli poskytnúť aj väčšiu mechanickú tuhosť, čo znemožnilo pretrhnutie vlákna rukami.

Práca Kao a Hockmana slúžila ako základ výskumu, ktorý vykonali Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz a Frank Zimar, ktorí navrhli a vyrobili prvé optické vlákno s prímesami titánu. Tieto nečistoty boli zámerne začlenené do kremíka, aby sa zvýšila lomivosť vlákna. Toto vlákno umožňovalo cestovanie svetla v optickom vlákne s útlmom iba 17 dB / km. V tom istom desaťročí roku 1970 bolo možné vyrábať optické vlákna so stratami iba 0.5 dB / km.

Ďalší dôležitý pokrok v technológii prenosu svetelných údajov urobili fyzici Morton B. Panish a Izuo Hayashi, ktorí vyvinuli polovodičový laser, ktorý mohol pracovať nepretržite bez zvýšenia jeho teploty. John MacChesney a ďalší spolupracovníci spoločne vytvorili metódy prípravy vlákien.

Prvý telefónny prenos pomocou prenosovej linky uskutočnila 22. apríla 1977 severoamerická spoločnosť General Telephone and Electronics a dosiahol rýchlosť 6 Mbit / s.

V roku 1980 mali vlákna takú priehľadnosť, že mohli vysielať signály cez optické vlákno na dráhu až dvesto štyridsať kilometrov, než sa úplne stratili. Tieto vlákna vznikli, keď si vedci uvedomili, že čistý kremík bez akéhokoľvek kovu je možné vyrobiť iba pomocou nástrojov a komponentov, ktoré používajú paru. Tým sa zabránilo vzniku inherentných kontaminantov vo výrobnom procese.

Spoločnosť AT&T predložila svoj projekt systému optických vlákien vzdialeného približne 1980 kilometrov Federálnej komisii pre komunikáciu v roku XNUMX. Tento systém by prechádzal mestami Boston a Washington DC a spájal by ich. Po štyroch rokoch predstavenia tohto projektu začal systém fungovať. Tento kábel mal priemer desať palcov a bol schopný poskytnúť až osemdesiat tisíc hlasových kanálov na simultánne telefonické rozhovory.

Prvé optické vlákno, ktoré bolo nainštalované transkeaneicky, začalo fungovať v roku 1988, pričom priehľadnosť jeho jadra bola taká dokonalá, že bolo potrebné umiestniť optické zosilňovače iba každých štyridsať míľ. Následne bolo vytvorených viac spojení tohto typu a uskutočnené rozsiahlejšie výlety medzi mestami a kontinentmi.

Všetky tieto pokroky umožnili vláknovej optike naďalej zlepšovať jej transparentnosť a bolo ich možné použiť na komunikáciu na trhu, a to nielen na experimentálnej úrovni. V skutočnosti sa spoločnosti General Telefón a elektronika 22. apríla 1977 podarilo uskutočniť prvý úspešný telefónny prenos s rýchlosťou 6 Mbit / s s použitím vláknovej optiky ako prenosovej linky.

Proces výroby

Práve v Bell Laboratories boli vyvinuté nezávislé metódy výroby vláknových optík. Odtiaľ existujú štyri procesy výroby vláknovej optiky

MCVD (modifikovaná chemická depozícia pár)

Táto metóda bola pôvodne vyvinutá spoločnosťou Corning Glass a upravená spoločnosťou Bell Laboratories pre priemyselné aplikácie. Pozostávajú z čistej kremennej trubice, v ktorej sa zmieša oxid kremičitý s inými prvkami, aby sa dopoval prípravok. Táto trubica sa potom umiestni na rotujúci sústruh.

Následne sa pomocou vodíkového a kyslíkového horáka uvedie na teploty až 1600 stupňov Celzia. To sa robí otáčaním sústruhu, zatiaľ čo kremenná trubica je zahrievaná po celej dĺžke. V tomto mieste sa pridajú aditíva, ktoré prispejú k lepšiemu indexu lomu v jadre, na jednom konci trubice.

Následné vrstvy sú tiež zapracované kvôli nepretržitému podrobovaniu horáka. Táto technika umožňuje syntézu jadra. Potom sa horák uvedie na teplotu 1800 XNUMX stupňov Celzia, čo je teplota, ktorá umožňuje kremeňu zmäknúť a získať tak predlisok.

Predlisok sa týka sklenenej tyčinky alebo trubice, ktorá sa používa na výrobu optických vlákien. To znamená, že je to pevná rúrka, ktorá sa získa po tejto metóde. Jeho rozmery sú zvyčajne niečo málo cez 1 meter dlhé a 1 centimeter v priemere.

VAD (axiálne ukladanie pár)

Táto technika je založená na technike vyvinutej spoločnosťou Nippon Telephone and Telegraph. V Japonsku je široko používaný v spoločnostiach zaoberajúcich sa výrobou optických vlákien. Používa rovnaké základné materiály ako pri metóde MCVD. Líšia sa však v tom, že bolo umiestnené iba jadro. Teraz je navyše umiestnená aj podšívka

Preto je táto metóda v čase dopingu o niečo chúlostivejšia, pretože oxid germánium musí byť v jadre zabudovaný vo väčšom pomere ako v povlaku. Na túto výrobu sa používa softvér ako zásadný asistent pri určovaní parametrov.

Pri použití pomocnej sklenenej tyčinky alebo trubice sa začína proces predlisku. Táto pomocná trubica slúži ako podpera. Začína sa to tým, že sa rôzne materiály usporiadaným spôsobom začleňujú z konca valca, pričom sa získa porézny predlisok, ktorý sa pri raste oddeľuje od pomocnej sklenenej trubice.

Následne sa uskutoční proces zrútenia, ktorý spočíva v zvýšení teploty až na 1700 XNUMX stupňov Celzia, aby sa dosiahlo zmäknutie kremeňa. To sa robí z vnútorne dutého pórovitého predlisku do pevného, priehľadného valca.

Ak porovnáme túto metódu s predchádzajúcou, metóda VAD má výhodu v tom, že sa získajú predlisky väčšej dĺžky a väčšieho priemeru a tiež sa zníži vstup energie. Jeho nevýhodou však je, že vyžaduje oveľa sofistikovanejšie výrobné vybavenie.

OVD (depozícia vonkajších pár)

Túto metódu vyvinula spoločnosť Corning Glass Work. V tomto prípade vaša surovina začína keramickým substrátovým valcom a horákom. Parné chloridy sú umiestnené na oheň horáka a oheň ohrieva tyč. V tomto mieste sa vykonáva syntéza predlisku. Tento postup spočíva v sušení tyče plynným chlórom, aby sa neskôr proces zrútenia vykonal rovnakým spôsobom ako pri predchádzajúcej metóde. Takto sa syntetizuje jadro a jeho plášť a získa sa predlisok.

Jednou z výhod tejto metódy je, že je možné vyrábať optické vlákna s veľmi nízkym útlmom a dobrou kvalitou vďaka optimalizácii procesu sušenia. Táto optimalizácia umožňuje získať hladké profily bez dôležitej prstencovej štruktúry.

PCVD (plazmatická chemická depozícia pár)

Túto metódu vyvinula spoločnosť Philips v Holandsku. Rovnako je charakteristický svojimi hladkými profilmi a bez rozpoznateľnej prstencovej štruktúry. Princíp tohto základu je založený na oxidácii chloridu kremičitého a chloridu germánskeho. Zhrdzavením týchto chloridov sa dosiahne plazmový stav, po ktorom nasleduje dopingový proces interiéru.

Fáza naťahovania predlisku

Bez ohľadu na typ použitej metódy je medzi všetkými týmito procesmi bežné, že sa uskutočňuje proces naťahovania predliskov. Na dosiahnutie roztiahnutia predlisku je potrebné mať otvorenú rúrkovú pec. Predlisok je vložený do tejto rúry a je vystavený teplotám až 2000 XNUMX stupňov Celzia, aby sa predlisok zmäkčil a bolo možné s ním manipulovať.

Pri tomto procese sa dosiahne priemer optického vlákna a je nanajvýš dôležité udržiavať konštantné napätie, aby sa priemer po celej dĺžke optického vlákna nemenil. Spôsob, ako zaistiť, aby jadro nemalo také odchýlky vo svojom priemere, je udržiavať rovnomerné konštantné napätie. Okrem toho musí byť zaručená neprítomnosť konvekčných prúdov v rúre.

Rovnako tak je nanajvýš dôležité, aby keď sa predlisok opäť zmäkne, zabránilo sa vstupu činidiel, ktoré môžu kontaminovať alebo vytvárať mikrotrhlinky, ktoré by spôsobili stratu útlmu a dokonca zlomenie optického vlákna.

Počas tohto procesu sa k obrázku pridáva aj syntetický materiál, spravidla ide o viskózny polymér. Význam tohto polyméru je v tom, že umožňuje natiahnutie optického vlákna vyššou rýchlosťou. To vytvára okolo vlákna rovnomernú vrstvu bez nečistôt. Nakoniec sa táto ochrana suší a vytvrdzuje tepelnými procesmi alebo chemickými reakciami s použitím ultrafialového žiarenia.

Aplikácie z optických vlákien

Vlákno má pôsobivú všestrannosť, takže ho možno okrem iného použiť v digitálnej komunikácii, šperkoch, senzoroch, osvetlení, dekoráciách. Tu sú niektoré z najbežnejších aplikácií vláknových optík a ďalšie.

Komunikácia s optickými vláknami

Najväčší rozsah alebo rozsah použitia optických vlákien je pre telekomunikácie. Vďaka svojej flexibilite je možné zoskupiť niekoľko drôtov do káblov z optických vlákien. Vlákna na to sú zvyčajne vyrobené z plastu alebo skla a niekedy dokonca z oboch materiálov.

Senzory z optických vlákien

Senzory z optických vlákien je možné rozlišovať medzi vnútornými snímačmi a vonkajšími snímačmi. Vnútorné snímače označujú samotný obrázok ako snímač. Na druhej strane, vo vonkajších senzoroch je vlákno prostriedkom na prenos signálov, ktoré senzor vysiela, do systému, ktorý tieto signály spracováva.

Pretože v optických vláknach netečie elektrický prúd, majú oproti elektrickým senzorom výhodu. Aj vláknová priadza je sama o sebe vynikajúcim senzorom na meranie deformácií, teploty, atmosférického tlaku, vlhkosti, elektrických polí, magnetických polí, plynov, vibrácií a ďalších.

Ďalšia z aplikácií vláknových optík v aplikácii vodných mikrofónov na detekciu zemetrasení alebo vlnových aplikácií generovaných sonarom. Na tento účel bolo na vytvorenie hydrofónnych systémov použitých viac ako tisíc senzorov vyrobených z vláknových optík. Tento typ systému používa hlavne ropný priemysel a obranné organizácie a niektoré krajiny. Podobne spoločnosť Sennheiser z Nemecka vytvorila mikrofón, ktorý pracuje s laserovým svetlom a vláknovou optikou.

V tom istom zmysle sa v ropných vrtoch používajú senzory z optických vlákien, ktoré merajú teplotu a atmosférický tlak. Tieto typy senzorov sú schopné odolávať extrémnejším podmienkam v porovnaní so snímačmi vyrobenými z polovodičov.

V letectve existuje gyroskop vyrobený z optických vlákien, ako aj vodíkové mikrosenzory.

Tieto fotonické snímače vyrobené z optických vlákien spravidla obsahujú štyri základné časti, ktorými sú:

Senzor: je prevodník
Vyšetrovateľ: kto vysiela a prijíma signál prichádzajúci z optického vlákna.
Optický kábel: je to optické vlákno
Optické spojky, multiplexory, zosilňovače alebo prepínače: prvky, ktoré pomáhajú optickému a elektrickému systému spojiť sa bez straty signálu a sú schopné zvládnuť rôzne signály z rôznych zdrojov.

Prevádzka alebo fungovanie tohto systému začína generovaním optického signálu vytváraného vyšetrovateľom, aby sa vyžiadali informácie od prijímača. Táto informácia putuje optickým vláknom senzora. Keď pokračuje v meraní podmienok prostredia, ako sú plyny, atmosférický tlak, teplota a ďalšie faktory, dochádza k odchýlkam v intenzite svetla alebo je ovplyvnená jeho vlnová dĺžka, a preto dochádza k jeho zmene.

Táto zmena zmeny, buď vo vlnovej dĺžke, alebo v intenzite svetla, sa opäť vracia cez optické vlákno do dotazovača. Potom sa odhadne percento variácií týchto zmien. Použitím rôznych algoritmov a nástrojov, ako sú optoelektronické väzbové členy, je možné prevádzať optické signály na elektronické signály, takže elektrické systémy na koncoch môžu interpretovať informácie, ako napríklad riadiaci alebo zobrazovací systém, údaje v reálnom čase.

Podobne v závislosti od množstva dátového prenosu, ako napríklad tých, ktoré prechádzajú internetovou sieťou, môžu existovať optické multiplexory, optické prepínače, optické zosilňovače alebo rôzne optické spojky rovnakým spôsobom.

Podobne môžu byť systémy senzorov z optických vlákien klasifikované ako bodové alebo distribuované.

Systémy snímačov optických bodov

Tento typ systému používa distribuované senzory definované polohy v rámci senzorovej siete, ktoré umožňujú individuálne monitorovanie parametrov. Z tohto dôvodu bodové systémy umožňujú meranie viacerých parametrov súčasne. Na rozdiel od distribuovaných systémov môže monitorovanie bodového systému prejsť až 250 km.

Distribuované systémy optických senzorov

V tomto prípade merania a detekcie variácií optického parametra, ktoré dotazovač prijíma, pochádzajú z údajov získaných pozdĺž celého optického vlákna. To predstavuje výhodu, pretože je to zóna vlákien s optickými vláknami, ktorá sa používa ako prekladač systému. Distribuovaný optický systém môže pokryť dĺžku až 120 km.

Iluminación

Prvé aplikácie, ktoré mali vláknové optiky, boli práve osvetlenie priestorov. Aj dnes táto aplikácia pre vláknové optiky stále existuje. Dôvodom je skutočnosť, že optické vlákno umožňuje osvetlenie oblastí bez vytvárania tepla a bez rizika skratov, pretože optické vlákno je navrhnuté na prenos svetelných lúčov.

Úpravou frekvencie je dokonca možné zmeniť farbu osvetlenia. To je veľmi užitočné napríklad vtedy, ak sa v žiarovke používa osvetlenie, pretože je možné zmeniť farbu bez toho, aby ste museli meniť žiarovku.

Podobne je možné rozšíriť oblasti osvetlenia, pretože je možné umiestniť rôzne optické vlákna na viac miest pomocou jedného zdroja svetla.

Ďalšie využitie vláknovej optiky

Používa sa ako vlnovod pre svetelné lúče vyžarované zdravotníckymi alebo priemyselnými zariadeniami, ktoré vyžadujú osvetlenie oblastí, kde nie je priama alebo ľahko dostupná priamka.

Ako príklad môžeme použiť semi-flexibilný endoskop používaný v medicíne, ktorý používa vláknové optiky v spojení s šošovkami, aby dokázal vizualizovať vnútro orgánov bez nutnosti vysoko invazívnych operácií. V prípade odvetví kontrolovať zariadenia, ako sú turbíny.

V skutočnosti sa vláknová optika v súčasnosti používa ako ozdobný prvok, ako je to v prípade vianočných stromčekov, ktoré majú vo svojich vetvách optické vlákna, ktoré osvetľujú strom, a je tiež možné meniť ich farbu.

Ďalším príkladom použitia vo vláknových optikách je aplikácia v určitých budovách, ktoré zachytávajú prirodzené svetlo zo svojich striech a vďaka vláknovej optike sa toto svetlo môže šíriť do vnútorných priestorov budovy.

A nakoniec, dnes existuje zmes betónu a vláknovej optiky, ktorá má za následok priesvitný betón. Tento materiál vytvoril architekt Ron Losonczi a úžasné na tomto betóne je, že stále môže mať pevnosť betónu a navyše kvalitu vláknovej optiky na prenos svetla.

Charakteristiky optických vlákien

Optické vlákno je dielektrické prenosové vedenie, ktoré pracuje v rámci elektromagnetického spektra v optickom pásme. V tomto optickom pásme nájdeme farby, ale je tu aj blízke infračervené pásmo a infračervené pásmo. V optickom vlákne sa zvyčajne používa časť týchto frekvencií.

Každý prameň optických vlákien má v strede jadro vyrobené z plastu alebo skla, to znamená z oxidu kremičitého a germánia. Toto jadro má vysoký index lomu a je pokryté povlakom s nižším indexom lomu. Vďaka tomu svetlo prejde iba cez jadro a neunikne von. Je bežné, že táto poťahová vrstva je vyrobená z polyméru alebo plastu.

Tento rozdiel v indexoch lomu, ktoré musia existovať medzi jadrom a jeho plášťom, je spôsobený zásadami lomu svetla. Tento princíp uvádza, že keď povrch s určitým indexom lomu hraničí s iným povrchom s nižším indexom lomu, svetlo sa odrazí a čím väčší je rozdiel medzi týmito indexmi, tým väčší je uhol dopadu, takže dôjde k celkovému vnútornému odrazu .

V optickom vlákne svetlo poskakuje alebo sa odráža vo vnútri jadra a tieto odrazové uhly sú veľmi široké, takže sa dá prakticky predpokladať, že svetlo prechádza svojim stredom v priamke, čo mu umožňuje cestovať na veľké vzdialenosti bez blednutiu.

Výkon optických vlákien

Zákony optickej geometrie stanovujú činnosť a základné princípy činnosti optických vlákien. Optické vlákno je regulované predovšetkým zákonom lomu a má sa riadiť princípom úplného vnútorného odrazu.

Svetelné lúče sú prenášané jadrom optického vlákna, uviedol som rozdiel v indexoch lomu, tento lúč nemôže prejsť plášťom, ale v skutočnosti sa na ňom odráža a jadrom sa ďalej šíri.

Ďalej si predstavíme výhody a nevýhody technológie optických vlákien.

Výhoda

Má veľmi veľkú šírku pásma, ktorá umožňuje veľmi vysoké prenosové rýchlosti
Je to minimalistická technológia, to znamená, že zaberá veľmi málo miesta.
Je ľahký, pretože váži iba niekoľko gramov na kilometer. Na rozdiel od elektrického kábla, ktorý môže dokonca vážiť 9 -krát viac ako vláknová optika.
Je úplne odolný voči elektromagnetickému znečisteniu. Má teda vyššiu kvalitu prenosu ako konvenčné vedenia, pretože nie je narušená napríklad vonkajšími skratmi alebo elektrickými búrkami.
Práve preto, že je vláknová optika odolná voči rušeniu, zaručuje vysokú úroveň informačnej bezpečnosti. Dôvodom je, že jediný spôsob, ako sa dostať dovnútra prenosového systému z optických vlákien, je oslabiť ho a dokonca ho prerušiť, aby bol ľahko zistiteľný.
Nevytvára interferenciu s inými systémami.
Nie je ovplyvnený parazitickými signálmi, takže v systémoch, ako je metro, kde existujú systémy, ktoré môžu ľahko rušiť komunikáciu, sa alternatívou par excellence stáva vláknová optika.
Jeho útlm je v porovnaní s bežnými káblami výrazne malý, takže je možné cestovať na dlhé vzdialenosti bez toho, aby bolo potrebné zahrnúť aktívne prvky, ako sú zosilňovače, na udržanie signálu.
V závislosti od materiálov, z ktorých sú plášť a kapucňa vyrobené, môže mať optické vlákno dobrú mechanickú odolnosť.
Je odolný voči korózii.
Má systém nazývaný optická reflektrometria, ktorý vám umožní ľahko zistiť slabé miesta alebo prerezané vlákna na trase.

Nevýhody

Pretože uvádzame všetky výhody optických vlákien, pristúpime k predstaveniu nevýhod tejto technológie v porovnaní s inými prenosovými vedeniami.

Vysoká krehkosť vlákien.
Vyžaduje drahšie prenosové a prijímacie zariadenie.
Spoje vyrobené z vláknovej optiky sú náročnejšie na prácu, najmä v teréne, takže opravy sú náročnejšie.
Pretože nemôže prenášať elektrickú energiu, nie je priamo kompatibilný s koncovými systémami, ktoré sú spravidla elektronické.
Nemôže prenášať veľmi vysoké sily.
Nemôže ukladať informácie opticky.
Ovplyvňujú ho vysoké alebo nízke teploty, takže plášť a povlak musia byť z materiálov odolných voči teplotám.
Vibrácie môžu správne ovplyvniť prenos údajov.

Druhy optických vlákien

V jadre optického vlákna existujú rôzne dráhy, ktorými môže svetelný lúč postupovať. Každá z týchto ciest sa nazýva režim šírenia. Optické vlákno možno rozdeliť na multimódové alebo singlemódové.

Multimode vlákno

Multimódové vlákno sa týka vlákna, v ktorom svetlo môže prechádzať viac ako jednou cestou alebo režimom. Jeden prameň multimódového vlákna môže mať až 1000 režimov šírenia svetelných lúčov. To znamená, že svetelné lúče neprichádzajú súčasne. Tento typ vlákna sa spravidla používa na krátke vzdialenosti, približne na vzdialenosti menej ako 2 kilometre.

Index lomu jadra viacvidového vlákna je o niečo vyšší ako index lomu plášťa. Okrem toho je hrúbka jadra viacrežimového vlákna väčšia ako hrúbka jednovidového vlákna, čo umožňuje jednoduchšie pripojenie, pretože nevyžaduje takú presnú presnosť.

Multimódové vlákno možno zase rozdeliť do dvoch foriem v závislosti od typu indexu lomu jeho jadra, ktorými sú:

Krokový index : V tomto prípade je index lomu konštantný pozdĺž celej dĺžky jadra, čo vedie k vysokej modálnej disperzii.

Stupňovitý index lomu : V tomto prípade je jadro vyrobené z rôznych materiálov, takže index lomu nie je konštantný pozdĺž celej dĺžky vlákna, a preto má menšiu modálnu disperziu.

Podobne norma, ktorá je stanovená v ISO 11801, označuje klasifikáciu viacrežimového optického vlákna podľa šírky pásma a použitého svetelného zdroja, tj. Či je viacrežimový na laserovom alebo viacrežimovom na LED svetle.

OM1: Vlákno 62.5 / 125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit / s), LED.
OM2: Vlákno 50 / 125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit / s), LED.
OM3: Vlákno 50/125 µm, 10 Gigabit (300 m), laser.

Jednomódové vlákno

Ako sme už vysvetlili, termín režim sa používa na označenie počtu trajektórií, ktoré môžu svetelné lúče mať. V jednomódovom vlákne existuje iba jeden režim, cez ktorý môže svetlo prechádzať. To sa potom premieta do menšieho priemeru jadra. Podobne svetlo teoreticky prechádza stredom vlákna na rozdiel od multimódu, ktorý sa odráža od stien jadra. Tento druh vlákna sa používa hlavne na diaľkové trasy.

Kábel voľnej konštrukcie

Tiež je možné klasifikovať optické vlákno podľa jeho konštrukcie a podľa tejto klasifikácie existujú aj dva druhy optických vlákien.

Tento typ vlákna je možné aplikovať vonku aj v interiéri a pozostáva z niekoľkých prameňov vlákien, ktoré sú rozdelené do skupín, ktoré sú zavedené do rúrok, ktoré obklopujú stredovú výstuž, a tieto sú zase zakryté ochranným plášťom.

Termín voľná štruktúra pochádza zo skutočnosti, že vlákna z optických vlákien sú voľne umiestnené v rúrkach, cez ktoré sú vedené. Táto trubica môže byť dutá alebo mať vo vnútri hydrofóbny materiál, takže slúži ako ochrana optického vlákna pred vlhkosťou.

Navyše musel byť voľný, umožňoval izolovať optické vlákno od vonkajších mechanických síl, ktoré na kábel pôsobia.

Stredová vzpera je spravidla flexibilná a poskytuje káblu pevnosť. Môže byť vyrobený z kovového alebo dielektrického materiálu.

Pevný kábel konštrukcie

Tento kábel má hlavne aplikácie do interiéru budov, pretože je flexibilnejší a umožňuje menšie polomery ohybu ako káble voľnej konštrukcie.

Tento kábel pozostáva zo spojenia niekoľkých vlákien z optických vlákien, ktoré jednotlivo majú plášť a plášť. Tieto vlákna obklopujú centrálny kus a celá táto sada je zase chránená vonkajšou vrstvou. Jeho názov pochádza zo skutočnosti, že všetky vlákna sú veľmi tesné, čo poskytuje dobrú fyzickú podporu.

Komponenty z optických vlákien

V komunikačnom systéme z optických vlákien je niekoľko komponentov, ktoré sú nevyhnutné pre úspešný prenos. Medzi tieto komponenty patria okrem iného optické vysielače, optické detektory, konektory alebo konektory z optických vlákien.

Optické vysielače

Toto sú prvky zodpovedné za transformáciu informácií alebo údajov pochádzajúcich z elektronického zdroja na optické údaje alebo svetelné lúče. Aby to dosiahol, vysielač používa na excitáciu elektróny s určitou frekvenciou v materiáloch, ako je kremík, často generujúce svetelné lúče, nazývané fotóny, vo forme energie. Fotóny sú elementárne kvantové častice svetla. Vysielač je interne vybavený modulátorom, ktorý plní funkciu transformácie elektronickej energie na optickú.

Paprskové žiariče

V optických vysielačoch existujú dva typy žiaričov, ktoré vysielajú optické signály, ktorými sú:

LED.

Je to dióda, ktorá vyžaruje svetlo alebo dióda vyžarujúca svetlo. Tento typ svetelného žiariča sa používa hlavne v multimódových vláknach kvôli jeho jednoduchému použitiu a životnosti. Aj keď je dôležité poznamenať, že tento typ svetla nie je schopný cestovať na dlhé vzdialenosti, používa sa preto na krátke vzdialenosti, pretože spĺňa funkciu a znižuje náklady.

Lasery

Je to zosilnené stimulované spontánne žiarenie svetla. Vyžaruje vysoko koherentné svetlo a na vyžarovanie svetla používa polovodiče. laserové svetlo je možné použiť vo viacrežimových vláknach a v jednovidových vláknach, aj keď sa spravidla používajú iba v jednovidových vláknach, pretože ich obvody sú zložitejšie, a preto drahšie. Životnosť laseru, aj keď je dlhá, je zvyčajne pod priemerom diód LED.

Elektrické meniče prúdu

Pri prenosoch vlákien z optických vlákien je potrebné mať prvok, ktorý detekuje prítomnosť fotónov. Obvykle je to fotodióda, ktorá je zodpovedná za konverziu optických signálov na elektronické signály. Vykonáva to prekladaním prítomnosti alebo neprítomnosti svetla do signálov s maximami a minimami alebo s jednotkami a nulami.

A tiež sa používajú na reverzný proces, to znamená na prevod elektrických signálov na optické signály. Aj keď je možné transformovať svetlo na elektrické signály, ktoré vyžarujú určitý výkon, na napájanie koncového zariadenia nestačí. Tieto koncové zariadenia sú zvyčajne elektrické, takže takmer vždy je potrebný alternatívny zdroj energie.

Ako sme už uviedli, tieto optoelektrické meniče sa zvyčajne skladajú z fotodiódy alebo polovodiča. Aby bola zaručená správna činnosť týchto polovodičov, musia existovať určité podmienky, ktorými sú:

Ak nie je svetlo, spätný prúd nesmie byť príliš vysoký, aby bolo možné detegovať veľmi slabé optické signály.
Aby bola schopná poskytnúť rýchlosť odozvy, musí mať veľkú šírku pásma.
Hladiny hluku generované týmito polovodičmi by mali byť minimálne.

Na druhej strane existujú dva typy detektorov, PIN fotodiódy a lavínové fotodiódy APD.

Detektory PIN

Tento typ detektorov pozostáva z polovodiča zloženého z troch vrstiev, dve vonkajšie vrstvy sú typu P a jedna typu N a stredná je vnútorným polovodičom. Odtiaľ pochádza aj jeho PIN kód. Tento vnútorný materiál sa v praxi zvyčajne umiestňuje ako predĺženie materiálu P alebo materiálu N.

APD detektory

Ide o lavínové polovodiče. Tieto fotodiódy, keď je na ne aplikované reverzné napätie, generujú prúdový zisk. Činnosť týchto polovodičových lavínových detektorov spočíva v prechode elektrónu a stretne sa s atómom, aby mohol uvoľniť ďalší elektrón. Dôvodom, prečo sa používajú lavínové polovodiče, je to, že tento odoslaný elektrón je potrebný na zvládnutie dostatočného množstva energie.

Detektory APD možno rozdeliť do troch typov podľa materiálu, z ktorého sú vyrobené:

Detektory kremíka

Tieto typy detektorov majú vysoký výkon a generujú nízke hladiny hluku. Napájanie tohto typu detektorov sa pohybuje v rozmedzí 200 V až 300 V.

Germániové detektory

Spravidla pracuje s vlnovými dĺžkami v rozsahu 1000 1300 a XNUMX XNUMX nm, aj keď je to o niečo nižší výkon.

Detektory iný materiál

Tieto detektory sa skladajú z materiálov alebo chemikálií, ktoré sú umiestnené v skupinách III a V periodickej tabuľky.

Druhy leštenia optickými vláknami

Typy leštenia budú závisieť od konektorov, ktoré sú umiestnené na koncoch optického vlákna, možno ich klasifikovať podľa typu leštenia. Tento typ leštenia sa bude líšiť podľa spôsobu pripojenia.

Ploché : toto leštenie zanecháva konce vlákna hladké a kolmé na jeho os, teda úplne ploché.

PC (fyzický kontakt) : Vlákna sú ukončené konvexne, čím sa jadrá oboch vlákien dostávajú do kontaktu.

SPC (Super PC) : Je podobný PSP, hrany sú mierne zaoblené, takže má trojuholníkový tvar bez hrotu v strede, ale zostáva plochý.

UPC (Ultra PC): Je to to isté ako SPC, ale okraje sa ďalej nazývajú tak, že iba stred vlákna je plochá časť.

Vylepšené UPC: Ide o prepracovanejšiu verziu ako predchádzajúca, takže kontakt musí byť mimoriadne presný.

APC (Angled PC): Tento typ leštenia spočíva vo vytvorení profilu s určitým uhlom. Tento uhol umožňuje presnejší fyzický kontakt medzi jadrami oboch častí.

Konektory z optických vlákien

Konektory sú komponenty, ktoré umožňujú pripojenie optických káblov k koncovým zariadeniam. Tieto koncové zariadenia majú porty pre počítačovú komunikáciu na pripojenie optických vlákien. V závislosti od typu portu sa na pripojenie vlákna používa špecifický typ konektora. Funguje to podobne ako pri bežných kábloch; napríklad koaxiálny kábel má rôzne typy konektorov, pričom každý má špecifickú funkciu.

Stručne povedané, typy konektorov pre optické vlákna sú:

FC
FDDI
LC a MT-pole
SC a SC-Duplex
ST alebo BFOC

Konektory, ktoré sa bežne používajú vo vláknových optikách, konkrétne pre lokálne siete, sú konektory ST, LC, FC a SC.

Drôty z optických vlákien

Kábel z optických vlákien pozostáva zo skupiny niekoľkých optických vlákien, cez ktoré sú vidieť rôzne signály. Každé vlákno môže odosielať veľké množstvo dát z rôznych zdrojov, takže kábel z optických vlákien môže odosielať informácie z rôznych služieb súčasne.

Káble z optických vlákien sú najrealistickejšou alternatívou na výmenu koaxiálnych káblov v telekomunikačnom a elektronickom priemysle. Aj kábel s 8 optickými vláknami je stále podstatne menší ako konvenčné káble. Kábel z optických vlákien má kapacitu na odosielanie informácií ekvivalentných informáciám, ktoré odosielajú 60 medené káble 1623 párov alebo 4 koaxiálne káble po 8 elektrónkach. Vláknová optika môže navyše odosielať informácie na väčšie vzdialenosti bez toho, aby bolo potrebné umiestniť toľko zosilňovačov alebo zosilňovačov, ako by sa to stalo v prípade použitia medených káblov.

Je tiež dôležité zdôrazniť hmotnostný rozdiel medzi káblom z optických vlákien a medeným káblom. Napríklad 8-vláknový optický kábel môže vážiť iba 30 kg na kilometer, zatiaľ čo koaxiálny kábel môže vážiť až 45 kg na kilometer. Rovnako tak vláknová optika umožňuje jeden beh od seba do vzdialenosti 2 až 4 kilometrov. V prípade koaxiálneho kábla umožňuje iba behy 250 až 300 metrov.

Je však tiež pravda, že optické vlákno vyžaduje dodatočný povlak a ďalšie prvky, ktoré zaisťujú výstuž pri jeho inštalácii. To sa robí tak, aby nedošlo k ohrozeniu znášky a aby v budúcnosti mohlo dôjsť k zlomeniu kvôli ich krehkosti.

Vlastnosti káblov

Tieto káble z optických vlákien majú rôzne funkcie. V prvom rade môžeme spomenúť, že funguje ako prvok, ktorý chráni vnútorné optické vlákna, aby neboli poškodené alebo zlomené, ku ktorým môže dôjsť v čase inštalácie kábla alebo počas jeho životnosti, ktorá je spravidla 20 rokov. ...

Za druhé, káble z optických vlákien poskytujú mechanickú tuhosť vnútornému optickému vláknu, takže odoláva torzným podmienkam v ťahu a vplyvom prostredia, ktorým môže byť vystavený. Preto sú okrem kábla zabudované aj ďalšie prvky na zosilnenie a izoláciu optického vlákna od týchto vonkajších činiteľov a síl, ktorým je vystavené.

Tieto káble môžu mať podzemnú, podmorskú alebo zaoceánsku alebo leteckú inštaláciu. Jeden z najdôležitejších bodov v systéme s káblami z optických vlákien je v čase inštalácie, a preto sa na ochranu vlákna pred poškodením používajú určité prvky.

Dizajn a prvky káblov z optických vlákien

Úloha, ktorú bude hrať kábel z optických vlákien, určí jeho štruktúru. Aj keď sa dajú použiť na rôzne funkcie, všetky káble z optických vlákien majú mnoho spoločných prvkov, ktorými sú sekundárny povlak, vnútorné vlákna, prvky, ktoré prispievajú k vystuženiu a štruktúre kábla, plášť, ktorý zoskupuje všetky vláknité priadze a materiály izolujúce vlhkosť. Sekundárne povlaky možno rozdeliť do troch typov:

Priľnavá vložka

Táto vložka je spravidla pevná prstencová korunka, ktorá je vyrobená z nylonu alebo polyesteru, ktorá pokrýva primárnu vložku. Tento sekundárny povlak preto zvyšuje konečný priemer optického vlákna. Funkciou tohto povlaku je poskytnúť ochranu pred mikrobendami, ktoré môžu existovať v optickom vlákne. Napriek tomu, že tento povlak chráni pred týmito ohybmi, je dôležité byť ostražití pri inštalácii optického vlákna, pretože k nim môže dôjsť ešte v čase inštalácie.

Dutá voľná vložka

Táto vložka má nadrozmerný priestor, ktorý pozostáva z dutej trubice, ktorá je vyrobená z kovu a kombinovaná s plastom. Vďaka tomu je táto trubica tvrdým materiálom, ale zároveň flexibilná. Účelom výroby nadrozmerného plášťa je chrániť optické vlákno pred vibráciami, teplotami a mechanickými silami.

Voľná podšívka s polstrovaním

Je to ten istý povlak, ktorý je uvedený vyššie, ale vo vnútri je zavedený materiál schopný izolovať vlhkosť. Zavádzaním hydrofóbneho materiálu dovnútra zabraňuje tomu, aby sa voda dostala do optického vlákna. Okrem toho, že poskytuje ochranu pred vibráciami a inými environmentálnymi činiteľmi, je tiež schopný odolávať určitým teplotám. Je bežné, že sa používajú materiály získané z ropy alebo silikónu.

Štrukturálne prvky

Tieto prvky sú štruktúrami, ktoré slúžia ako centrálny sprievodca po ceste, ktorou musí optické vlákno ísť. Optické vlákno je buď distribuované pozdĺž tejto štruktúry, alebo je okolo nej spletené. Tieto štruktúry majú vo všeobecnosti kanály alebo drážky, ktoré slúžia ako dodatočné vedenie pre optické vlákno.

Vystužujúce prvky

Ako naznačuje ich názov, ich úlohou je poskytnúť dodatočné vystuženie káblu z optických vlákien, aby sa podľa možnosti izolovali ťahové sily, ktorým môžu byť vlákna vystavené, a okrem toho neexistuje žiadne významné predĺženie, ktoré by mohlo spôsobiť prasknutie jadra. Okrem ochrany proti predĺženiu tiež chráni káble z optických vlákien pred zalomením a vibráciami. Najbežnejšími materiálmi používanými na výstužné konštrukcie sú kevlarové sklolamináty a oceľ, pretože sú flexibilnými materiálmi, ale majú tiež pevnosť.

pošva

Všetky káble z optických vlákien majú plášť, ktorý je bežne vyrobený z plastu. Tento plášť je vonkajším krytom kábla z optických vlákien a jeho funkciou je poskytovať jadru ochranu pred vonkajšími vplyvmi, silami a javmi, ako je okrem iného vlhkosť, teplota, vibrácie.

Materiály, z ktorých budú naše kryty vyrobené, sa budú líšiť v závislosti od ich inštalácie a použitia, napríklad medzioceánske optické káble musia poskytovať ochranu pred vlhkosťou, atmosférickým tlakom a dokonca aj pred uhryznutím žralokom. Ak sa jedná o kábel z optických vlákien, ktorý bude inštalovaný letecky, potom plášť musí chrániť jadro pred vibráciami a zauzlovaním vytváranými vetrom, ako aj pred teplotami a vlhkosťou. Alebo ak bude jeho inštalácia nakoniec pod zemou, potom musí byť kryt trochu ťažší, aby odolal otrasom a tlakom spôsobeným napríklad automobilovou dopravou.

Techniky spájania

Je bežné, že vo veľmi veľkých behoch, až do viac ako 120 kilometrov, je potrebné vytvoriť spoje medzi vláknami, pretože sotva existuje súvislé vlákno, ktoré by malo túto dĺžku. A dokonca aj v prípade rozbitia je potrebné vykonať tento typ opravy.

Existujú rôzne druhy spojov, ktoré existujú:

Mechanický spoj

Tento typ spoja pozostáva z druhu objímky, do ktorej sú zavedené dve vlákna, a pomocou mechanického zákrutu sa spoja dve jadrá. Tieto spoje sa spravidla používajú dočasne alebo tam, kde sa fúzne spájanie považuje za nepotrebné. Straty súvisiace s týmto časom spájania sú rádovo 0,5 dB.

Spájanie pomocou lepidiel

V tomto prípade sa aplikuje špeciálne priehľadné lepidlo, ktoré umožňuje spojenie dvoch koncov vlákna a táto únia je chránená nejakým typom vonkajšej výstuže. Má straty 0.2 dB, ale zvyčajne nie je veľmi spoľahlivý, pretože lepidlo môže mať tendenciu sa znova odlupovať.

Fúzne spájanie

Tam, kde sa vykonáva jemnejšia a presnejšia práca, sa používa nástroj nazývaný fúzny zvárací stroj. Pri tejto práci musí operátor vopred pripraviť vlákno pred zavedením koncov do tohto spájača. Tento nástroj má schopnosť vizualizovať, či konce majú akékoľvek kontaminujúce činidlo alebo či je potrebné jemnejšie leštenie, alebo či by malo byť medzi vláknami lepšie zarovnanie. Ak sú splnené všetky tieto požiadavky, pokračuje sa v zahrievaní iba tejto oblasti, tavením vlákna a spájaním jeho jadier. Straty tohto spoja sú 0.02 dB.

Útlm v kábloch z optických vlákien

Pod pojmom útlm sa rozumejú straty výkonu, ktoré sa vyskytujú v prenosovom vedení. Jeho mernou jednotkou je decibel (dB). Vo vláknovej optike existujú rôzne dôvody, prečo dochádza k útlmu v kábli. Existujú dva typy strát, ktorými sú vnútorná strata alebo strata a vonkajšia strata.

Vnútorné útlmy sú tie, ktoré sú generované chemickým zložením a inými faktormi jeho výroby. To znamená, že tieto príčiny sú súčasťou samotného zloženia kremíka a germánia a procesov výroby nití. Bez ohľadu na to, ako veľmi sa môžu procesy naďalej zlepšovať, nebude možné dosiahnuť vláknovú priadzu bez útlmu.

Na druhej strane, vonkajšie útlmy sú tie, ktoré sú generované vonkajšími faktormi, ako sú nečistoty, zlé spojenia, nesprávne leštenie ich profilov, spoje a ďalšie. Tento útlm je alebo straty možno klasifikovať podľa poradia nasledovne:

Absorpčné straty

K tomuto typu útlmu dochádza vtedy, ak je vo vlákne prítomná nečistota. Tieto nečistoty absorbujú alebo prerušujú prechod svetla. Táto absorpcia zvyčajne premieňa svetlo na tepelnú energiu a vytvára straty od 1 do 1000 XNUMX dB / km.

Strata Rayleigha

Pri výrobe optického vlákna nastáva moment jeho ochladenia, že vlákno nie je v tekutom a pevnom stave, a je možné, že pri napínaní dochádza k nesprávnemu pôsobeniu napätia, čo môže generovať mikroskopické nerovnosti. Tieto nepravidelnosti spôsobujú difrakciu svetelných lúčov, keď nimi prechádzajú.

Disperzie

K disperzii dochádza vtedy, keď dochádza k odchýlkam v indexe lomu, a preto sa svetlo láme iným spôsobom, ako sa očakávalo, k tomu dochádza v dôsledku mikrotrhliniek vo vlákne, znečisťujúcich látok alebo z vnútorných dôvodov vlákna.

Intermodálna disperzia

K tomuto typu disperzie dochádza vtedy, keď existuje rozdiel v čase šírenia svetla, keď sa v jadre vlákna uberajú rôznymi cestami. Môže byť tiež známy pod názvom modálna disperzia. Tento typ disperzie sa vyskytuje iba vo viacvidových vláknach.

Chromatická disperzia materiálu: je to výsledok rôznych vlnových dĺžok svetla, ktoré sa daným médiom šíria rôznymi rýchlosťami.

Chromatická disperzia vlnovodu: Je to funkcia šírky pásma informačného signálu a konfigurácia sprievodcu je spravidla menšia ako predchádzajúca disperzia, a preto ju možno zanedbať.

Straty žiarením

Tieto straty sú spôsobené zalomením alebo ohybom kábla z optických vlákien. K tomu spravidla dochádza v čase inštalácie alebo keď sa v dráhe optického vlákna vyskytnú ohyby.

Spojkové straty

Pri spájaní alebo v koncových bodoch, kde sú požadované konektory, bude vždy existovať útlm. Tieto útlmy sú zvyčajne nízke, ale nie zanedbateľné. Ako keď dôjde k nesprávnemu zarovnaniu medzi jadrami, musí to byť opravené, aby sa zabránilo návratu vĺn.

Pracovný systém Windows s optickými vláknami

Tieto pracovné okná nám umožňujú využiť časť pásma infračerveného svetla elektromagnetického spektra. V tomto prípade ide o okná, v ktorých sú vlnové dĺžky rádovo v nanometroch. Pri rôznych príležitostiach sa ukázalo, že pri prevádzke v týchto pracovných oknách dochádza k menšiemu útlmu. Konkrétne ide o tri okná:

1. pracovné okno: vlnová dĺžka je rádovo deväťsto osemdesiat nanometrov.
2. pracovné okno: v tomto prípade je vlnová dĺžka XNUMX XNUMX nanometrov.
3. pracovné okno: vlnová dĺžka je rádovo tisícpäťstopäťdesiat nanometrov. Toto posledné okno je rozdelené na pásmo S, pásmo C a pásmo L.

Pripojenia z optických vlákien

V sieťovom systéme existujú dve formy pripojenia pomocou optických vlákien. Tieto topológie sú siete typu point-to-point a point-to-multipoint.

Siete typu point-to-point sú tie, kde je uzol generovaný zo zdroja informácií priamo spoločnostiam, domácnostiam alebo používateľom, ktorí požadujú službu. Inými slovami, v sieti medzi používateľom a službou nie je žiadny sprostredkovateľ ani iný uzol.

Siete typu point-to-multipoint vyžadujú tie, ktoré vyžadujú rozdeľovač alebo optické oddeľovače, podobné sieťam používaným pre televíziu, ktoré nám umožňujú pripojiť rôzne televízory, aj keď káblová spoločnosť dodáva iba koaxiálny kábel. Potom z vysielača vychádza optické vlákno, ktoré rozdeľuje signál cez optické rozdeľovače medzi dvoch, štyroch, šiestich a až ôsmich používateľov. Vo veľmi širokých sieťach sa za jednu z týchto ôsmich divízií považuje začlenenie ďalšieho optického rozdeľovača do siete, ktorý môže napájať ďalších 8 používateľov. Tieto divízie však majú limit a vyžadujú na svojej ceste zosilňovače.

Optické zosilňovače

Stále pozostávajú z optických vlákien, ale vo výrobnom procese sú dopované rôznymi chemickými zložkami, najmä vzácnymi zeminami. Jeden z najpoužívanejších zosilňovačov optických vlákien je doping z erbia.

Tento zosilňovač sa bežne používa ako skratka EDFA pre jeho skratku v angličtine. Tento zosilňovač pracuje v treťom pracovnom okne, konkrétne v pásme C a pásme L. Môže však fungovať aj v pásme S, ale vyžaduje ďalšie činidlá alebo ďalšie chemické komponenty.

Zisk, ktorý poskytuje optickému signálu, môže byť od pätnásť do štyridsať decibelov. Obvykle pozostáva z optického vlákna uloženého v obdĺžnikovom puzdre a môže mať dopované vlákno dlhé desať až šesťdesiat metrov.

Zhrnutie

Vláknová optika je prenosové médium, ktoré odosiela údaje svetelnými lúčmi. Princípy, na ktorých je založené optické vlákno, sú v zákonoch optickej geometrie, najmä v zákone lomu.

Na jeho začiatku boli vykonané rôzne štúdie, ktoré sa navzájom dopĺňali, až kým nebolo možné vyvinúť dnes známe optické vlákno. V týchto štúdiách bolo pozorované, že transparentnosť vlákna alebo jadrového vlákna je zásadná pre zníženie útlmov a dosiahnutie minimálnych strát, ktoré sú dnes 0.02 dB / km.

Bežne vyrábanými súčasťami optických vlákien sú oxid kremičitý a germánium. Komponenty plášťa, ktoré pokrývajú jadro, sú spravidla nejaký druh plastu. Potom príde plášť, ktorý poskytuje mechanickú tuhosť, ktorá môže byť vyrobená z nylonu alebo kevlaru, a nakoniec plastový plášť, ktorý chráni celý kábel a izoluje vlákna od vonkajších činiteľov.

Existujú rôzne výrobné metódy, ktorými sú:

MCVD (modifikovaná chemická depozícia pár)
VAD (axiálne ukladanie pár)
OVD (depozícia vonkajších pár)
PCVD (plazmatická chemická depozícia pár)

Bez ohľadu na typ použitej metódy je medzi všetkými týmito procesmi bežné, že sa uskutočňuje proces naťahovania predliskov.

Aplikácia vláknovej optiky je rozmanitá. V komunikácii sa stali jedným z prostriedkov alebo prenosových liniek par excellence vďaka svojej veľkej šírke pásma a prenosovej rýchlosti, ktorú môže dosiahnuť, a spoľahlivosti alebo bezpečnosti informácií, ktoré tento systém poskytuje. V snímačoch, ktoré umožňujú zistiť podmienky alebo parametre, ako sú: teplota, vlhkosť, atmosférický tlak, a dokonca aj pre sonarové systémy.

Používa sa tiež na osvetlenie, ako je flexibilný endoskop, ktorý používa vláknové optiky ako prostriedok na vedenie svetla na osvetlenie orgánov a na pohodlnejšie vykonávanie menej invazívnych alebo presnejších operácií. Rovnako tak pre dekoratívne efekty, ako sú vianočné stromčeky.

Farby, ktoré optické vlákno zobrazuje alebo odráža, je možné zmeniť zmenou vlnovej dĺžky alebo frekvencie, ktorá ním prechádza.

Niektoré z najdôležitejších výhod optických vlákien a ich použitia sú šírka pásma, prenosová rýchlosť, ktorú môžu údaje dosiahnuť, elektromagnetická imunita, zníženie obsadeného priestoru a hmotnosti a vysoká bezpečnosť informácií.

Aj keď je to na druhej strane pokročilejšia technológia, a preto je drahšia, inštalácia a údržba sú zložitejšie ako konvenčné systémy, sú mimoriadne krehké a málo odolné voči teplotám, vlhkosti, vibráciám a predĺženiu.

Existujú dva typy optiky podľa množstva šumu alebo režimov, ktoré môžu prenášať.

Multimódové vlákna sú vlákna, ktoré môžu odosielať rôzne vlnové dĺžky súčasne v rôznych režimoch, a preto pochádza ich názov. V porovnaní s singlemódovými vláknami majú multimódové vlákna väčšie jadro a index lomu medzi jadrom a plášťom sa líši, ale iba mierne. Vlny sa teda pohybujú v jadre a odrážajú sa od stien jadra. Používajú sa na trasy alebo siete na krátke vzdialenosti. Obvykle je identifikovaný, pretože vonkajší plášť je zvyčajne oranžový.

Jednovidové vlákna sú vlákna, ktoré majú iba jednu prenosovú cestu a ich jadro je v porovnaní s viacrežimovými vláknami menšie. Spôsob prenosu je zvyčajne stredová os jadra, pretože sa odráža vo veľmi veľkých uhloch. Obvykle sa líšia od multimódu, pretože používajú žltý vonkajší plášť.

Teraz podľa svojho dizajnu existujú aj dva typy. Voľne štruktúrované optické vlákna sú vlákna, v ktorých sú vlákna z optických vlákien voľne umiestnené v rúrkach, cez ktoré sú vedené. Táto trubica môže byť dutá alebo mať vo vnútri hydrofóbny materiál, takže slúži ako ochrana optického vlákna pred vlhkosťou.

Naproti tomu káble tesnej štruktúry pozostávajú zo spojenia niekoľkých vlákien z optických vlákien, ktoré sú jednotlivo pokryté plášťom a plášťom. Tieto vlákna obklopujú centrálny kus a celá táto sada je zase chránená vonkajšou vrstvou.

V komunikačnom systéme z optických vlákien je niekoľko komponentov, ktoré sú nevyhnutné pre úspešný prenos. Medzi tieto komponenty patria optické vysielače, ako sú LED diódy alebo lasery, optoelektrické prevodníky, ktoré sú zodpovedné za transformáciu elektrických signálov na optické, ktoré majú byť odoslané cez vlákno, a neskôr za opätovnú konverziu prijatých optických signálov na elektrické.

Existujú aj optické detektory, ktoré sú:

PIN
APD
kremík
Germánium
Ostatné materiály

Typy leštenia budú závisieť od konektorov, ktoré sú umiestnené na koncoch optického vlákna, možno ich klasifikovať podľa typu leštenia.

Plano
PC (fyzický kontakt)
SPC (SuperPC)
CPU (UltraPC)
Vylepšené UPC
APC (uhlové PC)

Konektory sú prvky, ktoré umožňujú pripojenie optického vlákna k koncovému zariadeniu. Konektory, ktoré sa bežne používajú vo vláknových optikách, konkrétne pre lokálne siete, sú konektory ST, LC, FC a SC.

Mechanický spoj: tento typ spoja pozostáva z druhu objímky, do ktorej sú zavedené dve vlákna, a pomocou mechanického zákrutu sa spoja dve jadrá. Straty súvisiace s týmto časom spájania sú rádovo 0,5 dB.

Spájanie pomocou lepidiel: v tomto prípade sa nanáša špeciálne priehľadné lepidlo, ktoré umožňuje spojenie dvoch koncov vlákna a tento spoj je chránený nejakým typom vonkajšej výstuže. Má straty 0.2 dB, ale zvyčajne nie je veľmi spoľahlivý, pretože lepidlo môže mať tendenciu sa znova odlupovať.

Fúzne spájanie: Zváračka je schopná vizualizovať, či sú na koncoch akékoľvek kontaminujúce činidlo alebo či je potrebné jemnejšie leštenie, alebo či by malo byť medzi vláknami lepšie zarovnanie. Potom pokračuje v zahrievaní iba tejto oblasti, topení vlákna a spájaní jeho jadier. Straty tohto spoja sú 0.02 dB.

Existujú prvky, ktoré poskytujú podporu v štruktúre a vystužení kábla z optických vlákien. Štrukturálne prvky, ktoré slúžia ako centrálny sprievodca po ceste, ktorou musí optické vlákno ísť. Optické vlákno je buď distribuované pozdĺž tejto štruktúry, alebo je okolo nej spletené. Tieto štruktúry majú vo všeobecnosti kanály alebo drážky, ktoré slúžia ako dodatočné vedenie pre optické vlákno.

Výstužné prvky poskytujú dodatočné zosilnenie káblu z optických vlákien, aby bol izolovaný od trakčných síl, ktorým môže byť vystavený, a navyše neexistuje žiadne významné predĺženie, ktoré by mohlo vytvárať praskliny v jadrách.

Pri vonkajších útlmoch existuje niekoľko príčin, ktoré sú:

Absorpčné straty
Strata Rayleigha
Disperzie
Straty žiarením
Spojkové straty

Závery

Optické vlákno je prenosová linka, ktorá v dnešnej dobe umožnila väčšiu rýchlosť a efektivitu prenosu dát. Aj keď je to technológia, ktorá musí prejsť dlhú cestu, aby mohla nahradiť konvenčné systémy, stále je to niekedy najlepšia voľba pre komunikáciu.

Vláknová optika je však v porovnaní s konvenčnými systémami drahý typ technológie, pretože vyžaduje zariadenie a optické nástroje, ktoré bývajú drahšie. Vyžaduje si to aj primerané školenie, aby bolo možné pracovať s vláknovou optikou. Navyše, jeho inštalácia je zvyčajne veľmi chúlostivý proces a prítomnosť zlomov vo vlákne by mohla spôsobiť značné straty, ak by nebolo včas ošetrené. Okrem toho je potrebné vyvinúť určité zariadenie, aby boli technológia a systém úplne optické, pretože napríklad stále neexistujú žiadne optické pamäte.

Je bežné, že siete optických vlákien majú záložné systémy, ako je kruhový alebo dvojitý kruh, čo umožňuje, aby v prípade týchto incidentov mohli informácie putovať iným smerom, aby sa zabránilo prerušeniu služby na dlhší čas, zatiaľ čo situácia je vyriešená.

Systémy s optickými vláknami sú veľmi spoľahlivé, pretože je prakticky nemožné narušiť sieť bez detekcie alebo bez prerušenia prenosu údajov. Preto je bežné vidieť optické vlákna nainštalované pod vodou medzi spojeneckými krajinami, kde prenášajú citlivé a tajné informácie.

Čo odlišuje vláknovú optiku od ostatných médií v dátovom toku a prenosovej kapacite. Okrem toho zaručuje minimálnu stratu informácií, pretože má v hlavnom prvku veľmi malý útlm, takže nie je potrebné do systému inštalovať toľko zariadení na obnovu a zosilnenie. Pretože informácie cestujú rýchlosťou svetla, bolo možné vidieť značnú migráciu veľkých spoločností na tento typ technológie.