Optilise kiu põhistruktuur
Optiline kiud koosneb kolmest kihist:
Tuum: kõrge puhtusarja ränidioksiidist valmistatud keskne kiht (legeeritud selliste elementidega nagu germaanium). Sellel on väga väike läbimõõt ({8-10 μm ühe režiimiga kiudainete jaoks, 50-62. 5 μm mitme režiimi kiu jaoks) ja kõrgem murdumisnäitaja.
Plaatimine: ümbritseb südamikku, mis on valmistatud madalama murdumisnäitajaga materjalist kui südamik. See tagab valguse leviku täieliku sisemise peegelduse kaudu.
Kaitsekate: välimine polümeerkiht füüsiliste kahjustuste ja keskkonna häirete vältimiseks.
Põhipõhimõte: täielik sisemine peegeldus
Murdumisindeksi kontrastsus: südamiku kõrgem murdumisnäitaja võrreldes kattega põhjustab valguse täielikku sisemist peegeldust südamiku kattepiiril, kui see langeb kriitilisest nurgast suurema nurga all.
Valguse levik: valgusignaalid liiguvad südamiku kaudu pideva sisemise peegelduse kaudu, järgides siksakilist teed (mitme režiimiga kiudaineid) või lähedase sirge tee (ühe režiimiga kiud).
Teabe edastamise sammud
Elektriliste signaalide muundamine optilisteks signaalideks:
Saatja juures teisendab ** laserdiood (LD) ** või valgust emiteeriv diood (LED) elektrilised signaalid optilisteks impulssideks (kerge "sisse/välja" või lainepikkuse nihked tähistavad binaarset "1s" ja "0 s").
Optiline signaali ülekanne:
Kerged impulsid levivad kiu kaudu. Tuuma ja kattevahelise murdumisnäitaja erinevus piirdub signaali südamikuga, isegi kui kiu on painutatud.
Signaali kordaja/võimendus:
Pikamaaülekande korral amplifitseerige optilised signaale otse ** erbiumiga legeeritud kiudainete võimendid (EDFA) **, ilma et nad muudaksid neid elektrilisteks signaalideks, minimeerides latentsust.
Optilise ja elektrilise signaali muundamine:
Vastuvõtja juures teisendab ** fotodetektor ** (nt pin -diood, laviini fotodiood) valguse tagasi elektrilisteks signaalideks, mis seejärel dekodeeritakse algseteks andmeks.
.
Kiudained ja jõudlus
Ühe režiimiga kiud (SMF):
- Ultra-Thini südamik (8-10 μm), võimaldades ainult ühte valguse levimisrežiimi.
- Advantages: Long-distance transmission (>100 km), kõrge ribalaius. Kasutatakse selgroogivõrkudes (nt aluspead).
Mitme režiimiga kiud (MMF):
- paksem südamik (50-62. 5 μm), toetades mitme valguse režiimi.
- Puudused: modaalne dispersioon piirab ülekande vahemaa (<2 km). Ideal for local networks (e.g., LANs).
Kiudoptika eelised
Äärmuslik ribalaius: teoreetiline kiirus on kuni sadade TBP-deni (kasutades lainepikkuse jagunemise multipleksimist).
Madal sumbumine: tänapäevastel kiududel on nii madalad kaotused kui 0. 2 dB/km, võimaldades ülekande üle tuhandete kilomeetride ilma kordujateta.
Immuunsus EMI suhtes: elektromagnetiliste häirete tõttu ei mõjutaks karmidele keskkondadele (nt elektrivõrgud, haiglad).
Kompaktne ja turvaline: kerge, väike suurus ja elektromagnetilise kiirguse leke pole.
Tehnilised väljakutsed
Dispersioon: signaali laienemine valguse lainepikkuste/režiimide erineva kiiruse tõttu (lahendatud dispersiooniga kompenseerivate kiudude või DSP kaudu).
Mittelineaarsed efektid: suure võimsusega signaalid kutsuvad esile hajumise/nelja laine segunemise, nõudes täpset võimsuse juhtimist.
Paindekaotus: liigne paindumine põhjustab valguse leket; Paigaldamise ajal tuleb säilitada minimaalne painderaadius.
Rakendused
Telekommunikatsioonivõrgud: Interneti selgroogud, 5G tugijaama lingid, andmekeskuse ühendused.
Tervishoius: endoskoopiline pildistamine, laserkirurgia.
Tööstus: kiudoptilised andurid (temperatuur, rõhk), kiu laserid.
Kokkuvõte
Kiudoptika edastab teavet, piirdudes signaalide valguse signaalide sisemise peegelduse kaudu. Valguse kõrgsageduse võimendamisel võimaldavad need ülikerge, pikamaa ja madala kaduga suhtlemist. Peamiste tehnoloogiate hulka kuuluvad valguse modulatsioon, täielik peegelduskontroll, optiline võimendamine ja dispersioonihaldus, muutes kiudoptika tänapäevaste globaalsete sidesüsteemide selgrooks.