Fibrele optice arată un exemplu al modului în care cunoștințele științifice se traduc în progres tehnologic, ușurând în cele din urmă viața omului obișnuit. De câțiva ani, fibra optică a fost asociată cu mijloacele de comunicare pentru transmiterea semnalelor electrice. Firele subțiri de mărimea unui păr uman pot fi folosite pentru a le transmite pe cele largi care sunt necesare pentru funcționarea unui telefon, conexiune la Internet, TV etc. Desigur, datorită capacităților sale operaționale ridicate, fibra optică și-a găsit aplicație nu numai în nevoile casnice.

Tehnologia de transmisie a semnalului prin fibra optica

În sine, utilizarea fibrei optice ca translator de semnal este doar o parte din cunoștințele dezvăluite care sunt explorate în secțiunea științifică a fibrei optice. Specialiștii din acest domeniu studiază transmiterea informațiilor și propagarea luminii și, într-un singur context, uniți prin ghiduri de lumină. Acestea din urmă sunt folosite atât ca distribuitori de lumină, cât și ca transmițători de informații. Apropo, tendințele moderne în dezvoltarea tehnologiilor laser se bazează pe LED-uri. În acest caz, o altă întrebare este mai interesantă - ce fenomen se află la baza fibrei optice? Aceasta este radiația electromagnetică în interfețele dielectricilor cu indici de refracție diferiți. Mai mult, purtătorul de informații nu este deloc un semnal electromagnetic, ci un flux luminos codat. Pentru a înțelege gradul de superioritate al cablurilor de fibră optică față de cablurile metalice tradiționale, merită să ne referim încă o dată la lățimea de bandă a acestora. Firul de fibră deja menționat, a cărui grosime nu este mai mare de 0,5 mm, este capabil să transmită o cantitate de informații pe care cablurile obișnuite de cupru le vor servi doar cu o grosime de 50 mm.

Metode de fabricare a fibrelor

Există două metode principale prin care poate fi fabricată fibra optică. Este o tehnică de extrudare și topire folosind preforme. Prima tehnologie face posibilă obținerea de material de calitate scăzută pe bază de materiale plastice, așa că astăzi practic nu este folosit. A doua metodă este considerată principala și cea mai eficientă. O preformă este o preformă care se află într-o structură concepută pentru a trage fire. Conform standardelor moderne, preformele pot avea o înălțime de până la câteva zeci de metri. În exterior, aceasta este o tijă de sticlă cu un diametru de aproximativ 10 cm, din care se topește miezul firului. În timpul procesului de fabricație, miezul, împreună cu amestecul pentru fibre, este încălzit la temperaturi ridicate, după care se formează filamentele. Lungimea materialului rezultat poate ajunge la câțiva kilometri, deși diametrul rămâne neschimbat - este controlat de regulatoare automate. În funcție de locul în care va fi utilizată fibra optică, materialul pentru aceasta poate fi pre-tratat cu acoperiri care asigură protecție chimică și fizică. În ceea ce privește amestecurile pentru fire în sine, acestea includ de obicei materiale precum poliimidă, acrilat și silicon.

Caracteristicile de design ale fibrei optice

Partea centrală a firului este miezul - chiar miezul fibrei, care va răspândi lumina în timpul funcționării. Miezul este caracterizat de indici mari de refracție a luminii, care se realizează prin utilizarea dopajului sticlei cu modificare prin aditivi speciali. De exemplu, componente refractive tipice, cum ar fi un dopant, sunt utilizate pentru fibrele de silice. La rândul său, carcasa îndeplinește mai multe sarcini, principala dintre acestea fiind protecția fizică directă a miezului. Această parte oferă și efectul de refracție, dar cu un coeficient minim. Limita dintre cele două materiale formează o structură de ghidare a luminii care nu permite ca cea mai mare parte a luminii să iasă din miez. De asemenea, merită remarcat faptul că elementele de bază ale fibrei optice se referă materialul la varietăți de ghiduri de lumină. Pentru a fi mai precis, vorbim despre ghiduri de undă dielectrice care transmit semnale luminoase.

Varietăți de fibre optice

Cele mai comune sunt fibrele de cuarț, plastic și fluorură. Filamentele de cuarț se bazează pe topituri de oxid sau materiale similare ca structură, inclusiv oxid de siliciu dopat. Această bază face posibilă producerea de fibre flexibile și lungi, care se disting și prin rezistență mecanică ridicată. Fibrele optice din plastic sunt fabricate din polimeri și, după cum sa menționat deja, nu pot oferi performanțe ridicate. În special, astfel de fire au un procent ridicat de pierdere de date, ceea ce limitează utilizarea lor în zonele solicitante. Pe de altă parte, accesibilitatea fibrelor de plastic menține cererea pentru acest material în direcțiile concentrate pe segmentul casnic. În ceea ce privește materialele optice cu fluor, baza lor se bazează pe ochelari fluorozirconați și fluoroaluminați. Acestea sunt soluții destul de moderne și tehnologice pentru furnizarea de comunicații optice, dar conținutul de metale grele din structură nu permite nici utilizarea lor, de exemplu, în industria medicală.

Echipamente de măsurare a fibrei optice

Cele mai frecvente echipamente utilizate în kiturile de fibră optică sunt senzorii și rețele Bragg. Senzorii cu fibră optică sunt dispozitive concepute pentru a capta anumite valori care caracterizează starea materialului la un moment dat. De exemplu, diferiți senzori pot detecta stresul mecanic, temperatura, vibrațiile, presiunea și alte cantități. Rețeaua Bragg în funcția sa este mai aproape de caracteristicile optice. Fixează o perturbare a refracției aperiodice în miezul fibrei. Această măsurătoare vă permite să determinați cât de eficientă este fibra optică în transmiterea unui semnal în condiții specifice. De asemenea, experții folosesc un reflectometru optic, care înregistrează indicatorii de împrăștiere și rezistență.

Amplificatoare și lasere cu fibră optică

Acesta este cel mai avansat produs dezvoltat pe baza tehnologiei fibrei optice. Spre deosebire de alte tipuri de lasere, utilizarea filamentelor optice face posibilă realizarea de dispozitive compacte și în același timp eficiente. În special, tehnologia cu fibre optice a făcut posibilă înlocuirea dispozitivelor laser clasice datorită următoarelor avantaje:

• Eficiența disipării căldurii.
• Radiație de ieșire crescută.
• Pompare eficientă.
• Fiabilitate și stabilitate ridicată a laserului.
• Cantitate mică de echipamente.

La rândul lor, amplificatoarele, în funcție de tip, pot fi utilizate și în liniile de rețea de acasă, crescând performanța liniei principale de fibră. Cu toate acestea, domeniul de aplicare al fibrei merită luat în considerare mai detaliat.

Pentru ce se folosește fibra optică?

Există mai multe domenii în care sunt utilizate materiale cu fibră optică. Aceasta este sfera de uz casnic, echipamente de telecomunicații și echipamente informatice, precum și nișe de înaltă specializare, inclusiv anumite domenii ale medicinei. Pentru fiecare dintre aceste segmente sunt produse fibre optice speciale. Aplicația ca mijloc tipic de transmitere a unui semnal TV sau Internet, de exemplu, este limitată la modele ieftine din plastic de calitate medie. Dar pentru echipamentele laser și dispozitivele medicale scumpe se folosesc fibre de cuarț de înaltă calitate, care sunt, de asemenea, prevăzute cu modificatori suplimentari.

Utilizarea fibrei optice în medicină

Astfel de fibre pot fi utilizate în echipamente și instrumente medicale. Tehnologia standard sugerează posibilitatea introducerii unui dispozitiv special bazat pe fibre luminoase refractate, care, deja în organul propriu-zis, poate transmite un semnal către o cameră de televiziune externă. Fibra optică este folosită în medicină și ca material de iluminat. Dispozitivele echipate cu module de fibre permit iluminarea nedureroasă a cavităților stomacului, nazofaringelui etc.

Aplicarea fibrei optice în echipamente informatice

Poate că aceasta este cea mai comună nișă în care fibra optică și-a găsit locul. Astăzi, liniile de comunicare între dispozitivele individuale care transmit informații nu se mai pot lipsi de ele. Desigur, acest lucru se aplică acelor zone în care este imposibil sau imposibil să se utilizeze conexiuni wireless, care înlocuiesc în mod activ cablurile ca atare. De exemplu, cele mai mari companii de telecomunicații construiesc rețele interregionale de coloană vertebrală care utilizează fibră optică. Utilizarea unor astfel de canale pentru comunicarea între echipamentele periferice și consumatorii obișnuiți ai serviciilor de telecomunicații face posibilă optimizarea costurilor financiare ale întreținerii infrastructurii de rețea și, de asemenea, crește eficiența transmisiei de date în sine.

Dezavantajele fibrei

Din păcate, firele optice nu sunt lipsite de puncte slabe. Deși întreținerea unor astfel de cablaje este mai ieftină, ca să nu mai vorbim de absența necesității de actualizări frecvente, costul materialului în sine este mult mai mare decât a acelorași omologi din metal. În plus, fibra optică și utilizarea acesteia în medicină este extrem de limitată din cauza conținutului de impurități de plumb și zirconiu din unele aliaje, care sunt toxice pentru oameni. Acest lucru se aplică în principal modelelor de sticlă de cea mai înaltă calitate, și nu celor din plastic.

Producția de fibră optică în Rusia

În cadrul programului de substituire a importurilor, în 2015, a fost deschisă fabrica de Sisteme de Fibră Optică în Mordovia. Aceasta este singura întreprindere din Federația Rusă, care încearcă în prezent să răspundă nevoilor consumatorilor autohtoni în fibră optică pe cât posibil. Până în 2015, industria rusă a fost, de asemenea, angajată în fabricarea de materiale cu fibră optică, dar numai în cadrul unor proiecte individuale vizate. Aceeași situație persistă într-o oarecare măsură și astăzi. Dacă o anumită companie are nevoie de fibră optică și utilizarea acesteia în medicină sau în domeniul telecomunicațiilor este justificată financiar, atunci există multe fabrici care sunt pregătite să lucreze la astfel de comenzi speciale în mod individual. Cu toate acestea, în viitorul apropiat, numai uzina din Mordovia va produce producție în serie a acelorași cabluri de fibră optică. Mai mult, nu este încă capabil să aprovizioneze piața în conformitate cu volumul cererii. O proporție semnificativă de produse sunt încă achiziționate din SUA și Japonia. Și chiar și produsele autohtone sunt produse pe materii prime importate.

Concluzie

Produsele din fibră optică se formează ca segment de piață de aproximativ 15-20 de ani. De-a lungul anilor, consumatorul a reușit să aprecieze meritele noilor cabluri, dar progresul nu stă pe loc. Odată cu îmbunătățirea calităților tehnice și fizice, se extind și domeniile de aplicare a materialului. Cea mai recentă fibră bazată pe nanotehnologie, în special, este utilizată activ în industria petrolului și gazelor și în industria de apărare. La rândul său, fibra optică neliniară dezvoltă în prezent doar domenii de tehnologie conceptuale, dar foarte promițătoare. Printre acestea se numără impulsuri laser de compresie, solitoni optici, radiații optice ultrascurte etc. Evident, pe lângă studiile teoretice cu posibile descoperiri și în cadrul cunoștințelor pur științifice, noile dezvoltări vor face posibilă și realizarea de noi oferte consumatorilor de diferite niveluri de pe piață.

o secțiune de optică care se ocupă cu transmiterea luminii și a imaginilor prin ghiduri de lumină și ghiduri de undă din gama optică, în special prin ghiduri de lumină multi-core și mănunchiuri de fibre flexibile. V. o. apărut abia în anii 1950. Secolului 20
În piesele cu fibră optică, semnalele luminoase sunt transmise prin ghiduri de lumină de la o suprafață (capătul ghidajului de lumină) la alta - ieșirea ca un set de elemente de imagine, fiecare dintre acestea fiind transmis prin propriul miez de ghidare a luminii (Fig. .). În piesele din fibre, se utilizează de obicei fibra de sticlă, al cărei miez de ghidare a luminii (miez) are un indice de refracție ridicat și este înconjurat de sticlă - o carcasă cu un indice de refracție mai mic. Ca urmare, la interfața dintre miez și înveliș, razele suferă o reflexie internă totală și se propagă numai de-a lungul miezului de ghidare a luminii. În ciuda multor astfel de reflecții, pierderile din fibrele optice se datorează în principal absorbției luminii în masa de sticlă. Transmitanța fibrelor optice în regiunea vizibilă a spectrului este de 30-70% cu o lungime de 1 m. Diametrul firelor de ghidare a luminii în părți pentru diverse scopuri variază de la câțiva microni la un centimetru. Propagarea luminii prin fibre optice, al căror diametru este mare în comparație cu lungimea de undă, are loc conform legilor opticii geometrice (vezi Optica geometrică), în timp ce fibrele mai subțiri (de ordinul lungimii de undă) propagă numai tipuri individuale de unde. sau combinațiile lor, care este considerată în cadrul opticii ondulate.
Pentru a transmite imaginea, se folosesc ghidaje de lumină multi-core rigide și fascicule cu așezare regulată de fibre. Imaginea este proiectată la capătul de intrare de către obiectiv, iar la capătul de ieșire este observată prin ocular. Calitatea imaginii în astfel de dispozitive este determinată de diametrul firelor de ghidare a luminii, numărul total al acestora și perfecțiunea fabricării. De obicei, rezoluția unor astfel de mănunchiuri este de 10-50 de linii pe 1 mm, iar în ghidajele de lumină rigide și părțile sinterizate din acestea, până la 100 de linii pe 1 mm. Defectele din astfel de părți, oriunde se află pe lungimea firelor de ghidare a luminii, sunt transmise prin fire la capătul de ieșire și strica imaginea. Acest lucru face dificilă producerea de piese de înaltă calitate.
Plăcile tăiate din fibre dens sinterizate servesc ca ochelari frontali ale Kinescopes și transferă imaginea pe suprafața lor exterioară, ceea ce face posibilă fotografiarea în contact. În acest caz, partea principală a luminii emise de fosfor ajunge pe film, iar iluminarea pe acesta este creată de zece ori mai mare decât atunci când fotografiați cu o cameră cu obiectiv.
Apertura numerică a pieselor din fibre este de obicei în intervalul 0,4-1,0. Fascicule convergente de ghidaje de lumină - foconi (conuri de focalizare) - colectează la capătul îngust fluxul de lumină incident pe capătul larg. În același timp, iluminarea și panta razelor cresc la ieșire. Creșterea concentrației este posibilă până când deschiderea numerică a conului fasciculului la ieșire atinge deschiderea numerică a ghidului de lumină. O scădere suplimentară a diametrului capătului de ieșire duce la ieșirea unei părți a razelor de pe suprafața laterală a fibrei sau la întoarcerea lor la capătul larg.
V. o. folosit în aproape toate ramurile cercetării științifice. Ei produc sute de tipuri de dispozitive optice și electro-optice cu astfel de detalii. Ghidurile de lumină cu un singur miez drepte sau precurbate și mănunchiurile de fibre cu diametrul de 15-50 microni sunt utilizate în dispozitivele medicale cu lumină rece pentru a ilumina nazofaringe, stomac etc. În astfel de dispozitive, lumina de la o lampă electrică este colectată de un condensator la capătul de intrare al ghidajului sau mănunchiului de lumină și este alimentată prin aceasta în cavitatea iluminată; acest lucru vă permite să scoateți din ea o lampă - o sursă de căldură. Ghidurile de lumină cu o întrețesere dată sunt aplicabile în filmarea de mare viteză, pentru înregistrarea pistelor particulelor nucleare, ca convertoare de scanare în tehnologia fototelegrafiei și de măsurare a televiziunii, ca convertoare de cod și ca dispozitive de criptare. Au fost create fibre active (laser) care funcționează ca amplificatoare cuantice (vezi amplificator cuantic) și generatoare cuantice (vezi generatorul cuantic) de lumină, concepute pentru calculatoare de mare viteză și care îndeplinesc funcțiile elementelor logice (vezi elementul logic), celule de memorie (vezi Celula de memorie), etc. Fibrele fixate la un capăt (ca o perie înclinată) - septroni - vă permit să analizați spectrele de frecvență audio, să distingeți vocile de zgomotul mulțimii, să creați dispozitive care controlează aparatele de la semnalele vocale etc.
Piesele din fibre sunt fabricate din materiale extra pure. Din topiturile claselor adecvate de sticlă se extrag un ghidaj de lumină și o fibră. Este propus un nou material optic - o fibră de cristal crescută dintr-o topitură. În ea, ghidajele de lumină sunt cristale filamentoase, iar straturile intermediare sunt aditivi introduși în topitură.
Lit.: Kapani N. S., Fibre optice, trad. din engleză, M., 1969; Weinberg V. B. și Sattarov D. K., Optics of light guides, M., 1969.
V. B. Weinberg.
0240942446.tif
Transmiterea element cu element a unei imagini de către o porțiune de fibră: 1 - imagine aplicată la capătul concav de intrare; 2 - miez conductor de lumină; 3 - strat izolator; 4 - imaginea mozaic transferată la capătul de ieșire.

Ministerul Educației și Științei al Ucrainei

Universitatea Națională Dnepropetrovsk

numit după Oles Gonchar

Centrul pentru Educație prin corespondență și la distanță

Specialitatea „Biologie”

Sarcina individuală

în fizică

pe subiect:

„Fibra optică și aplicațiile sale”

Realizat de: student

grupuri 09-1h (1 flux)

Litvinenko Alexandra

Verificat de: Conf. univ. Elina O.V.

Dnepropetrovsk

Introducere

Liniile de comunicație prin fibră optică ca concept

Caracteristici fizice

Caracteristici tehnice

Tehnologia fibrelor are dezavantajele ei

Fibra optică și tipurile sale

cablu de fibra optica

Aplicații și clasificare a cablurilor de fibră optică (FOC)

Componente electronice ale sistemelor de comunicații optice

Transmite module optoelectronice

Diode emitatoare de lumina

Diode laser

Fibre optice

Dispersie și debit

Concluzie

Bibliografie

Introducere

A trecut puțin de la începutul dezvoltării tehnologiei informatice - șaizeci de ani. În acest timp, am primit astfel de viteze de calcul, asemenea rate de transfer de date la care în urmă cu șaizeci de ani nici nu puteam fi visat. Totul a început odată cu publicarea în 1948 a cărților „Teoria matematică a comunicării” de K. Shannon și „Cybernetics, or Control and Communication in Animal and Machine” de N. Wiener. Au determinat un nou vector pentru dezvoltarea științei, în urma căruia a apărut un computer: mai întâi un gigant lampă, apoi unul tranzistor și pe circuite integrate, pe microprocesoare. Și în 1989, a apărut computerul personal IBM. În același an, a fost lansat programul MS - DOS, iar în 1990 - Windows-3.0, iar apoi a continuat îmbunătățirea rapidă a hardware-ului și software-ului. Până la sfârșitul secolului, omenirea a primit o miniaturizare uimitoare a tehnologiei computerului, o reducere a distanței dintre un computer și o persoană, pătrunderea totală a tehnologiei computerului în sfera domestică. 1986 - a luat naștere Internetul, o rețea globală care a acoperit aproape toate țările lumii, furnizând fiecărui utilizator informații actuale. După ce au primit o prelucrare atât de rapidă a datelor, oamenii au ajuns la concluzia că pot înceta să mai piardă timp și bani cu transferul acestor date, precum și să mărească viteza de acces și viteza de transfer al datelor. Acest lucru a devenit posibil datorită utilizării noilor tipuri de comunicații, precum fibra optică, care a venit să înlocuiască banalele fire de aluminiu și cupru.

Istoria dezvoltării liniilor de comunicații prin fibră optică a început în 1965-1967

g, linii de comunicație cu ghid de undă pentru transmiterea informațiilor în bandă largă, precum și linii de cablu supraconductor criogenic cu atenuare scăzută.

Din 1970, s-a dezvoltat în mod activ lucrările privind crearea de ghiduri de lumină și cabluri optice folosind radiația infraroșie vizibilă în intervalul de lungimi de undă optică.

Subiectul unei linii de comunicații cu fibră optică este relevant în acest moment, deoarece numărul de oameni de pe planetă crește, iar nevoia de îmbunătățire a vieții este, de asemenea, în creștere. Din cele mai vechi timpuri, o persoană s-a îmbunătățit: își îmbunătățește cunoștințele, se străduiește să îmbunătățească viața prin crearea și modelarea articolelor de uz casnic. Și acum multe companii creează televizoare, telefoane, casetofone, computere și multe altele, adică aparate de uz casnic care simplifică viața unei persoane. Dar pentru introducerea acestor noi tehnologii, trebuie să le schimbați sau să le îmbunătățiți pe cele vechi. Un exemplu în acest sens sunt liniile noastre de comunicație pe un cablu coaxial (cupru), care au fost deja menționate mai sus. Viteza lor este redusă, chiar și pentru transmiterea de informații video. Și fibra optică este exact ceea ce avem nevoie - rata sa de transfer de informații este foarte mare. În plus, pierderile reduse în timpul transmisiei semnalului fac posibilă așezarea unor secțiuni lungi de cablu fără a instala echipamente suplimentare. Fibra optică are imunitate bună la zgomot, ușurință de instalare și durată lungă de viață a cablului în aproape orice mediu. Și, în plus, nu are sens să furi fibră optică în scopul de a o casa. În prezent, fibra optică își găsește aplicația în principal în comunicațiile tele- și prin Internet. Dar se crede că utilizarea de astăzi a fibrelor este doar vârful aisbergului aplicării sale.

Liniile de comunicație prin fibră optică ca concept

Fibra optică este un domeniu relativ tânăr al științei și tehnologiei, iar definiția sa nu poate fi considerată stabilită. Cu toate acestea, vom încerca să o dăm.

Fibra optică este o ramură a opticii care se ocupă cu transmiterea luminii și a imaginilor prin ghiduri de lumină și ghiduri de undă din gama optică, în special prin ghiduri de lumină multi-core și mănunchiuri de fibre flexibile.

Liniile de comunicație prin fibră optică sunt un tip de comunicare în care informațiile sunt transmise prin ghiduri de undă dielectrice optice. , cunoscută sub denumirea de „fibră optică”.

Fibra optică este considerată în prezent cel mai avansat mediu fizic pentru transmiterea informațiilor, precum și cel mai promițător mediu pentru transmiterea fluxurilor mari de informații pe distanțe mari. De exemplu, în prezent, cablurile de fibră optică sunt așezate de-a lungul oceanelor Pacific și Atlantic și aproape întreaga lume este „încurcată” într-o rețea de sisteme de comunicații prin fibră (Laser Mag.-1993.-Nr. 3; Laser Focus). Lumea.-1992.-28, Nr. 12; Telecom. mag.-1993.- Nr. 25; AEU: J. Asia Electron. Union.-1992.- Nr. 5). Țările europene de peste Atlantic sunt conectate prin linii de fibră cu America. SUA, prin Insulele Hawaii și insula Guam - cu Japonia, Noua Zeelandă și Australia. O linie de comunicație prin fibră optică leagă Japonia și Coreea de Orientul Îndepărtat al Rusiei. În vest, Rusia este legată de țările europene Sankt Petersburg - Kingisepp - Danemarca și St. Petersburg - Vyborg - Finlanda, în sud - cu țările asiatice Novorossiysk - Turcia. În Europa, precum și în America, acestea au fost de mult timp utilizate pe scară largă în aproape toate domeniile de comunicații, energie, transport, știință, educație, medicină, economie, apărare, activități politice și financiare. Deci, motivul pentru a considera fibra drept cel mai promițător mediu pentru transmiterea fluxurilor mari de informații rezultă dintr-o serie de caracteristici inerente ghidurilor de undă optice.

Caracteristici fizice

Semnale optice de bandă largă datorită frecvenței purtătoarei extrem de ridicate. Aceasta înseamnă că informațiile pot fi transmise printr-o linie de comunicație optică la o rată de aproximativ 1 Terabit/s.

Cu alte cuvinte, 10 milioane de conversații telefonice și un milion de semnale video pot fi transmise simultan printr-o singură fibră. Rata de transfer de date poate fi crescută prin transmiterea informațiilor în două direcții simultan, deoarece undele luminoase se pot propaga într-o fibră independent una de cealaltă. În plus, semnalele luminoase de două polarizări diferite se pot propaga în fibra optică, ceea ce face posibilă dublarea debitului canalului de comunicație optică. Până în prezent, limita privind densitatea informațiilor transmise prin fibră optică nu a fost atinsă. Și asta înseamnă că până acum, cu o încărcătură atât de mare pe Internetul nostru, nu au existat atât de multe informații care, dacă ar fi transmise simultan, ar duce la scăderea vitezei fluxului de date transmis.

Atenuare foarte scăzută (comparativ cu alte medii) a semnalului luminos în fibră. Cu alte cuvinte, pierderea semnalului din cauza rezistenței materialului conductor. Cele mai bune mostre de fibră rusă au o atenuare atât de scăzută încât permit construirea unor linii de comunicație de până la 100 km lungime, fără regenerare a semnalului. Laboratoarele de optică din Statele Unite dezvoltă și mai „transparente”, așa-numitele fibre de fluorozirconat. Studiile de laborator au arătat că astfel de fibre pot fi folosite pentru a crea linii de comunicație cu locuri de regenerare de peste 4600 km la o rată de transmisie de aproximativ 1 Gbit/s.

Caracteristici tehnice

Fibra optică este un ghid de undă dielectric realizat din sticlă de cuarț. Are un miez ghidaj luminos cu indice de refracție la lumină n1 înconjurat de o placare cu indice de refracție n2, cu n1>n2. Intrând în miezul de ghidare a luminii, lumina se propagă în el datorită efectului de reflexie internă totală. Acest efect are loc atunci când un fascicul de lumină cade pe interfața dintre două medii de la un mediu cu un indice de refracție ridicat n1 la un mediu cu un indice mai mic n2 și se observă doar până la anumite valori ale unghiului, valoarea de care este determinată de diferențele dintre n1 și n2. De obicei, lumina este injectată în fibră prin capăt. Valoarea limită a unghiului de incidență a unui fascicul de lumină pe capătul fibrei este legată de unghiul critic prin relația sin am = n1 cos qcr = (n12 - n22)1/2 = (2n Dn)1/2 , unde n = (n1 + n2)/2 și Dn = n1 - n2. Valoarea NA = sin am = (2n Dn)1/2 se numește deschiderea numerică a fibrei optice și determină capacitatea fibrei optice de a colecta și transmite lumina. Un fascicul de lumină introdus în fibră la un unghi mai mic de m se va propaga pe toată lungimea fibrei. Un astfel de fascicul se numește un mod ghidat sau pur și simplu un mod.

La selectarea componentelor pentru sistemele cu fibră optică sunt luați în considerare 2 parametri ai fibrei care afectează eficiența transmisiei: lățimea de bandă și atenuarea.

Lățimea de bandă este un parametru al lățimii de bandă a fibrei. Cu cât lățimea de bandă este mai mare, cu atât este mai mare capacitatea de informare. Lățimea de bandă este caracterizată de raportul: frecvență / distanță (MHz / km). De exemplu, o fibră de 200 MHz/km este capabilă să transmită date în lățimea de bandă de 200 MHz de până la 1 km și în lățimea de bandă de 100 MHz până la 2 km.

Atenuare. Pe lângă modificările fizice ale impulsurilor luminoase din cauza limitării lățimii de bandă, există și o reducere a nivelurilor de putere optică pe măsură ce impulsurile parcurg fibră. Acest tip de pierdere sau atenuare a puterii optice este măsurată în decibeli pe kilometru (dB/km) la o lungime de undă specificată.

Pierderea fibrelor

Radiația utilizată în sistemele cu fibră optică se află în partea infraroșie a spectrului optic, în care atenuarea luminii care trece printr-o fibră este foarte dependentă de lungimea de undă. Prin urmare, atenuarea sau pierderea de putere trebuie măsurată pentru lungimi de undă specificate pentru fiecare tip de fibră (vezi Figura 3). Lungimea de undă este măsurată în nanometri (nm) - o miliardime dintr-un metru - și reprezintă distanța dintre două cicluri ale aceleiași undă. Cantitatea de energie optică pierdută din cauza absorbției și împrăștierii radiației la o anumită lungime de undă este exprimată ca factor de atenuare în decibeli pe kilometru (dB/km).

Pierderea de putere optică la diferite lungimi de undă are loc în fibră din cauza absorbției și împrăștierii. Modul optim de funcționare al fibrei se realizează la valuri de o anumită lungime. De exemplu, pierderile de mai puțin de 1 dB/km sunt tipice pentru o fibră de tip multitraiect de 50/125 mm care operează la 1300 nm și mai puțin de 3 dB/km sunt tipice pentru același tip de fibră care funcționează la 850 nm.

Aceste două intervale de lungimi de undă, 850 și 1300 nm, sunt cele mai comune și mai frecvent utilizate astăzi pentru transmisia semnalului prin cabluri din fibră de sticlă. Pentru aceste lungimi de undă, emițătoarele și receptoarele sunt produse astăzi de industrie. Cea mai buna calitate are fibra de sticla, functionand in modul single beam la o lungime de unda de 1550 nm.

Pierderea prin microflexie

Fără o protecție adecvată, fibra optică este supusă pierderilor optice cauzate de microbendurile. Microbendurile sunt deviații temporare ale fibrei cauzate de sarcini transversale care provoacă pierderi de putere optică în miez. Pentru a minimiza efectul microbendurilor, sunt utilizate diferite metode de protecție a fibrelor. Spre deosebire de fibrele de tip trepte, fibrele cu miez în trepte sunt relativ rezistente la pierderea prin microflexie.

Protecție prin fibre primare

O fibră optică este un ghid de lumină foarte subțire. Influențele externe duc la apariția microzig-zagurilor și, în consecință, la pierderi suplimentare. Pentru a izola fibra de forțele externe, sunt utilizate două straturi de protecție suplimentare - un tampon liber și un tampon dens. Tamponul liber este proiectat în așa fel încât fibra să fie conținută într-un tub de plastic cu un diametru interior mult mai mare decât fibra în sine. De regulă, interiorul tubului de plastic este umplut cu gel. Tamponul liber izolează fibra de deteriorarea mecanică externă care afectează cablul. Un cablu multifibră constă de obicei din mai multe astfel de tuburi, fiecare conținând una sau mai multe fibre, ținute împreună prin componente de ancorare pentru a proteja fibrele de presiunea externă și pentru a minimiza întinderea.

O altă modalitate de a proteja fibra este tamponarea strânsă, care utilizează comprimarea directă a plasticului peste stratul de bază al fibrei. Designul dens al tamponului permite rezistența la forțe de impact și presiune mult mai mari și nu duce la ruperea fibrei. Deși un tampon strâns este mai flexibil decât un tampon liber, pierderea optică cauzată de îndoirea și răsucirea severă din cauza microbendingului poate depăși specificația nominală. Un design îmbunătățit al tamponului etanș este un cablu întărit, așa-numitul cablu de rupere. În cablul de rupere, fibra tamponată dens este înconjurată de un fir de aramidă și o acoperire, cum ar fi PVC. Elementele cu o singură fibră sunt apoi învelite pentru a forma un cablu de rupere. Avantajele acestui design „cablu în cablu” asigură conectarea și instalarea simplificate.

Fiecare dintre modelele prezentate are propriile sale avantaje. Tubul tampon liber oferă cablului o atenuare mai mică a microbendurilor decât orice alt tip de fibră, precum și un nivel ridicat de izolare de influențele mediului.

Sub influența sarcinilor mecanice pe termen lung, tubul liber oferă parametri de transmisie mai stabili. Construcția tamponului dens este simplă și este un cablu flexibil și rezistent la rupere.

Alegerea parametrilor fizici

Folosind un tampon liber sau strâns, proiectantul sistemului are de ales între pierderea prin micro-îndoire și flexibilitatea cablului.

Pentru instalarea cablurilor, proprietățile mecanice precum rezistența la tracțiune, rezistența la impact și flexibilitatea sunt de mare importanță. Cerințele pentru condițiile climatice sunt rezistența la umiditate, substanțe chimice și o serie de alte condiții atmosferice și externe.

Protectie mecanica

Tensiunea standard a cablului în timpul instalării poate solicita în cele din urmă fibra. Stresul poate provoca pierderi de microîncovoiere, care, la rândul lor, duce la o creștere a factorului de amortizare. Pentru a redistribui tensiunile de sarcină, a simplifica instalarea și a crește durata de viață, la proiectarea cablului optic se adaugă diferite tipuri de elemente de armare interne. Astfel de elemente asigură tensiunile de încărcare inerente cablului electronic și eliberează fibra de presiune, minimizând efectul de tragere și comprimare a cablului. În unele cazuri, astfel de elemente acționează ca izolatori termici.

Întăritorii utilizați în mod obișnuit în cablul cu fibră optică includ fire de aramidă, miez din fibră de sticlă epoxidică (FGE) și sârmă de oțel. Înfășurat rotund la rotund, firele de aramidă sunt de 5 ori mai rezistente decât oțelul. Împreună cu tija epoxidică din fibră de sticlă, firul este o componentă indispensabilă în crearea unui dielectric.

Pentru aplicații la temperaturi extrem de scăzute, oțelul și FGE sunt alese deoarece aceste materiale sunt mai rezistente la fluctuațiile de temperatură.

Blocurile principale ale fibrei optice

Structura unei fibre optice

Tulpina: zona în care lumina trece printr-o fibră (sticlă sau plastic). Cu cât diametrul tijei este mai mare, cu atât fasciculul de radiații luminoase transmis prin fibră este mai mare.

Placarea: Oferă un indice de refracție suficient de scăzut la suprafața tijei pentru a provoca un efect de reflexie internă totală în miez pentru a transmite unde luminoase prin fibră.

Acoperire: este o manta din plastic multistrat conceputa pentru a proteja fibra de impacturi si alte influente externe. Astfel de acoperiri tampon au o grosime de 250 până la 900 um.

Diametrul fibrei

Dimensiunile fibrei de sticlă sunt de obicei caracterizate de diametrul exterior al miezului, al placajului și al acoperirii. De exemplu: 50/125/250 indică faptul că fibra are un diametru al miezului de 50 microni, o placare de 125 microni și o acoperire de 250 microni. Pentru comparație, o foaie de hârtie are o grosime de aproximativ 25 de microni. La conectarea sau îmbinarea fibrelor, învelișul este întotdeauna îndepărtat.

Avantajele FOCL

Transmiterea informațiilor prin FOCL are o serie de avantaje față de transmisia prin cablu de cupru. Introducerea rapidă a fibrei în rețelele informaționale este o consecință a avantajelor care decurg din caracteristicile de propagare a semnalului în fibra optică.

Lățime de bandă largă- datorită frecvenței purtătoare extrem de ridicate de 1014 Hz. Acest lucru face posibilă transmiterea unui flux de date de câțiva terabiți pe secundă pe o singură fibră optică. Lățimea de bandă mare este unul dintre cele mai importante avantaje ale fibrei optice față de cupru sau orice alt mediu de transmisie.

Atenuare scăzută a semnalului luminos în fibră. Fibra optică industrială produsă în prezent de producătorii interni și străini are o atenuare de 0,2-0,3 dB la o lungime de undă de 1,55 microni pe un kilometru. Atenuarea scăzută și dispersia scăzută fac posibilă construirea de secțiuni de linii fără retransmisie de până la 100 km sau mai mult.

Nivel scăzut de zgomot în cablul de fibră optică vă permite să măriți lățimea de bandă prin transmiterea diferitelor modulații de semnal cu redundanță de cod redus.

Imunitate ridicată la zgomot. Deoarece fibra este realizată dintr-un material dielectric, este imună la interferența electromagnetică din partea sistemelor de cablare din cupru din jur și a echipamentelor electrice capabile să inducă radiații electromagnetice (linii electrice, instalații de motoare etc.). Cablurile cu mai multe fibre evită, de asemenea, problema de diafonie electromagnetică pe care o au cablurile de cupru cu mai multe perechi.

Greutate și volum reduse. Cablurile de fibră optică (FOC) sunt mai ușoare și mai ușoare decât cablurile de cupru pentru aceeași lățime de bandă. De exemplu, un cablu telefonic de 900 de perechi cu diametrul de 7,5 cm poate fi înlocuit cu o singură fibră cu diametrul de 0,1 cm.Dacă fibra este „îmbrăcată” în multe teci de protecție și acoperită cu armătură de bandă de oțel, diametrul de o astfel de fibră va fi de 1,5 cm, care de câteva ori mai mică decât cablul telefonic considerat.

Securitate ridicată împotriva accesului neautorizat. Deoarece FOC practic nu radiază în raza radio, este dificil să ascultați cu urechea informațiile transmise prin el fără a perturba recepția și transmisia. Sistemele de monitorizare (monitorizare continuă) a integrității liniei de comunicație optică, folosind proprietățile de înaltă sensibilitate ale fibrei, pot opri instantaneu canalul de comunicație „piratat” și pot da o alarmă. Sistemele de senzori care folosesc efectele de interferență ale semnalelor luminoase propagate (atât de-a lungul diferitelor fibre, cât și de polarizări diferite) au o sensibilitate foarte mare la fluctuații, la căderi mici de presiune. Astfel de sisteme sunt necesare în special atunci când se creează linii de comunicare în guvern, în sectorul bancar și în unele alte servicii speciale care impun cerințe mari privind protecția datelor.

Izolarea galvanică a elementelor de rețea. Acest avantaj al fibrei optice constă în proprietatea sa izolatoare. Fibra ajută la evitarea buclelor electrice de împământare care pot apărea atunci când două dispozitive de rețea de computere neizolate conectate prin cablu de cupru au împământare în puncte diferite ale unei clădiri, cum ar fi la etaje diferite. În acest caz, poate apărea o diferență mare de potențial, care poate deteriora echipamentele de rețea. Pentru fibre, această problemă pur și simplu nu există.

Siguranța la explozie și incendiu. Datorită absenței scânteilor, fibra optică mărește securitatea rețelei în rafinăriile chimice, de petrol și în deservirea proceselor tehnologice cu risc ridicat.

WOK economic. Fibra este realizată din silice, care are la bază dioxid de siliciu, un material răspândit și, prin urmare, ieftin, spre deosebire de cupru. În prezent, costul fibrei în raport cu o pereche de cupru este corelat ca 2:5. În același timp, FOC face posibilă transmiterea semnalelor pe distanțe mult mai lungi fără retransmitere. Numărul de repetoare pe liniile extinse este redus când se utilizează FOC. Când se utilizează sisteme de transmisie soliton, distanțele de 4000 km au fost atinse fără regenerare (adică numai cu utilizarea amplificatoarelor optice la nodurile intermediare) la o rată de transmisie de peste 10 Gbps.

Durată lungă de viață.În timp, fibra se va degrada. Aceasta înseamnă că atenuarea în cablul instalat crește treptat. Cu toate acestea, datorită îmbunătățirii tehnologiilor moderne pentru producția de fibre optice, acest proces este încetinit semnificativ, iar durata de viață a FOC este de aproximativ 25 de ani. În acest timp, mai multe generații/standarde de sisteme transceiver se pot schimba.

Alimentare de la distanță.În unele cazuri, este necesară alimentarea de la distanță a nodului rețelei de informații. Fibra optică nu este capabilă să îndeplinească funcțiile unui cablu de alimentare. Totuși, în aceste cazuri, se poate folosi un cablu mixt, când, împreună cu fibrele optice, cablul este echipat cu un element conductiv de cupru. Un astfel de cablu este utilizat pe scară largă atât în ​​Rusia, cât și în străinătate.

Tehnologia fibrelor are dezavantajele ei

Atunci când se creează o linie de comunicație, sunt necesare elemente active foarte fiabile care transformă semnalele electrice în lumină și lumina în semnale electrice. De asemenea, sunt necesari conectori optici (conectori) cu pierderi optice reduse și o resursă mare de conectare-deconectare.

Precizia de fabricație a unor astfel de elemente de linie trebuie să corespundă lungimii de undă a radiației, adică erorile trebuie să fie de ordinul unei fracțiuni de micron. Prin urmare, producția unor astfel de componente de legătură optică este foarte costisitoare.

Un alt dezavantaj este că instalarea fibrelor optice necesită echipamente tehnologice costisitoare:

a) scule de finisare;

b) conectori;

c) testere;

d) ambreiaje și casete de condimente.

Ca urmare, în cazul unui accident (rupere) a unui cablu optic, costul refacerii este mai mare decât atunci când se lucrează cu cabluri de cupru.

Fibra optică și tipurile sale

Industria din multe țări a stăpânit producția unei game largi de produse și componente din fibre. Trebuie remarcat faptul că producția de componente se distinge printr-un grad ridicat de concentrare.

Majoritatea întreprinderilor sunt concentrate în SUA. Cu brevete majore, firmele americane (în primul rând CORNING GLASS) influențează producția și piața componentelor din întreaga lume prin acorduri de licență cu alte firme și prin crearea de joint ventures.

Pentru transmisia semnalului sunt utilizate două tipuri de fibră: monomod SMF (fibră monomod)și multimod MMF (fibră multimodală). Fibrele și-au primit numele de la modul în care radiația se propagă în ele. Fibra este formată dintr-un miez și o placare cu indici diferiți de refracție. Într-o fibră cu un singur mod, diametrul miezului de ghidare a luminii este de aproximativ 8-10 microni, adică este comparabil cu lungimea de undă a luminii. Cu această geometrie, doar un fascicul (un singur mod, așa cum se numește) se poate propaga în fibră.

fibre monomodale sunt împărțite în fibre monomod în trepte (fibră monomod cu indice în trepte) sau fibre standard SF (fibră standard), fibre cu dispersie deplasată DSF (fibră monomod cu dispersie deplasată) și fibre cu dispersie deplasată non-zero NZDSF (non -zero dispersie-fibră monomod deplasată).

fibră monomod

Conform legilor fizicii, cu un diametru al fibrei suficient de mic și o lungime de undă adecvată, un singur fascicul se va propaga prin fibră. În general, însuși faptul că diametrul miezului este selectat pentru modul de propagare a semnalului monomod indică particularitatea fiecărei variante individuale a designului fibrei. Acestea. atunci când utilizați conceptele de multi-mod și single-mode, ar trebui să înțelegeți caracteristicile fibrei în raport cu frecvența specifică a undei utilizate. Propagarea unui singur fascicul face posibilă eliminarea dispersiei intermodale. După cum sa menționat deja, această dispersie este cea care are cel mai mare impact asupra debitului canalului. Valorile materialului și dispersiei de interfrecvență sunt ordine de mărime mai mici decât cea intermodală. Cu toate acestea, o fibră cu un singur mod elimină posibilitatea de propagare a mai multor fascicule, astfel încât nu există dispersie intermodală și, prin urmare, fibrele cu un singur mod sunt ordine de mărime mai productive. În acest moment, se folosește un miez cu un diametru exterior de aproximativ 8 microni. Ca și în cazul fibrelor multimodale, sunt utilizate atât distribuțiile de densitate a materialului în trepte, cât și în gradient. A doua varianta este mai eficienta. Tehnologia monomod este mai subțire, mai scumpă și este utilizată în prezent în telecomunicații, în timp ce cablurile multimode și-au câștigat nișa în rețelele locale de calculatoare.

Fibră în trepte multimodale

Principala diferență dintre opțiunile de fibră optică este proprietățile miezului utilizat în ele. Cea mai simplă opțiune de bază este sticla de cuarț cu o densitate uniformă. Dacă afișați densitatea de distribuție a straturilor de fibre, obțineți un model în trepte, care este afișat în numele acestui tip de fibră. Pentru o rază suficient de mare a unei fibre uniform dense, se observă efectul dispersiei intermodale. Influența sa asupra performanței canalului optic este mult mai mare decât cea de interfrecvență și material. Prin urmare, atunci când se calculează debitul canalului, indicatorii acestuia sunt utilizați. În prezent, sunt utilizate trei diametre standard de miez pentru fibra multimod: 100 microni, 62,5 microni și 50 microni. Cele mai comune ghidaje de lumină au un diametru de 62,5 microni, dar treptat miezul de 50 de microni capătă poziții din ce în ce mai puternice. Datorită legilor geometrice simple ale propagării luminii, este ușor de observat debitul său mai mare, deoarece transmite mai puține moduri, reducând astfel dispersia impulsului de ieșire. Dimensiunea ghidajelor de lumină nu a fost aleasă întâmplător. Este direct legată de frecvența undei luminoase utilizate. În prezent, există trei lungimi de undă principale: 850 nm, 1300 nm și 1500 nm. De ce au fost alese aceste lungimi de undă, vom explica mai târziu. Fibrele în trepte multimodale au o lățime de bandă mică în raport cu posibilitățile reale ale luminii; prin urmare, fibrele cu gradient sunt mai des folosite în tehnologia multimodală.

Fibră cu gradient multimodal

Numele fibrei vorbește de la sine. Principala diferență dintre o fibră gradată și o fibră în trepte este densitatea neuniformă a materialului de ghidare a luminii. Dacă afișați distribuția densității pe un grafic, obțineți o imagine parabolică. Efectul dispersiei intermodale, ca și în cazul unei scheme în trepte, se manifestă în continuare, dar mult mai puțin. Acest lucru este ușor de explicat în termeni de geometrie. Figura arată că lungimile traseului razelor sunt mult reduse datorită netezirii. Mai mult, este interesant că razele care trec mai departe de axa ghidajului luminii, deși depășesc distanțe mari, dar în același timp au viteze mari, deoarece densitatea materialului scade de la centru spre raza exterioară. O undă luminoasă se propagă cu cât mai repede, cu atât densitatea mediului este mai mică. Ca urmare, traiectorii mai lungi sunt compensate de viteza mai mare. Cu o distribuție bine echilibrată a densității sticlei, este posibil să se minimizeze diferența de timp de propagare, datorită căreia dispersia intermodală a fibrei gradate este mult mai mică. Ca și în cazul fibrei în trepte, în prezent există trei diametre standard ale miezului în uz: 100 microni, 62,5 microni și 50 microni, care funcționează și la 850 nm, 1300 nm și 1500 nm. Cu toate acestea, indiferent cât de echilibrate sunt fibrele cu gradient multimod, randamentul lor nu poate fi comparat cu tehnologiile cu un singur mod.

cablu de fibra optica

A doua cea mai importantă componentă care determină fiabilitatea și durabilitatea este cablul de fibră optică (FOC). Astăzi, există câteva zeci de companii în lume care produc cabluri optice pentru diverse scopuri. Cele mai cunoscute dintre ele sunt: ​​AT&T, General Cable Company (SUA); Siecor (Germania); Cablu BICC (Marea Britanie); Les cables de Lion (Franţa); Nokia (Finlanda); NTT, Sumitomo (Japonia), Pirelli (Italia).

Parametrii determinanți în producția de cabluri de fibră optică sunt condițiile de funcționare și lățimea de bandă a liniei de comunicație. În funcție de condițiile de funcționare, cablurile sunt împărțite în:

Montare

Statie

Zonal

Trompă.

Primele două tipuri de cabluri sunt destinate așezării în interiorul clădirilor și structurilor. Sunt compacte, ușoare și, de regulă, au o lungime mică de construcție. Cablurile din ultimele două tipuri sunt destinate așezării în puțuri de comunicații prin cablu, în pământ, pe suporturi de-a lungul liniilor electrice, sub apă. Aceste cabluri sunt protejate de influențele externe și au o lungime de construcție de peste doi kilometri.

Pentru a asigura un randament ridicat al liniilor de comunicație, FOC sunt produse care conțin un număr mic (până la 8) de fibre monomode cu atenuare scăzută, iar cablurile pentru rețelele de distribuție pot conține până la 144 de fibre, atât monomode cât și multimodale, în funcție de distanțele dintre segmentele de rețea.

În fabricarea FOC, sunt utilizate în principal două abordări:

desene cu libera circulatie a elementelor

structuri cu o legătură rigidă între elemente.

În funcție de tipurile de structuri, cablurile sunt pliate, fasciate, cu miez profilat, cabluri panglică. Există numeroase combinații de modele FOC, care, în combinație cu o gamă largă de materiale utilizate, vă permit să alegeți versiunea de cablu care îndeplinește cel mai bine toate condițiile proiectului, inclusiv costul.

Separat, luăm în considerare metodele de îmbinare a lungimilor de construcție ale cablurilor.

Îmbinarea lungimilor de construcție a cablurilor optice se realizează utilizând presetupe special proiectate. Aceste manșoane au două sau mai multe presetupe, dispozitive de fixare a elementelor de rezistență ale cablurilor și una sau mai multe plăci de îmbinare. O placă de îmbinare este o structură pentru așezarea și fixarea fibrelor îmbinate ale diferitelor cabluri.

După ce cablul optic este așezat, este necesar să-l conectați la echipamentul transceiver. Acest lucru se poate face folosind conectori optici (conectori). Multe tipuri de conectori sunt utilizate în sistemele de comunicații.

Aplicații și clasificare a cablurilor de fibră optică (FOC)

În funcție de domeniul principal de aplicare, cablurile de fibră optică sunt împărțite în trei tipuri principale:

· cabluri de pozare exterioară (cabluri de exterior);

cabluri pentru pozare interioară (cabluri interioare);

cabluri pentru cabluri.

http://www.tls-group.ru/sks/vols/pic/kab_krug.jpg Cablurile de pozare externă sunt utilizate pentru a crea un subsistem de autostrăzi externe și pentru a conecta clădiri individuale.

Domeniul principal de utilizare a cablurilor de interior este organizarea coloanei vertebrale interne a clădirii, în timp ce cablurile pentru cabluri sunt destinate în principal fabricării de cabluri de corecție și de cabluri de corelare, precum și pentru cablarea orizontală în implementarea fibrei la proiectele de birou (fibră până la locul de muncă) și „fibre până la cameră” (fibră până la cameră).

Clasificarea generală a cablurilor optice SCS poate fi reprezentată așa cum se arată în figură.

Componente electronice ale sistemelor de comunicații optice

Transmite module optoelectronice

Modulele optoelectronice de transmisie (POM) utilizate în sistemele cu fibră optică sunt concepute pentru a converti semnalele electrice în cele optice. Acesta din urmă trebuie introdus în fibră cu pierderi minime. Sunt produse o mare varietate de POM, care diferă în design, precum și în tipul sursei de radiație. Unele funcționează la viteze ale telefonului cu o distanță maximă de până la câțiva metri, altele transmit sute și chiar mii de megabiți pe secundă pe distanțe de câteva zeci de kilometri.

Tipuri și caracteristici ale surselor de radiații

Elementul principal al POM este sursa de radiații. Enumerăm principalele cerințe pe care trebuie să le îndeplinească o sursă de radiații utilizată în FOCL:

Radiația ar trebui să fie efectuată la lungimea de undă a uneia dintre ferestrele de transparență a fibrei. În fibrele optice tradiționale, există trei ferestre în care se realizează mai puțină pierdere de lumină în timpul propagării: 850, 1300, 1550 nm;

Sursa de radiații trebuie să reziste la frecvența de modulație necesară pentru a asigura transmiterea informațiilor la viteza necesară;

Sursa de radiatii trebuie sa fie eficienta, in sensul ca cea mai mare parte a radiatiei de la sursa patrunde in fibra cu pierderi minime;

Sursa de radiație trebuie să fie suficient de puternică, astfel încât semnalul să poată fi transmis pe distanțe mari, dar nu atât de mult încât radiația să conducă la efecte neliniare sau să poată deteriora fibra sau receptorul optic;

Variațiile de temperatură nu trebuie să afecteze funcționarea sursei de radiații;

Costul de producție al sursei de radiație ar trebui să fie relativ scăzut.

În prezent, sunt utilizate două tipuri principale de surse de radiație care îndeplinesc cerințele de mai sus - diode emițătoare de lumină (LED) și laser cu semiconductor (LD).

Principala caracteristică distinctivă dintre LED-uri și diodele laser este lățimea spectrului de emisie. Diodele emițătoare de lumină au un spectru larg de radiații, în timp ce diodele adevărate au un spectru mult mai îngust, vezi Figura 1. Ambele tipuri de dispozitive sunt foarte compacte și se potrivesc bine cu circuitele electronice standard.

Fig 1. Spectrele de emisie ale LED-urilor și diodelor laser

Diode emitatoare de lumina

Datorită simplității și costului redus, LED-urile sunt mult mai utilizate pe scară largă decât diodele laser.

Principiul de funcționare al LED-ului se bazează pe recombinarea radiativă a purtătorilor de sarcină în regiunea activă a unei structuri eterogene atunci când trece un curent prin aceasta, Fig. 2. a. Purtătorii de sarcină - electroni și găuri - pătrund în stratul activ (heterojuncție) din straturile pasive adiacente (p- și n-straturi) datorită tensiunii aplicate structurii p-n și apoi experimentează recombinarea spontană, însoțită de emisie de lumină.

Lungimea de undă a radiației X (µm) este legată de banda interzisă a stratului activ Eg (eV) prin legea de conservare a energiei λ= 1,24/Eg, fig. 2. b.

Indicele de refracție al stratului activ este mai mare decât indicele de refracție al straturilor pasive limitatoare, datorită căruia radiația de recombinare se poate propaga în interiorul stratului activ, experimentând reflexii multiple, ceea ce crește semnificativ eficiența sursei de radiație.

Heterostructură dublă: a) heterostructură;

b) diagrama de energie pentru polarizarea directă

Structurile eterogene pot fi create pe baza diferitelor materiale semiconductoare. De obicei, GaAs și InP sunt folosite ca substraturi. Compoziția compozită adecvată a materialului activ este selectată în funcție de lungimea de undă a radiației generate prin pulverizare pe substrat.

Lungimea de undă de emisie λ0 este definită ca valoarea corespunzătoare distribuției maxime a puterii spectrale, iar lățimea spectrului de emisie Δλ0,5 este intervalul de lungime de undă în care densitatea puterii spectrale este jumătate din maxim.

Diode laser

Există două diferențe principale de design între o diodă laser și un LED. În primul rând, dioda laser are o cavitate optică încorporată. În al doilea rând, dioda laser funcționează la curenți de pompă mult mai mari decât LED-ul, ceea ce face posibilă obținerea modului de emisie stimulată atunci când este depășită o anumită valoare de prag. Această radiație este caracterizată de o coerență ridicată, datorită căreia diodele laser au o lățime a spectrului de emisie mult mai mică (1-2 nm) comparativ cu 30-50 nm pentru LED-uri.

Dependența puterii radiației de curentul pompei este descrisă de caracteristica watt-amperi a diodei laser. La curenți mici de pompă, laserul experimentează o emisie spontană slabă, funcționând ca un LED ineficient. La depășirea unei anumite valori de prag a curentului pompei Ithres, radiația devine indusă, ceea ce duce la o creștere bruscă a puterii de radiație și a coerenței acesteia, Fig.

Orez. Caracteristici 3 Watt-amperi: 1 – dioda laser; 2 - LED

Laserul constă dintr-un mediu activ, un dispozitiv de pompă și un sistem rezonant (Fig. 23). Mediul activ poate fi un material solid, lichid sau gazos. Semiconductoarele au fost utilizate pe scară largă. Ca dispozitiv de pompare, se folosește în principal energie electrică. Radiația solară, energia atomică, reacția chimică și alte surse pot fi, de asemenea, utilizate. Rolul de rezonanță este îndeplinit de oglinzi sau alte suprafețe lustruite.

Orez. 4 Schema schematică a laserului:

1 - mediu activ; 2 - dispozitiv de pompare; 3 - sistem rezonant

Conform principiului de funcționare și efectului radiației luminoase, laserul poate fi clasificat ca material luminiscent. Sunt cunoscute diferite tipuri de luminescență (strălucire): termică (bec incandescent), rece (fosfor și alte materiale luminoase), naturală (licurici, lemn putred), chimic (reacție activă), etc. Luminescența electrică acționează în laserele semiconductoare - strălucirea apare din cauza pomparii electrice.

Principiul de funcționare al dispozitivelor cuantice (lasere) se bazează pe utilizarea radiației atomilor de materie sub influența unui câmp electromagnetic extern. Din mecanica cuantică se știe că mișcarea electronilor unui atom în jurul nucleului caracterizează starea energetică a electronilor, denumită altfel nivelul de energie. Când electronii se deplasează de pe o orbită pe alta, sub influența unui câmp electromagnetic extern, nivelul de energie se modifică și este emisă energie.

În prezent, se folosesc diverse tipuri de lasere: semiconductor, semiconductor, cu gaz etc. Un laser semiconductor este o diodă semiconductoare de tip pn, realizată dintr-un material activ capabil să emită cuan-fotoni de lumină. Ca atare material, se folosește în principal arseniura de galiu cu aditivi corespunzători (telur, aluminiu, siliciu, zinc). În funcție de natura și cantitatea de dopanți, un semiconductor are regiuni de conductivitate electronică n (datorită telurului) și gaura p (datorită zincului).

Sub acțiunea tensiunii aplicate în semiconductor, purtătorii sunt excitați, datorită cărora este emisă energie luminoasă și apare un flux de fotoni. Acest flux, fiind reflectat în mod repetat de oglinzile care formează sistemul rezonant, este amplificat, ceea ce duce la apariția unui fascicul laser cu un model de radiație înalt direcționat.

Schematic, un laser semiconductor este prezentat în (Fig. 5).

Orez. 5. Laser semiconductor

Volumul semiconductorului este de aproximativ 1 mm3. Electrozi metalici sunt conectați la acesta pentru a furniza tensiune electrică. Rolul oglinzilor reflectorizante este îndeplinit de fețele de capăt lustruite plan-paralele ale semiconductorului. Radiația are loc în stratul de joncțiune pn cu o grosime de 0,15...0,2 µm.

Alături de lasere, LED-urile pot fi folosite ca sursă de radiație optică. LED-ul este același semiconductor luminiscent de tipul p-n de arseniură de galiu, dar nu are amplificare rezonantă. Spre deosebire de un laser, care are un fascicul coerent foarte dirijat, într-un LED, radiația are loc spontan (spontan), iar fasciculul are o putere mai mică și o directivitate largă.

Caracteristicile comparative ale laserelor și LED-urilor sunt prezentate în Tabelul 5 și în (Fig. 5).

Tabelul 5

Comparând lumina obișnuită, creată, de exemplu, de un bec incandescent, cu un fascicul laser, se poate observa că în ambele cazuri acționează un flux de fotoni. Însă, spre deosebire de lumina obișnuită, care se bazează pe natura termică a apariției sale și emite un spectru de frecvență continuu foarte larg, fasciculul laser are o bază electromagnetică și este un fascicul monocromatic (cu o singură undă).

Fig.25. Lățimea spectrului laserului (1), LED (2)

Raza laser are o serie de proprietăți remarcabile. Se propagă pe distanțe mari și are o direcție strict rectilinie. Fasciculul se deplasează într-un fascicul foarte îngust, cu un grad mic de divergență (ajunge pe Lună cu un focus de sute de metri). Raza laser are căldură mare și poate perfora orice material. Intensitatea luminii a fasciculului este mai mare decât intensitatea celor mai puternice surse de lumină.

Orez. 6. Fotodioda semiconductoare

O fotodiodă este folosită ca dispozitiv de recepție care transformă lumina în electricitate. Aici se folosește efectul Stoletov, care constă în faptul că atunci când lumina acționează asupra unui material activ, precum un semiconductor, proprietățile electrice ale acestuia se modifică și apare un semnal electric (Fig. 6).

Astfel, în lasere, electricitatea este transformată în lumină, iar în fotodiode are loc procesul invers: lumina este transformată în electricitate.

Columna vertebrală FOCL utilizează două ferestre de 1,3 și 1,55 µm. Deoarece cea mai scăzută atenuare din fibră se realizează într-o fereastră de 1,55 μm, este mai eficient să se utilizeze transmițătoare optice cu această lungime de undă în secțiuni ultra-lungi fără releu (L = 100 km). În același timp, pe multe FOCL-uri principale, compoziția FOC include doar fibre monomod în trepte cu o dispersie cromatică minimă în apropiere de 1,3 μm (nu există fibre cu o dispersie deplasată). La o lungime de undă de 1,55 µm, SMF are o dispersie cromatică specifică de 17 ps/nm-km. Și deoarece lățimea de bandă este invers proporțională cu lățimea spectrului de radiații, este posibil să se mărească lățimea de bandă doar cu o lățime mai mică a spectrului de radiații laser. Deci, pentru ca transmițătoarele optice la o lungime de undă de 1,55 μm să fie utilizate în mod egal pe o linie lungă nu numai cu fibre cu dispersie deplasată (DSF) cu un singur mod, ci și cu fibră în trepte (SMF), este necesar să se realizeze lățimea spectrului de emisie al emițătorilor cât mai puțin posibil.

Cele mai utilizate patru tipuri principale de diode laser sunt: ​​cu un rezonator Fabry-Perot; cu feedback distribuit; cu gravură Bragg distribuită; cu un rezonator extern.

Diode laser cu rezonanță Fabry-Perot (lasere FP, Fabry-Perot). Rezonatorul dintr-o astfel de diodă laser este format din suprafețele de capăt care înconjoară joncțiunea eterogenă pe ambele părți. Una dintre suprafețe reflectă lumina cu o reflectanță apropiată de 100%, cealaltă este translucidă, asigurând astfel că radiația scapă în exterior.

Pe fig. 1b prezintă spectrul de emisie al unei diode laser industriale folosind un rezonator Fabry-Perot. După cum se poate observa din figură, alături de vârful principal, în care este concentrată puterea principală de radiație, există maxime laterale. Motivul apariției lor este legat de condițiile de formare a undelor staționare. Pentru a amplifica lumina de o anumită lungime de undă, trebuie îndeplinite două condiții. În primul rând, lungimea de undă trebuie să satisfacă relația 2D = NΔλ unde D este diametrul rezonatorului Fabry-Perot și N este un număr întreg. În al doilea rând, lungimea de undă trebuie să se încadreze în intervalul în care lumina poate fi amplificată prin emisie stimulată. Dacă acest interval este suficient de mic, atunci are loc un regim monomod cu o lățime spectrală mai mică de 1 nm. În caz contrar, două sau mai multe maxime învecinate pot cădea în regiunea Δλ0,5, care corespunde unui regim multimod cu o lățime spectrală de la unu la câțiva nm. Laserul FP are de departe cea mai mare performanță tehnică, dar pentru acele aplicații în care nu este necesară o rată mare de date ridicată, acesta, datorită designului său mai simplu, este cel mai potrivit din punct de vedere al cost-eficienței.

Acest efect este absent în celelalte trei tipuri mai avansate de diode laser enumerate mai sus, care diferă prin modul în care este organizată cavitatea optică și sunt, într-o oarecare măsură, o modernizare a unei simple cavități Fabry-Perot.

Diode laser cu feedback distribuit (laser DFB) și reflexie Bragg distribuită (laser DBR). Rezonatoarele acestor două tipuri destul de asemănătoare sunt o modificare a rezonatorului plat Fabry-Perot, la care se adaugă o structură de modulație spațială periodică. La laserele DFB, structura periodică este aliniată cu regiunea activă (Fig. 7a), în timp ce la laserele DBR, structura periodică este mutată în afara regiunii active (Fig. 7.b). Structura periodică afectează condițiile de propagare și caracteristicile radiației. Astfel, avantajele laserelor DFB și DBR în comparație cu laserele FP sunt: ​​o scădere a dependenței lungimii de undă laser de curentul de injecție și temperatură, stabilitate monomod ridicată și adâncime de modulație de aproape 10%. Coeficientul de temperatură Δλ/ΔT pentru laserul FP este de aproximativ 0,5-1 nm/°C, în timp ce pentru laserul DFB este de aproximativ 0,07-0,09 nm/°C. Principalul dezavantaj al laserelor DFB și DBR este tehnologia complexă de fabricație și, ca urmare, un preț mai mare.

Dioda laser cu rezonator extern (laser EC). La laserele EC, unul sau ambele capete sunt acoperite cu un strat special care reduce reflexia și, în consecință, una sau două oglinzi sunt plasate în jurul regiunii active a structurii semiconductoare. Pe fig. 7-7 c) prezintă un exemplu de laser EC cu un singur rezonator extern. Acoperirea anti-reflexie reduce reflectanța cu aproximativ patru ordine de mărime, în timp ce celălalt capăt al stratului activ reflectă până la 30% din fluxul de lumină datorită reflexiei Fresnel. Oglinda, de regulă, combină funcțiile unui rețele de difracție. Pentru a îmbunătăți feedback-ul dintre oglindă și elementul activ, este instalată o lentilă.

Prin creșterea sau scăderea distanței până la oglindă, precum și rotirea simultană a rețelei oglinzii - aceasta este echivalentă cu schimbarea pasului rețelei - puteți modifica fără probleme lungimea de undă a radiației, iar intervalul de reglare ajunge la 30 nm. Din acest motiv, laserele EC sunt indispensabile în dezvoltarea echipamentelor de compresie a undelor și a echipamentelor de măsurare pentru FOCL. Ele sunt similare ca performanță cu laserele DFB și DBR.

Alte caracteristici

De asemenea, caracteristicile importante ale surselor de radiații sunt: ​​viteza sursei de radiații; degradarea și timpul dintre defecțiuni. Viteza sursei de radiație. Parametrul măsurat experimental care reflectă viteza sursei de radiație este frecvența maximă de modulare.Pragurile preliminare sunt stabilite la nivelul de 0,1 și 0,9 din valoarea constantă a puterii radiației luminoase la modulația de joasă frecvență prin impulsuri de curent dreptunghiulare. Pe măsură ce frecvența de modulație crește, de ex. când treceți la scări mai mici pe scara temporală, forma fronturilor luminoase devine mai plată. Pentru a descrie fronturile se introduc timpii de creștere Trise și timpii de coborâre tmi ai puterii de radiație, definite ca intervalele de timp în care are loc o creștere de la 0,1 la 0,9 și, invers, o scădere a semnalului luminos de la 0,9 la 0,1. Frecvența maximă de modulare este definită ca frecvența impulsurilor electrice de intrare la care semnalul optic de ieșire nu mai depășește valorile de prag de 0,1 și 0,9, rămânând în același timp în regiunea interioară. Pentru LED-uri, această frecvență poate ajunge până la 200 MHz, în timp ce pentru diodele laser poate fi mult mai mare (câțiva GHz). Timpii de creștere și de scădere oferă informații despre lățimea de bandă W. Presupunând că sunt egale (ceea ce nu este întotdeauna cazul), atunci lățimea de bandă poate fi determinată prin formula: W = 0,35/τrise.

Orez. 7. Trei tipuri principale de diode laser: a) laser cu feedback distribuit, laser DFB; b) laser cu reflexie Bragg distribuită, laser DBR; c) laser cu un rezonator extern, laser EC

Degradarea și timpul dintre defecțiuni. Pe măsură ce funcționarea transmițătorului optic, caracteristicile acestuia se deteriorează treptat - puterea radiației scade și, în cele din urmă, eșuează. Acest lucru se datorează degradării stratului semiconductor. Fiabilitatea unui emițător semiconductor este determinată de timpul mediu până la defecțiune sau rata de defecțiune. Diodele laser produse în urmă cu zece ani erau mult mai puțin fiabile decât LED-urile. Cu toate acestea, în prezent, datorită îmbunătățirii designului și tehnologiei de fabricație, a fost posibil să se mărească semnificativ fiabilitatea diodelor laser și să le apropie de LED-uri în ceea ce privește MTBF, care este de până la 50.000 de ore sau mai mult (5-8 ani).

Elementele principale ale POM

Pentru a organiza transmiterea semnalelor optice, nu este suficient să existe doar o sursă de radiații. În orice design POM există un suport special (carcasă), care vă permite să fixați și să protejați componentele transmițătorului; sursă de radiații, nod de interfață electrică și interfață de fibră. Uneori sunt necesare elemente interne suplimentare pentru o conexiune optimă de fibră. Un element important al diodelor laser este circuitul de curent al pompei și sistemul de control al temperaturii. Pentru sistemele laser complexe, se adaugă monitorizarea ieșirii semnalului optic. Schema generală a proiectării unui transmițător optic, în care nu toate elementele sunt obligatorii, este prezentată în Fig. 8.

Orez. 8. Componentele modulului optoelectronic transmisor

Fibre optice

Elementul principal al OC este un ghidaj de lumină din fibră realizat sub forma unei fibre de sticlă cilindrice subțiri. Ghidul de lumină cu fibre are un design cu două straturi și este format dintr-un miez și o placare cu diferite caracteristici optice (indici de refracție). Miezul servește la transmiterea energiei electromagnetice. Scopul carcasei este de a crea cele mai bune condiții de reflexie la interfața „core-shell” și de a proteja împotriva radiațiilor energetice în spațiul înconjurător. În exterior, există un strat protector pentru a proteja fibra de stres mecanic și colorare.Miezul și teaca sunt din cuarț, acoperirea este din epoxiacrilat, fluoroplast, nailon, lac și alți polimeri.

Fibrele optice sunt clasificate în monomode și multimode. Acestea din urmă sunt împărțite în trepte și gradient. Fibrele monomode au un miez subțire (6 ... 8 microni), iar prin ele se transmite o undă; multimod (nucleu 50 μm) propaga un număr mare de unde. Fibrele monomod au cei mai buni parametri în ceea ce privește debitul și intervalul. Pentru fibrele în trepte, indicele de refracție în miez este constant, există o tranziție bruscă de la miez la placare, iar razele sunt reflectate în zig-zag de la interfața „core-cladding”. Fibrele cu gradient au o schimbare continuă lină a indicelui de refracție în miez de-a lungul razei fibrei de la centru la periferie, iar razele se propagă de-a lungul traiectoriilor sub formă de undă. Indicele de refracție al miezului variază de-a lungul razei conform legii funcției exponențiale

,

unde este valoarea maximă a indicelui de refracție pe axa fibrei, adică la r=0; u este exponentul care descrie profilul modificării indicelui de refracție:

Cel mai adesea se folosesc ghidaje de lumină cu profil parabolic. În acest caz, u=2 și respectiv:

Dacă acceptăm , atunci obținem valoarea cunoscută a lui n a fibrei în trepte

Parametrul (lățimea de bandă) este, alături de atenuare, cel mai important parametru al FOTS. Determină banda de frecvență transmisă de fibra optică și, în consecință, cantitatea de informații care poate fi transmisă prin OK.

În versiunea idealizată finală a VS, este posibil să se organizeze un număr mare de canale pe distanțe lungi, dar de fapt există limitări semnificative. Acest lucru se datorează faptului că semnalul de la intrarea dispozitivului receptor vine neclar, distorsionat și cu cât linia este mai lungă, cu atât semnalul transmis este mai distorsionat.

Acest fenomen se numește dispersie și se datorează diferenței de timp de propagare a diferitelor moduri din fibră și prezenței unei dependențe de frecvență a indicelui de refracție.

Dispersia este împrăștierea în timp a componentelor spectrale sau de mod ale unui semnal optic. Dispersia duce la o creștere a duratei pulsului la trecerea prin OK. Lărgirea impulsului t este definită ca diferența pătratică dintre durata impulsurilor la ieșire și la intrare prin formula

unde valorile și sunt luate la nivelul jumătate din amplitudinea pulsului.

Relația dintre mărimea lărgirii pulsului și banda de frecvență transmisă pe aeronavă este exprimată aproximativ prin relația

Deci, dacă \u003d 20 ns / km, atunci .

Dispersia nu limitează doar intervalul de frecvență al utilizării fibrelor optice, dar reduce și în mod semnificativ domeniul de transmisie peste OK, deoarece cu cât linia este mai lungă, cu atât dispersia este mai mare și cu atât lărgirea pulsului este mai mare.

Debitul unui OC depinde în mod semnificativ de tipul AF (single-mode, multimode, gradient), precum și de tipul emițătorului (laser, LED).

Cauzele dispersiei sunt:

incoerența surselor de radiații și aspectul spectrului;

existenţa unui număr mare de moduri (N).

În primul caz, dispersia se numește cromatică (frecvență). Este împărțit în material și ghid de undă (dispersie intermodală). Dispersia ghidului de undă este cauzată de procese din interiorul modului și se caracterizează prin dependența coeficientului de propagare a modului de lungimea de undă. Dispersia materialului se datorează dependenței indicelui de refracție de lungimea de undă.

În al doilea caz, dispersia se numește cod și se datorează prezenței unui număr mare de moduri, al căror timp de propagare este diferit.

Într-o interpretare geometrică, razele corespunzătoare modurilor merg în unghiuri diferite, parcurg o cale diferită în miezul fibrei și, prin urmare, ajung la intrarea receptorului cu întârzieri diferite.

Valoarea rezultată a lărgirii pulsului datorită dispersiilor modale, materiale și ghidurilor de undă

Luând în considerare raportul real al contribuțiilor tipurilor individuale de dispersie, avem lărgirea impulsului pentru fibrele multimodale și pentru fibrele monomode.

Valoarea lărgirii impulsului în fibrele multimode datorită dispersiei modale, care se caracterizează prin timpul de creștere a semnalului și este determinată ca diferența dintre cei mai mari și cei mai mici timpi de sosire în secțiunea transversală a fibrei la o distanță I de la început, poate fi calculată. pentru o fibră în trepte și, respectiv, în gradient, după formule

Și ,

unde este indicele de refracție al miezului; este indicele de refracție al cochiliei; l - lungimea liniei; c este viteza luminii;

Lungimea cuplajului de mod la care apare starea de echilibru (5 ... 7 km pentru fibre în trepte și 10 ... 15 km pentru fibre de gradient);

În consecință, debitul unei fibre gradient este de 2/ ori mai mic decât cel al unei fibre în trepte, pentru aceleași valori de . Având în vedere că, de regulă, diferența în debitul acestor fibre poate ajunge la două ordine de mărime.

Lărgirea pulsului în fibre monomod poate fi determinată din formule

;

,

unde este lățimea relativă a spectrului de radiații; l - lungimea liniei; c este viteza luminii; - lungimea de unda; - indicele de refractie.

Pentru calcul, puteți utiliza și formule simplificate

Și

unde este lățimea liniei spectrale a sursei de radiație, egală cu 0,1 ... 4 Nm pentru un laser și 15 ... 80 Nm pentru un ghid de lumină; l este lungimea liniei; și sunt materialele specifice și respectiv dispersiile ghidului de undă.

Dispersiile specifice sunt exprimate în picosecunde pe kilometru (lungimea optică) și nanometri (lățimea spectrului). Dependența materialului și dispersiile ghidurilor de undă pentru sticla de cuarț sunt prezentate în (Fig. 21).

După cum se poate observa din figură, pe măsură ce lungimea de undă crește, aceasta scade și trece prin zero și crește ușor. Aproape de μm, are loc compensarea lor reciprocă, iar dispersia rezultată se apropie de zero. Prin urmare, lungimea de undă de 1,3 μm este utilizată pe scară largă în sistemele de transmisie cu un singur mod. Totuși, în ceea ce privește atenuarea, este de preferat o undă de 1,55 μm, iar pentru a obține un minim de dispersie, în acest caz este necesară variarea profilului indicelui de refracție și a diametrului miezului. Cu un profil complex de tip W și un ghid de lumină cu trei straturi, este posibil să se obțină un minim de distorsiuni de dispersie la o lungime de undă de 1,55 μm.

În tabel. 4 prezintă proprietățile de dispersie ale diferitelor tipuri de aeronave.

Tabelul 4

Comparând caracteristicile de dispersie ale diferitelor fibre, se poate observa că fibrele cu un singur mod sunt cele mai bune. Ghidurile de lumină gradient cu o schimbare lină a indicelui de refracție au, de asemenea, caracteristici bune. Dispersia se manifestă cel mai puternic în fibrele multimodale în trepte.

Luați în considerare lățimea de bandă OK. La cablurile electrice cu conductori de cupru (echilibrat și coaxial), lățimea de bandă și domeniul de comunicare sunt limitate în principal de atenuarea și imunitatea la zgomot a circuitelor. Cablurile optice sunt fundamental imune la influențele electromagnetice și au imunitate ridicată la zgomot, astfel încât parametrul de imunitate la zgomot nu este un factor limitativ. În OK, lățimea de bandă și domeniul de comunicare sunt limitate de atenuare și dispersie.

Amortizarea OK crește conform legii. Într-o bandă largă de frecvență, este foarte stabil și doar la frecvențe foarte înalte crește datorită dispersiei. Prin urmare, dispersia determină lățimea de bandă de frecvență. Din figură se poate observa că lățimea de bandă a fibrelor monomode este mult mai mare decât cea a celor trepte și în gradient.

Orez. 9. Dependența dispersiei () și a lățimii de bandă () OK de lungimea liniei

Figura 9 arată natura dependențelor de dispersie () și debit () a cablurilor optice de lungimea liniei. Dispersia conduce atât la limitarea debitului OC, cât și la reducerea intervalului de transmisie peste acestea (l). Banda de frecvență și distanța de transmisie l sunt interdependente. Raportul dintre ele este exprimat prin formulele:

pentru linii scurte (), în care lărgirea pulsului crește liniar cu lungimea,

pentru linii lungi (), în care funcționează legea modificării mărimii lățimii impulsului,

unde este dispersia la 1 km; - valoarea dorită a dispersiei; - lungimea liniei; - lungimea liniei de mod de stabilire (5...7 km pentru trepte si 10...15 km pentru fibra de gradient).

Valoarea kilometrică a lățimii de bandă este determinată de valoarea lărgirii impulsului:

Procese fizice în fibre optice

Spre deosebire de cablurile convenționale, care au conductivitate electrică și curent de conducție, OK are un mecanism complet diferit - au curenți de polarizare, pe baza cărora funcționează și transmisia radio. Diferența față de transmisia radio este că unda nu se propagă în spațiul liber, ci este concentrată în chiar volumul fibrei și transmisă de-a lungul acesteia într-o direcție dată (Fig. 10).

Fig.10 Procesul de transfer:

a-comunicare radio; comunicații cu fibră optică b

Transmiterea unei unde printr-un ghid de lumină se realizează datorită reflexiilor sale de la limita dintre miez și placare, care au indici de refracție diferiți. În cablurile convenționale, purtătorul de informații transmise este un curent electric, iar într-un OK, un fascicul laser.

În cablurile echilibrate și coaxiale convenționale, utilizate pe scară largă în prezent, transmisia este organizată conform unei scheme cu două fire folosind conductorii înainte și invers ai circuitului (Fig. 11).

Orez. 11. Transfer de energie prin medii de ghidare cu două fire (a) și ghid de undă (b).

În ghidurile de lumină, ghidurile de undă și alte medii de ghidare (NS) nu există doi conductori, iar transmisia are loc prin metoda ghidului de undă conform legii reflexiei multiple a undei de la interfețele media. O astfel de limită reflectorizant poate fi un metal-dielectric, dielectric-dielectric cu diferite proprietăți dielectrice (optice), etc.

Interfața dintre NS cu două fire (conectat dublu) și ghidul de undă (conectat simplu) este caracterizată în primul rând prin raportul dintre lungimea de undă și dimensiunile transversale ale mediului de ghidare.

Când ar trebui să existe două fire: înainte și înapoi, iar transmisia are loc în schema obișnuită cu două fire; în caz contrar, nu este necesar un sistem cu două fire, iar transmisia se realizează datorită reflectării multiple a undei de la interfețele mediilor cu caracteristici diferite. Prin urmare, transmisia prin sisteme de ghid de undă (fibre, ghiduri de undă și alte NS) este posibilă numai în domeniul de frecvențe foarte înalte, atunci când lungimea de undă este mai mică decât dimensiunile-diametrul transversal al NS.

Undele micronice optice sunt împărțite în trei game: infraroșu, vizibil și ultraviolete (Tabelul 2). În prezent, lungimile de undă de 0,7 ... 1,6 μm sunt utilizate în principal și se lucrează la dezvoltarea intervalului de infraroșu apropiat: 2; 4; 6 µm.

masa 2

Sistemele diferite utilizează medii diferite (ghidate sau deschise) și curenți ( și ). Caracteristicile acestor NS sunt asociate cu restricții de frecvență în transmiterea energiei.

Gama de frecvență de transmisie prin ghid de undă și sisteme cu două fire este fundamental diferită. Sistemele de ghidare de undă au o frecvență de tăiere - o frecvență critică , se comportă ca filtre de înaltă frecvență și numai unde cu o lungime mai mică de . Sistemele cu două fire sunt libere de aceste restricții și sunt capabile să transmită întreaga gamă de frecvență - de la zero și mai sus.

S-au deschis orizonturi largi pentru aplicarea practică a sistemelor de transmisie OC și fibră optică în sectoare ale economiei naționale precum radioelectronica, informatica, comunicațiile, tehnologia computerelor, spațiul, medicina, holografia, ingineria mecanică, energia nucleară etc. Fibra optică se dezvoltă în șase domenii:

Sisteme de transmitere a informațiilor multicanal;

Televiziune prin cablu;

Rețele locale de calculatoare;

Senzori si sisteme pentru colectarea, procesarea si transmiterea informatiilor;

Comunicatii si telemecanica pe linii de inalta tensiune;

Echiparea si instalarea obiectelor mobile.

FOTS multicanal încep să fie utilizat pe scară largă în coloana vertebrală și rețelele de comunicații zonale ale țării, precum și pentru dispozitivul de conectare a liniilor între centralele urbane. Acest lucru se explică prin capacitatea mare de informare a OK și imunitatea lor ridicată la zgomot. Autostrăzile optice subacvatice sunt deosebit de eficiente și economice. Utilizarea sistemelor optice în televiziunea prin cablu asigură o calitate ridicată a imaginii și extinde semnificativ posibilitățile de servicii de informare pentru abonații individuali. În acest caz, este implementat un sistem de recepție personalizat și abonaților li se oferă posibilitatea de a primi imagini cu pagini de ziare, pagini de reviste și date de referință de la bibliotecă și centrele educaționale pe ecranele lor TV.

Pe baza OK, sunt create rețele locale de calculatoare de diverse topologii (inel, stea etc.). Astfel de rețele fac posibilă unirea centrelor de calcul într-un singur sistem de informații cu lățime de bandă mare, calitate îmbunătățită și protecție împotriva accesului neautorizat.

Senzorii cu fibră optică sunt capabili să funcționeze în medii agresive, sunt de încredere, de dimensiuni mici și nu sunt supuși influențelor electromagnetice. Acestea vă permit să evaluați la distanță diverse mărimi fizice (temperatură, presiune, curent etc.). Senzorii sunt utilizați în industria petrolului și gazelor, în sistemele de securitate și de alarmă împotriva incendiilor, în tehnologia auto, etc. Utilizarea OK pe liniile electrice de înaltă tensiune (TL) este foarte promițătoare pentru organizarea comunicațiilor tehnologice și a telemecanicii. Fibrele optice sunt încorporate într-o fază sau cablu. Aici, canalele sunt foarte protejate de efectele electromagnetice ale liniilor electrice și ale furtunilor. Lejeritatea, dimensiunile reduse, neinflamabilitatea OK le-au făcut foarte utile pentru instalarea și echiparea aeronavelor, navelor și a altor dispozitive mobile.

Recent, a apărut o nouă direcție în dezvoltarea tehnologiei cu fibră optică - utilizarea intervalului de lungime de undă în infraroșu mijlociu de 2 ... 10 microni. Este de așteptat ca pierderile în acest interval să nu depășească 0,02 dB/km. Acest lucru va permite comunicarea pe distanțe lungi cu locuri de regenerare de până la 1000 km. Studiul sticlelor cu fluor și calcogenură cu adaosuri de zirconiu, bariu și alți compuși care posedă supertransparență în intervalul de lungimi de undă în infraroșu face posibilă creșterea în continuare a lungimii secțiunii de regenerare. Sunt așteptate noi rezultate interesante în utilizarea fenomenelor optice neliniare, în special, modul soliton de propagare a impulsului optic, când un impuls se poate propaga fără a-și schimba forma sau își poate schimba periodic forma în timpul propagării de-a lungul unei fibre. Utilizarea acestui fenomen în ghidurile de lumină cu fibre va crește semnificativ cantitatea de informații transmise și raza de comunicare fără utilizarea repetitoarelor.

Este foarte promițătoare implementarea metodei de împărțire a frecvenței canalelor în FOCL, care constă în faptul că radiațiile din mai multe surse care funcționează la frecvențe diferite sunt introduse simultan în fibră, iar semnalele sunt separate la capătul de recepție folosind filtre optice. Această metodă de separare a canalelor în FOCL se numește multiplexare spectrală sau multiplexare.

La construirea rețelelor de abonați FOCL, pe lângă structura tradițională a unei rețele de telefonie de tip radial-nodal, se are în vedere organizarea de rețele de inel care să asigure economii de cablu.Se poate presupune că în FOTS a doua generație, amplificarea și conversia semnalului în regeneratoare. va apărea la frecvențe optice folosind elemente și circuite de optică integrată. Acest lucru va simplifica circuitele amplificatoare regenerative, va îmbunătăți eficiența și fiabilitatea acestora și va reduce costurile. În a treia generație de FOTS, se presupune să folosească conversia semnalelor de vorbire în cele optice direct cu ajutorul traductoarelor acustice. Un telefon optic a fost deja dezvoltat și se lucrează la crearea unor centrale telefonice automate fundamental noi, care comută lumina, mai degrabă decât semnalele electrice. Există exemple de creare a comutatoarelor optice cu mai multe poziții de mare viteză care pot fi utilizate pentru comutarea optică.

Pe baza sistemelor OK și de transmisie digitală, se realizează o rețea multifuncțională integrată, care include diverse tipuri de transmisii de informații (telefonie, televiziune, transmisie de date pe computere și sisteme automate de control, videotelefon, fototelegraf, transmisie pagini de ziare, mesaje de la bănci etc.). Un canal PCM digital cu o rată de transmisie de 64 Mbit/s (sau 32 Mbit/s) a fost adoptat ca canal unificat.Pentru utilizarea pe scară largă a OK și FOTS, este necesar să se rezolve o serie de probleme.

Acestea includ în principal următoarele:

Elaborarea problemelor sistemice și determinarea indicatorilor tehnici și economici ai utilizării OK pe rețelele de comunicații;

Producția industrială în masă de fibre monomodale, ghidaje de lumină și cabluri, precum și dispozitive optoelectronice pentru acestea;

Îmbunătățirea rezistenței la umiditate și a fiabilității OK prin utilizarea de carcase metalice și umplutură hidrofobă;

Stăpânirea intervalului de lungimi de undă în infraroșu de 2...10 µm și materiale noi (fluor și calcogenura) pentru fabricarea ghidurilor de lumină, permițând comunicarea pe distanțe mari;

Creare de retele locale pentru tehnologie informatica si informatica;

dezvoltarea echipamentelor de testare și măsurare, reflectometre, testere necesare producerii OK, configurarea și funcționarea FOCL;

Mecanizarea tehnologiei de pozare si automatizarea instalatiei OK;

îmbunătățirea tehnologiei de producție industrială a ghidajelor de lumină din fibre și OK, reducând costul acestora;

Cercetarea și implementarea modului de transmisie soliton, în care pulsul este comprimat și dispersia este redusă;

Dezvoltarea și implementarea unui sistem și echipamente pentru multiplexarea spectrală a OK;

crearea unei rețele integrate de abonați multifuncțional;

crearea de emițătoare și receptoare care transformă direct sunetul în lumină și lumina în sunet;

Creșterea gradului de integrare a elementelor și crearea de unități de mare viteză ale echipamentelor de formare a canalelor PCM folosind elemente optice integrate;

Crearea de regeneratoare optice fara convertirea semnalelor optice in cele electrice;

Îmbunătățirea dispozitivelor optoelectronice de transmitere și recepție pentru sistemele de comunicații, dezvoltarea recepției coerente;

Dezvoltarea de metode și dispozitive eficiente de alimentare cu energie a regeneratoarelor intermediare pentru rețelele de comunicații zonale și backbone;

optimizarea structurii diferitelor secțiuni ale rețelei, ținând cont de particularitățile utilizării sistemelor pe OK;

Îmbunătățirea echipamentelor și metodelor de separare în frecvență și timp a semnalelor transmise prin fibre optice;

Dezvoltarea unui sistem și dispozitive de comutare optică.

Bibliografie

1. „Tehnologia fibrelor optice”, Colectare tehnică și comercială. M., SA VOT, N1, 1993

2. Manual „Linii de comunicație prin fibră optică”. ed. Svechnikova

S.V. și Andrushko L.M., Kiev „Tehnica”, 1988

3. Morozov „Cabluri optice”, Buletinul de comunicații, N 3,4,7,9, 1993

4. Desurvir „Comunicarea uşoară: a cincea generaţie”, În lumea ştiinţei, N 3, 1992

5. „Tehnologia comunicațiilor străine”, ser. „Telefonie, telegrafie, transmisie de date”, EI vol. 11-12, 1991

Scheme optice ale dispozitivelor cu fibră optică

Circuite optice ale unui laser cu fibră optică și amplificator

Laser

Figura 1 prezintă cea mai simplă schemă a unui laser cu fibră optică. Literele indică: A - fibră activă, D - diodă pompă, M1 și M2 - oglinzi. Ca si in cazul laserelor conventionale, aici avem un rezonator cu mediu activ, format dintr-o fibra activa si oglinzi. Oglinzile oferă feedback. Una dintre oglinzi poate avea 100% reflexie. Apoi radiația va ieși numai de la capătul opus al rezonatorului. Pot exista mai multe diode de pompă și pot fi amplasate pe diferite părți ale rezonatorului.

Amplificator

Figura 2 prezintă cel mai simplu circuit al unui amplificator cu fibră optică. Este similar cu circuitul laser, cu singura excepție că oglinzile sunt înlocuite cu izolatori pentru a suprima feedback-ul. Izolatoarele permit luminii să treacă într-o singură direcție.

Dispozitivul componentelor din fibră optică

Oglinzi si filtre

Fundația Wikimedia. 2010 .

• Sten
• Festivalul Internațional al Tineretului și Studenților

Vedeți ce este „Fibră optică” în alte dicționare:

fibre optice- Ramura opticii, care are în vedere transmisia direcțională a radiațiilor și informațiile aferente asupra fibrelor optice. [GOST 25462 82] fibră optică O tehnologie pentru transmiterea semnalelor sub formă de impulsuri luminoase. Cablu fibră optică…… Manualul Traducătorului Tehnic

fibre optice- Fibre optice. Transmiterea imaginii element cu element prin porțiune de fibră: 1 imagine de intrare; 2 fire de ghidare a luminii; 3 strat izolator; Ieșire 4 imagini mozaic. FIBRA OPTICA, o ramură a opticii care studiază ...... Dicţionar Enciclopedic Ilustrat

FIBRE OPTICE- o secțiune de optică, în care se are în vedere transmiterea luminii și a imaginilor prin fibre optice și ghiduri de undă. gama, în special pentru ghidaje de lumină multinucleu și mănunchiuri de fibre flexibile. V. o. a apărut în anii 1950. Secolului 20 În fibră optică detalii luminoase...... Enciclopedia fizică

FIBRE OPTICE- FIBRE OPTICE, ramură a opticii care studiază propagarea luminii și a imaginilor prin ghiduri de lumină, în special prin ghiduri de lumină multifilament și mănunchiuri de fibre flexibile. A apărut în anii 1950. Deoarece fibrele optice absorb slab ...... Enciclopedia modernă

FIBRE OPTICE- o ramură a opticii care studiază propagarea luminii și transmiterea informației prin ghiduri de lumină. Metodele cu fibre optice sunt utilizate în comunicațiile optice, în dispozitivele medicale (iluminarea nazofaringelui, a stomacului etc.), în filmarea de mare viteză, în ... ... Dicţionar enciclopedic mare

FIBRE OPTICE- FIBRE OPTICE, o ramură a opticii care se ocupă cu transmiterea de date și imagini folosind fibre de sticlă optică subțiri capabile să transmită lumina în interiorul... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

FIBRE OPTICE- o secțiune de optică care se ocupă cu transmiterea practică a (vezi), (vezi) și alte informații despre ghidajele de lumină (ghidurile de lumină) și (vezi) domeniul optic ... Marea Enciclopedie Politehnică

FIBRE OPTICE- tehnologia transmiterii luminii prin fire subtiri de materiale transparente. Această lumină este folosită pentru a transmite semnale electronice pe distanțe lungi. Acasă sau într-o instituție, un singur mănunchi de fibre la fel de gros ca un păr uman poate... ... Enciclopedia Collier

FIBRE OPTICE- 4,48. FIBRA OPTICA Ramura a opticii care se ocupă cu transmiterea direcțională a radiațiilor și informații aferente despre fibrele optice GOST 25462

O zi buna, cititor! Cu siguranță, toată lumea a auzit de fibră optică, mulți s-au ocupat de ea în telecomunicații, cineva chiar are instalat un cablu de fibră optică în casă. În general, se aude acest termen; iar esența problemei - transmiterea luminii pe o distanță de-a lungul unei fibre subțiri - este în general de înțeles. Dar îmi propun să aprofundăm puțin în această tehnologie care a schimbat lumea în multe feluri. În această postare, voi încerca să explic într-un limbaj simplu și ușor de înțeles esența fibrei optice, cum funcționează - la nivel de înțelegere fizică simplă, cu simplificări și exemple, fără formule groaznice. Cu alte cuvinte, „pe degete”. Dacă ești interesat, atunci bine ai venit sub cat. Atentie: mult text, sunt poze.

Prin voința sorții, s-a întâmplat ca educația mea, și apoi activitatea mea profesională, să fie strâns legată de fibra optică și laserele. După ce am lucrat ceva timp în telecomunicații, apoi m-am mutat în domeniul dezvoltării științifice și al măsurătorilor, am avut ocazia să observ că nu toată lumea este familiarizată cu fibra optică la nivel de înțelegere profundă, chiar și în rândul tehnicienilor cu laser și lucrătorilor din telecomunicații. Cei care sunt implicați în telecomunicații, în cea mai mare parte, percep fibra la nivelul unui „patchcord” sau al unui cablu. Pentru ei, este un cordon de corecție sau o linie de comunicare abstractă. Da, cu atenuare, dispersie, sudare și reflectograme, dar numai cu o înțelegere superficială a principiului fizic de funcționare. Desigur, acest lucru nu este rău deloc, doar caracteristicile muncii lor. În orice caz, dorința de a scrie un articol științific popular despre însăși esența fibrei optice a apărut de mai multe ori, mai ales că educația și experiența îmi permit să fac acest lucru: tot ceea ce este scris în acest articol nu este doar „material din manuale” , dar și experiența mea personală. Pe de o parte, vreau să mă opresc asupra multor puncte în detaliu, iar pe de altă parte, articolul se va dovedi prea mare. S-a decis să facă acest lucru: acest articol este o recenzie introductivă. Dacă există interes public, vor urma o serie de postări, axate pe cele mai interesante probleme din vastul subiect al fibrei optice. Sper sa fie interesant. Deci să mergem!

Cum functioneaza?

Primul gând care a apărut în creierul meu de atunci copilăresc, când am văzut prima dată o astfel de lampă de ghidare a luminii, a fost „Cum funcționează!?”. Am fost învățați la școală că lumina călătorește în linie dreaptă într-un mediu omogen. Și cum să îndoiți lumina? Am primit răspunsul puțin mai târziu. Cu toții am auzit despre efectul reflecției interne totale, așa-numitul. aparare aeriana. Dacă lumina părăsește un mediu optic mai dens (sticlă) într-unul mai puțin dens (aer), n sticlă > n aer, atunci la un anumit unghi de incidență, este posibil ca lumina să nu se stingă, ci să fie reflectată înapoi. Toate acestea ne sunt bine cunoscute încă de la banca școlii. În spatele acestui fenomen se află ecuații destul de groase de propagare a undelor luminii și teoria volumetrică. Dar nu avem nevoie de el acum, este suficient să știm ce este. Aproape toată lumea a observat apărarea antiaeriană în viața obișnuită. Cel puțin cel care a făcut snorkeling sub apă. Din apă putem vedea tot ceea ce este direct deasupra noastră, dar la o anumită periferie vedem suprafața oglindă a apei și nu vedem ce este deasupra ei - aceasta este apărarea antiaeriană.

Acum imaginați-vă că avem o foaie de sticlă în aer. Dacă străluciți un indicator cu laser la capătul său la un unghi ușor față de planul suprafeței, atunci lumina sa, reflectată de multe ori, va ieși pe cealaltă parte a acestui geam - acesta este fenomenul de apărare aeriană. Acum luați o tijă de sticlă - efectul va fi același. În acest caz, lumina este limitată nu într-un singur plan, ci deja în două planuri, desigur, dacă unghiul de incidență al luminii nu depășește unghiul AR.

Dar dacă înlocuim tija de sticlă cu un fir de pescuit transparent, atunci și lumina se va propaga în ea, dar va fi deja posibil să o „îndoiți”. Desigur, atâta timp cât raza de îndoire este suficient de mare. Când raza de curbură devine mică, lumina va ieși din linie în acest punct, deoarece unghiul de incidență al luminii pe suprafața liniei va fi mai mare decât unghiul TIR. Rețineți că firul de pescuit nu are un strat de oglindă, lumina este păstrată în ea de la sine. Așa funcționează fibrele optice. Lumina se propagă în ele până când legea de apărare aeriană este încălcată și lumina părăsește vena de ghidare a luminii. Fibra optică, în esență, este aceeași fir de pescuit într-o lampă decorativă, dar are o structură mai complexă.

În general, există un număr mare de tipuri de fibre optice care diferă ca formă, dimensiune, material, acoperire, proprietăți, aplicații etc. O prezentare generală și o comparație a diferitelor tipuri de fibre este un subiect pentru un articol uriaș separat. Cu toate acestea, toate aceste fibre sunt unite structural printr-un singur lucru: au un miez (miez) purtător de lumină cu un indice de refracție mai mare și o înveliș (placare) cu un indice de refracție mai mic. Datorită acestui fapt, se realizează efectul apărării aeriene. În ceea ce privește dimensiunea fibrelor, în funcție de design și domeniul de aplicare, acestea pot avea un diametru de la 50 de microni până la 1 mm sau mai mult (adică fibra însăși fără înveliș de protecție). Impunerea diferitelor teci de protecție crește uneori diametrul fibrei. În acest articol, voi lua în considerare doar cele mai simple și mai comune tipuri de fibre utilizate în telecomunicații. Dacă există interes, vom vorbi despre alții.

Cum o fac?

Fibrele de telecomunicații și multe altele, în 99,9% din cazuri sunt realizate din sticlă de cuarț pur. Formula chimică SiO 2 . Geamurile sunt fabricate din aceeași sticlă, dar cu impurități care blochează radiațiile UV: Na 2 C0 3, K 2 CO 3, CaCO 3. Există suficiente informații pe Wikipedia despre dioxidul de siliciu. Da, fibrele optice flexibile sunt într-adevăr din sticlă - unii oameni nu m-au crezut. Stereotipul că sticla nu se îndoaie, ci se sparge și se sparge, s-a înrădăcinat ferm în capul oamenilor.

Este bine cunoscut faptul că sticla are o structură amorfă, ceea ce înseamnă că nu are un punct de topire fix precum substanțele cristaline. Când este încălzită, sticla se înmoaie și devine vâscoasă, iar un „fir” poate fi scos cu ușurință din ea. Cu toate acestea, o astfel de fibră, deși se îndoaie, este foarte fragilă, deoarece pe suprafața sa se formează rapid microfisuri, care distrug fibra odată cu creșterea tensiunii pe suprafața lor în timpul îndoirii. Fibra proaspăt trasă este imediat acoperită cu o peliculă polimerică care protejează împotriva microfisurilor. Dar mai întâi lucrurile.

Voi descrie schema „clasică” pentru fabricarea fibrelor de telecomunicații monomod cu depunere din faza gazoasă. În primul rând, o țeavă de sticlă este luată aproximativ un metru lungime sau puțin mai mult și câțiva centimetri grosime. E gol înăuntru. Diametrul său interior determină grosimea miezului purtător de lumină. Principala diferență a unei astfel de sticlă este un grad foarte ridicat de purificare de impurități și grupări OH. Acest lucru este necesar pentru ca fibra să aibă o transparență maximă. Conducta este asezata pe masina si incepe sa se roteasca in jurul axei sale, incalzindu-se treptat cu un arzator la o temperatura de 1200-1500°C. De la capăt, în țeavă este suflat sub presiune un amestec de gaze O 2 , SiCl 4 , GeCl 4 etc., furnizat de tehnologie.

Epitaxia dioxidului de germaniu și SiO2 are loc pe suprafața unui tub de sticlă fierbinte. Dioxidul de germaniu crește indicele de refracție al cuarțului pur și nu are practic niciun efect asupra transparenței. Profilul dorit al indicelui de refracție al miezului este crescut din faza gazoasă prin ajustarea raportului de gaze furnizate la preformă.

După formarea unui strat de grosimea dorită, temperatura arzătorului crește. Sticla se înmoaie mai mult și cavitatea miezului, prin care este suflat gazul, se prăbușește treptat sub acțiunea forței de tensiune superficială. Arata cam asa:

Și așa arată spațiile gata de desenat:

Se dovedește o tijă de sticlă solidă cu un indice de refracție crescut în interior - acesta este viitorul miez de ghidare a luminii. Apoi tija este instalată vertical și arzătorul își încălzește capătul inferior, înmuiindu-l mai mult. O sămânță este adusă la piesa de prelucrat, după care începe procesul de desenare. Cine a lipit vreodată cu lipici la „Moment” își imaginează perfect cum arată.

Schema turnului pentru extracția fibrei optice:

Aparatul de trefilare a fibrelor ocupă 2-3 etaje:

Cablu submarin de fibră optică:

Într-un astfel de cablu, desigur, nu este așezată o fibră, ci câteva zeci sau chiar sute. Despre așezarea unor astfel de cabluri, dacă îmi vine bine memoria, era deja scris pe Habré.

În ceea ce privește producătorii de fibre, există o mulțime. Giganții de telecomunicații Fujikura și Corning (care produc Gorilla Glass). Ei produc majoritatea fibrelor de telecomunicații. De asemenea, merită remarcat producători precum Draka, Fibercore, Nufern, Samsung, Ceramoptec, OFS, NKT Photonics și alții. Fibrele optice sunt produse chiar și în Rusia, de exemplu, la întreprinderea NITIOM din Sankt Petersburg și altele.Din păcate, nu este încă posibil să vorbim despre producția în masă serioasă de fibre ieftine de înaltă calitate pentru telecomunicații în Rusia - sub atacul ieftin. produse de înaltă calitate de la producători chinezi, japonezi, americani și europeni, întreprinderile noastre nu rezistă concurenței. Fibra pe care o producem este în principal specializată și cu profil îngust.

Dar cablurile optice, apropo, sunt produse foarte intens în Rusia. Dar nu voi vorbi despre procesul de fabricare a cablurilor de fibră optică de diferite modele, deoarece acesta este subiectul unui articol separat. Dacă există interes, îl voi deschide.

De ce sunt necesare toate acestea? O mică digresiune în istorie

Acum, poate, cel mai interesant. Am vorbit despre procesul de fabricație și puțin despre principiile fizice ale muncii. Ei bine, acum să ne dăm seama de ce, de fapt, fibra optică este acum baza telecomunicațiilor moderne.

Putem genera trafic. Dezvoltarea tehnologiei semiconductoare a dus la o creștere enormă a puterii de calcul a computerelor. Acest lucru nu a putut decât să conducă la o creștere a volumului de informații generate. Dar depozitele uriașe de informații sunt de puțin folos dacă nu pot fi transferate rapid. Cum să transferați rapid o cantitate mare de informații la distanță? Așa este, trebuie să iei un canal de comunicare de mare viteză. Și aici, la un moment dat în dezvoltarea sa tehnologică, omenirea a întâmpinat o problemă. La un anumit timp, s-a dat seama că nu există suficiente canale de comunicare de mare viteză. Și dacă teoretic există, sunt prohibitiv de scumpe și complexe. Desigur, toate acestea au fost cu mult timp în urmă, când computerele erau mari. Dar chiar și atunci problema extinderii canalelor a apărut din ce în ce mai clar. În anii ’60 și ’70, el cerea deja o soluție, în ciuda faptului că cantitatea de informație generată de computere era neglijabilă în comparație cu traficul care era emis de rețelele de telefonie, televiziune și radio. Totul este diferit acum.

Știm că informațiile pot fi transmise prin unde electromagnetice. Se pot propaga atât în ​​aer (vid), cât și prin fire - coaxiale sau răsucite din cupru. Este destul de evident că orice informație este - analogică sau digitală - viteza de transmitere a acesteia depinde de frecvența undei electromagnetice care transportă această informație. Cu cât frecvența purtătorului este mai mare, cu atât rata de informare poate fi mai mare. Astfel, este destul de evident că pentru a crește viteza de transmisie în orice mediu, este necesară creșterea fundamentală a frecvenței purtătoarei. Este important.

Acum să ne amintim de cursul de fizică de la școală - o lecție despre undele electromagnetice. Imaginează-ți scara de frecvență a undelor electromagnetice:

Reprezentat? Unde radio și microunde - lumină infraroșie - lumină vizibilă - ultraviolete - raze X - radiații gamma. Imagine dintr-un manual de fizică. Lumina infraroșie îndepărtată se învecinează condiționat cu raza radio, iar IR aproape este deja o rază optică, care include și lumina vizibilă. Pe ce frecvențe funcționează radioul nostru? Sute de megaherți. Ce zici de WiFi, Bluetooth etc.? Câțiva gigaherți. Puteți crește și mai mult frecvența semnalului radio. Dar un generator de înaltă frecvență, în special pentru puterea mare necesară pentru transmisia pe distanțe lungi, este un lucru deloc banal și foarte complicat. Electronica semiconductoare are un „plafon” de frecvențe de operare. Aceasta este deja o limitare fundamentală - o joncțiune pn pur și simplu nu poate rula mai repede. Cel mai rapid tranzistor semiconductor funcționează la o frecvență de aproximativ 1THz la o temperatură de 4,7K. Și în anii 60, o astfel de frecvență nici nu era visată. Prin urmare, în domeniul radio, frecvența nu mai poate fi crescută în continuare. Este nevoie de o nouă sursă de oscilații electromagnetice de înaltă frecvență, cu o frecvență mult mai mare.

Ce surse disponibile de oscilații electromagnetice de înaltă frecvență pot fi oferite? Dacă te uiți la imaginea de mai sus, poți vedea că IR și lumina vizibilă vin mai jos pe scara frecvenței din undele radio. Putem genera lumină, o putem gestiona cumva. Deja bun. În 1960, a apărut primul laser din lume. Un laser este un generator de unde electromagnetice de înaltă frecvență cu o anumită frecvență, unde luminoase. Spre deosebire de un bec, un laser generează un spectru foarte îngust, aproape o lungime de undă. Da, iar radiația este coerentă. Prin urmare, laserul este potrivit pentru rolul de generator de frecvență purtătoare pentru transmisia de date de mare viteză. Frecvențele infraroșului apropiat sunt de sute de THz - frecvența este mai mare decât undele radio tradiționale cu 4-5 ordine de mărime. A apărut sursa undei electromagnetice de înaltă frecvență purtătoare și a apărut și perspectiva dezvoltării transmisiei de date de mare viteză.

Primul laser cu gaz a arătat posibilitatea teoretică de a crea o sursă coerentă de unde electromagnetice cu frecvența luminii. Apariția și dezvoltarea altor tipuri de lasere este o chestiune de timp, deoarece principiile funcționării lor au devenit cunoscute pe scară largă. Dar problema transmiterii unor astfel de radiații electromagnetice de înaltă frecvență pe distanțe lungi a devenit extrem de relevantă. Lumina trăiește conform legilor opticii, spre deosebire de undele radio, ceea ce înseamnă că a fost necesar să se găsească un analog la cablurile coaxiale, doar pentru lumină.

Deja în 1966, cercetătorii Kao și Hokam de la Laboratorul STC au prezentat primele ghiduri optice de lumină sub formă de filamente de sticlă obișnuite. Atenuarea luminii din ele a fost de aproximativ 1000 dB/km, ceea ce a făcut imposibilă transmiterea oricărui semnal pe distanțe lungi. Astfel de pierderi au fost cauzate de prezența unei cantități mari de impurități în sticlă.

În anii 1970 au apărut fibrele optice fabricate de Corning, cu o atenuare de aproximativ 20 dB/km. Acum astfel de valori par incompatibile cu transmisia de date, dar apoi păreau acceptabile pentru organizarea comunicării prin fibră. Cam în același timp, au fost inventate lasere semiconductoare cu arseniură de galiu destul de compacte. Din 1975 până în 1980, a fost implementată prima linie de comunicație comercială cu o viteză de 45 Mbit/s, iar deja în 1988 a fost pus primul cablu transatlantic de fibră optică.

Tipuri de fibre

Orice fibre, incl. Telecomunicațiile sunt împărțite în două tipuri: monomod și multimod. Deși nu există o varietate mare de specii, fiecare dintre ele aparține fie unuia, fie altui tip. Cum diferă ele - să ne dăm seama. Din punct de vedere istoric, s-a întâmplat ca primele fibre comerciale, din cauza imperfecțiunii tehnologiei de fabricație, să aibă un miez destul de gros, purtător de lumină. În ea se puteau propaga mai multe moduri de lumină, așa că au fost numite multimode. Să înțelegem „pe degete” ce este moda ușoară.

Lumina este o undă electromagnetică. Lumina de la un laser este o undă coerentă, ceea ce înseamnă că poate interfera. De asemenea, poate interfera în fibră, adică fibră. Contrar credinței populare, lumina de la laser este introdusă în fibră nu sub forma unui fascicul îngust paralel absolut ideal, ci cu o oarecare divergență unghiulară. Și nu e atât de mică. Și este imposibil să se formeze un fascicul paralel ideal - există întotdeauna o oarecare divergență. Imaginați-vă că un astfel de fascicul cu o oarecare divergență a fost introdus în fibră. Fasciculul, care se propagă în miez, la un moment dat va începe să se reflecte de la limitele superioare și inferioare ale miezului și ale substratului. Părțile reflectate ale fasciculului vor forma interferențe deoarece sunt coerente. Interferența, după cum știți, este alternanța benzilor luminoase și întunecate, o structură spațială discretă a redistribuirii intensității luminii. Se dovedește că într-un spațiu limitat, când dimensiunea sa este comparabilă cu lungimea de undă a luminii, un fascicul de lumină care se propagă în acest spațiu se descompune în mai multe structuri spațiale discrete, care sunt numite moduri de lumină.

Dificil? Nu chiar. Un mod de lumină este doar o undă luminoasă staționară generată în secțiunea transversală a unui ghid de lumină. Ce este un val staționar, cred, nu este nevoie să explic. Dacă o undă staționară în secțiunea de fibre are un antinod, atunci acesta este primul mod, dacă 2 - al doilea, 3 - al treilea etc. Modurile sunt structuri spațiale și energetice discrete stabile ale distribuției câmpului electromagnetic al unei unde luminoase, datorită apariției interferențelor asupra reflexiilor luminii de pe pereții fibrei. Un mod într-o fibră apare numai dacă lumina a fost injectată în fibră la un anumit unghi. Unghiul la care lumina pătrunde în fibra la care este produs un anumit mod de lumină se numește unghiul modului. Lumina introdusă într-un unghi fără modul își va pompa energia în modurile din apropiere sau va radia spre exterior. Cu alte cuvinte, lumina dintr-un ghid de lumină se poate propaga doar sub anumite unghiuri - modal. La aceste unghiuri, undele staționare apar în secțiunea de fibre.

Prin reducerea dimensiunii miezului purtător de lumină, este posibil să se realizeze funcționarea monomod a fibrei. În acest caz, unda staționară din ea are un singur antinod.

În fibrele groase, ale căror dimensiuni ale miezului sunt mult mai mari decât lungimea de undă a luminii, numărul de moduri este foarte mare. Astfel de fibre sunt numite ghiduri de lumină obișnuite, iar legile opticii razelor le pot fi aplicate cu o oarecare rezervă. Ghidurile de lumină cu un număr relativ mic de moduri, precum și cele cu un singur mod, sunt de obicei numite ghiduri de undă, iar atunci când le calculăm, este necesar să se țină cont de proprietățile undei ale luminii. Ghidurile de undă optice sunt analoge ale cablurilor coaxiale pentru lumină.

După cum am menționat deja, din punct de vedere istoric, primele au fost fibrele multimodale. Au un dezavantaj semnificativ care limitează viteza și raza de transmisie: dispersia intermodală.

Primele ghiduri de undă multimodale, care aveau un profil de indice de refracție în trepte (Fig. a.), au avut și o lărgire temporală semnificativă a pulsului de lumină și i-au distorsionat forma. Figura arată clar mecanismul acestui proces. Pulsul de lumină injectat în fibră s-a împărțit în moduri discrete, totuși, din cauza unghiurilor diferite, fiecare mod a avut o cale optică diferită și, prin urmare, un timp de propagare diferit. În practică, acest lucru a dus la faptul că pulsul de lumină a fost prelungit în timp și s-ar putea suprapune cu următorul următor. Acest lucru a însemnat o mulțime de erori și pierderi de informații.

Ulterior, tehnologia a făcut posibilă fabricarea ghidurilor de undă multimodale cu un profil de indice de refracție gradient (Fig. b). Acest lucru a condus la o scădere a dispersiei intermodale și la o creștere a ratei de transmisie, dar nu a rezolvat în mod fundamental problema. Fibra monomod a permis să mărească semnificativ viteza și raza de transmisie. Dacă nu există moduri străine, atunci nu există dispersie intermodală, iar pulsul luminos nu este lărgit.

Astăzi, ambele tipuri de fibre sunt utilizate, cu toate acestea, fibra monomod este mult mai comună. Ca pret, nu le mai depaseste pe cele multimodale. Modul unic standard este omniprezent. Un operator de telecomunicații modern se gândește rar la tipul de fibră. Implicit este un singur mod peste tot. Desigur, există și tipuri specifice de fibre utilizate în telecomunicații: cu dispersie non-zero, cu dispersie non-zero deplasată, cu dispersie negativă, fibre active cu dopanți etc., dar nu este posibil să le luăm în considerare în cadru. a acestui articol.

Lungime de undă, atenuare și dispersie

S-a menționat deja că primele fibre de sticlă au avut o atenuare de aproximativ 1000dB/km, iar primele fibre comerciale au avut o atenuare de aproximativ 20dB/km. Acum amortizarea este mult mai mică. Dar să aruncăm o privire mai profundă asupra acestui lucru. Atenuarea într-o fibră depinde nu numai de puritatea materialului și de calitatea ghidului de undă, ci și de lungimea de undă a luminii.

UPD: Un grafic de dezintegrare puțin mai puțin vizual, dar mai corect (mulțumită lui enclis) arată astfel:

Figura prezintă curba de atenuare a luminii într-o fibră de cuarț. Din grafic, sunt vizibile clar 3 minime de atenuare - ferestre de transparență. Din punct de vedere istoric, prima fereastră de transmisie la 850 nm este încă folosită în fibrele multimode pentru comunicații pe distanțe scurte. Atenuarea în ea este de 3-5 dB / km. Pentru comparație: imaginați-vă o bucată de sticlă de 1 km grosime. În ea, lumina se va estompa doar de 2 ori. A doua fereastră de transparență la 1300-1310nm are o atenuare de 0,3-0,4dB/km. A treia fereastră, cea mai populară astăzi, cu o lungime de undă de 1500-1550nm, are o atenuare de aproximativ 0,22-0,3dB/km. O bucată de sticlă de 10 km grosime va atenua lumina de doar 2 ori. Lumina cu lungimi de undă mai scurte de 850 nm este împrăștiată destul de activ, mai mult de 1650 nm este deja puternic absorbită de sticlă. Picurile de absorbție dintre ferestrele de transparență se datorează prezenței impurităților și grupelor OH, ale căror niveluri vibraționale absorb bine lumina în aceste intervale. Trebuie menționat că această curbă pentru fibrele moderne arată și mai pozitiv: au învățat cum să facă fibre cu un conținut scăzut de OH și impurități, astfel încât practic nu există un vârf de absorbție între 1300 și 1500 nm; a devenit posibilă organizarea sistemelor de transmisie multicanal cu multiplexare prin diviziune spectrală în întregul interval de lungimi de undă de la 1270 la 1610 nm (sisteme CWDM). Până în prezent, 850 nm este utilizat în mod obișnuit în liniile multimodale cu distanțe de transmisie de până la 3-5 km, toate celelalte lungimi de undă sunt pentru fibre monomod cu transmisie pe distanțe mai lungi.

Un alt factor important, pe lângă atenuare, care limitează domeniul de transmisie și viteza de transmisie este dispersia cromatică. Nu, acesta nu este intermod, care este inerent fibrelor multimodale. Dispersia cromatică este cu ordine de mărime mai slabă și are o altă natură, dar trebuie luată în considerare la calcularea liniilor de comunicație extinse, în special cu viteze mai mari de 10 Gbit/s. Îți amintești cum lumina albă dintr-o prismă de sticlă se descompune într-un curcubeu? Aceasta este dispersia cromatică - dependența indicelui de refracție de lungimea de undă. Cu alte cuvinte, fiecare lungime de undă a luminii are o viteză de propagare proprie, diferită de celelalte. În liniile de comunicație prin fibre, dispersia cromatică duce la o lărgire a impulsului luminos în timp. Orice laser este imperfect: nu emite o singură lungime de undă, ci un întreg spectru de unde, deși unul îngust. Acestea. fiecare impuls luminos emis de un laser are un set de lungimi de undă diferite. Fiecare dintre aceste unde, care se propagă de-a lungul fibrei, are propria sa viteză, diferită de celelalte. Acest lucru face ca impulsul să se extindă în timp la ieșirea fibrei. Desigur, acest efect este mult mai puțin vizibil decât dispersia intermodală, dar rezultatul este același - lărgirea pulsului și pierderea de informații, erori. Lărgirea cromatică a pulsului depinde de lățimea spectrului laser, distanța de transmisie și coeficientul de dispersie al fibrei. Fibra standard are o dispersie cromatică de 18ps/(nm*km) pentru o lungime de undă de 1550nm. Deoarece în majoritatea cazurilor FOCL-urile constau dintr-o fibră standard, compensarea dispersiei trebuie făcută aproximativ la fiecare 70-90 km (valabil pentru legăturile de 10 Gbit/s organizate de o pereche de transceiver).

Nu iau în considerare alte tipuri de dispersie, ele sunt mult mai puțin critice pentru liniile de comunicație cu fibră optică, dar cei interesați se pot familiariza cu tipurile acesteia.

Câteva despre amplificare, compresie spectrală și calcul

De obicei canalul de comunicare este organizat pe două fibre. În înțelegerea operatorilor de telecomunicații, în cele mai multe cazuri, orice canal de comunicație este duplex, adică. există o transmisie simultană de la nodul A la B și de la B la A. Se realizează de obicei pe două fibre: de la emițătorul (Tx) în punctul A la receptorul (Rx) al nodului B și de la Tx B la Rx A Lumina nu este un tramvai pe șine, este intangibil și se poate propaga de-a lungul unei singure fibre în ambele direcții simultan, practic fără nicio interacțiune. Singura întrebare este cum se separă semnalul transmis și recepționat la intrare și la ieșire. Există modalități și există mai multe dintre ele. În general, fiecare fibră dintr-un cablu are un potențial uriaș de transmitere a informațiilor, dar numărul de fibre din orice cablu este finit. Folosirea unei perechi de fibre pentru a organiza un canal duplex, și chiar dacă are o viteză mică, este înălțimea deșeurilor.

Desigur, puteți așeza mai multe cabluri - cablul de fibră optică în sine nu este atât de scump - este scump să îl coordonați și să îl așezați. Extinderea extensivă a lățimii de bandă și a numărului de canale prin așezarea de noi cabluri este o prostie dacă avem un singur canal care lucrează pe o pereche de fibre. Este necesar să se mărească numărul de canale într-o pereche de fibre (sau în general într-o singură fibră) pentru a face mai profitabilă utilizarea cablului și a fibrei. Cum poți înghesui cantitatea maximă de informații într-o fibră? Pentru început, fluxurile de informații ar trebui agregate - prin metode electrice. Dacă crezi că atunci când vorbești cu o persoană din altă țară sau oraș prin Skype sau vezi un film online de la o găzduire de la distanță, ți se alocă o pereche separată de fibre pentru întreaga sesiune, te înșeli foarte mult. De fapt, traficul dvs. este împărțit în pachete și combinat în mod repetat cu traficul altor utilizatori și trimis prin fibră sub forma unui container digital uriaș. Pe partea de recepție, acest container este dezasamblat și pachetul tău mic de trafic este trimis mai departe către destinatar. Agregarea legăturilor este o modalitate excelentă de a îmbunătăți utilizarea liniei, deoarece în loc de un număr mare de legături „subțiri” peste o grămadă de fibre, o legătură „groasă” poate fi transmisă doar pe o pereche. Apropo, routerul WiFi de acasă poate fi considerat primul nod de agregare, care colectează traficul de pe telefoane, laptopuri, PC-uri, tablete etc. într-un singur flux de informații. și îl trimite furnizorului.

Dar dacă avem deja o mulțime de canale „groase” agregate și există doar câteva fibre libere, atunci trebuie să organizăm un alt tip de compactare - prin metode optice, sau multiplexare spectrală. Esența sa constă în faptul că pentru fiecare canal „gros” o anumită frecvență (lungime de undă a luminii, propriul laser) este alocată dintr-un set de lungimi de undă standardizate. Această lungime de undă este modulată de semnal. Există mai multe astfel de unde purtătoare modulate, ele sunt multiplexate într-o singură fibră și trimise peste fibră ca un astfel de set. Convenabil și eficient. Există tehnologia CWDM (coarse wavelength division multiplexing), care permite organizarea a până la 16 canale într-o pereche de fibre sau până la 8 într-una, și DWDM (dense wavelength division multiplexing), care are un potențial mult mai mare în compactare. Esența CWDM și DWDM este similară, principala diferență este doar în ceea ce privește frecvența. Linkurile de mai jos au descrieri excelente ale ambelor tehnologii.

Canalele de comunicare transcontinentale și de coloană vertebrală au un grad foarte ridicat de agregare și densificare spectrală. Rețelele de la nivelul orașelor și regiunilor sunt de obicei limitate la agregare de până la 10-40 Gbit/s pe canal cu multiplexare până la 10-15 canale și se renunță la transceiver-uri obișnuite, dar există și excepții. Dar rețelele districtuale rareori trec dincolo de tehnologia CWDM simplă, cu viteze de până la 10 Gbps per canal. În ceea ce privește casele, cablajul de-a lungul verandei este cel mai adesea realizat cu un cablu de cupru. Routerul de acces include optică, iar o pereche răsucită diverge de la el la apartamente.

Oricât de bune sunt fibrele, atenuarea, oricât de mică, este prezentă. Lumina din fibră este atenuată. După parcurgerea unei distanțe de 80 km, lumina se va atenua cu aproximativ 20 dB - cu un factor de 100, aceasta nu ține cont de pierderile la îmbinări, suduri, neomogenități, multiplexoare etc. Pentru a organiza linii de comunicație extinse, este necesar să se utilizeze amplificatoare de semnal și regeneratoare. Regeneratorul efectuează conversia optoelectronică completă, restaurarea formei de undă și resincronizarea acesteia (regenerare 3R), urmată de reemisia în fibră. Sunt scumpe și foarte complexe. Amplificatoarele, spre deosebire de convertoarele 3R, nu fac decât să amplifice semnalul, crescându-și amplitudinea, dar sunt mult mai simple și mai ieftine. Un alt avantaj este că amplifică toate canalele simultan.

Amplificatoarele sunt aplicate în principal sistemelor DWDM. Un amplificator optic nu este un opamp RF obișnuit pe un microcircuit, deoarece electronica semiconductoare nu funcționează aici. Un amplificator optic, de fapt, este un laser care nu are o regiune rezonatoare și funcționează „într-o singură trecere”. Există mai multe tipuri diferite de astfel de amplificatoare, dar cele mai comune sunt EDFA, amplificatoare cu fibră dopată cu erbiu. Pe scurt, mediul activ se formează în miezul fibrei dopate sub acțiunea de pompare la 980 sau 1490 nm. Radiația semnalului care intră în mediul activ provoacă emisie stimulată de fotoni, care se adaugă semnalului, amplificându-l. Principiul laserului. EDFA-urile introduc zgomot, care limitează numărul de trepte de amplificare utilizate și trebuie luate în considerare la calcularea și proiectarea liniilor de comunicație cu amplificare.

Am menționat deja compensarea dispersiei. Se acumulează distorsiuni dispersive ale semnalului, distorsionând și extinzând impulsurile semnalului. Corecția dispersiei în proiectarea liniilor de comunicație extinse se realizează folosind module de compensare a dispersiei, DCM (modul de compensare a dispersiei). De obicei, ei nu iau în considerare expansiunea temporală a pulsului, ci spun ceea ce este necesar, de exemplu, „compensați pentru 40 km de fibră”. Calculul preliminar al FOCL se reduce la luarea în considerare a tuturor atenuărilor de-a lungul traseului de la Tx la Rx și în direcția opusă, luând în considerare dispersia cromatică și luând în considerare zgomotul introdus de amplificatoare. În cel mai simplu caz, dacă nu este necesară compensarea de amplificare și dispersie, se calculează doar atenuările de la Tx la Rx, li se adaugă o marjă tehnologică de 3-6 dB pentru „îmbătrânirea” liniei și se compară cu bugetul optic al unei perechi de transceiver (module transceiver) pe care se preconizează organizarea conexiunii. Dacă bugetul transceiverelor depășește valoarea calculată, acestea pot fi folosite pentru a organiza o linie de comunicare. Dacă valoarea calculată este mai mare, atunci va trebui să selectați transceiver-uri mai „puternice” sau sensibile sau să căutați soluții alternative până la trecerea la lungimi de undă amplificate și instalarea amplificatoarelor.

Subiectul proiectării și calculării liniilor de comunicare în optică este foarte larg și plin de nuanțe, îi poate fi dedicat mai mult de un articol. Dacă cititorul este interesat de aceste întrebări, voi încerca să le răspund în publicațiile și comentariile viitoare.

Nu am vorbit în detaliu despre WDM și multiplexoare, echipamente de măsurare, îmbinarea fibrelor și fabricarea cablurilor, modelarea amplificatoarelor, nu am spus despre baza elementului și multe alte lucruri despre care aș vrea să vorbesc. Din păcate, toate acestea împreună nu vor încadra într-un articol.

Postarea este puțin haotică și superficială. Este de natură de vedere de ansamblu și de constatare a faptelor pentru a înțelege care dintre direcțiile prezentate în acesta prezintă cel mai mare interes pentru cititori.