Hur fungerar fiberoptiska kommunikationskablar verkligen?
På sitt mest grundläggande består en kommunikationsoptisk fiberkabel av glassträngar, som trådar, om människans hår, var och en kan överföra meddelanden modulerade på ljusvågor med ljusets hastighet. De erbjuder större bandbredd än kopparkabel och har blivit alternativet för att möta kraven på internetåldern där stora mängder data (t.ex. streaming-appar) måste distribueras till tusentals prenumeranter, mil bort och omedelbart. Fiberoptiska kablar finns inte bara i kommunikationssystem, de används också i industriella nätverk, avkänning och flygplan.
Det första steget för att förstå hur fiberoptiska fungerar är att förstå vad som händer när du skickar ljus genom luft eller vatten. Ljus reser som en våg. När den passerar genom luften förlorar vågen lite energi och blir mer utspridd. Resultatet är att ljusstrålen blir bredare och mindre intensiv. Denna förlust av intensitet kallas dämpning.
När ljus kommer in i vattnet förlorar det dock inte någon energi. Istället böjer den sig runt vattenmolekylerna, vilket gör det lättare för ljuset att passera igenom. Vatten bromsar också ljusets hastighet med en faktor 1/V2 där V är ljusets hastighet i vatten. Detta innebär att ljus som reser genom vatten kommer att resa längre än om det reser genom luften. Optiska fibrer använder dessa principer för att bära data från en punkt till en annan.
De flesta optiska fibrer som används idag består av glassträngar (kärnan) gjorda av ren kiseldioxid omgiven av beklädnadsmaterial gjord av dopad kiseldioxid. Kärnan är så liten att endast en enda ljusstråle vid en viss våglängd kan resa till slutet. Dessa kallas enfibrer. I denna design har klädskiktet ett lägre brytningsindex och fungerar som en spegel för att hålla läget inuti kärnan. Detta fenomen är känt som total intern reflektion.
Prestandan hos optiska fibrer beror på hur väl de kan överföra ljus. Ett sätt att mäta detta är genom att mäta returförlusten (även kallad infogningsförlust) av fibern. Returförlust definieras som förhållandet mellan kraften i framåtriktningen och kraften i omvänd riktning. Om returförlusten är hög kommer mer ljus att gå förlorad när du reser genom fibern än om returförlusten var låg.
Fördelar med fiberoptiska kablar
Optiska fibrer har många fördelar jämfört med traditionella koppartrådar:
1.Ultra-high-hastighetsöverföringsprestanda
Optiska fibermedier överför signaler genom fotonpulser, och dess överföringshastighet kan nå tusen gånger den av kopparkablar (vanligtvis 100+ GBPS), vilket är särskilt lämpligt för applikationsscenarier med strikta realtidskrav som 4K/8K-strömmande medieöverföring och molnberäkningstjänster. Optisk fiber med en enda läge har uppnått en genomgångsfrekvens på 1 petabit/s i laboratoriemiljöer.
2.Ultra-stor bandbreddskapacitet
Tack vare den mogna tillämpningen av WAVELEATHY DIVISION multiplexing (WDM) -teknologi kan en enda optisk fiber samtidigt bära optiska signaler med olika våglängder såsom C-band (1530-1565 nm) och L-band (1565-1625 nm). Genom tät våglängdsdelningsmultiplexering (DWDM) -teknologi kan mer än 96 kanaler med enfiberparallell transmission uppnås, teoretiskt når hundratals bandbreddskapacitet på TBPS-nivå.
3.LUTRA-Low Loss Transmission Egenskaper
Kvartsoptisk fiber har en dämpningskoefficient på 0. 2dB/km i fönstret 1550nm. Med Erbium-dopade fiberförstärkaren (EDFA) -tekniken kan den uppnå ett reläfritt överföringsavstånd på mer än 100 km. Som jämförelse är förlusten av CAT6A kopparkabel 21,3 dB per 100 meter vid 100 MHz.
4. Elektromagnetiska immunitetsegenskaper
Optisk fiber använder SIO₂ dielektrisk vågledarstruktur för att överföra signaler, som i grunden undviker problem med elektromagnetisk interferens (EMI) och radiofrekvensstörningar (RFI) som står inför kopparkablar. Denna funktion gör den oföränderlig för ledningar i starka elektromagnetiska miljöer såsom högspänningsstationer (större än eller lika med 500 kV) och medicinska MR-utrustningsrum.
5. Överföringssäkerhetsmekanism
Risken för informationsläckage för optiskt fibersystem finns huvudsakligen i avslutningsutrustningen. Det finns ingen elektromagnetisk strålning under överföringen. OTDR -tekniken kan övervaka den optiska förlustanomalin på nivån 0. 01db i realtid. Enligt NIST SP 800-53 standard når den fysiska skiktsäkerheten för den optiska fiberkanalen klass III -skyddsnivån, som långt överskrider klass I -nivån för kopparkabel.
Typer av kommunikationsfiberoptisk kabel
Det finns två grundläggande typer av fibrer, enkelläge och multimod. Optisk fiber med en enda läge är mindre i kärndiametern (8. 3-10 mikron) och har fördelar när det gäller bandbredd och når längre avstånd, medan multimodoptiska fibrer har större kärndiametrar (50 mikron eller större) och enkelt stödja de flesta avstånd som krävs i Enterprise och Data Center Networks, på en kostnad typiskt mindre än läge-läge.
Optisk fiberteknologi används på många sätt idag. Det används för att överföra röst- och videosignaler, bära datordata och för att skicka information över långa avstånd.
Optiska fibrer används för att tillverka endoskop som gör det möjligt för läkare att se inuti människokroppen och utföra operation utan behov av invasiva skalpellprocedurer. Stora kärnfibrer kan bära laserenergi för att underlätta avlägsnande av tatueringar, rengöring av historiska monument och drivning av laserstyrda försvarssystem.
Distribuerad fiberoptisk avkänning (DFO) gör det möjligt att använda hela längden på en optisk fiber som en avkänningsanordning. Strukturer som bränsleledningar, broar och flygvingar kan ha optiska fibrer inbäddade i dem för att upptäcka sådana parametrar som stam, temperatur eller ljud och hjälpa till att säkerställa deras strukturella integritet.