Princip pretvorbe i prijenosa informacija na optičkim vlaknima

Suvremeni komunikacijski vodovi namijenjeni prijenosu informacija na velike udaljenosti često su samo optički vodovi, zbog prilično visoke učinkovitosti ove tehnologije koju već dugi niz godina uspješno pokazuje, primjerice, kao sredstvo za pružanje širokopojasnog pristupa internetu .

Samo vlakno se sastoji od staklene jezgre okružene omotačem s indeksom loma manjim od indeksa loma jezgre. Svjetlosna zraka odgovorna za prijenos informacija duž linije širi se duž jezgre vlakna, reflektira se na svom putu od obloge i tako ne izlazi izvan dalekovoda.

Izvor svjetlosti za formiranje snopa obično je diodni ili poluvodički laser, dok samo vlakno, ovisno o promjeru jezgre i raspodjeli indeksa loma, može biti jednomodno ili višemodno.

Optička vlakna u komunikacijskim linijama su superiornija u odnosu na elektronička sredstva komunikacije, omogućujući brzi prijenos digitalnih podataka bez gubitaka na velike udaljenosti.

Optički vodovi načelno mogu činiti samostalnu mrežu ili služiti za objedinjavanje već postojećih mreža — dionica svjetlovodnih autocesta fizički objedinjenih na razini optičkih vlakana ili logički — na razini protokola za prijenos podataka.

Brzina prijenosa podataka putem optičkih linija može se mjeriti u stotinama gigabita u sekundi, na primjer 10 Gbit Ethernet standarda, koji se već dugi niz godina koristi u modernim telekomunikacijskim strukturama.

Godinom izuma optičkih vlakana smatra se 1970., kada su Peter Schultz, Donald Keck i Robert Maurer — znanstvenici iz Corninga — izumili optičko vlakno s malim gubicima koje je otvorilo mogućnost dupliciranja kabelskog sustava za prijenos telefonskog signala. koriste se bez repetitora. Programeri su stvorili žicu koja vam omogućuje uštedu 1% snage optičkog signala na udaljenosti od 1 kilometra od izvora.

To je bila prekretnica za tehnologiju. Linije su izvorno dizajnirane za prijenos stotina faza svjetlosti istovremeno, kasnije je razvijeno jednofazno vlakno s boljim performansama koje može održati integritet signala na većim udaljenostima. Jednofazno zero-offset vlakno je najtraženiji tip vlakna od 1983. godine do danas.

Za prijenos podataka preko optičkog vlakna, signal se prvo mora pretvoriti iz električnog u optički, zatim prenijeti niz liniju, a zatim pretvoriti natrag u električni na prijamniku.Cijeli uređaj naziva se primopredajnik i uključuje ne samo optičke već i elektroničke komponente.

Dakle, prvi element optičkog voda je optički odašiljač. Pretvara niz električnih podataka u optički tok. Odašiljač uključuje: paralelno-serijski pretvarač sa sintetizatorom sinkronizirajućeg impulsa, pokretač i izvor optičkog signala.

Izvor optičkog signala može biti laserska dioda ili LED. Konvencionalne LED diode se ne koriste u telekomunikacijskim sustavima. Struju prednapona i struju modulacije za izravnu modulaciju laserske diode dovodi laserski pokretač. Zatim se svjetlo dovodi kroz optički konektor—u vlakno optički kabel.

S druge strane linije, signal i vremenski signal detektira optički prijamnik (uglavnom fotodiodni senzor) gdje se pretvaraju u električni signal koji se pojačava, a zatim se odaslani signal rekonstruira. Konkretno, serijski tok podataka može se pretvoriti u paralelni.

Predpojačalo je odgovorno za pretvaranje asimetrične struje iz senzora fotodiode u napon, za njegovo naknadno pojačanje i pretvaranje u diferencijalni signal. Čip za sinkronizaciju i oporavak podataka vraća signale sata i njihovo vrijeme iz primljenog toka podataka.

Multiplekser s vremenskim dijeljenjem postiže brzine prijenosa podataka do 10 Gb/s. Tako danas postoje sljedeći standardi za brzinu prijenosa podataka putem optičkih sustava:

Multipleksiranje po valnim duljinama i multipleksiranje po valnim duljinama omogućuje dodatno povećanje gustoće prijenosa podataka kada se nekoliko multipleksiranih tokova podataka šalje na istom kanalu, ali svaki tok ima svoju valnu duljinu.

Jednomodno vlakno ima relativno mali vanjski promjer jezgre od oko 8 mikrona. Takvo vlakno omogućuje širenje zrake određene frekvencije kroz njega, što odgovara karakteristikama danog vlakna. Kada se zraka kreće sama, problem intermodne disperzije nestaje, što rezultira povećanjem performansi linije.

Raspodjela gustoće materijala može biti gradijentna ili stepenasta. Raspodjela gradijenta omogućuje veću propusnost. Jednomodna tehnologija je tanja i skuplja od višemodne, ali to je jednomodna tehnologija koja se trenutno koristi u telekomunikacijama.

Višemodno vlakno omogućuje simultano širenje višestrukih prijenosnih zraka pod različitim kutovima. Promjer jezgre je obično 50 ili 62,5 µm, tako da je uvođenje optičkog zračenja olakšano. Cijena primopredajnika je niža nego za single-mode.

To je višemodno vlakno koje je vrlo pogodno za male kućne i lokalne mreže. Fenomen intermodne disperzije smatra se glavnim nedostatkom višemodnog vlakna, stoga su za smanjenje ove štetne pojave posebno razvijena vlakna s gradijentnim indeksom loma, tako da se zrake šire paraboličnim putanjama i da je razlika u njihovim optičkim stazama manja. .Na ovaj ili onaj način, izvedba single-mode tehnologije i dalje ostaje veća.