Avantajele comunicării prin fibră optică
● Capacitate mare de comunicare
● Distanță mare de releu
● Imun la interferențe electromagnetice
● Resurse abundente
● Fibră optică ușoară și de dimensiuni reduse
O scurtă istorie a dezvoltării comunicațiilor optice
● Cu peste 2000 de ani în urmă: turnuri faruri – lumini, semnale de steag
● 1880: Telefon optic – comunicare optică fără fir
● 1970: Comunicare prin fibra optica
● 1966: Dr. Kao Kuen, „părintele fibrei optice”, a propus pentru prima dată ideea comunicării prin fibră optică.
● 1970: Kapron de la Corning Institution a produs fibra optica cu o pierdere de 20 dB/km.
● 1977: prima linie comercială de 45 Mb/s din Chicago.
Spectrul electromagnetic
Refracția/Reflexia și reflexia internă totală a luminii
Deoarece lumina se deplasează cu viteze diferite în diferite substanțe, atunci când lumina se deplasează de la o substanță la alta, refracția și reflexia au loc la interfața dintre cele două substanțe. Mai mult, unghiul luminii refractate se modifică odată cu unghiul luminii incidente. Când unghiul luminii incidente atinge sau depășește un anumit unghi, lumina refractată dispare și toată lumina incidentă este reflectată înapoi; aceasta este o reflecție internă totală. Materiale diferite refractează lumina de aceeași lungime de undă la unghiuri diferite (adică, materiale diferite au indici de refracție diferiți), iar același material refractă lumina de lungimi de undă diferite la unghiuri diferite. Comunicarea prin fibră optică se bazează pe aceste principii. Distribuția reflectivității: Un parametru important care caracterizează materialele optice este indicele de refracție, notat cu N. Raportul dintre viteza luminii C în vid și viteza luminii V într-un material este indicele de refracție al materialului.
N＝C/V
Indicele de refracție al sticlei de cuarț utilizat în comunicațiile cu fibră optică este de aproximativ 1,5.
Structura Fibră Optică
Un cablu de fibră optică goală este, în general, format din trei straturi:
Primul strat: un miez de sticlă cu indice de -refracție-înalt (diametrul miezului este în general de 9-10 μm, (mod unic) 50 sau 62,5 (multimodal).
Al doilea strat: o placare din sticlă de silicon cu indice -refracție- scăzut (diametrul este în general de 125 μm).
Al treilea strat: Un strat exterior de rășină de întărire.
Cunoștințe de bază despre lumină
1) Miez: indice de refracție ridicat, utilizat pentru transmiterea luminii;
2) Acoperire: indicele de refracție scăzut, împreună cu miezul, formează condiții pentru reflexia internă totală;
3) Jachetă: rezistență ridicată, poate rezista la un impact mai mare și protejează fibra optică.
Cablu Fibră Optică 3mm Orange MM Multimode
Galben SM Singlemode
Dimensiuni cablu fibră optică:
Diametrul exterior este de obicei de 125 µm (un păr uman mediu este de 100 µm)
Diametru interior: unic{0}mod 9µm, Multimode 50/62,5µm
Diafragma numerică
Nu toată lumina incidentă pe fața de capăt a unei fibre optice este transmisă prin fibră; se transmite doar lumina incidentă într-un anumit interval unghiular. Acest unghi se numește deschiderea numerică a fibrei optice. O deschidere numerică mai mare este avantajoasă pentru îmbinarea fibrei optice. Apertura numerică variază între fibrele optice fabricate de diferite companii.
Tipuri de fibre optice
Pe baza modului de transmitere a luminii în interiorul fibrei, fibrele optice pot fi clasificate astfel:
Multi-Mod (MM)
Modul unic{0}(SM)
Fibră multi-mod: are un miez central de sticlă mai gros (50 sau 62,5 μm), permițând transmiterea mai multor moduri de lumină. Cu toate acestea, dispersia sa intermodală este semnificativă, limitând frecvența semnalelor digitale transmise, iar această limitare se înrăutățește odată cu creșterea distanței. De exemplu, o fibră de 600 MB/km va avea doar o lățime de bandă de 300 MB/km la 2 km. Prin urmare, fibra multi-modalitate are o distanță de transmisie relativ scurtă, de obicei doar câțiva kilometri.
Fibră cu un singur mod-: are un miez central de sticlă mai subțire (de obicei, 9 sau 10 μm în diametru), permițând transmiterea unui singur mod de lumină. Este, în esență, un tip de fibră index-în trepte, dar cu un diametru de miez foarte mic. Teoretic, permite doar unei singure căi de-linie dreaptă să intre în fibră și să se propagă în linie dreaptă în interiorul miezului. Lărgirea pulsului de fibre este minimă. Prin urmare, dispersia sa intermodală este foarte mică, ceea ce o face potrivită pentru-comunicații la distanță lungă. Cu toate acestea, dispersia sa cromatică joacă un rol major, ceea ce înseamnă că fibra mono-modelă are cerințe ridicate pentru lățimea spectrală și stabilitatea sursei de lumină, adică lățimea spectrală trebuie să fie îngustă, iar stabilitatea trebuie să fie bună.
Clasificarea fibrei optice
După material:
● Fibră de sticlă: Atât miezul, cât și placarea sunt din sticlă. Pierdere redusă, distanță mare de transmisie, cost ridicat.
● Fibră siliconică cu înveliș: Miezul este din sticlă, placarea este din plastic. Caracteristici similare cu fibra de sticlă, cost mai mic.
● Fibră de plastic: Atât miezul, cât și placarea sunt din plastic. Pierdere mare, distanță de transmisie foarte scurtă, preț foarte mic. Folosit pe scară largă în aparatele electrocasnice, echipamentele audio și transmisia de imagini pe distanțe scurte-.
● Prin fereastra de frecvență de transmisie optimă: fibră convențională unic-mod și dispersie-fibră cu un singur mod-deplasată.
● Convențional: producătorii de fibre optimizează frecvența de transmisie a fibrei pentru o singură lungime de undă, cum ar fi 1300nm.
● Dispersie-deplasată: producătorii de fibre optimizează frecvența de transmisie a fibrei pentru două lungimi de undă, cum ar fi 1300nm și 1550nm.
● Deplasat brusc: indicele de refracție se modifică brusc de la miez la placarea de sticlă. Cost redus, dispersie intermodală mare. Potrivit pentru comunicații pe distanțe scurte-, cu viteză redusă-, cum ar fi controlul industrial. Cu toate acestea, fibrele cu un singur-mod au o dispersie intermodală foarte scăzută, astfel încât toate sunt fibre cu indice-gradat.
●Fibre cu indice-gradat: indicele de refracție scade treptat de la miez la înveliș, permițând luminii în mod-înalt să se propagă sinusoidal. Acest lucru reduce dispersia intermodală, crește lățimea de bandă a fibrei și extinde distanța de transmisie, dar este mai scump. Majoritatea fibrelor multimode de astăzi sunt fibre gradate-index.
