خطوط ارتباطی فیبر نوری خطوط ارتباطی فیبر نوری: امکانات نامحدود

عصر تکنولوژی اختراعات و اکتشافات درخشان بسیاری را به ما داده است، اما ظاهراً این توانایی انتقال اطلاعات در فواصل طولانی بود که یکی از مهم ترین کمک ها را در توسعه فناوری انجام داد. حامل های داده از سیم مسی یک قرن پیش تا کابل های فیبر نوری امروزی راه زیادی را پیموده اند. در نتیجه حجم اطلاعات، سرعت و مسافت انتقال آن چندین برابر شده است که محدودیت های توسعه فناوری را در همه زمینه ها گسترش داده است.

کابل های فیبر نوری شیشه ای کم اتلاف امروزی پهنای باند نامحدودی را ارائه می دهند و مزایای بسیار دیگری نسبت به رسانه های ساخته شده قبلی دارند. ساده ترین سیستم فیبر نوری برای انتقال اطلاعات بین دو نقطه از سه عنصر اصلی تشکیل شده است: یک فرستنده نوری، یک کابل فیبر نوری و یک گیرنده نوری (شکل 1).

برنج. 1. طرح ساده ترین سیستم انتقال اطلاعات فیبر نوری

فرستنده نورییک سیگنال الکتریکی آنالوگ یا دیجیتال را به سیگنال نوری مربوطه تبدیل می کند. منبع نور می تواند یک LED یا یک لیزر حالت جامد باشد. پرکاربردترین منابع نوری با طول موج 850، 1300 و 1550 نانومتر.

کابل فیبر نوریشامل یک یا چند الیاف شیشه ای است که به عنوان موجبر (راهنمای نور) برای نور عمل می کنند. از نظر طراحی، یک کابل فیبر نوری شبیه کابل برق است، اما حاوی عناصر خاصی برای محافظت از راهنماهای نور داخل آن است. اتصال کابل های چند کیلومتری با استفاده از کانکتورهای نوری قابل جدا شدن و ثابت انجام می شود.

گیرنده نوریسیگنال نور را به یک کپی از سیگنال الکتریکی اصلی تبدیل می کند. از یک فتودیود بهمنی یا (بیشتر) یک فتودیود PIN به عنوان یک عنصر حساس گیرنده نوری استفاده می شود.

سیستم های انتقال اطلاعات فیبر نوری - گیرنده و فرستنده نوری متصل به کابل فیبر نوری - نسبت به سیم های مسی معمولی و کابل های کواکسیال مزایای زیادی دارند:

چرا سیستم های فیبر نوری این خواص مفید را دارند؟ با مطالعه این جزوه و درک اصول پشت فناوری فیبر نوری، پاسخ این سوال را خواهید داشت. هر یک از سه جزء سیستم های فیبر نوری - فرستنده، گیرنده و کابل - بخش مخصوص به خود را دارد.

فرستنده های نوری

یک فرستنده نوری سیگنال الکتریکی را به یک پرتو نور مدوله شده برای انتقال روی فیبر نوری تبدیل می کند. بسته به نوع سیگنال، می توان از روش های مدولاسیون مختلفی استفاده کرد - روشن و خاموش کردن چراغ یا تغییر آرام آن بین سطوح داده شده متناسب با سیگنال ورودی. روی انجیر 2، این دو روش مدولاسیون اصلی در نمودارهای شدت نور در مقابل زمان نشان داده شده است.

برنج. 2. روش های اساسی مدولاسیون شار نور

اغلب فرستنده های نوری از دیودهای ساطع کننده نور (LED) و لیزرهای نیمه هادی (دیودهای لیزری) به عنوان منبع نور استفاده می کنند. برای استفاده در سیستم‌های فیبر نوری، این دستگاه‌ها در محفظه‌هایی ساخته می‌شوند که به شما امکان می‌دهند تا فیبر را تا حد ممکن به ناحیه ساطع کننده نور نزدیک کنید. این برای هدایت هر چه بیشتر نور به راهنمای نور ضروری است. گاهی اوقات ساطع کننده مجهز به یک لنز کروی میکروسکوپی است که به شما امکان می دهد تمام نور را "تا آخرین قطره" جمع آوری کنید و آن را به داخل فیبر هدایت کنید. در برخی موارد، یک فیلامنت شیشه ای مستقیماً به سطح یک کریستال ساطع کننده نور متصل می شود.

اغلب فرستنده های نوری از دیودهای ساطع کننده نور (LED) و لیزرهای نیمه هادی (دیودهای لیزری) به عنوان منبع نور استفاده می کنند.

ال ای دی ها دارای ناحیه تابشی نسبتاً بزرگی هستند و بنابراین به اندازه لیزرها کارآمد ساطع نمی کنند. با این حال، LED ها به طور گسترده در خطوط ارتباطی با طول کوتاه و متوسط ​​استفاده می شوند. ال‌ای‌دی‌ها بسیار ارزان‌تر از لیزرها هستند، شدت تابش تقریباً خطی به شدت جریان الکتریکی بستگی دارد و شدت تابش آنها به طور ضعیفی به دما بستگی دارد. از سوی دیگر، لیزرها سطح تابش بسیار کمی دارند و می توانند قدرت بسیار بیشتری را نسبت به LED ها به فیبر منتقل کنند. آنها همچنین از نظر جریان خطی هستند، اما به دما بسیار حساس هستند و برای دستیابی به پایداری لازم به مدارهای الکترونیکی پیچیده تری نیاز دارند. از آنجایی که لیزرها بسیار گران هستند، عمدتاً در مواردی که انتقال داده در فواصل طولانی مورد نیاز است استفاده می شود.

از آنجایی که لیزرها بسیار گران هستند، عمدتاً در مواردی که انتقال داده در فواصل طولانی مورد نیاز است استفاده می شود.

ال ای دی ها و لیزرهای مورد استفاده در ارتباطات فیبر نوری در قسمت مادون قرمز طیف امواج الکترومغناطیسی ساطع می کنند و بنابراین نور آنها بدون استفاده از وسایل خاص برای چشم انسان نامرئی است. طول موج تابش با در نظر گرفتن حداکثر شفافیت مواد راهنماهای نور و بالاترین حساسیت دیودهای نوری انتخاب شد. متداول ترین طول موج های امروزی 850، 1300 و 1550 نانومتر است. هر دو LED و لیزر برای هر سه طول موج در دسترس هستند.

همانطور که قبلا ذکر شد، شار نور LED و لیزر به یکی از دو روش مدوله می شود: "روشن-خاموش" یا یک تغییر مداوم خطی در شدت. روی انجیر 3 مدارهای ساده شده ای را نشان می دهد که هر دو روش مدولاسیون را اجرا می کنند. برای کنترل امیتر، از یک ترانزیستور استفاده می شود که پایه آن یک سیگنال دیجیتال از پیش ساخته شده را دریافت می کند. حداکثر فرکانس مدولاسیون در این مورد توسط مدار الکترونیکی و خواص امیتر تعیین می شود. با LED ها، فرکانس های چند صد مگاهرتز به راحتی قابل دستیابی هستند، با لیزر، هزاران مگاهرتز. نمودار واحد تثبیت حرارتی را نشان نمی دهد (ال ای دی ها معمولاً به آن نیاز ندارند).

مدولاسیون خطی با استفاده از مدار مبتنی بر آپ امپر انجام می شود (شکل 3B). سیگنال تعدیل کننده به ورودی معکوس تقویت کننده اعمال می شود، افست DC به ورودی غیر معکوس اعمال می شود. مدار تثبیت حرارتی نیز در اینجا نشان داده نشده است.

برنج. 3. روش های تعدیل شار نوری LED
و لیزرهای نیمه هادی

در یک سیگنال دیجیتال، که از مدولاسیون روشن-خاموش برای انتقال استفاده می کند، سطوح منطقی را می توان به روش های مختلفی رمزگذاری کرد. در ساده ترین آنها، وجود نور با یک واحد منطقی مطابقت دارد و عدم وجود آن با یک صفر منطقی مطابقت دارد. علاوه بر این، مدولاسیون عرض پالس و فرکانس پالس استفاده می شود. با مدولاسیون عرض پالس، یک جریان پیوسته از پالس ها استفاده می شود که دو مدت زمان متفاوت آن سطوح منطقی سیگنال را رمزگذاری می کند. با مدولاسیون فرکانس پالس، تمام پالس ها مدت زمان یکسانی دارند، اما نرخ تکرار آنها بسته به سطح منطقی ارسالی متفاوت است.

شکل 4. روش های مختلف انتقال نوری آنالوگ
و اطلاعات دیجیتال

در یک سیگنال دیجیتال، که از مدولاسیون روشن-خاموش برای انتقال استفاده می کند، سطوح منطقی را می توان به روش های مختلفی رمزگذاری کرد. در ساده ترین آنها، وجود نور با یک واحد منطقی مطابقت دارد و عدم وجود آن با یک صفر منطقی مطابقت دارد.

همچنین چندین روش برای مدولاسیون آنالوگ وجود دارد. ساده ترین آنها مدولاسیون خطی است که در آن شدت منبع نور مستقیماً با بزرگی سیگنال ارسالی مرتبط است. در روش های دیگر، سیگنال ارسالی ابتدا یک حامل فرکانس بالا (و در برخی موارد حامل های متعدد) را تعدیل می کند و سپس این سیگنال پیچیده روشنایی منبع نور را کنترل می کند.

روی انجیر شکل 4 شدت نور را در مقابل زمان برای این روش های مدولاسیون نشان می دهد.

فرکانس نور (که همچنین تابش الکترومغناطیسی است) بسیار زیاد است - در حد میلیون ها گیگاهرتز. باند فرکانس ساطع کننده های نور (لیزرها و ال ای دی ها) بسیار گسترده است، اما، متاسفانه، تکنولوژی مدرن اجازه استفاده انتخابی از این باند را نمی دهد، همانطور که در هنگام انتقال اطلاعات توسط رادیو انجام می شود. در یک فرستنده نوری، تمام باند فرکانسی به یکباره روشن و خاموش می شود، همانطور که در اولین فرستنده جرقه در سپیده دم عصر رادیو انجام شد. با گذشت زمان، دانشمندان بر این مانع غلبه خواهند کرد و "انتقال منسجم" امکان پذیر خواهد شد که توسعه بیشتر فناوری فیبر نوری را تعیین می کند.

راهنمای نور

ورود نور به فیبر نوری

هر چه قدرت امیتر بیشتر باشد، نور بیشتری وارد فیبر می شود.

پس از اینکه فرستنده سیگنال الکتریکی ورودی را به نور مدوله شده مناسب تبدیل کرد، باید به فیبر نوری تزریق شود. همانطور که قبلا ذکر شد، دو راه برای انجام این کار وجود دارد: اتصال مستقیم عنصر تابشی به راهنمای نور، و قرار دادن راهنمای نور در مجاورت امیتر. هنگام استفاده از روش دوم، مقدار نور وارد شده به فیبر نوری به چهار عامل بستگی دارد: شدت تابش، مساحت عنصر ساطع کننده، زاویه ورودی فیبر و تلفات بازتاب و پراکندگی. بیایید نگاهی گذرا به همه این عوامل بیندازیم.

شدتخروجی تابش یک LED یا لیزر به طراحی آن بستگی دارد و معمولاً به صورت کل توان خروجی در یک جریان معین بیان می شود. گاهی اوقات این رقم به عنوان توان واقعی منتقل شده در یک نوع خاص از فیبر ارائه می شود. در صورت مساوی بودن سایر موارد، هر چه قدرت امیتر بیشتر باشد، نور بیشتری وارد فیبر می شود.

نسبت مساحت های عنصر تابشی و هسته فیبر نورینسبت کل توان وارد شده به فیبر را تعیین می کند - هر چه این نسبت کوچکتر باشد، نور بیشتری در فیبر خواهد بود.

فقط نوری که با زاویه کمتر یا مساوی به فیبر وارد می شود در فیبر منتشر می شود.

زاویه ورودیک فیبر نوری با دیافراگم عددی آن (NA) مشخص می شود که به عنوان سینوس نیمی از زاویه ورودی تعریف می شود. مقادیر معمولی NA از 0.1 تا 0.4 است که مربوط به زاویه ورودی 11 تا 46 درجه است. فقط نوری که با زاویه کمتر یا مساوی به فیبر وارد می شود در فیبر منتشر می شود.

تلفات. علاوه بر تلفات ناشی از آلودگی روی سطح الیاف، همیشه در شدت نور ناشی از انعکاس در ورودی و خروجی از فیبر، کاهش اجتناب ناپذیری وجود دارد. اینها به اصطلاح تلفات فرنل (به نام فیزیکدان فرانسوی A. J. Fresnel) هستند که تقریباً 4٪ از شدت کل در هر رابط شیشه-هوا هستند. در صورت لزوم برای کاهش این تلفات، کمی ژل نوری مخصوص روی سطوح شیشه ای که قرار است به هم متصل شوند، اعمال می شود.

انواع فیبر نوری

اکنون از دو نوع فیبر نوری استفاده می شود: با تغییر گام به گام و صاف در ضریب شکست در امتداد شعاع (پروفایل). روی انجیر 5 نشان می دهد که نور از طریق چنین راهنماهای نوری به روش های مختلف منتشر می شود.

شکل 5. انتشار نور از طریق فیبر نوری با پروفیل های ضریب شکست پلکانی و صاف

فیبر نوری با ضخامت هسته و روکش مشخص می شود که در میکرومتر بیان می شود. امروزه سه اندازه الیاف برای مصارف عمومی وجود دارد، اگرچه اندازه های دیگری برای کاربردهای خاص وجود دارد. این فیبرهای چند حالته 50/125 و 62.5/125 میکرومتر و تک حالته 8-10/125 میکرومتر هستند.

همانطور که در شکل نشان داده شده است، الیاف شاخص پله ای شامل یک هسته شیشه ای کم افت است که توسط روکش شیشه ای با ضریب شکست پایین تر احاطه شده است. این تفاوت در ضریب شکست باعث می شود که نور از سطح مشترک بین هسته و روکش در طول کل مسیر انتشار منعکس شود. الیاف پروفیل صاف تنها از یک نوع شیشه تشکیل شده است، اما به گونه ای پردازش می شود که ضریب شکست آن به آرامی از مرکز به سمت اطراف کاهش می یابد. در نتیجه، راهنمای نور، مانند یک عدسی توسعه یافته، دائماً نور منتشر شده از طریق آن را به سمت مرکز منحرف می کند.

فیبر نوری با ضخامت هسته و روکش مشخص می شود که در میکرومتر بیان می شود. امروزه سه اندازه الیاف برای مصارف عمومی وجود دارد، اگرچه اندازه های دیگری برای کاربردهای خاص وجود دارد. این فیبرهای چند حالته 50/125 و 62.5/125 میکرومتر و تک حالته 8-10/125 میکرومتر هستند. دو اندازه اول معمولاً با قطره چکان های LED در خطوط انتقال کوتاه تا متوسط ​​استفاده می شود. فیبر نوری با هسته 8-10 میکرون بیشتر در سیستم های مخابراتی از راه دور در ارتباط با فرستنده های نوری لیزری استفاده می شود.

از دست دادن فیبر نوری

علاوه بر کاهش شدت سیگنال در اتصال امیتر و فیبر نوری، تلفات نیز هنگام انتشار نور در طول فیبر نوری رخ می دهد. هسته فیبر نوری از شیشه بسیار خالص با تلفات بسیار کم ساخته شده است. شیشه باید بالاترین شفافیت را داشته باشد، زیرا نور باید کیلومترها در امتداد فیبر ساخته شده از آن حرکت کند. بیایید به شیشه پنجره معمولی نگاه کنیم. شفاف است، اما فقط به این دلیل که ضخامت آن تنها 3-4 میلی متر است. کافی است به انتهای یک بشقاب شیشه ای نگاه کنید و رنگ سبز آن را ببینید تا متوجه شوید که حتی در طول یک دوجین یا دو سانتی متر چقدر نور را جذب می کند. به راحتی می توان تصور کرد که چقدر نور کمی از شیشه پنجره با ضخامت صد متر عبور می کند!

اکثر راهنماهای نور همه منظوره در طول موج 850 نانومتر بین 4 تا 6 دسی بل در هر کیلومتر تلفات می دهند (یعنی 60 تا 75 درصد نور در هر کیلومتر از بین می رود). در طول موج 1300 نانومتر تلفات به 3-4 دسی بل در کیلومتر (50-60٪) کاهش می یابد و در 1550 نانومتر حتی کمتر است - غیر معمول 0.5 دسی بل در کیلومتر (10٪) است.

اکثر راهنماهای نور همه منظوره در طول موج 850 نانومتر بین 4 تا 6 دسی بل در هر کیلومتر تلفات می دهند (یعنی 60 تا 75 درصد نور در هر کیلومتر از بین می رود). در طول موج 1300 نانومتر، تلفات به 3-4 دسی بل در کیلومتر (50-60٪) کاهش می یابد، و در 1550 نانومتر آنها حتی کمتر هستند - مقدار غیر معمول 0.5 دسی بل در کیلومتر (10٪) نیست.

علت اصلی تلفات، جذب نور توسط ناهمگونی ها و پراکندگی توسط آنهاست. یکی دیگر از دلایل از دست دادن فیبر نوری خمش بیش از حد آن است که در آن بخشی از نور از هسته خارج می شود. برای جلوگیری از چنین تلفاتی، شعاع خمش کابل فیبر نوری در هنگام نصب باید حداقل 2.5 سانتی متر (و اغلب حتی بیشتر) باشد.

پهنای باند فیبر

با این حال، پهنای باند یک فیبر نوری برای یک سیگنال مدوله شده محدود است و هر چه بیشتر فیبر نوری طولانی تر باشد.

هر چه مودهای تابش کمتر باشد، پهنای باند فیبر بیشتر است.

تلفات ذکر شده در بالا به فرکانس مدولاسیون بستگی ندارد، یعنی سطح تلفات 3 دسی بل به این معنی است که 50 درصد نور به گیرنده نمی رسد، صرف نظر از اینکه با سیگنال 10 هرتز یا 100 مگاهرتز مدوله شده باشد. با این حال، پهنای باند یک فیبر نوری برای یک سیگنال مدوله شده محدود است و هر چه بیشتر فیبر نوری طولانی تر باشد. دلیل این محدودیت در شکل 1 نشان داده شده است. 6. نوری که با زاویه کوچکی نسبت به محور آن (M1) وارد فیبر می شود در مسیر کوتاه تری نسبت به مسیری که با زاویه نزدیک به ورودی حد (M2) وارد می شود منتشر می شود. در نتیجه، پرتوهای مختلفی که از یک منبع می‌آیند (که حالت‌ها نامیده می‌شوند) به طور همزمان به انتهای فیبر نمی‌رسند، که منجر به اثر لکه‌دار می‌شود - گسترش پالس‌های کوتاه. این امر حداکثر فرکانس سیگنال ارسال شده از طریق کابل فیبر نوری را محدود می کند. به طور خلاصه، هرچه حالت های کمتر در تابش، پهنای باند فیبر بیشتر باشد. برای کاهش تعداد حالت‌های انتشار، هسته فیبر نازک‌تر می‌شود. فیبر تک حالته با قطر هسته 8 تا 10 میکرومتر دارای پهنای باند بسیار گسترده تری نسبت به فیبرهای چند حالته با قطر 50 و 62.5 میکرومتر است که می تواند به طور همزمان تعداد زیادی حالت تابشی را منتشر کند.

برنج. 6. پهنای باند مدولاسیون منتقل شده توسط فیبر،
محدود به وجود مسیرهای مختلف برای انتشار نور

پهنای باند معمولی برای فیبرهای نوری معمولی چندین مگاهرتز در کیلومتر برای فیبر با قطر هسته بسیار بزرگ، چند صد مگاهرتز در هر کیلومتر برای فیبر استاندارد چند حالته و هزاران مگاهرتز در هر کیلومتر برای فیبرهای نوری تک حالته است. با افزایش طول کابل، پهنای باند به نسبت کاهش می یابد. به عنوان مثال، کابلی که دارای باند 500 مگاهرتز بیش از 1 کیلومتر است، می تواند باند 250 مگاهرتز را در 2 کیلومتر ارائه کند، اما تنها 100 مگاهرتز در 5 کیلومتری.

پهنای باند بسیار وسیع فیبرهای تک حالته باعث می شود عملاً طول آنها نادیده گرفته شود. با این حال، برای فیبرهای چند حالته، این عامل مهم است، زیرا محدوده فرکانس سیگنال های ارسالی اغلب از پهنای باند کابل ها فراتر می رود.

طراحی کابل فیبر نوری

پهنای باند معمولی برای فیبرهای نوری معمولی چندین مگاهرتز در کیلومتر برای فیبر با قطر هسته بسیار بزرگ، چند صد مگاهرتز در هر کیلومتر برای فیبر استاندارد چند حالته و هزاران مگاهرتز در هر کیلومتر برای فیبرهای نوری تک حالته است. با افزایش طول کابل، پهنای باند به نسبت کاهش می یابد.

کابل های فیبر نوری در قطرها و طرح های مختلف موجود هستند. همانطور که در مورد کابل های کواکسیال، طراحی کابل های فیبر نوری با هدف آن تعیین می شود. از نظر خارجی، کابل فیبر نوری شبیه به کواکسیال است. روی انجیر 7 به صورت شماتیک ساخت یک کابل فیبر نوری استاندارد را نشان می دهد.

فیبر نوری دارای یک پوشش محافظ است که از آسیب در طول فرآیند تولید محافظت می کند. در یک لوله PVC محکم قرار می گیرد، جایی که می تواند آزادانه در گوشه های دیوار و در کانال های کابل خم شود.

این لوله توسط یک قیطان کولار احاطه شده است که نیروی مکانیکی اصلی را که در حین نصب بر روی کابل وارد می کند، می گیرد. در نهایت غلاف بیرونی PVC از کل کابل محافظت می کند و از نفوذ رطوبت به داخل جلوگیری می کند.

کابل های این طرح برای نصب در داخل ساختمان هایی که مقاومت قابل توجهی در برابر تأثیرات خارجی لازم نیست مناسب هستند. کابل‌ها تقریباً برای هر کاربرد، مانند غلاف‌های بیرونی فولادی مقاوم در برابر جوندگان و کابل‌های مقاوم در برابر شعله با گواهی UL برای نصب در بالای سقف‌های کاذب در دسترس هستند. کابل های چند هسته ای با کد رنگی نیز موجود هستند.

برنج. 7. ساخت کابل فیبر نوری استاندارد

انواع دیگر راهنماهای نور

راهنماهای نور پلاستیکی برای انتقال داده ها در فواصل بسیار کوتاه در داخل تجهیزات الکترونیکی در ارتباط با LED های ارزان قیمت استفاده می شود. یکی از کاربردهای استاندارد این گونه فیبرها، جداسازی نوری مدارهای کنترلی در منابع تغذیه با ولتاژ بالا است.

دو نوع فیبر نوری دیگر - کوارتز با هسته بسیار بزرگ و کاملاً پلاستیکی - معمولاً در ارتباطات راه دور استفاده نمی شوند. الیاف کوارتز برای انتقال شارهای نور قدرتمند، به عنوان مثال در جراحی لیزری استفاده می شود. راهنماهای نور پلاستیکی برای انتقال داده ها در فواصل بسیار کوتاه در داخل تجهیزات الکترونیکی در ارتباط با LED های ارزان قیمت استفاده می شود. یکی از کاربردهای استاندارد این گونه فیبرها، جداسازی نوری مدارهای کنترلی در منابع تغذیه با ولتاژ بالا است.

کانکتورهای نوری

با کمک کانکتورهای نوری، کابل های فیبر نوری به تجهیزات متصل می شوند یا به یکدیگر متصل می شوند. آنها از نظر عملکرد و ظاهر شبیه اتصالات الکتریکی هستند، اما نیاز به ساخت با دقت بسیار بالایی دارند. در یک اتصال قابل جدا شدن نوری، تراز و مرکزیت دقیق هسته هر دو فیبر ضروری است. از آنجایی که قطر آنها بسیار کوچک است (به عنوان مثال، 50 میکرومتر)، الزامات برای دقت بسیار بالا است: تحمل در حد یک میکرون است.

امروزه انواع مختلفی از کانکتورهای نوری مورد استفاده قرار می گیرند. کانکتور SMA که حتی قبل از اختراع فیبرهای تک حالته استفاده می شد، تا همین اواخر رایج ترین کانکتور باقی ماند. روی انجیر 8 جزئیات ساخت این کانکتور را نشان می دهد.

برنج. 8. طراحی کانکتور SMA

لطفاً توجه داشته باشید که کانکتورهای چند حالته ST فقط با فیبرهای چند حالته به درستی کار می کنند.

برای فیبرهای چند حالته، کانکتور ST که توسط AT&T توسعه یافته است، اکنون بیشترین استفاده را دارد. از قفل سرنیزه استفاده می کند و مجموع تلفات آن کمتر از SMA است. یک جفت کانکتور ST منطبق کمتر از 1 دسی بل (20 درصد) تلفات می دهد و به بوش های راهنمای اضافی یا سایر عناصر مشابه نیاز ندارد. زبانه ضد چرخش تضمین می کند که فیبرهای نوری همیشه در یک موقعیت نسبت به یکدیگر در هنگام اتصال نصب می شوند، بنابراین پایداری ویژگی های اتصال دوشاخه را تضمین می کند.

اتصالات ST برای فیبرهای چند حالته و تک حالته در دسترس هستند - تفاوت اصلی در تلرانس ها است. لطفاً توجه داشته باشید که کانکتورهای چند حالته ST فقط با فیبرهای چند حالته به درستی کار می کنند. اتصالات تک حالته ST گرانتر را می توان با فیبرهای تک حالته و چند حالته استفاده کرد. مراحل نصب کانکتورهای ST و SMA روی کابل مشابه است و تقریباً یکسان است. روی انجیر شکل 9 عناصر اصلی کانکتور ST استاندارد صنعتی را نشان می دهد.

برنج. 9. عناصر اصلی کانکتور ST

اتصالات دائمی راهنماهای نور

اگرچه می توان از کانکتورهای نوری برای اتصال دو فیبر استفاده کرد، روش های دیگری نیز وجود دارند که تلفات قابل توجهی کمتری را ارائه می دهند. دو رایج ترین آنها اتصال مکانیکی و اتصال جوشی است. هر دو سطح تلفات 0.15 تا 0.1 دسی بل (3-2٪) را ارائه می دهند.

برای اتصال مکانیکی، انتهای راهنماهای نور از پوسته ها رها می شوند، انتهای آنها با استفاده از یک دستگاه مکانیکی خاص تمیز و دقیقاً تراز می شوند. یک ژل نوری به محل اتصال اعمال می شود تا از دست دادن بازتاب به حداقل برسد. انتهای تراز راهنماهای نور توسط یک مکانیسم قفل در جای خود ثابت می شوند.

گیرنده های نوری

وظیفه اصلی یک گیرنده نوری تبدیل شار نور مدوله شده از فیبر نوری به یک کپی از سیگنال الکتریکی اصلی اعمال شده به فرستنده است.

وظیفه اصلی یک گیرنده نوری تبدیل شار نور مدوله شده از فیبر نوری به یک کپی از سیگنال الکتریکی اصلی اعمال شده به فرستنده است. آشکارساز در گیرنده معمولاً یک پین یا فتودیود بهمنی است که بر روی یک رابط نوری (شبیه به آنچه برای منابع نور استفاده می شود) نصب می شود. فتودیودها معمولاً دارای یک عنصر حساس نسبتاً بزرگ (قطر چند میکرومتر) هستند، بنابراین الزامات برای دقت موقعیت یابی فیبر به اندازه فرستنده ها سختگیرانه نیست.

مهم است که از گیرنده ها فقط با اندازه فیبری که برای آن طراحی شده اند استفاده کنید، در غیر این صورت ممکن است اضافه بار تقویت کننده رخ دهد.

شدت تابش خارج شده از فیبر نوری بسیار کم است و تقویت کننده های داخلی با بهره بالا در گیرنده های نوری نصب می شوند. بنابراین، استفاده از گیرنده ها فقط با اندازه فیبری که برای آن طراحی شده اند مهم است، در غیر این صورت ممکن است اضافه بار تقویت کننده رخ دهد. به عنوان مثال، اگر یک جفت فرستنده و گیرنده طراحی شده برای فیبر تک حالته با فیبر چند حالته استفاده شود، نور بیش از حد به گیرنده وارد می شود و باعث اشباع شدن آن و اختلال جدی در سیگنال خروجی می شود. به طور مشابه، هنگام استفاده از فیبر تک حالته با فرستنده و گیرنده دارای رتبه بندی چند حالته، نور کمی به گیرنده می رسد و سیگنال خروجی حاوی نویز زیادی است یا اصلاً ظاهر نمی شود. تنها موردی که عدم تطابق نوع فیبر گیرنده و فرستنده می تواند مفید باشد، تلفات بیش از حد فیبر است. سپس 5-15 دسی بل اضافی، که باعث می شود یک فیبر تک حالته با یک فیبر چند حالته جایگزین شود، باعث صرفه جویی در روز می شود و به شما امکان می دهد یک سیستم کارآمد داشته باشید. با این حال، این یک وضعیت شدید است و برای استفاده معمولی توصیه نمی شود.

لازم به یادآوری است که گیرنده های سیگنال الکترونیکی، بر خلاف کابل های فیبر نوری، مستعد تداخل الکترومغناطیسی هستند، بنابراین هنگام کار با آنها، باید از اقدامات حفاظتی استاندارد - محافظ، زمین و غیره استفاده کنید.

گیرنده های نوری مانند فرستنده ها در نسخه های آنالوگ و دیجیتال موجود هستند. هر دوی آنها از یک پری امپ آنالوگ و سپس یک مرحله خروجی آنالوگ یا دیجیتال استفاده می کنند.

روی انجیر 10 یک بلوک دیاگرام از یک گیرنده نوری آنالوگ ساده است. مرحله اول یک تقویت کننده عملیاتی است که به عنوان مبدل جریان به ولتاژ متصل می شود. جریان ضعیف تولید شده توسط فتودیود در اینجا به ولتاژی تبدیل می شود که دامنه آن معمولاً چند میلی ولت است. در مرحله بعدی که یک تقویت کننده ولتاژ ساده است، سیگنال تا حد مورد نیاز تقویت می شود.

نمودار عملکردی یک گیرنده نوری دیجیتال در شکل نشان داده شده است. 11. همانند گیرنده آنالوگ، مرحله اول مبدل جریان به ولتاژ است. خروجی آن به یک مقایسه کننده ولتاژ تغذیه می شود که یک سیگنال دیجیتال تمیز با گذرهای کوتاه تولید می کند. کنترل سطح ماشه مقایسه کننده، در صورت وجود، برای تنظیم دقیق تقارن سیگنال دیجیتال بازسازی شده استفاده می شود.

اغلب مراحل اضافی به گیرنده ها اضافه می شوند تا دقیق ترین بازتولید سیگنال ورودی را انجام دهند که به عنوان تقویت کننده خطی برای کابل های کواکسیال، مبدل های پروتکل و غیره عمل می کنند. لازم به یادآوری است که گیرنده های سیگنال الکترونیکی، بر خلاف کابل های فیبر نوری، مستعد تداخل الکترومغناطیسی هستند، بنابراین هنگام کار با آنها، باید از اقدامات حفاظتی استاندارد - محافظ، زمین و غیره استفاده کنید.

برنج. 10. ساده ترین گیرنده نوری آنالوگ

برنج. 11. ساده ترین گیرنده نوری دیجیتال

توسعه سیستم فیبر نوری

هنگام طراحی یک سیستم فیبر نوری باید عوامل زیادی را در نظر گرفت که هر یک به هدف نهایی اطمینان از ورود نور کافی به گیرنده کمک می کند. بدون دستیابی به این هدف، سیستم به درستی کار نخواهد کرد. روی انجیر 12 بسیاری از این عوامل را فهرست می کند.

برنج. 12. مهمترین پارامترهایی که باید در نظر گرفته شوند
هنگام توسعه یک سیستم فیبر نوری

هنگام طراحی یک سیستم فیبر نوری، روش گام به گام زیر توصیه می شود:

1. گیرنده و فرستنده مناسب را برای نوع سیگنالی که قرار است ارسال شود (آنالوگ، دیجیتال، ویدئو، RS-232، RS-422، RS-485 و غیره) انتخاب کنید.
2. شناسایی منابع برق موجود (ولتاژ AC، ولتاژ DC و غیره).
3. تعیین، در صورت لزوم، نیازهای خاص (به عنوان مثال، امپدانس، پهنای باند، اتصال دهنده های ویژه و قطر فیبر، و غیره).
4. محاسبه کل تلفات در سیستم (بر حسب دسی بل): جمع تلفات در کابل ها، در اتصالات جداشدنی و غیرقابل جدا شدن. این مشخصات توسط سازندگان دستگاه های الکترونیکی و کابل های فیبر نوری موجود است.
5. مقایسه رقم تلفات به دست آمده با مقدار مجاز سطح سیگنال در ورودی گیرنده. شما باید با افزودن حداقل 3 دسی بل فضای سر به کل سیستم در امنیت باشید.
6. بررسی کنید که پهنای باند سیستم برای نیازهای انتقال نوع سیگنال مورد نظر مناسب است. اگر محاسبات نشان می‌دهد که پهنای باند برای انتقال سیگنال به فاصله مورد نظر کافی نیست، باید یا گیرنده و فرستنده متفاوتی (طول موج متفاوت) انتخاب کنید یا از کابل فیبر نوری گران‌تر و باکیفیت‌تر استفاده کنید. ضرر - زیان.

چک لیست پارامترهای مورد نیاز برای طراحی یک سیستم داده فیبر نوری

در حال حاضر، به عنوان خطوط ارتباطی نوری از:

• الف) خطوط نوری با استفاده از کابل فیبر نوری - خطوط ارتباطی فیبر نوری (FOCL).
• ب) خطوط ارتباطی نوری بدون استفاده از کابل فیبر نوری.

خطوط ارتباطی فیبر نوری از نظر سرعت انتقال داده، ایمنی نویز و محافظت در برابر دسترسی غیرمجاز بهترین شاخص ها را دارند.

خطوط ارتباطی فیبر نوری (FOCL)

بلوک دیاگرام یک خط ارتباطی فیبر نوری در شکل نشان داده شده است. 7.11.

برنج. 7.11.

سیگنال الکتریکی به یک فرستنده - یک فرستنده گیرنده ارسال می شود که سیگنال الکتریکی را به یک پالس نور تبدیل می کند. دومی از طریق یک کانکتور نوری به کابل نوری وارد می شود. در نقطه دریافت، کابل نوری به گیرنده گیرنده متصل می شود که با استفاده از یک رابط نوری، پرتو نور را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.

بسته به هدف FOCL، طول آن، کیفیت اجزای مورد استفاده، بلوک دیاگرام ممکن است تغییر کند. با فواصل قابل توجه بین نقاط انتقال و دریافت، یک تکرار کننده معرفی می شود - تقویت کننده سیگنال. با طول کوتاه کابل نوری (اگر طول ساختمان کابل نوری کافی باشد)، نیازی به جوشکاری کابل نیست. طول ساخت و ساز به عنوان طول یک تکه کابل ارائه شده توسط سازنده درک می شود.

خطوط ارتباطی فیبر نوری دارای مزایای زیر است:

• 1. مصونیت نویز بالا در برابر تداخل الکترومغناطیسی خارجی و تداخل متقابل بین کانالی.
• 2. طیف گسترده ای از فرکانس های عملیاتی اجازه می دهد تا اطلاعات از طریق چنین خط ارتباطی با نرخ 10 | 2 بیت / ثانیه = Tbit / s منتقل شود.
• 3. محافظت در برابر دسترسی غیرمجاز: FOCL تقریباً تشعشعاتی را به فضای اطراف ساطع نمی کند و ساخت شیرهای انرژی نوری بدون از بین بردن کابل تقریباً غیرممکن است. و هر گونه تاثیر بر فیبر را می توان با نظارت (کنترل مستمر) یکپارچگی خط ثبت کرد.
• 4. امکان انتقال مخفیانه اطلاعات.
• 5. بالقوه کم هزینه به دلیل جایگزینی فلزات غیرآهنی گران قیمت (مس) با مواد با مواد خام نامحدود (دی اکسید سیلیکون).
• 6. جداسازی گالوانیکی قطعات خط به طور خودکار ارائه می شود.

با این حال، فناوری فیبر نوری معایبی نیز دارد:

• 1. هزینه بالای تجهیزات.
• 2. تجهیزات تکنولوژیکی گران قیمت، هم در حین نصب و هم در حین عملیات مورد نیاز است. هنگامی که یک کابل نوری پاره می شود، هزینه بازسازی آن بسیار بیشتر از بازسازی کابل مسی است.
• 3. کابل های نوری در برابر تشعشع مقاوم نیستند.

FOCL بر اساس کابل های نوری ساخته شده از

راهنمای نور فردی - فیبرهای نوری.

فیبر نورییک نخ دو لایه نازک است که از یک هسته و یک غلاف با ضریب شکست متفاوت تشکیل شده است. برای محافظت از فیبر در برابر تأثیرات جوی و مکانیکی، یک پوشش محافظ روی غلاف بازتابنده اعمال می شود. طراحی یک فیبر نوری با پوشش محافظ در شکل 7.12 نشان داده شده است.

برنج. 7.12.

3 نوع فیبر نوری استفاده می شود: فیبرهای نوری پلیمری (POF = فیبر نوری پلاستیکی)، فیبرهای نوری کوارتز-پلیمر (PCF = فیبر پوششی پلیمر)، فیبرهای نوری کوارتز (GOF = فیبر نوری شیشه ای).

فیبرهای نوری پلیمری از مواد پلیمری با خواص نوری بالا ساخته می شوند. کابل های فیبر نوری ساخته شده از فیبرهای نوری پلیمری دارای انعطاف پذیری خوبی هستند (با قطر فیبر 1.5 میلی متر، شعاع خمش مجاز فیبر 8 میلی متر است) و توان عملیاتی تا 2.5 گیگابیت بر ثانیه را ارائه می دهند که به طور قابل توجهی بالاتر از جفت پیچ خورده است. (حداکثر 1 گیگابیت در ثانیه). برد انتقال داده - تا 80 متر.

POF در حال حاضر به طور گسترده استفاده می شود. برای سیستم های روشنایی تزئینی، معماری و منظره، برای روشنایی استخرها، برای روشنایی ایمن مناطق خطرناک استفاده می شود. یکی دیگر از زمینه های کاربردی را می توان استفاده از POF برای ساخت سیستم های نشانگر بصری برای پنل های اطلاعاتی در الکترونیک مصرف کننده، خودرو، صنعتی و پزشکی در نظر گرفت. SOV برای ایجاد خطوط انتقال داده با سرعت بالا، ارزان و بدون تداخل الکترومغناطیسی در فواصل کوتاه (سیستم های اتوماسیون برای فرآیندهای تکنولوژیکی، انتقال سیگنال از دوربین های ویدئویی، حسگرهای نوری، شبکه های محلی) استفاده می شود. به عنوان مثال، کابل های POV در استاندارد صنعتی PROFIBUS استفاده می شود. شکل 7.13 ظاهر چنین کابلی را با کانکتور نصب شده نشان می دهد.

فیبرهای نوری کوارتز پلیمری با هسته کوارتز و غلاف بازتابنده پلیمری ساخته شده و برای سیستم های ارتباطی درون و بین شی طراحی شده اند. محدوده انتقال داده تا 400 متر، شعاع خم شدن کابل های متعدد - نه کمتر از

75 میلی متر. کابل‌های PCF به صورت پیش‌بریده با کانکتورهای نصب شده ارسال می‌شوند. ظاهر یکی از این کابل ها در شکل نشان داده شده است. 7.13.

برنج. 7.13.

فیبرهای نوری کوارتز از شیشه کوارتز با خلوص بالا (هسته و غلاف بازتابنده) ساخته شده‌اند و در مواردی استفاده می‌شوند که مقادیر زیادی داده باید با سرعت‌های بالا و در فواصل طولانی - تا چندین کیلومتر (در فواصل طولانی، درون و بین) منتقل شوند. سیستم های ارتباطی شی: شبکه های کامپیوتری محلی LAN (شبکه های محلی)، شبکه های MAN (شبکه های منطقه شهری)، شبکه های WAN (شبکه های منطقه وسیع)).

انتقال انرژی نوری از طریق یک فیبر نوری توسط اثر بازتاب کلی داخلی فراهم می شود. فیبر نوری کوارتز یک راهنمای نور استوانه ای دو لایه است (شکل 7.14).

برنج. 7.

در فیبر

ماده هسته داخلی دارای ضریب شکست است n وو جنس لایه بیرونی است n 2،که در آن n > n 2،به عنوان مثال، مواد هسته داخلی از نظر نوری متراکم تر از مواد غلاف است. برای تابش ورودی به سیلندر در زوایای کوچک نسبت به محور سیلندر، شرط بازتاب داخلی کامل برآورده می شود: هنگامی که تابش بر روی مرز با روکش قرار می گیرد، تمام انرژی تابش به هسته فیبر منعکس می شود. همین امر در مورد تمام بازتاب های بعدی اتفاق می افتد. در نتیجه، تابش در امتداد محور فیبر بدون خروج از روکش منتشر می شود. حداکثر زاویه خارج از محور که در آن هنوز بازتاب داخلی کامل وجود دارد، با داده می شود

ارزش A 0دیافراگم عددی فیبر نوری نامیده می شود و هنگام تطبیق فیبر نوری با امیتر مورد توجه قرار می گیرد. تابش تابشی در قسمت انتهایی در زاویه y>yo(پرتوهای خارج از دیافراگم)، هنگام تعامل با پوسته، نه تنها منعکس می شود، بلکه شکسته می شود. بخشی از انرژی نوری فیبر را ترک می کند. در نهایت، پس از برخوردهای متعدد با مرز هسته-غلاف، چنین تشعشعی به طور کامل از فیبر پراکنده می شود.

فیبر نوری با دو پارامتر مهم مشخص می شود: پراکندگی و تضعیف.

پراکندگی، یعنی وابستگی سرعت انتشار سیگنال به طول موج تابش، مهمترین پارامتر یک فیبر نوری است. از آنجایی که یک LED یا لیزر در هنگام انتقال اطلاعات، طیف مشخصی از طول موج ها را ساطع می کند، پراکندگی منجر به گسترش پالس ها در هنگام انتشار در امتداد فیبر می شود و در نتیجه اعوجاج سیگنال ایجاد می کند. هنگام ارزیابی پراکندگی، از اصطلاح "پهنای باند" استفاده می شود - متقابل گسترش پالس هنگامی که از فاصله 1 کیلومتری در امتداد فیبر نوری عبور می کند. پهنای باند بر حسب مگاهرتز در هر کیلومتر (مگاهرتز کیلومتر) اندازه گیری می شود. پراکندگی محدودیت هایی را در محدوده انتقال و مقدار بالای فرکانس سیگنال های ارسالی اعمال می کند.

تضعیفیبا تلفات ناشی از جذب و پراکندگی تابش در فیبر نوری تعیین می شود. افت جذب به خلوص ماده بستگی دارد و تلفات پراکندگی به ناهمگنی ضریب شکست آن بستگی دارد. تضعیف همچنین به طول موج تابش وارد شده به فیبر نوری بستگی دارد.

میرایی با فرمول اندازه گیری می شود

که در آن P قدرت سیگنال نوری ورودی است. ر سابق- قدرت سیگنال نوری خروجی؛ / - طول فیبر.

واحد تضعیف دسی بل در هر کیلومتر (dB/km) است.

مقادیر تضعیف و پراکندگی برای انواع مختلف فیبرهای نوری کوارتز متفاوت است.

بسته به قطر و نیمرخ ضریب شکست در جهت از مرکز به سمت حاشیه در مقطع راهنمای نور، آنها به الیاف چند حالته با مشخصات ضریب شکست پلکانی، الیاف تک حالته، الیاف چند حالته با یک تقسیم می شوند. تغییر گرادیان در ضریب شکست روی انجیر 7.15 مسیرهای انتشار نور در انواع فیبر نوری را نشان می دهد.

برنج. 7.15.

فیبر موجود در (شکل 7.15، الف) فیبر پله‌ای و چند حالته نامیده می‌شود، زیرا مسیرها یا حالت‌های ممکن زیادی برای انتشار یک پرتو نور وجود دارد. این تعدد حالت ها منجر به پراکندگی پالس (گسترش) می شود زیرا هر مد مسیر متفاوتی را در فیبر طی می کند و بنابراین حالت های مختلف در حین حرکت از یک سر فیبر به سر دیگر تاخیرهای انتقال متفاوتی دارند. نتیجه این پدیده محدودیت در حداکثر فرکانس قابل انتقال برای طول فیبر معین است. افزایش فرکانس یا طول فیبر فراتر از مقادیر حدی اساساً منجر به ادغام پالس های متوالی می شود و تشخیص آنها را غیرممکن می کند. برای یک فیبر چند حالته معمولی، این محدودیت تقریباً 15 مگاهرتز کیلومتر است. این بدان معناست که یک سیگنال ویدیویی با پهنای باند مثلاً 5 مگاهرتز می تواند در فاصله حداکثر 3 کیلومتری (5 مگاهرتز؟ 3 کیلومتر = 15 مگاهرتز کیلومتر) منتقل شود. تلاش برای ارسال سیگنال در فاصله ای بیشتر منجر به از دست دادن تدریجی فرکانس های بالا می شود. در فیبر چند حالته، قطر رشته نور 50 است. 62.5; 85; 140 میکرومتر

فیبرهای تک حالته (شکل 7.15، ب)به طور موثری پراکندگی را کاهش می دهد و پهنای باند حاصل - بسیاری از گیگاهرتز کیلومتر - آنها را برای پیوندهای طولانی ایده آل می کند. در حالت ایده آل، تنها یک موج از طریق فیبرهای تک حالته منتشر می شود. آنها ضریب تضعیف بسیار کمتری دارند (بسته به طول موج 2 ... 4 و حتی 7 ... 10 برابر) در مقایسه با موارد چند حالته و بالاترین پهنای باند، زیرا سیگنال تقریباً در آنها تحریف نمی شود. اما برای این کار، قطر هسته فیبر باید متناسب با طول موج باشد. عملاً قطر 8 ... 10 میکرون است. متأسفانه، فیبر با چنین قطر کوچکی نیاز به استفاده از یک فرستنده دیود لیزری قدرتمند، دقیق تراز شده و در نتیجه نسبتاً گران قیمت دارد که جذابیت آنها را برای بسیاری از کاربردها کاهش می دهد.

در حالت ایده‌آل، فیبری با همان مرتبه پهنای باند فیبر تک حالته، اما با قطری برابر با فیبر چند حالته، مورد نیاز است تا امکان استفاده از فرستنده‌های LED ارزان قیمت را فراهم کند. تا حدی، این الزامات توسط یک فیبر چند حالته با تغییر گرادیان در ضریب شکست برآورده می شود (شکل 7.15، ج). این شبیه فیبر چند حالته شاخص گام است که در بالا مورد بحث قرار گرفت، اما ضریب شکست هسته آن غیریکنواخت است - به آرامی از یک مقدار حداکثر در مرکز به مقادیر پایین تر در حاشیه تغییر می کند. این منجر به دو پیامد می شود. اول، نور در یک مسیر کمی منحنی حرکت می کند، و دوم، و مهمتر از آن، تفاوت در تاخیر انتشار بین حالت های مختلف حداقل است. این به این دلیل است که حالت‌های بالا که با زاویه زیاد وارد فیبر می‌شوند و مسیر طولانی‌تری را طی می‌کنند، در واقع با دور شدن از مرکز به ناحیه‌ای که ضریب شکست کاهش می‌یابد، با سرعت بیشتری شروع به انتشار می‌کنند و عموماً سریع‌تر از پایین‌تر حرکت می‌کنند. حالت‌های ترتیب نزدیک به محور فیبر، در ناحیه با ضریب شکست بالا باقی می‌مانند. افزایش سرعت فقط مسافت پیموده شده بیشتر را جبران می کند.

فیبرهای نوری چند حالته گرادیان ترجیح داده می شوند، زیرا اولاً حالت های کمتری در آنها منتشر می شود و ثانیاً زوایای تابش و انعکاس آنها کمتر متفاوت است و در نتیجه شرایط انتقال مساعدتر است.

اگرچه فیبرهای شاخص درجه بندی شده چند حالته ایده آل نیستند، اما همچنان پهنای باند بسیار خوبی را نشان می دهند. بنابراین در اکثر سیستم های با طول کوتاه و متوسط ​​انتخاب این نوع الیاف ارجحیت دارد.

سیگنال نوری در تمام فیبرها با سرعتی که به طول موج فرستنده منبع نور بستگی دارد ضعیف می شود. سه طول موج وجود دارد که در آنها تضعیف فیبر نوری معمولاً حداقل است - 850، 1310 و 1550 نانومتر. این پنجره ها به عنوان پنجره های شفاف شناخته می شوند. برای سیستم های چند حالته، پنجره 850 نانومتری اولین و رایج ترین مورد استفاده است (لینک فیبر کم هزینه). در این طول موج، فیبر چند حالته درجه بندی شده با کیفیت خوب، میرایی حدود dB/km 3 را نشان می دهد که امکان برقراری ارتباط در فواصل بیش از 3 کیلومتر را فراهم می کند.

در طول موج 1310 نانومتر، همان فیبر تضعیف حتی کمتری را نشان می دهد - 0.7 دسی بل در کیلومتر، در نتیجه امکان افزایش متناسب در محدوده ارتباطی تا حدود 12 کیلومتر را فراهم می کند. 1310 نانومتر همچنین اولین پنجره عملیاتی برای سیستم های فیبر نوری تک حالته با تضعیف حدود 0.4 dB/km است که در ترکیب با فرستنده های دیود لیزری، به شما امکان ایجاد لینک هایی به طول بیش از 50 کیلومتر را می دهد. پنجره شفاف دوم - 1550 نانومتر - برای ایجاد خطوط ارتباطی طولانی تر (تضعیف فیبر - کمتر از 0.24 دسی بل در کیلومتر) استفاده می شود.

مقادیر میرایی در پنجره های شفافیت مختلف در فیبرهای چند حالته و تک حالته در جدول 1 آورده شده است. 7.3.

جدول 7.3

مقادیر میرایی در فیبرهای چند حالته و تک حالته

برای اتصال گیرنده و فرستنده از کابل فیبر نوری (FOC) استفاده می شود که در آن فیبرهای نوری با عناصری تکمیل می شود که باعث افزایش کشسانی و استحکام کابل می شود و کابل را در برابر عوامل خارجی محافظت می کند. کابل هایی برای تخمگذار داخلی، کابل برای استفاده در فضای باز (کابل هایی که می توانند در زمین دفن شوند؛ کابل هایی که در فاضلاب های مخصوص گذاشته می شوند؛ کابل هایی که در فضای باز معلق هستند)، کابل هایی برای خطوط ارتباطی طولانی زیر آب وجود دارد.

تقریباً تمامی سازندگان اروپایی علامت هایی را بر روی کابل های فیبر نوری اعمال می کنند که با سیستم DIN VDE 0888 مطابقت دارد.طبق این استاندارد، به هر نوع کابل، دنباله ای از حروف و اعداد اختصاص داده می شود که تمام مشخصات کابل های فیبر نوری را در بر می گیرد. تولید کنندگان داخلی از طبقه بندی و نماد خود استفاده می کنند.

خرابی موقت کابل نوری یا ناتوانی در گذاشتن کابل، نیاز به حفاظت بالا در برابر تداخل و رهگیری الکترومغناطیسی منجر به ایجاد خطوط ارتباطی نوری بدون کابل با بردهای ارتباطی متفاوت شد.

خطوط ارتباطی نوری بدون استفاده از کابل فیبر نوری به خطوط نوری دوربرد و خطوط نوری بی سیم محلی تقسیم می شوند.

ایدئولوژی اپتیک بدون کابل بر این واقعیت استوار است که کانال نوری جایگزین کابل می شود.

یک فیبر نوری از یک رسانای مرکزی نور (هسته) - یک فیبر شیشه ای که توسط یک لایه شیشه ای دیگر احاطه شده است - یک پوسته که ضریب شکست کمتری نسبت به هسته دارد، تشکیل شده است. پرتوهای نور که از طریق هسته پخش می شوند از حد خود فراتر نمی روند و از لایه پوششی پوسته منعکس می شوند. در فیبر نوری، پرتو نور معمولاً توسط یک لیزر نیمه هادی یا دیود تشکیل می شود. بسته به توزیع ضریب شکست و اندازه قطر هسته، فیبر نوری به تک حالته و چند حالته تقسیم می شود.

بازار محصولات فیبر نوری در روسیه

داستان

اگرچه فیبر نوری وسیله ای پرکاربرد و محبوب برای ارائه ارتباطات است، اما خود این فناوری بسیار ساده بوده و مدت ها پیش توسعه یافته است. آزمایشی با تغییر جهت پرتو نور توسط انکسار توسط دانیل کولادون و ژاک بابینه در اوایل سال 1840 نشان داده شد. چند سال بعد، جان تیندال از این آزمایش در سخنرانی های عمومی خود در لندن استفاده کرد و قبلاً در سال 1870 اثری در مورد ماهیت نور منتشر کرد. کاربرد عملی فناوری تنها در قرن بیستم یافت شد. در دهه 1920، آزمایشگران کلارنس هاسنل و جان برد امکان انتقال تصویر از طریق لوله های نوری را نشان دادند. این اصل توسط هاینریش لام برای معاینه پزشکی بیماران مورد استفاده قرار گرفت. تنها در سال 1952، فیزیکدان هندی ناریندر سینگ کاپانی مجموعه ای از آزمایشات خود را انجام داد که منجر به اختراع فیبر نوری شد. در واقع او همان دسته از رشته های شیشه ای را ایجاد کرد و پوسته و هسته آن از الیاف با ضریب شکست متفاوت ساخته شده بود. پوسته در واقع به عنوان یک آینه عمل می کرد و هسته شفاف تر بود - به این ترتیب مشکل پراکندگی سریع حل شد. اگر قبلاً پرتو به انتهای نخ نوری نمی رسید و استفاده از چنین وسیله انتقال در فواصل طولانی غیرممکن بود، اکنون مشکل حل شده است. ناریندر کاپانی تا سال 1956 این فناوری را بهبود بخشید. دسته ای از میله های شیشه ای انعطاف پذیر تصویر را تقریباً بدون از دست دادن یا اعوجاج منتقل می کردند.

اختراع فیبر نوری در سال 1970 توسط متخصصان Corning، که امکان کپی کردن یک سیستم انتقال داده سیگنال تلفن را از طریق یک سیم مسی در همان فاصله و بدون تکرار کننده فراهم کرد، نقطه عطفی در تاریخ توسعه فیبر نوری محسوب می شود. فن آوری ها توسعه دهندگان موفق شدند رسانایی بسازند که بتواند حداقل یک درصد از قدرت سیگنال نوری را در فاصله یک کیلومتری حفظ کند. طبق استانداردهای امروزی، این یک دستاورد نسبتاً متوسط ​​است، اما پس از آن، تقریباً 40 سال پیش، شرط لازم برای توسعه نوع جدیدی از ارتباطات سیمی بود.

در ابتدا، فیبر نوری چند فازی بود، یعنی می توانست صدها فاز نوری را به طور همزمان منتقل کند. علاوه بر این، افزایش قطر هسته فیبر امکان استفاده از فرستنده‌ها و کانکتورهای نوری ارزان را فراهم کرد. خیلی بعد، آنها شروع به استفاده از فیبر با بهره وری بیشتر کردند، که از طریق آن می توان تنها یک فاز را در یک رسانه نوری پخش کرد. با معرفی فیبر تک فاز، یکپارچگی سیگنال می تواند در فاصله طولانی تری حفظ شود، که به انتقال مقادیر قابل توجهی اطلاعات کمک می کند.

امروزه محبوب ترین فیبر تک فاز با طول موج صفر است. از سال 1983، با اثبات عملکرد خود در طول ده ها میلیون کیلومتر، جایگاه پیشرو در بین محصولات صنعت فیبر نوری را به خود اختصاص داده است.

مزایای نوع ارتباط فیبر نوری

• سیگنال های نوری باند پهن به دلیل فرکانس حامل بسیار بالا. این بدان معناست که اطلاعات را می توان از طریق یک خط فیبر نوری با سرعت 1 ترابیت در ثانیه منتقل کرد.
• تضعیف بسیار کم سیگنال نور در فیبر، که امکان ایجاد خطوط ارتباطی فیبر نوری تا طول 100 کیلومتر یا بیشتر را بدون بازسازی سیگنال فراهم می کند.
• مصونیت در برابر تداخل الکترومغناطیسی از سیستم های کابل مسی اطراف، تجهیزات الکتریکی (خطوط برق، تاسیسات موتور الکتریکی و غیره) و شرایط آب و هوایی؛
• محافظت در برابر دسترسی غیرمجاز اطلاعات ارسال شده از طریق خطوط ارتباطی فیبر نوری را نمی توان به روشی غیر مخرب رهگیری کرد.
• ایمنی الکتریکی. در واقع یک فیبر نوری دی الکتریک، انفجار و ایمنی شبکه در برابر آتش را افزایش می دهد، که به ویژه در پالایشگاه های شیمیایی و نفت، هنگام سرویس فرآیندهای تکنولوژیکی پرخطر اهمیت دارد.
• دوام FOCL - طول عمر خطوط ارتباطی فیبر نوری حداقل 25 سال است.

معایب نوع ارتباط فیبر نوری

• هزینه نسبتاً بالای عناصر خط فعال که سیگنال های الکتریکی را به نور و نور را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند.
• هزینه نسبتاً بالای اتصال فیبر نوری. این نیاز به تجهیزات فنی دقیق و در نتیجه گران قیمت دارد. در نتیجه، زمانی که کابل نوری پاره می شود، هزینه بازیابی FOCL بیشتر از کار با کابل های مسی است.

عناصر خط فیبر نوری

• گیرنده نوری

گیرنده‌های نوری سیگنال‌های ارسال شده از طریق کابل فیبر نوری را شناسایی کرده و آن را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند، که سپس آنها را تقویت و تغییر شکل می‌دهند و همچنین سیگنال‌های ساعت. بسته به نرخ باود و مشخصات سیستم دستگاه، جریان داده را می توان از سریال به موازی تبدیل کرد.

• فرستنده نوری

یک فرستنده نوری در یک سیستم فیبر نوری توالی الکتریکی داده های تامین شده توسط اجزای سیستم را به یک جریان داده نوری تبدیل می کند. فرستنده از یک مبدل موازی به سریال با یک سینت سایزر ساعت (که به تنظیمات سیستم و نرخ بیت بستگی دارد)، یک درایور و یک منبع سیگنال نوری تشکیل شده است. برای سیستم های انتقال نوری می توان از منابع نوری مختلفی استفاده کرد. به عنوان مثال، دیودهای ساطع کننده نور اغلب در شبکه های محلی کم هزینه برای ارتباطات کوتاه مدت استفاده می شوند. با این حال، پهنای باند طیفی گسترده و عدم امکان کار در طول موج های پنجره نوری دوم و سوم اجازه استفاده از LED در سیستم های مخابراتی را نمی دهد.

• پیش تقویت کننده

تقویت کننده جریان نامتقارن سنسور فوتودیود را به یک ولتاژ نامتقارن تبدیل می کند که تقویت شده و به سیگنال دیفرانسیل تبدیل می شود.

• همگام سازی تراشه و بازیابی اطلاعات

این ریزمدار باید سیگنال های ساعت را از جریان داده های دریافتی و کلاک آن ها بازیابی کند. مدار حلقه قفل فاز مورد نیاز برای بازیابی ساعت نیز به طور کامل در تراشه ساعت یکپارچه شده است و نیازی به مرجع ساعت خارجی ندارد.

• بلوک تبدیل سریال به موازی

• مبدل موازی به سریال

• شکل دهنده لیزری

وظیفه اصلی آن تامین جریان بایاس و جریان تعدیل کننده برای مدولاسیون مستقیم دیود لیزر است.

• کابل نوری، متشکل از فیبرهای نوری در زیر یک غلاف محافظ مشترک.

فیبر تک حالته

با قطر فیبر به اندازه کافی کوچک و طول موج مناسب، یک پرتو منفرد در فیبر منتشر می شود. به طور کلی، این واقعیت که قطر هسته برای حالت انتشار سیگنال تک حالته انتخاب می‌شود، ویژگی هر یک از انواع مختلف طراحی فیبر را نشان می‌دهد. یعنی تک حالت باید به عنوان ویژگی های فیبر نسبت به فرکانس خاص موج مورد استفاده درک شود. انتشار تنها یک پرتو خلاص شدن از پراکندگی بین حالتی را ممکن می‌سازد، و بنابراین الیاف تک حالته بارورتر هستند. در حال حاضر از هسته ای با قطر بیرونی حدود 8 میکرون استفاده می شود. همانطور که در مورد الیاف چند حالته، هر دو توزیع چگالی مواد پلکانی و گرادیان استفاده می شود.

گزینه دوم کارآمدتر است. فناوری تک حالته نازک‌تر، گران‌تر است و در حال حاضر در مخابرات استفاده می‌شود. فیبر نوری در خطوط ارتباطی فیبر نوری استفاده می‌شود، که از این نظر که امکان انتقال سریع و بدون تلفات داده‌های دیجیتال را در فواصل بسیار زیاد، نسبت به ارتباطات الکترونیکی برتری می‌دهند. خطوط فیبر نوری می توانند یک شبکه جدید تشکیل دهند یا برای ترکیب شبکه های موجود - بخش هایی از تنه های فیبر نوری که به طور فیزیکی در سطح فیبر متصل هستند یا به طور منطقی - در سطح پروتکل های انتقال داده، خدمت کنند. سرعت انتقال داده از طریق FOCL را می توان در صدها گیگابیت در ثانیه اندازه گیری کرد. استانداردی در حال نهایی شدن است که اجازه می دهد داده ها با سرعت 100 گیگابیت بر ثانیه منتقل شوند و استاندارد اترنت 10 گیگابایتی چندین سال است که در ساختارهای مخابراتی مدرن استفاده می شود.

فیبر چند حالته

در یک فیبر نوری چند حالته، تعداد زیادی حالت می توانند به طور همزمان منتشر شوند - پرتوهای وارد شده به فیبر در زوایای مختلف. فیبر نوری چند حالته دارای قطر هسته نسبتاً بزرگ (مقادیر استاندارد 50 و 62.5 میکرومتر) و بر این اساس، یک دیافراگم عددی بزرگ است. قطر هسته بزرگتر فیبر چند حالته، تزریق تابش نوری به فیبر را ساده می کند، و الزامات تحمل نرم تر برای فیبر چند حالته، هزینه فرستنده های نوری را کاهش می دهد. بنابراین، فیبر چند حالته در شبکه‌های محلی و خانگی با وسعت کم غالب است.

عیب اصلی فیبر چند حالته وجود پراکندگی بین حالتی است که به دلیل ایجاد مسیرهای نوری متفاوت در حالت های مختلف در فیبر اتفاق می افتد. برای کاهش تأثیر این پدیده، یک فیبر چند حالته با ضریب شکست گرادیان ایجاد شد که به دلیل آن مدهای موجود در فیبر در طول مسیرهای سهموی منتشر می شوند و تفاوت در مسیرهای نوری آنها و در نتیجه پراکندگی بین حالتی بسیار کمتر است. . با این حال، مهم نیست که فیبرهای چند حالته گرادیان چقدر متعادل هستند، توان عملیاتی آنها را نمی توان با فناوری های تک حالته مقایسه کرد.

فرستنده و گیرنده فیبر نوری

برای انتقال داده ها از طریق کانال های نوری، سیگنال ها باید از شکل الکتریکی به نوری تبدیل شوند، از طریق یک خط ارتباطی منتقل شوند و سپس در گیرنده به شکل الکتریکی تبدیل شوند. این تبدیل ها در دستگاه فرستنده گیرنده که شامل قطعات الکترونیکی همراه با قطعات نوری است، انجام می شود.

مالتی پلکسر تقسیم زمان که به طور گسترده در فناوری انتقال استفاده می شود، به شما امکان می دهد سرعت انتقال را تا 10 گیگابیت در ثانیه افزایش دهید. سیستم های فیبر نوری مدرن با سرعت بالا استانداردهای سرعت انتقال زیر را ارائه می دهند.

روش های جدید مالتی پلکسی تقسیم طول موج یا مالتی پلکسی تقسیم طیفی امکان افزایش چگالی انتقال داده ها را فراهم می کند. برای انجام این کار، جریان های اطلاعاتی چندگانه بر روی یک کانال فیبر نوری با استفاده از انتقال هر جریان در طول موج های مختلف ارسال می شود. قطعات الکترونیکی موجود در گیرنده و فرستنده WDM با اجزای مورد استفاده در سیستم تقسیم زمان متفاوت است.

کاربرد خطوط ارتباطی فیبر نوری

فیبر نوری به طور فعال برای ساخت شبکه های ارتباطی شهری، منطقه ای و فدرال و همچنین ترتیب خطوط اتصال بین مبادلات تلفن خودکار شهری استفاده می شود. این به دلیل سرعت، قابلیت اطمینان و پهنای باند بالای شبکه های فیبر است. همچنین از طریق استفاده از کانال های فیبر نوری، تلویزیون کابلی، نظارت تصویری از راه دور، ویدئو کنفرانس و پخش ویدئو، تله متری و سایر سیستم های اطلاعاتی وجود دارد. انتظار می رود در آینده شبکه های فیبر نوری از تبدیل سیگنال های گفتاری به سیگنال های نوری استفاده کنند.

خطوط ارتباطی فیبر نوری

خطوط ارتباطی فیبر نوری

(FOCL)، خطوط ارتباطی نوری که در آن اطلاعات با استفاده از عناصر فیبر نوری منتقل می شود. FOCL شامل انتقال و دریافت ماژول های نوری، کابل های فیبر نوری و کانکتورهای فیبر نوری است. فیبر نوری عالی ترین وسیله برای انتقال مقادیر زیاد اطلاعات در فواصل طولانی است. این ماده از سیلیس ساخته شده است که بر خلاف مسی که در سیم‌های معمولی استفاده می‌شود، بر پایه دی اکسید سیلیکون، یک ماده به‌طور گسترده در دسترس و ارزان است. فیبر نوری بسیار فشرده و سبک وزن است، قطر آن فقط تقریباً است. 100 میکرومتر راهنماهای نور فیبر بسته‌های فیبر نوری هستند که در انتهای آن چسبانده شده یا متخلخل شده‌اند، توسط یک غلاف مات محافظت می‌شوند و دارای انتهایی با سطح صیقلی هستند. فیبر شیشه ای یک دی الکتریک است، بنابراین هنگام ساخت سیستم های ارتباطی فیبر نوری، فیبرهای نوری جداگانه نیازی به جداسازی از یکدیگر ندارند. دوام فیبر نوری تا 25 می باشد.

هنگام ایجاد خطوط ارتباطی فیبر نوری، به عناصر الکترونیکی بسیار قابل اعتمادی نیاز است که سیگنال های الکتریکی را به نور و نور را به سیگنال های الکتریکی و همچنین اتصال دهنده های نوری با تلفات نوری کم تبدیل می کند. بنابراین نصب چنین خطوطی نیاز به تجهیزات گران قیمت دارد. با این حال، مزایای استفاده از خطوط ارتباطی فیبر نوری به قدری زیاد است که با وجود معایب ذکر شده فیبرهای نوری، این خطوط ارتباطی به طور فزاینده ای برای انتقال اطلاعات مورد استفاده قرار می گیرند. سرعت انتقال داده را می توان با انتقال اطلاعات در دو جهت به طور همزمان افزایش داد، زیرا امواج نور می توانند در یک فیبر نوری مستقل از یکدیگر منتشر شوند. این باعث می شود که پهنای باند کانال ارتباطی نوری دو برابر شود.

خطوط ارتباطی فیبر نوری در برابر تداخل الکترومغناطیسی مقاوم هستند و خطوطی که از طریق فیبرهای نوری منتقل می شوند از دسترسی غیرمجاز محافظت می شوند. اتصال به چنین خطوط ارتباطی بدون نقض یکپارچگی خط غیرممکن است. برای اولین بار، انتقال سیگنال از طریق فیبر نوری در سال 1975 انجام شد. امروزه، سیستم های ارتباط نوری از راه دور در فواصل هزاران کیلومتر به سرعت در حال توسعه هستند. خطوط ارتباطی ترانس آتلانتیک ایالات متحده آمریکا - اروپا، خط اقیانوس آرام ایالات متحده آمریکا - جزایر هاوایی - ژاپن با موفقیت عملیاتی شدند. کار برای تکمیل ساخت یک خط ارتباطی جهانی فیبر نوری ژاپن-سنگاپور-هند-عربستان سعودی-مصر-ایتالیا در حال انجام است. در روسیه، TransTeleCom یک شبکه ارتباطی فیبر نوری با طول بیش از 36000 کیلومتر ایجاد کرده است. توسط کانال های ارتباطی ماهواره ای پشتیبانی می شود. در کنار. 2001 یک شبکه ارتباطی دیجیتال ستون فقرات یکپارچه ایجاد شد. این خدمات ارتباط تلفنی از راه دور و بین المللی، اینترنت، تلویزیون کابلی را در 56 منطقه از 89 منطقه روسیه، که 85-90٪ از جمعیت در آن زندگی می کنند، ارائه می دهد.

دایره المعارف "تکنولوژی". - م.: روزمان. 2006 .

ببینید "خطوط ارتباطی فیبر نوری" در فرهنگ های دیگر چیست:

خط ارتباطی فیبر نوری (FOCL) یک سیستم فیبر نوری متشکل از عناصر غیرفعال و فعال است که برای انتقال سیگنال نوری از طریق کابل فیبر نوری طراحی شده است. محتویات 1 عناصر نصب FOCL 2 ... ... ویکی پدیا

سیستم ارتباطی فیبر نوری- - [E.S. Alekseev, A.A. Myachev. فرهنگ لغت توضیحی انگلیسی روسی مهندسی سیستم های کامپیوتری. مسکو 1993] سیستم ارتباطی فیبر نوری انتقال انرژی نوری مدوله شده یا تعدیل شده بر روی یک محیط فیبر نوری، ...

RD 45.047-99: خطوط انتقال فیبر نوری در شبکه های اصلی و درون منطقه ای VSS روسیه. عملیات فنی. راهنمای مواد فنی- اصطلاحات RD 45.047 99: خطوط انتقال فیبر نوری در ستون فقرات و شبکه های اولیه درون منطقه ای VSS روسیه. عملیات فنی. مواد فنی راهنما: 3.1.18 پارامترهای کیفیت "تصادف" خارج از محدوده ... ... فرهنگ لغت - کتاب مرجع شرایط اسناد هنجاری و فنی

کابل فیبر نوری- کابلی حاوی یک یا چند فیبر نوری و در نظر گرفته شده برای انتقال داده. کابل فیبر نوری [Luginsky Ya. N. et al. English Russian Dictionary of Electrical Engineering and ... ... کتابچه راهنمای مترجم فنی

آداپتور فیبر نوری- وسیله ای غیرفعال که برای اتصال دوشاخه های نوری و اتصال فیبرهای نوری استفاده می شود. [SN RK 3.02 17 2011] آداپتور فیبر نوری جزء تجهیزات سوئیچینگ طراحی شده برای قرار دادن و اتصال دو ... ... کتابچه راهنمای مترجم فنی

خط فیبر نوری- مجموعه ای از بخش ها و تکرار کننده های فیبر نوری که در صورت اتصال، یک مسیر انتقال را تشکیل می دهند. [منبع] موضوعات پیوندهای نوری EN پیوند فیبر نوری ... کتابچه راهنمای مترجم فنی

تضعیف کننده فیبر نوری- جزء نصب شده در یک سیستم انتقال فیبر نوری برای کاهش قدرت سیگنال نوری. اغلب برای محدود کردن توان نوری دریافتی توسط یک آشکارساز نوری به محدودیت‌های حساسیت نوری استفاده می‌شود. کتابچه راهنمای مترجم فنی

- (FOCL)، خط ارتباطی فیبر نوری (FOCL) یک سیستم فیبر نوری متشکل از عناصر غیرفعال و فعال است که برای انتقال اطلاعات در محدوده نوری (معمولاً مادون قرمز نزدیک) طراحی شده است. مطالب 1 ... ویکی پدیا

اطلاعات را بررسی کنید. بررسی صحت حقایق و قابل اعتماد بودن اطلاعات ارائه شده در این مقاله ضروری است. در صفحه بحث باید توضیحات ... ویکی پدیا

تکنیک انتقال اطلاعات از یک مکان به مکان دیگر به شکل سیگنال های الکتریکی که از طریق سیم، کابل، خطوط فیبر نوری یا اصلاً خطوط راهنما ارسال نمی شود. انتقال جهت دار روی سیم ها معمولا از یک ... ... دایره المعارف کولیر

کتاب ها

• خطوط ارتباطی فیبر نوری و محافظت از آنها در برابر تأثیرات خارجی، Sokolov S.. اطلاعات اولیه در مورد پایه های فیزیکی، ساختار و کاربرد فیبرهای نوری، اصول و فناوری انتقال سیگنال نوری، ساخت و بهره برداری از فیبر نوری…

خطوط فیبر نوری به خطوطی گفته می شود که برای انتقال اطلاعات در محدوده نوری طراحی شده اند. طبق گزارش دفتر اطلاعات شوروی، در پایان دهه 1980، نرخ رشد استفاده از خطوط فیبر نوری 40٪ بود. کارشناسان اتحادیه رد کامل برخی کشورها از هسته مس را فرض کردند. کنگره در مورد افزایش 25 درصدی حجم خطوط ارتباطی برای برنامه پنج ساله دوازدهم تصمیم گرفت. سیزدهمین، همچنین برای توسعه فیبر نوری طراحی شده بود، فروپاشی اتحاد جماهیر شوروی را گرفت، اولین اپراتورهای سلولی ظاهر شدند. به هر حال، پیش بینی کارشناسان در مورد رشد نیاز به پرسنل واجد شرایط شکست خورد ...

اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

دلایل انفجار در محبوبیت سیگنال های فرکانس بالا چیست؟ کتاب های درسی مدرن کاهش نیاز به بازسازی سیگنال، هزینه، افزایش ظرفیت کانال را ذکر می کنند. مهندسان اتحاد جماهیر شوروی متوجه شدند، و استدلال های متفاوتی داشتند: کابل مسی، زره، صفحه نمایش 50٪ از تولید مس جهان، 25٪ - سرب است. یک واقعیت ناشناخته دلیل اصلی رها شدن حامیان مالی نیکولا تسلا، پروژه برج Vordencliffe بود (این نام با نام نیکوکاری که زمین را اهدا کرده بود). یک دانشمند سرشناس صرب می خواست اطلاعات، انرژی را به صورت بی سیم منتقل کند و بسیاری از صاحبان محلی کارخانه های ذوب مس را بترساند. 80 سال بعد، تصویر به طور چشمگیری تغییر کرده است: مردم نیاز به صرفه جویی در فلزات غیر آهنی را درک کرده اند.

فیبر از ... شیشه ساخته شده است. یک سیلیکات معمولی طعم دار با مقدار مناسبی از پلیمرهای اصلاح کننده خواص. کتاب‌های درسی شوروی، علاوه بر دلایل ذکر شده برای محبوبیت فناوری جدید، نامیده می‌شوند:

1. تضعیف کم سیگنال ها که باعث کاهش نیاز به بازسازی می شود.
2. بدون جرقه، بنابراین ایمنی در برابر آتش، خطر انفجار صفر است.
3. عدم امکان اتصال کوتاه، کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری.
4. غیر حساس به تداخل الکترومغناطیسی
5. وزن کم، ابعاد نسبتا کوچک.

در ابتدا قرار بود خطوط فیبر نوری بزرگراه های بزرگ را به هم متصل کنند: بین شهرها، حومه شهرها، مبادلات تلفنی خودکار. کارشناسان شوروی انقلاب کابل را شبیه به ظهور الکترونیک حالت جامد نامیدند. توسعه فناوری امکان ساخت شبکه هایی را بدون جریان های نشتی و تداخل ایجاد کرده است. یک بخش به طول صد کیلومتر فاقد روش‌های بازآفرینی سیگنال فعال است. فاصله یک کابل تک حالته معمولاً 12 کیلومتر است، چند حالته - 4 کیلومتر. مایل آخر اغلب با مس پوشیده شده است. ارائه دهندگان عادت دارند سایت های نهایی را به کاربران اختصاص دهند. سرعت بالا، فرستنده و گیرنده ارزان قیمت، امکان تامین برق همزمان دستگاه، سهولت استفاده از حالت های خطی وجود ندارد.

فرستنده

پرتوسازهای معمولی LED های نیمه هادی، از جمله لیزرهای حالت جامد هستند. عرض طیف سیگنال منتشر شده توسط یک اتصال pn معمولی 30-60 نانومتر است. راندمان اولین دستگاه های حالت جامد به سختی به 1٪ رسید. اساس LED های متصل اغلب ساختار ایندیم-گالیوم-آرسنیک-فسفر است. با تابش فرکانس کمتر (1.3 میکرومتر)، دستگاه ها گسترش قابل توجهی از طیف را ارائه می دهند. پراکندگی حاصل به شدت نرخ بیت (100-10 مگابیت در ثانیه) را محدود می کند. بنابراین LED ها برای ساخت منابع شبکه محلی (فاصله 2-3 کیلومتر) مناسب هستند.

تقسیم فرکانس با مالتی پلکس شدن توسط دیودهای چند فرکانس انجام می شود. امروزه، ساختارهای نیمه هادی ناقص به طور فعال با لیزرهای عمودی تابشی جایگزین می شوند که به طور قابل توجهی ویژگی های طیفی را بهبود می بخشد. افزایش سرعت قیمت تک سفارش فن آوری انتشار تحریک شده توان بسیار بالاتری (صدها مگاوات) به ارمغان می آورد. تابش منسجم بازده خطوط تک حالته 50% را فراهم می کند. اثر پراکندگی رنگی کاهش می‌یابد و امکان نرخ بیت بالاتر را فراهم می‌کند.

زمان کوتاه نوترکیبی شارژ، تعدیل تابش را با فرکانس های بالای جریان تغذیه آسان می کند. علاوه بر موارد عمودی، آنها از موارد زیر استفاده می کنند:

1. لیزرهای فیدبک
2. تشدید کننده های Fabry-Pero.

نرخ بیت بالای خطوط ارتباطی راه دور با استفاده از مدولاتورهای خارجی به دست می آید: تداخل سنج های الکترو جذبی، ماخ زندر. سیستم های خارجی نیاز به منبع تغذیه چیپ را برطرف می کنند. طیف برش سیگنال گسسته بیشتر منتقل می شود. علاوه بر این، سایر تکنیک های کدگذاری حامل توسعه داده شده است:

• کلید زنی تغییر فاز چهارگانه.
• مالتی پلکسی تقسیم فرکانس متعامد.
• مدولاسیون مربعات دامنه.

این روش توسط پردازنده های سیگنال دیجیتال انجام می شود. روش‌های قدیمی فقط مولفه خطی را جبران می‌کردند. برنگر مدولاتور را بر حسب سری Wien، DAC و تقویت‌کننده مدل‌سازی شده در سری Volterra کوتاه و مستقل از زمان بیان کرد. خانا استفاده از مدل فرستنده چند جمله ای را نیز پیشنهاد می کند. هر بار ضرایب سری با استفاده از معماری یادگیری غیرمستقیم پیدا می شود. Dutel بسیاری از انواع رایج را ثبت کرد. فازهای همبستگی متقاطع و میدان های مربعی نقص سیستم های همگام سازی را تقلید می کنند. اثرات غیر خطی به روشی مشابه جبران می شود.

گیرنده ها

ردیاب نوری تبدیل معکوس نور به الکتریسیته را انجام می دهد. سهم شیر گیرنده های حالت جامد از ساختار ایندیم-گالیوم-آرسنیک استفاده می کند. گاهی اوقات پین فوتودیود، بهمن وجود دارد. سازه های فلزی-نیمه هادی-فلزی برای تعبیه ژنراتورها، مالتی پلکسرهای موج کوتاه ایده آل هستند. مبدل های نوری اغلب با تقویت کننده های ترانس امپدانس تکمیل می شوند، محدود کننده هایی که سیگنال دیجیتال تولید می کنند. سپس بازیابی پالس های ساعت با حلقه قفل فاز تمرین می شود.

انتقال نور با شیشه: تاریخچه

پدیده انکسار که ارتباط تروپوسفر را ممکن می کند مورد بی مهری دانش آموزان قرار گرفته است. فرمول های پیچیده، مثال های غیر جالب، عشق دانش آموز را از بین می برد. ایده یک راهنمای نور در سال های دور 1840 متولد شد: دانیل کولادون، ژاک بابینه (پاریس) سعی کردند سخنرانی های خود را با آزمایش های وسوسه انگیز و بصری تزئین کنند. معلمان در اروپای قرون وسطی دستمزد ضعیفی دریافت می کردند، بنابراین هجوم شدید دانش آموزانی که پول حمل می کردند، چشم انداز خوشایندی به نظر می رسید. سخنرانان به هر طریقی حاضران را فریب می دادند. جان تیندال 12 سال بعد از این ایده استفاده کرد و بعداً کتابی را منتشر کرد (1870) که در مورد قوانین اپتیک بحث می کرد:

• نور از فصل مشترک هوا و آب عبور می کند، شکست پرتو نسبت به عمود مشاهده می شود. اگر زاویه مماس پرتو به خط متعامد از 48 درجه بیشتر شود، فوتون ها از مایع خارج نمی شوند. انرژی کاملاً منعکس می شود. حد را زاویه محدود کننده محیط می نامند. آب 48 درجه و 27 دقیقه، شیشه سیلیکات 38 درجه و 41 دقیقه، الماس 23 درجه و 42 دقیقه است.

تولد قرن نوزدهم برای خط پترزبورگ-ورشو یک تلگراف سبک به طول 1200 کیلومتر به ارمغان آورد. بازسازی توسط اپراتورهای پیام هر 40 کیلومتر انجام شد. پیام چندین ساعت ادامه داشت، هوا و دید تداخل داشت. ظهور ارتباطات رادیویی جایگزین روش های قدیمی شد. اولین خطوط نوری به پایان قرن نوزدهم باز می گردد. پزشکان این تازگی را دوست داشتند! الیاف شیشه خم شده این امکان را فراهم می کند که هر حفره ای از بدن انسان را روشن کند. مورخان جدول زمانی زیر را برای توسعه وقایع ارائه می دهند:

ایده هنری سنت رنه توسط مهاجران دنیای جدید (دهه 1920) که تصمیم به بهبود تلویزیون گرفتند ادامه یافت. کلارنس هانسل، جان لاگی برد پیشگام شدند. ده سال بعد (1930)، دانشجوی پزشکی هاینریش لام امکان انتقال تصاویر با راهنماهای شیشه ای را اثبات کرد. جوینده علم تصمیم گرفت باطن بدن را بررسی کند. کیفیت تصویر ضعیف بود، تلاش برای دریافت پتنت بریتانیا شکست خورد.

تولد فیبر

به طور مستقل، دانشمند هلندی، آبراهام ون هیل، بریتانیایی هارولد هاپکینز، ناریندر سینگ کاپانی (1954) فیبر را اختراع کردند. شایستگی اولین مورد در ایده پوشاندن هسته مرکزی با یک پوسته شفاف است که دارای ضریب شکست کم (نزدیک به هوا) است. حفاظت از خراش سطحی کیفیت انتقال را تا حد زیادی بهبود بخشید (معاصران مخترعان مانع اصلی استفاده از خطوط فیبر را در تلفات زیاد دیدند). بریتانیایی ها نیز سهم قابل توجهی داشتند، با جمع آوری یک بسته فیبر از 10000 قطعه، تصویری را در فاصله 75 سانتی متری مخابره کردند.

جالب است! ناریندر سینگ کاپانی در مقاله ای در American Science (1960) اصطلاح فایبرگلاس را ابداع کرد.

سال 1956 یک گاستروسکوپ انعطاف پذیر جدید، توسط باسیل هیرشویتز، ویلبر پیترز، لارنس کورتیس (دانشگاه میشیگان) به دنیا آورد. ویژگی خاص Noviki غلاف شیشه ای الیاف بود. الیاس اسنیتزر (1961) ایده فیبر تک حالته را عمومی کرد. آنقدر نازک که فقط یک ذره از الگوی تداخل می تواند در داخل آن قرار گیرد. این ایده به پزشکان کمک کرد تا درون یک فرد (زنده) را بررسی کنند. افت 1 دسی بل در متر بود. نیازهای ارتباطات بسیار بیشتر گسترش یافت. باید به آستانه 10-20 دسی بل در کیلومتر برسد.

1964 نقطه عطفی در نظر گرفته می شود: دکتر کائو مشخصات حیاتی را منتشر کرد که مبانی نظری ارتباطات از راه دور را معرفی کرد. سند به طور فعال از شکل فوق استفاده می کند. این دانشمند ثابت کرد که شیشه با بالاترین درجه تصفیه به کاهش تلفات کمک می کند. فیزیکدان آلمانی (1965) مانفرد بورنر (آزمایشگاه های تحقیقاتی Telefunken، اولم) اولین خط مخابراتی قابل اجرا را معرفی کرد. ناسا بلافاصله تصاویر ماه را با استفاده از اخبار جدید منتشر کرد (تحولات مخفی بود). چند سال بعد (1970)، سه کارمند Corning Glass (به ابتدای مبحث مراجعه کنید) ثبت اختراعی را برای اجرای یک چرخه تکنولوژیکی برای ذوب اکسید سیلیکون ثبت کردند. این دفتر به مدت سه سال متن را ارزیابی کرد. هسته جدید ظرفیت کانال را 65000 برابر نسبت به کابل مسی افزایش داد. تیم دکتر کائو بلافاصله تلاش کردند تا مسافت قابل توجهی را طی کنند.

جالب است! 45 سال بعد (2009) کائو جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرد.

رایانه های نظامی (1975) دفاع هوایی ایالات متحده (بخش NORAD، کوه های شاین) ارتباطات جدیدی دریافت کردند. اینترنت نوری خیلی وقت پیش، قبل از کامپیوترهای شخصی ظاهر شد! دو سال بعد، آزمایش‌های یک خط تلفن 1.5 مایلی (حومه شهر شیکاگو) با موفقیت 672 کانال صوتی را مخابره کرد. شیشه‌افکن‌ها خستگی‌ناپذیر کار می‌کردند: اوایل دهه 80 ظهور فیبر با تضعیف 4 دسی‌بل در کیلومتر بود. اکسید سیلیکون با نیمه هادی دیگری - ژرمانیوم جایگزین شد.

سرعت تولید کابل با کیفیت بالا توسط خط تکنولوژی 2 متر بر ثانیه بود. شیمی توماس منسا فناوری ابداع کرد که این محدودیت را بیست برابر افزایش داد. این جدید در نهایت ارزان تر از کابل مسی شده است. آنچه در ادامه می‌آید در بالا توضیح داده شده است: موجی در معرفی فناوری جدید وجود داشت. فاصله تکرار کننده 70-150 کیلومتر بود. تقویت کننده فیبر دوپ شده با یون اربیوم به طور چشمگیری هزینه خطوط ساختمان را کاهش داد. زمان برنامه پنج ساله سیزدهم 25 میلیون کیلومتر شبکه فیبر نوری را برای سیاره به ارمغان آورد.

با اختراع بلورهای فوتونی انگیزه جدیدی به توسعه داده شد. اولین مدل های تجاری سال 2000 را به ارمغان آورد. تناوب سازه ها باعث شد تا توان به میزان قابل توجهی افزایش یابد، طراحی فیبر به طور انعطاف پذیر با پیروی از فرکانس تنظیم شد. در سال 2012، شرکت تلگراف و تلفن نیپون با یک فیبر به سرعت 1 پتابیت بر ثانیه در مسافت 50 کیلومتری دست یافت.

صنعت نظامی

داستان راهپیمایی صنایع نظامی ایالات متحده، که در پیام مونموث منتشر شده است، به طور واقعی شناخته شده است. در سال 1958، مدیر کابل فورت مونموث (آزمایشگاه های سپاه سیگنال ارتش ایالات متحده) در مورد خطرات رعد و برق و بارش گزارش داد. این مقام، محقق سام دی ویتا را نگران کرد و از او خواست که جایگزینی برای مس سبز پیدا کند. پاسخ شامل پیشنهادی برای آزمایش سیگنال های شیشه، فیبر و نور بود. با این حال، مهندسان عمو سام در آن زمان در حل این مشکل ناتوان بودند.

در سپتامبر داغ سال 1959، دی ویتا از ستوان دوم درجه دوم ریچارد استورزبچر پرسید که آیا فرمول شیشه ای که قادر به انتقال سیگنال نوری است را می داند. پاسخ حاوی اطلاعاتی در مورد اکسید سیلیکون بود - نمونه ای در دانشگاه آلفرد. ریچارد با اندازه گیری ضریب شکست مواد با میکروسکوپ دچار سردرد شد. پودر شیشه 60-70 درصد آزادانه نور تابشی را از خود عبور می دهد و چشم را تحریک می کند. Sturzebecher با در نظر گرفتن نیاز به بدست آوردن خالص ترین شیشه، روش های مدرن تولید را با استفاده از سیلیکون کلرید IV مطالعه کرد. دی ویتا مواد را مناسب یافت و تصمیم گرفت به دولت اجازه دهد با شیشه‌کشان کورنینگ مذاکره کند.

این مسئول کارگران را به خوبی می شناخت، اما تصمیم گرفت این پرونده را علنی کند تا کارخانه قرارداد دولتی بگیرد. بین سال های 1961 تا 1962 ایده استفاده از اکسید سیلیکون خالص توسط آزمایشگاه های تحقیقاتی مطرح شد. اعتبارات فدرال حدود 1 میلیون دلار (فاصله 1963-1970) بود. این برنامه (1985) با توسعه صنعت کابل فیبر نوری چند میلیارد دلاری که به سرعت جایگزین مس شد، پایان یافت. دی ویتا به عنوان مشاور صنعت باقی ماند و تا سن 97 سالگی (سال مرگ 2010) زندگی کرد.

انواع کابل

فرم کابل:

1. هسته.
2. پوسته.
3. پوشش محافظ.

فیبر بازتاب کامل سیگنال را اجرا می کند. جنس دو جزء اول به طور سنتی شیشه است. گاهی اوقات آنها یک جایگزین ارزان پیدا می کنند - یک پلیمر. کابل های نوری توسط فیوژن ترکیب می شوند. تراز کردن هسته نیاز به مهارت دارد. کابل چند حالته با ضخامت بیش از 50 میکرون لحیم کاری آسان تر است. دو نوع جهانی از نظر تعداد مدها متفاوت هستند:

• چند حالته مجهز به یک هسته ضخیم (بیش از 50 میکرون) است.
• حالت تک بسیار نازکتر است (کمتر از 10 میکرون).

پارادوکس: یک کابل کوچکتر ارتباط از راه دور را فراهم می کند. هزینه یک ترانس آتلانتیک چهار هسته ای 300 میلیون دلار است. هسته با یک پلیمر مقاوم در برابر نور پوشیده شده است. مجله نیوساینتیست (2013) آزمایش های یک گروه علمی از دانشگاه ساوتهمپتون را منتشر کرد که برد 310 متری را با یک موجبر پوشش می داد! عنصر دی الکتریک غیرفعال سرعت 77.3 Tbps را نشان داد. دیواره های لوله توخالی توسط یک کریستال فوتونیک تشکیل شده است. جریان اطلاعات با سرعت 99.7 درصد نور حرکت کرد.

فیبر کریستال فوتونیک

نوع جدیدی از کابل توسط مجموعه ای از لوله ها شکل می گیرد، پیکربندی شبیه به یک لانه زنبوری گرد است. بلورهای فوتونیک شبیه مادر مروارید طبیعی هستند و ترکیبات دوره ای را تشکیل می دهند که از نظر ضریب شکست متفاوت هستند. برخی از طول موج ها در داخل چنین لوله هایی ضعیف می شوند. کابل پهنای باند را نشان می دهد، پرتو در حال شکست براگ منعکس می شود. به دلیل وجود نوارهای ممنوعه، سیگنال منسجم در طول فیبر حرکت می کند.

اولین طرح توسط Ye and Yariv (1978) توسط دو یا چند لایه متحدالمرکز از مواد مختلف نشان داده شده است. طرح ها به طور مداوم با نماهای تازه به روز می شوند. راسل (1996، نویسنده اصطلاح فیبر کریستالی فوتونیکی) مجموعه ای از الیاف لانه زنبوری را معرفی کرد، دو سال بعد حدس زدند که هسته را با یک فضای خالی جایگزین کنند. کاهش به دست آمده قابل توجه است:

1. توخالی - 1.2 دسی بل / کیلومتر.
2. جامد - 0.37 دسی بل / کیلومتر.

تکنولوژی تولید شبیه به روش سنتی است. یک قطعه کار نسبتاً ضخیم به تدریج بیرون کشیده می شود. موها کیلومترها طول می کشد. مواد در مرحله تحقیق هستند.

فرکانس ها

سرعت، محدوده انتقال توسط اثرات پراکندگی، تضعیف محدود می شود. محققان طول موج هایی را یافته اند که عیوب را به حداقل می رساند. چندین پنجره که توسط مخابرات استفاده می شود تشکیل می شود:

1. O - 1260..1360 نانومتر.
2. E - 1360..1460 نانومتر.
3. S - 1460..1530 نانومتر.
4. C - 1530..1565 نانومتر.
5. L - 1565..1625 نانومتر.
6. U - 1625..1675 نانومتر.

پنجره ها پیوسته هستند، سیستم های ارتباطی موجود می توانند از دو یا سه به طور همزمان تشکیل شوند. از لحاظ تاریخی، اولین شکاف (800-900 نانومتر) امروز حذف شده است، زیرا تلفات بسیار زیاد است. ویندوز O و E با پراکندگی صفر مشخص می شوند. اغلب از S، C استفاده می شود که مزایای حداقل تضعیف (حداکثر فاصله انتقال) را نشان می دهد.