Optik fiber iletişim hatları. Fiber optik iletişim hatları: sınırsız olanaklar

Teknolojik çağ bize pek çok parlak icat ve keşif sağladı, ancak görünüşe göre, teknolojinin gelişimine en önemli katkılardan birini uzun mesafeler boyunca bilgi iletme yeteneğiydi. Veri taşıyıcıları, bir asır önce bakır telden günümüzün fiber optik kablolarına kadar uzun bir yol kat etti. Sonuç olarak, bilginin hacmi, iletim hızı ve mesafesi kat kat artmış, bu da her alanda teknolojik gelişmenin sınırlarını genişletmiştir.

Günümüzün düşük kayıplı cam fiber optik kabloları, neredeyse sınırsız bant genişliği sağlar ve daha önce oluşturulmuş ortamlara göre birçok başka avantajı vardır. İki nokta arasında bilgi iletmek için en basit fiber optik sistem üç ana unsurdan oluşur: bir optik verici, bir fiber optik kablo ve bir optik alıcı (Şekil 1).

Pirinç. 1. En basit fiber optik bilgi iletim sisteminin şeması

optik verici bir analog veya dijital elektrik sinyalini karşılık gelen bir ışık sinyaline dönüştürür. Işık kaynağı bir LED veya bir katı hal lazeri olabilir. En çok kullanılan ışık kaynakları 850, 1300 ve 1550 nanometre dalga boylarıdır.

Fiber optik kabloışık için dalga kılavuzları (ışık kılavuzları) görevi gören bir veya daha fazla cam elyafından oluşur. Tasarım gereği, bir fiber optik kablo bir elektrik kablosuna benzer, ancak içindeki ışık kılavuzlarını korumak için özel öğeler içerir. Çok kilometrelik kabloların bağlantısı, çıkarılabilir ve sabit optik konektörler kullanılarak gerçekleştirilir.

optik alıcıışık sinyalini orijinal elektrik sinyalinin bir kopyasına dönüştürür. Optik alıcının hassas bir elemanı olarak ya bir çığ fotodiyodu ya da (daha sık olarak) bir PIN fotodiyodu kullanılır.

Fiber optik bilgi iletim sistemleri - fiber optik kabloyla bağlanan optik alıcı ve verici - geleneksel bakır teller ve koaksiyel kablolara göre birçok avantaja sahiptir:

Fiber optik sistemler neden bu faydalı özelliklere sahiptir? Bu kitapçığı okuyarak ve fiber optik teknolojisinin arkasındaki ilkeleri anlayarak, bu sorunun cevabını alacaksınız. Fiber optik sistemlerin üç bileşeninin - vericiler, alıcılar ve kablolar - her birinin kendi bölümü vardır.

Optik vericiler

Bir optik verici, bir elektrik sinyalini bir optik fiber üzerinden iletmek için modüle edilmiş bir ışık huzmesine dönüştürür. Sinyalin türüne bağlı olarak, çeşitli modülasyon yöntemleri kullanılabilir - ışığı açıp kapatmak veya giriş sinyaliyle orantılı olarak verilen seviyeler arasında yumuşak değişimi. Şek. Şekil 2'de, bu iki ana modülasyon yöntemi, zamana karşı ışık yoğunluğu grafiklerinde gösterilmektedir.

Pirinç. 2. Işık akısı modülasyonunun temel yöntemleri

Çoğu zaman, optik vericiler ışık kaynağı olarak ışık yayan diyotlar (LED'ler) ve yarı iletken lazerler (lazer diyotlar) kullanır. Fiber optik sistemlerde kullanım için bu cihazlar, fiberi ışık yayan bölgeye mümkün olduğu kadar yaklaştırabilmenizi sağlayan mahfazalarda üretilmektedir. Bu, ışık kılavuzuna mümkün olduğunca fazla ışık yönlendirmek için gereklidir. Bazen yayıcı, tüm ışığı "son damlasına kadar" toplamanıza ve fibere yönlendirmenize izin veren mikroskobik küresel bir mercekle donatılmıştır. Bazı durumlarda, ışık yayan bir kristalin yüzeyine doğrudan bir cam filaman bağlanır.

Çoğu zaman, optik vericiler ışık kaynağı olarak ışık yayan diyotlar (LED'ler) ve yarı iletken lazerler (lazer diyotlar) kullanır.

LED'ler oldukça geniş bir yayma alanına sahiptir ve bu nedenle lazerler kadar verimli yaymazlar. Bununla birlikte, LED'ler kısa ve orta uzunluktaki iletişim hatlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. LED'ler lazerlerden çok daha ucuzdur, radyasyon yoğunluğunun elektrik akımının büyüklüğüne neredeyse doğrusal bir bağımlılığı vardır ve radyasyon yoğunluğu zayıf bir şekilde sıcaklığa bağlıdır. Lazerler ise çok küçük bir yayma yüzey alanına sahiptir ve fibere LED'lerden çok daha fazla güç iletebilir. Akımda da doğrusaldırlar, ancak sıcaklığa karşı çok hassastırlar ve gerekli kararlılığı elde etmek için daha karmaşık elektronik devreler gerektirirler. Lazerler oldukça pahalı olduğundan, genellikle uzun mesafelerde veri iletiminin gerekli olduğu yerlerde kullanılırlar.

Lazerler oldukça pahalı olduğundan, genellikle uzun mesafelerde veri iletiminin gerekli olduğu yerlerde kullanılırlar.

Fiber optik iletişimde kullanılan LED'ler ve lazerler, elektromanyetik dalga spektrumunun kızılötesi kısmında yayarlar ve bu nedenle ışıkları, özel araçlar kullanılmadan insan gözü tarafından görülmez. Radyasyon dalga boyu, ışık kılavuzlarının malzemesinin maksimum şeffaflığı ve fotodiyotların en yüksek hassasiyeti dikkate alınarak seçildi. Günümüzde en çok kullanılan dalga boyları 850, 1300 ve 1550 nanometredir. Her üç dalga boyu için hem LED'ler hem de lazerler mevcuttur.

Daha önce bahsedildiği gibi, LED'lerin ve lazerlerin ışık akısı iki yoldan biriyle modüle edilir: "açma-kapama" veya yoğunlukta doğrusal bir sürekli değişim. Şek. Şekil 3, her iki modülasyon yöntemini uygulayan basitleştirilmiş devreleri göstermektedir. Vericiyi kontrol etmek için, tabanı önceden oluşturulmuş bir dijital sinyal alan bir transistör kullanılır. Bu durumda maksimum modülasyon frekansı, elektronik devre ve emitörün özellikleri tarafından belirlenir. LED'lerle, birkaç yüz megahertz frekansa, lazerlerle binlerce megahertz'e kolayca ulaşılabilir. Diyagram, termal stabilizasyon ünitesini göstermiyor (LED'ler genellikle buna hiç ihtiyaç duymaz).

Doğrusal modülasyon, bir op amp tabanlı devre (Şekil 3B) kullanılarak gerçekleştirilir. Modüle edici sinyal, yükselticinin evirici girişine uygulanır, DC ofseti evirmeyen girişe uygulanır. Termal stabilizasyon devresi de burada gösterilmemiştir.

Pirinç. 3. LED'lerin ışık akısını modüle etme yöntemleri
ve yarı iletken lazerler

İletmek için açma-kapama modülasyonu kullanan bir dijital sinyalde, mantık seviyeleri çeşitli şekillerde kodlanabilir. En basitinde, ışığın varlığı mantıksal bir birime, yokluğu ise mantıksal sıfıra karşılık gelir. Ayrıca, darbe genişliği ve darbe frekansı modülasyonu kullanılır. Darbe genişliği modülasyonunda, iki farklı süresi sinyalin mantıksal seviyelerini kodlayan sürekli bir darbe akışı kullanılır. Darbe-frekans modülasyonu ile, tüm darbeler aynı süreye sahiptir, ancak tekrarlanma oranları iletilen mantık seviyesine bağlı olarak değişir.

Şekil 4. Analogın çeşitli optik iletim yöntemleri
ve dijital bilgi

İletmek için açma-kapama modülasyonu kullanan bir dijital sinyalde, mantık seviyeleri çeşitli şekillerde kodlanabilir. En basitinde, ışığın varlığı mantıksal bir birime, yokluğu ise mantıksal sıfıra karşılık gelir.

Analog modülasyon için çeşitli yöntemler de vardır. Bunların en basiti, ışık kaynağının yoğunluğunun iletilen sinyalin büyüklüğü ile doğrudan ilişkili olduğu doğrusal modülasyondur. Diğer yöntemlerde, iletilen sinyal önce yüksek frekanslı bir taşıyıcıyı (ve bazı durumlarda çoklu taşıyıcıları) modüle eder ve ardından bu karmaşık sinyal, ışık kaynağının parlaklığını kontrol eder.

Şek. Şekil 4, bu modülasyon yöntemleri için zamana karşı ışık yoğunluğunu göstermektedir.

Işığın frekansı (aynı zamanda elektromanyetik radyasyondur) çok yüksektir - milyonlarca gigahertz mertebesinde. Işık yayıcıların (lazerler ve LED'ler) frekans bandı oldukça geniştir, ancak ne yazık ki modern teknoloji, radyo ile bilgi iletirken olduğu gibi bu bandın seçici kullanımına izin vermemektedir. Bir optik vericide, radyo çağının şafağında ilk kıvılcım vericilerinde yapıldığı gibi, tüm frekans bandı aynı anda açılıp kapatılır. Zamanla bilim adamları bu engeli aşacak ve fiber optik teknolojisinin daha da gelişmesini belirleyecek olan "tutarlı iletim" mümkün hale gelecektir.

Işık kılavuzları

Optik fibere ışık girişi

Vericinin gücü ne kadar yüksek olursa, fibere o kadar fazla ışık girer.

Verici, giriş elektrik sinyalini uygun şekilde modüle edilmiş ışığa dönüştürdükten sonra, fiber optik içine enjekte edilmelidir. Daha önce bahsedildiği gibi, bunu yapmanın iki yolu vardır: yayan elemanın ışık kılavuzuna doğrudan bağlanması ve ışık kılavuzunun yayıcıya çok yakın yerleştirilmesi. İkinci yöntem kullanılırken, optik fibere giren ışık miktarı dört faktöre bağlıdır: radyasyon yoğunluğu, yayan elemanın alanı, fiberin giriş açısı ve yansıma ve saçılma kayıpları. Tüm bu faktörlere hızlıca bir göz atalım.

yoğunluk Bir LED veya lazerin radyasyon çıkışı, tasarımına bağlıdır ve genellikle belirli bir akımdaki toplam çıkış gücü olarak ifade edilir. Bazen bu rakam, belirli bir fiber türünde iletilen gerçek güç olarak verilir. Diğer şeyler eşit olduğunda, yayıcının gücü ne kadar yüksek olursa, fibere o kadar fazla ışık girer.

Yayılan elemanın alanlarının ve optik fiberin çekirdeğinin oranı fibere giren toplam gücün oranını belirler - bu oran ne kadar küçükse, fiberde o kadar fazla ışık olacaktır.

Yalnızca fibere girişten daha küçük veya buna eşit bir açıyla giren ışık fiber boyunca yayılacaktır.

giriş açısı Bir optik fiber, giriş açısının yarısının sinüsü olarak tanımlanan sayısal açıklığı (NA) ile karakterize edilir. Tipik NA değerleri, 11 ila 46 derecelik bir giriş açısına karşılık gelen 0,1 ila 0,4 arasındadır. Yalnızca fibere girişten daha küçük veya buna eşit bir açıyla giren ışık fiber boyunca yayılacaktır.

Kayıplar Elyaf yüzeyindeki kirlenmeden kaynaklanan kayıplara ek olarak, elyaf giriş ve çıkışındaki yansımalardan kaynaklanan ışık yoğunluğunda her zaman kaçınılmaz bir kayıp vardır. Bunlar, her bir cam-hava arayüzündeki toplam yoğunluğun yaklaşık %4'ü olan Fresnel kayıplarıdır (adını Fransız fizikçi A. J. Fresnel'den almıştır). Gerekirse bu kayıpları azaltmak için birleştirilecek cam yüzeylere bir miktar özel optik jel sürülür.

Optik fiber türleri

Şimdi iki tür optik fiber kullanılmaktadır: yarıçap (profil) boyunca kırılma indeksinde kademeli ve yumuşak bir değişiklikle. Şek. Şekil 5, ışığın bu tür ışık kılavuzları aracılığıyla farklı şekillerde yayıldığını göstermektedir.

Şekil 5. Kademeli ve düzgün kırılma indisi profillerine sahip bir optik fiber aracılığıyla ışığın yayılması

Bir optik fiber, mikrometre cinsinden ifade edilen çekirdek ve kaplama kalınlığı ile karakterize edilir. Özel uygulamalar için başka boyutlar olmasına rağmen, günümüzde yaygın olarak kullanılan üç genel amaçlı elyaf boyutu vardır. Bunlar, 50/125 ve 62,5/125 µm çok modlu fiberler ve tek modlu 8-10/125 µm'dir.

Şekilde gösterildiği gibi, basamaklı indeksli fiber, düşük kırılma indeksli bir cam kaplama ile çevrili düşük kayıplı bir cam çekirdekten oluşur. Kırılma indisindeki bu fark, ışığın tüm yayılma yolu boyunca çekirdek ile kaplama arasındaki arayüzden yansımasına neden olur. Pürüzsüz profil elyafı yalnızca bir cam türünden oluşur, ancak kırılma indisi merkezden çevreye doğru düzgün bir şekilde azalacak şekilde işlenir. Sonuç olarak, ışık kılavuzu, uzatılmış bir mercek gibi, içinden geçen ışığı sürekli olarak merkeze doğru saptırır.

Bir optik fiber, mikrometre cinsinden ifade edilen çekirdek ve kaplama kalınlığı ile karakterize edilir. Özel uygulamalar için başka boyutlar olmasına rağmen, günümüzde yaygın olarak kullanılan üç genel amaçlı elyaf boyutu vardır. Bunlar, 50/125 ve 62,5/125 µm çok modlu fiberler ve tek modlu 8-10/125 µm'dir. İlk iki boyut, tipik olarak kısa ila orta uzunluktaki iletim hatlarında LED yayıcılarla birlikte kullanılır. 8-10 mikron çekirdekli optik fiber, genellikle uzun mesafeli telekomünikasyon sistemlerinde lazer optik vericilerle birlikte kullanılır.

Optik fiberde kayıp

Verici ve optik fiber bağlantısındaki sinyal yoğunluğu kaybına ek olarak, optik fiber boyunca ışık yayıldığında da kayıplar meydana gelir. Optik fiberin çekirdeği, çok düşük kayıplarla ultra saf camdan yapılmıştır. Cam, en yüksek şeffaflığa sahip olmalıdır, çünkü ışık ondan yapılan elyaf boyunca kilometrelerce yol almalıdır. Sıradan pencere camına bakalım. Şeffaftır, ancak yalnızca kalınlığı sadece 3-4 mm olduğu için. Bir cam levhanın ucuna bakıp yeşil rengini görmek, on iki santimetre uzunluğunda bile ışığı ne kadar soğurduğunu anlamak için yeterlidir. Yüz metre kalınlığındaki pencere camından ne kadar az ışık geçeceğini hayal etmek kolaydır!

Genel amaçlı ışık kılavuzlarının çoğu, 850 nm dalga boyunda kilometre başına 4 ila 6 desibel kayıp verir (yani, kilometre başına ışığın %60 ila 75'i kaybolur). 1300 nm'lik bir dalga boyunda kayıp 3-4 dB/km'ye (%50-60) düşürülür ve 1550 nm'de daha da azdır - 0,5 dB/km (%10) alışılmadık bir durum değildir.

Genel amaçlı ışık kılavuzlarının çoğu, 850 nm dalga boyunda kilometre başına 4 ila 6 desibel kayıp verir (yani, kilometre başına ışığın %60 ila 75'i kaybolur). 1300 nm dalga boyunda, kayıplar 3-4 dB / km'ye (% 50-60) düşürülür ve 1550 nm'de daha da azdır - 0,5 dB / km (% 10) gibi alışılmadık bir değer değildir.

Kayıpların ana nedeni, ışığın homojen olmayanlar tarafından soğurulması ve bunlar tarafından saçılmasıdır. Bir optik fiberdeki diğer bir kayıp nedeni, ışığın bir kısmının çekirdeği terk ettiği aşırı bükülmesidir. Bu tür kayıpları önlemek için, kurulum sırasında fiber optik kablonun bükülme yarıçapı en az 2,5 cm (ve genellikle daha da fazla) olmalıdır.

Fiber Bant Genişliği

Bununla birlikte, modüle edilmiş bir sinyal için bir optik fiberin bant genişliği sınırlıdır ve optik fiber ne kadar uzunsa o kadar uzundur.

Radyasyonda ne kadar az mod olursa, fiberin bant genişliği o kadar geniş olur.

Yukarıda listelenen kayıplar, modülasyon frekansına bağlı değildir, yani 3 dB'lik bir kayıp seviyesi, 10 Hz veya 100 MHz sinyal ile modüle edilmiş olmasına bakılmaksızın ışığın %50'sinin alıcıya ulaşmayacağı anlamına gelir. Bununla birlikte, modüle edilmiş bir sinyal için bir optik fiberin bant genişliği sınırlıdır ve optik fiber ne kadar uzunsa o kadar uzundur. Bu sınırlamanın nedeni Şekil 1'de gösterilmektedir. 6. Fibere eksenine (M1) küçük bir açıyla giren ışık, sınır girişine (M2) yakın bir açıyla girenden daha kısa bir yol boyunca yayılır. Sonuç olarak, aynı kaynaktan (modlar olarak adlandırılır) gelen farklı ışınlar, fiberin uzak ucuna aynı anda ulaşmaz, bu da lekelenme etkisine - kısa darbelerin genişlemesine - yol açar. Bu, fiber optik kablo üzerinden iletilen sinyalin maksimum frekansını sınırlar. Kısacası, radyasyondaki modlar ne kadar azsa, fiberin bant genişliği o kadar geniştir. Yayılma modlarının sayısını azaltmak için, fiberin çekirdeği daha ince yapılır. Çekirdek çapı 8 ila 10 µm olan tek modlu fiber, aynı anda çok sayıda radyasyon modunu yayabilen 50 ve 62,5 µm çapındaki çok modlu fiberlerden çok daha geniş bir bant genişliğine sahiptir.

Pirinç. 6. Fiber tarafından iletilen modülasyonun bant genişliği,
ışığın yayılması için farklı yolların varlığı ile sınırlıdır

Geleneksel optik fiberler için tipik bant genişliği, çok büyük çaplı fiber için kilometre başına birkaç megahertz, standart çok modlu fiber için kilometre başına birkaç yüz megahertz ve tek modlu fiber optikler için kilometre başına binlerce megahertz'dir. Kablo uzunluğu arttıkça, bant genişliği orantılı olarak azalır. Örneğin 1 km üzerinde 500 MHz bandına sahip bir kablo 2 km'de 250 MHz bandı sağlayabilirken, 5 km'de sadece 100 MHz bandı sağlayabilir.

Tek modlu fiberlerin çok geniş bant genişliği, uzunluklarını pratik olarak göz ardı etmeyi mümkün kılar. Bununla birlikte, çok modlu fiberler için bu faktör önemlidir, çünkü iletilen sinyallerin frekans aralığı genellikle kabloların bant genişliğini aşar.

Fiber optik kablo tasarımı

Geleneksel optik fiberler için tipik bant genişliği, çok büyük çaplı fiber için kilometre başına birkaç megahertz, standart çok modlu fiber için kilometre başına birkaç yüz megahertz ve tek modlu fiber optikler için kilometre başına binlerce megahertz'dir. Kablo uzunluğu arttıkça, bant genişliği orantılı olarak azalır.

Fiber optik kablolar farklı çaplarda ve tasarımlarda mevcuttur. Koaksiyel kablolarda olduğu gibi fiber optik kabloların tasarımı da amacına göre belirlenir. Dışarıdan, fiber optik kablo koaksiyel kabloya benzer. Şek. Şekil 7, standart bir fiber optik kablonun yapısını şematik olarak göstermektedir.

Fiber optik, onu üretim sürecinde hasar görmekten koruyan koruyucu bir kaplamaya sahiptir. Duvar köşelerine ve kablo kanallarına döşenirken serbestçe bükülebileceği, sıkı oturan bir PVC boru içine yerleştirilmiştir.

Bu tüp, kurulum sırasında kabloya etki eden ana mekanik kuvveti üstlenen bir Kevlar örgüsü ile çevrilidir. Son olarak, PVC dış kılıf tüm kabloyu korur ve nemin içeriye girmesini engeller.

Bu tasarımın kabloları, dış etkilere karşı önemli bir direncin gerekli olmadığı binaların içine döşenmeye uygundur. Doğrudan gömülü, kemirgenlere dayanıklı çelik dış kılıflar ve asma tavanların üzerine kurulum için UL sertifikalı alev geciktirici kablolar gibi hemen hemen her uygulama için kablolar mevcuttur. Renk kodlu çok damarlı kablolar da mevcuttur.

Pirinç. 7. Standart fiber optik kablonun yapımı

Diğer ışık kılavuzu türleri

Plastik ışık kılavuzları, düşük maliyetli LED'lerle birlikte elektronik ekipman içinde çok kısa mesafelerde veri iletmek için kullanılır. Bu tür fiberlerin standart uygulamalarından biri, yüksek voltajlı güç kaynaklarındaki kontrol devrelerinin optik izolasyonudur.

İki tür daha optik fiber - çok büyük çaplı bir çekirdeğe sahip ve tamamen plastikten yapılmış kuvars - genellikle telekomünikasyonda kullanılmaz. Kuvars lifleri, örneğin lazer cerrahisinde güçlü ışık akılarını iletmek için kullanılır. Plastik ışık kılavuzları, düşük maliyetli LED'lerle birlikte elektronik ekipman içinde çok kısa mesafelerde veri iletmek için kullanılır. Bu tür fiberlerin standart uygulamalarından biri, yüksek voltajlı güç kaynaklarındaki kontrol devrelerinin optik izolasyonudur.

Optik konektörler

Optik konektörler yardımıyla, fiber optik kablolar ekipmana bağlanır veya birbirine bağlanır. İşlev ve görünüm olarak elektrik konektörlerine benzerler, ancak çok yüksek hassasiyette üretim gerektirirler. Ayrılabilir bir optik bağlantıda, her iki fiberin çekirdeğinin hassas bir şekilde hizalanması ve merkezlenmesi gereklidir. Çapları çok küçük olduğundan (örneğin 50 µm), doğruluk gereksinimleri çok yüksektir: tolerans bir mikron mertebesindedir.

Günümüzde kullanımda olan birçok farklı tipte optik konektör vardır. Tek modlu fiberlerin icadından önce bile kullanılan SMA konnektörü, yakın zamana kadar en yaygın olanı olarak kaldı. Şek. Şekil 8, bu konektörün yapı detaylarını göstermektedir.

Pirinç. 8. SMA konektör tasarımı

Lütfen çok modlu ST konektörlerinin yalnızca çok modlu fiberlerle doğru şekilde çalışacağını unutmayın.

Çok modlu fiberler için, AT&T tarafından geliştirilen ST konektörü artık en yaygın şekilde kullanılmaktadır. Bayonet kilidi kullanır ve toplam kayıp SMA'dan daha azdır. Eşleşen bir ST konektör çifti, 1 dB'den (%20) daha az kayıp sağlar ve ek kılavuz burçlar veya diğer benzer öğeler gerektirmez. Dönme önleyici tırnak, optik fiberlerin eklendiğinde birbirine göre her zaman aynı konumda monte edilmesini sağlar, böylece fiş bağlantı özelliklerinin kararlılığını sağlar.

ST konektörleri hem çok modlu hem de tek modlu fiberler için mevcuttur - temel fark toleranslardır. Lütfen çok modlu ST konektörlerinin yalnızca çok modlu fiberlerle doğru şekilde çalışacağını unutmayın. Daha pahalı ST tek modlu konektörler, hem tek modlu hem de çok modlu fiberlerle kullanılabilir. ST ve SMA konektörlerini bir kabloya takma prosedürleri benzerdir ve yaklaşık olarak aynı süreyi alır. Şek. Şekil 9, endüstri standardı ST konektörünün ana öğelerini göstermektedir.

Pirinç. 9. ST konektörünün temel öğeleri

Işık kılavuzlarının kalıcı bağlantıları

Optik konektörler iki fiberi bağlamak için kullanılabilse de, önemli ölçüde daha düşük kayıplar sağlayan başka yöntemler de vardır. En yaygın iki tanesi mekanik bağlantı ve kaynaklı bağlantıdır. Her ikisi de 0,15 ila 0,1 dB (%3-2) arasında bir kayıp seviyesi sağlar.

Mekanik bağlantı için, ışık kılavuzlarının uçları kabuklardan serbest bırakılır, uçları temizlenir ve özel bir mekanik cihaz kullanılarak hassas bir şekilde hizalanır. Yansıma kaybını en aza indirmek için bağlantı noktasına bir optik jel uygulanır. Işık kılavuzlarının hizalanmış uçları, bir kilitleme mekanizması tarafından yerinde tutulur.

Optik alıcılar

Bir optik alıcının ana görevi, optik fiberden gelen modüle edilmiş ışık akısını, vericiye uygulanan orijinal elektrik sinyalinin bir kopyasına dönüştürmektir.

Bir optik alıcının ana görevi, optik fiberden gelen modüle edilmiş ışık akısını, vericiye uygulanan orijinal elektrik sinyalinin bir kopyasına dönüştürmektir. Alıcıdaki dedektör genellikle bir optik konektöre monte edilmiş (ışık kaynakları için kullanılana benzer) bir PIN veya çığ fotodiyodudur. Fotodiyotlar genellikle oldukça büyük bir algılama elemanına (çap olarak birkaç mikrometre) sahiptir, bu nedenle fiber konumlandırma doğruluğu için gereksinimler, vericiler için olduğu kadar katı değildir.

Alıcıları yalnızca tasarlandıkları fiber boyutunda kullanmak önemlidir, aksi takdirde amplifikatörde aşırı yük oluşabilir.

Optik fiberden çıkan radyasyonun yoğunluğu oldukça düşüktür ve optik alıcılara yüksek kazançlı dahili amplifikatörler takılır. Bu nedenle, yalnızca tasarlandıkları fiber boyutuna sahip alıcıları kullanmak önemlidir, aksi takdirde amplifikatörde aşırı yük oluşabilir. Örneğin, çok modlu fiber ile tek modlu fiber için tasarlanmış bir verici-alıcı çifti kullanılırsa, alıcıya çok fazla ışık girerek alıcının doyuma ulaşmasına ve çıkış sinyalini ciddi şekilde bozmasına neden olur. Benzer şekilde, çok modlu bir verici ve alıcı ile tek modlu fiber kullanıldığında, alıcıya çok az ışık ulaşacak ve çıkış sinyali çok fazla parazit içerecek veya hiç görünmeyecek. Alıcı ve verici tipi fiber uyumsuzluğunun yararlı olabileceği tek durum, fiberdeki aşırı kayıplardır. Daha sonra, tek modlu bir fiberin çok modlu bir fiber ile değiştirilmesini sağlayacak olan ek 5-15 dB, günü kurtaracak ve çalışabilir bir sistem elde etmenizi sağlayacaktır. Ancak bu aşırı bir durumdur ve normal kullanım için önerilmez.

Elektronik sinyal alıcılarının, fiber optik kablolardan farklı olarak elektromanyetik parazite duyarlı olduğu unutulmamalıdır, bu nedenle onlarla çalışırken standart koruyucu önlemler - ekranlama, topraklama vb.

Vericiler gibi, optik alıcılar da analog ve dijital versiyonlarda mevcuttur. Her ikisi de bir analog preamp ve ardından bir analog veya dijital çıkış aşaması kullanır.

Şek. Şekil 10, basit bir analog optik alıcının bir blok diyagramıdır. İlk aşama, akımdan gerilime dönüştürücü olarak bağlanan bir işlemsel yükselteçtir. Fotodiyot tarafından üretilen zayıf akım burada genliği genellikle birkaç milivolt olan bir gerilime dönüştürülür. Basit bir voltaj yükseltici olan bir sonraki aşamada, sinyal gerekli seviyeye yükseltilir.

Dijital bir optik alıcının işlevsel şeması, Şek. 11. Analog alıcıda olduğu gibi, ilk aşama akımdan gerilime dönüştürücüdür. Çıkışı, kısa geçişlerle temiz bir dijital sinyal üreten bir voltaj karşılaştırıcısına beslenir. Karşılaştırıcı tetik seviyesi kontrolü, varsa, yeniden oluşturulmuş dijital sinyalin simetrisine ince ayar yapmak için kullanılır.

Koaksiyel kablolar, protokol dönüştürücüler, vb. için doğrusal yükselticiler olarak işlev gören giriş sinyalinin en doğru şekilde çoğaltılması için genellikle alıcılara ek aşamalar eklenir. Elektronik sinyal alıcılarının, fiber optik kablolardan farklı olarak elektromanyetik parazite duyarlı olduğu unutulmamalıdır, bu nedenle onlarla çalışırken standart koruyucu önlemler - ekranlama, topraklama vb.

Pirinç. 10. En basit analog optik alıcı

Pirinç. 11. En basit dijital optik alıcı

Fiber optik sistemin geliştirilmesi

Bir fiber optik sistemi tasarlarken dikkate alınması gereken birçok faktör vardır ve bunların her biri, alıcıya yeterli ışığın girmesini sağlama nihai hedefine katkıda bulunur. Bu hedefe ulaşılmadan sistem doğru çalışmayacaktır. Şek. 12, bu faktörlerin birçoğunu listeler.

Pirinç. 12. Dikkate alınması gereken en önemli parametreler
bir fiber optik sistem geliştirirken

Bir fiber optik sistem tasarlarken, aşağıdaki adım adım prosedür önerilir:

1. İletilecek sinyal tipine (analog, dijital, video, RS-232, RS-422, RS-485, vb.) uygun alıcı ve vericiyi seçin.
2. Mevcut güç kaynaklarının tanımlanması (AC gerilimi, DC gerilimi, vb.).
3. Gerekirse özel gereksinimlerin belirlenmesi (örneğin, empedanslar, bant genişliği, özel konektörler ve fiber çapı, vb.).
4. Sistemdeki toplam kayıpların hesaplanması (desibel cinsinden): kablolardaki, ayrılabilir ve ayrılamayan bağlantılardaki kayıpların toplamı. Bu spesifikasyonlar, elektronik cihaz ve fiber optik kablo üreticilerinden temin edilebilir.
5. Elde edilen kayıp rakamının, alıcı girişindeki sinyal seviyesinin izin verilen değeri ile karşılaştırılması. Tüm sisteme en az 3dB boşluk payı ekleyerek güvenli tarafta olmalısınız.
6. Sistem bant genişliğinin, istenen sinyal tipinin iletim gereksinimlerine uygun olduğunu doğrulayın. Hesaplamalar, bant genişliğinin sinyali istenen mesafeye iletmek için yeterli olmadığını gösteriyorsa, o zaman ya farklı bir alıcı ve verici (farklı bir dalga boyu) seçmelisiniz ya da daha az maliyetli ve daha pahalı ve yüksek kaliteli bir fiber optik kablo kullanmayı düşünmelisiniz. kayıp.

Optik Fiber Veri Sistemi Tasarlamak için Gerekli Parametrelerin Kontrol Listesi

Şu anda, optik iletişim hatlarının kullandığı gibi:

• a) fiber optik kablo kullanan optik hatlar - fiber optik iletişim hatları (FOCL);
• b) fiber optik kablo kullanılmadan optik iletişim hatları.

Fiber optik iletişim hatları, veri aktarım hızı, gürültü bağışıklığı ve yetkisiz erişime karşı koruma açısından en iyi göstergelere sahiptir.

Fiber optik iletişim hatları (FOCL)

Bir fiber optik iletişim hattının blok diyagramı şekil 2'de gösterilmektedir. 7.11.

Pirinç. 7.11.

Elektrik sinyali bir vericiye - elektrik sinyalini ışık darbesine dönüştüren bir alıcı-vericiye gönderilir. İkincisi, bir optik konektör aracılığıyla optik kabloya beslenir. Alıcı noktasında, optik kablo, optik bir konektör kullanarak ışık demetini elektrik sinyaline dönüştüren bir alıcı-alıcı-vericiye bağlanır.

FOCL'nin amacına, uzunluğuna, kullanılan bileşenlerin kalitesine bağlı olarak blok diyagram değişebilir. İletim ve alım noktaları arasındaki önemli mesafelerle, bir tekrarlayıcı - bir sinyal yükseltici - tanıtılır. Kısa bir optik kablo ile (optik kablonun bina uzunluğu yeterliyse), kablo kaynağına gerek yoktur. Yapı uzunluğu, üretici tarafından sağlanan tek bir kablo parçasının uzunluğu olarak anlaşılır.

Fiber optik iletişim hatları aşağıdaki avantajlara sahiptir:

• 1. Harici elektromanyetik girişimden ve kanallar arası karşılıklı girişimden yüksek gürültü bağışıklığı.
• 2. Geniş bir çalışma frekansı aralığı, bilginin böyle bir iletişim hattı üzerinden 10 | 2 bit/s = Tbit/s hızında iletilmesini sağlar.
• 3. Yetkisiz erişime karşı koruma: FOCL neredeyse çevreye radyasyon yaymaz ve kabloyu bozmadan optik enerji tapaları üretmek neredeyse imkansızdır. Ve fiber üzerindeki herhangi bir etki, hattın bütünlüğünün izlenmesi (sürekli kontrol) ile kaydedilebilir.
• 4. Gizli bilgi aktarımı olasılığı.
• 5. Pahalı demir dışı metallerin (bakır) sınırsız ham maddeli (silikon dioksit) malzemelerle değiştirilmesi nedeniyle potansiyel olarak düşük maliyet.
• 6. Hat segmentlerinin galvanik izolasyonu otomatik olarak sağlanır.

Bununla birlikte, fiber optik teknolojisinin dezavantajları da vardır:

• 1. Yüksek ekipman maliyeti.
• 2. Hem kurulum hem de işletme sırasında pahalı teknolojik ekipman gereklidir. Bir optik kablo koptuğunda, restorasyonunun maliyeti bakır kablonun restorasyonundan çok daha yüksektir.
• 3. Optik kablolar radyasyona dayanıklı değildir.

FOCL, aşağıdakilerden yapılmış optik kablolara dayanmaktadır:

bireysel ışık kılavuzları - optik fiberler.

Optik lif farklı kırılma indislerine sahip bir çekirdek ve bir kılıftan oluşan iki katmanlı ince bir ipliktir. Elyafı atmosferik ve mekanik etkilerden korumak için yansıtıcı kılıfın üzerine koruyucu bir kaplama uygulanır. Koruyucu kaplamalı bir optik fiberin tasarımı, Şekil 7.12'de gösterilmektedir.

Pirinç. 7.12.

3 tip optik fiber kullanılır: polimer optik fiberler (POF = Plastik Optik Fiber), kuvars-polimer optik fiberler (PCF = Polimer Kaplı Fiber), kuvars optik fiberler (GOF = Cam Optik Fiber).

Polimer optik fiberler, yüksek optik özelliklere sahip polimer malzemelerden yapılır. Polimer optik fiberlerden yapılan fiber optik kablolar, iyi bir esneklikle karakterize edilir (fiber çapı 1,5 mm, izin verilen fiber bükülme yarıçapı 8 mm'dir) ve 2,5 Gbps'ye kadar bir verim sağlar; bu, bükümlü çiftinkinden önemli ölçüde daha yüksektir. (maks. 1 Gb/sn). Veri iletim aralığı - 80 m'ye kadar.

POF şu anda yaygın olarak kullanılmaktadır. Dekoratif, mimari ve peyzaj aydınlatma sistemlerinde, havuz aydınlatmalarında, tehlikeli alanların güvenli bir şekilde aydınlatılmasında kullanılır. Diğer bir uygulama alanı, tüketici, otomotiv, endüstriyel ve tıbbi elektronik bilgi panoları için görsel gösterge sistemlerinin imalatı için POF kullanımı olarak düşünülebilir. SOV, kısa mesafelerde yüksek hızlı, ucuz, elektromanyetik parazitsiz veri iletim hatları oluşturmak için kullanılır (teknolojik süreçler için otomasyon sistemleri, video kameralardan sinyal iletimi, optik sensörler; yerel alan ağları). Örneğin, endüstri standardı PROFIBUS'ta POV kabloları kullanılır. Şekil 7.13, konektör takılmış böyle bir kablonun görünümünü göstermektedir.

Kuvars-polimer optik fiberler, bir kuvars çekirdek ve bir polimer yansıtıcı kılıf ile yapılır ve nesneler arası ve nesneler arası iletişim sistemleri için tasarlanmıştır. 400 m'ye kadar veri iletim aralığı, çoklu kablo kıvrımlarının yarıçapı - en az

75 mm. PCF kabloları, konektörler takılı olarak önceden kesilmiş olarak gönderilir. Bu kablolardan birinin görünümü Şek. 7.13.

Pirinç. 7.13.

Kuvars optik fiberler, yüksek saflıkta kuvars camdan (çekirdek ve yansıtıcı kılıf) yapılmıştır ve büyük miktarda verinin yüksek hızlarda ve uzun mesafelerde - birkaç kilometreye kadar (uzun mesafe, şehir içi ve şehirler arası) iletilmesi gereken yerlerde kullanılır. nesne iletişim sistemleri: yerel bilgisayar ağları LAN (Yerel Alan Ağları), MAN ağları (Metropolitan Alan Ağları), WAN ağları (Geniş Alan Ağları)).

Optik enerjinin bir optik fiber aracılığıyla iletilmesi, toplam iç yansımanın etkisiyle sağlanır. Kuvars optik fiber, iki katmanlı silindirik bir ışık kılavuzudur (Şekil 7.14).

Pirinç. 7.

elyafta

İç çekirdeğin malzemesi bir kırılma indisine sahiptir n ve ve dış katmanın malzemesi n 2, burada n > n 2, yani iç çekirdek malzemesi kılıf malzemesinden optik olarak daha yoğundur. Silindire silindirin eksenine göre küçük açılarla giren radyasyon için, toplam iç yansıma koşulu sağlanır: radyasyon kaplama ile sınıra geldiğinde, tüm radyasyon enerjisi fiberin çekirdeğine yansır. Sonraki tüm yansımalarda da aynı şey olur; sonuç olarak, radyasyon kaplamadan çıkmadan fiber ekseni boyunca yayılır. Hala toplam iç yansımanın olduğu maksimum eksen dışı açı şu şekilde verilir:

Değer bir 0 optik fiberin sayısal açıklığı olarak adlandırılır ve optik fiber yayıcı ile eşleştirilirken dikkate alınır. Açılarda uç yüzünde radyasyon olayı y>yo(açıklık dışı ışınlar), kabukla etkileşime girdiğinde, yalnızca yansıtılmaz, aynı zamanda kırılır; optik enerjinin bir kısmı fiberi terk eder. Nihayetinde, çekirdek-kılıf sınırıyla birden fazla karşılaşmadan sonra, bu tür radyasyon fiberden tamamen dağılır.

Optik fiber iki önemli parametre ile karakterize edilir: dağılım ve zayıflama.

Dağılım, yani sinyal yayılma hızının radyasyon dalga boyuna bağımlılığı, bir optik fiberin en önemli parametresidir. Bir LED veya lazer bilgi iletirken belirli bir dalga boyu spektrumu yaydığından, dağılım fiber boyunca yayılırken darbelerin genişlemesine yol açar ve böylece sinyal bozulması oluşturur. Dağılım değerlendirilirken, "bant genişliği" terimi kullanılır - optik fiber boyunca 1 km'lik bir mesafeyi geçtiğinde darbe genişlemesinin tersi. Bant genişliği, kilometre başına megahertz (MHz km) cinsinden ölçülür. Dağılım, iletim aralığına ve iletilen sinyallerin frekansının üst değerine kısıtlamalar getirir.

zayıflama optik fiberdeki radyasyonun soğurulması ve saçılmasından kaynaklanan kayıplarla belirlenir. Absorpsiyon kaybı, malzemenin saflığına bağlıdır ve saçılma kaybı, kırılma indislerinin homojen olmamasına bağlıdır. Zayıflama aynı zamanda optik fibere verilen radyasyonun dalga boyuna da bağlıdır.

Zayıflama formülle ölçülür

burada P in, giriş optik sinyalinin gücüdür; eski- çıkış optik sinyalinin gücü; / - lifin uzunluğu.

Zayıflama birimi kilometre başına desibeldir (dB/km).

Zayıflama ve dağılım değerleri, farklı kuvars optik fiber türleri için farklılık gösterir.

Işık kılavuzunun enine kesitinde merkezden çevreye doğru kırılma indeksinin çapına ve profiline bağlı olarak, kademeli bir kırılma indeksi profiline sahip çok modlu elyaflara, tek modlu elyaflara, çok modlu elyaflara ayrılırlar. kırılma indeksindeki gradyan değişimi. Şek. 7.15, çeşitli optik fiber türlerinde ışığın yayılma yollarını göstermektedir.

Pirinç. 7.15.

(Şekil 7.15, a)'daki fiber, bir ışık huzmesinin yayılması için birçok olası yol veya mod olduğundan, adım indeksi ve çok modlu fiber olarak adlandırılır. Modların bu çokluğu darbe dağılımına (genişleme) neden olur çünkü her mod fiber boyunca farklı bir yol kat eder ve bu nedenle farklı modlar fiberin bir ucundan diğerine geçerken farklı iletim gecikmelerine sahiptir. Bu fenomenin sonucu, belirli bir fiber uzunluğu için verimli bir şekilde iletilebilen maksimum frekansta bir sınırlamadır. Elyafın frekansının veya uzunluğunun sınır değerlerin üzerine çıkarılması, esas olarak ardışık darbelerin birleşmesine yol açarak ayırt edilmelerini imkansız hale getirir. Tipik bir çok modlu fiber için bu sınır yaklaşık 15 MHz km'dir. Bu, örneğin 5 MHz bant genişliğine sahip bir video sinyalinin maksimum 3 km (5 MHz? 3 km = 15 MHz km) mesafe boyunca iletilebileceği anlamına gelir. Bir sinyali daha uzak bir mesafeye iletmeye çalışmak, yüksek frekansların kademeli olarak kaybolmasına neden olur. Çok modlu fiberde, hafif telin çapı 50'dir; 62.5; 85; 140 mikron

Tek modlu fiberler (Şekil 7.15, B) dağılımı çok etkili bir şekilde azaltır ve ortaya çıkan bant genişliği - birçok GHz km - onları uzun bağlantılar için ideal hale getirir. İdeal olarak, tek modlu fiberler boyunca yalnızca bir dalga yayılır. Çok modlu olanlara ve en yüksek bant genişliğine kıyasla çok daha düşük bir zayıflama katsayısına (dalga boyuna bağlı olarak 2 ... 4 ve hatta 7 ... 10 kat) sahiptirler, çünkü içlerinde sinyal neredeyse bozulmaz. Ancak bunun için fiber çekirdeğin çapının dalga boyu ile orantılı olması gerekir. Pratik olarak çap 8 ... 10 mikrondur. Ne yazık ki, bu kadar küçük çaplı bir fiber, güçlü, tam olarak hizalanmış ve bu nedenle birçok uygulama için çekiciliğini azaltan nispeten pahalı bir lazer diyot yayıcının kullanılmasını gerektirir.

İdeal olarak, tek modlu bir fiber ile aynı bant genişliğine sahip, ancak çok modlu bir fiber ile aynı çapa sahip bir fiber, ucuz LED vericilerin kullanımına izin vermek için gereklidir. Bir dereceye kadar, bu gereksinimler, kırılma indeksinde bir gradyan değişikliği olan çok modlu bir fiber tarafından karşılanır (Şekil 7.15, c). Yukarıda tartışılan adım indeksi çok modlu fibere benzer, ancak çekirdek kırılma indeksi tek tip değildir - merkezdeki maksimum değerden çevredeki daha düşük değerlere sorunsuz bir şekilde değişir. Bu iki sonuca yol açar. Birincisi, ışık hafif kıvrımlı bir yol boyunca hareket eder ve ikincisi ve daha da önemlisi, modlar arasındaki yayılma gecikmesindeki farklar minimum düzeydedir. Bunun nedeni, fibere yüksek bir açıyla giren ve daha uzun bir yol kat eden yüksek modların, aslında merkezden kırılma indisinin azaldığı bölgeye doğru uzaklaştıkça daha hızlı yayılmaya başlaması ve genellikle daha hızlı ilerlemesidir. yüksek kırılma indeksi bölgesinde, fiber eksenine yakın kalan sipariş modları. Hızdaki artış, yalnızca kat edilen daha büyük mesafeyi telafi eder.

Gradyan çok modlu optik fiberler tercih edilir, çünkü ilk olarak, içlerinde daha az mod yayılır ve ikinci olarak geliş ve yansıma açıları daha az farklılık gösterir ve sonuç olarak iletim koşulları daha uygundur.

Çok modlu kademeli indeksli fiberler ideal olmasa da, yine de çok iyi bant genişliği gösterirler. Bu nedenle, kısa ve orta uzunluktaki çoğu sistemde, bu tür liflerin seçimi tercih edilir.

Optik sinyal, ışık kaynağı vericisinin dalga boyuna bağlı olan bir oranda tüm fiberlerde zayıflar. Bir optik fiberin zayıflamasının genellikle minimum olduğu üç dalga boyu vardır - 850, 1310 ve 1550 nm. Bunlar saydamlık pencereleri olarak bilinir. Çok modlu sistemler için 850 nm penceresi ilk ve en yaygın kullanılan penceredir (en düşük maliyetli fiber bağlantı). Bu dalga boyunda, kaliteli kademeli çok modlu fiber, 3 km'yi aşan mesafelerde iletişim kurmayı mümkün kılan 3 dB/km mertebesinde bir zayıflama sergiler.

1310 nm dalga boyunda, aynı fiber daha da düşük zayıflama gösterir - 0,7 dB / km, böylece iletişim aralığında yaklaşık 12 km'ye orantılı bir artış sağlar; 1310 nm, aynı zamanda, lazer diyot vericileri ile birlikte 50 km'den uzun bağlantılar oluşturmanıza izin veren yaklaşık 0,4 dB/km'lik zayıflama ile tek modlu fiber optik sistemler için ilk çalışma penceresidir. İkinci şeffaflık penceresi - 1550 nm - daha da uzun iletişim hatları oluşturmak için kullanılır (fiber zayıflama - 0,24 dB/km'den az).

Çok modlu ve tek modlu fiberlerde farklı şeffaflık pencerelerindeki zayıflama değerleri Tablo 1'de verilmiştir. 7.3.

Tablo 7.3

Çok modlu ve tek modlu fiberlerde zayıflama değerleri

Alıcı ve vericiyi bağlamak için, optik fiberlerin kablonun esnekliğini ve dayanıklılığını artıran ve kabloyu dış etkenlerden koruyan elemanlarla desteklendiği bir fiber optik kablo (FOC) kullanılır. Bina içi döşeme kabloları, bina dışı kullanım kabloları (toprağa gömülebilen kablolar, özel kanalizasyona döşenen kablolar, açık alanda asılı duran kablolar), uzun su altı haberleşme hatları için kablolar bulunmaktadır.

Hemen hemen tüm Avrupalı ​​üreticiler DIN VDE 0888 sistemine uygun fiber optik kablolara işaretleme uygulamaktadır.Bu standarda göre her kablo tipine, fiber optik kabloların tüm özelliklerini içeren bir harf ve rakam dizisi atanmıştır. Yerli üreticiler kendi sınıflandırmalarını ve kendi gösterimlerini kullanırlar.

Bir optik kablonun geçici olarak arızalanması veya kablo döşenmemesi, elektromanyetik girişime ve dinlemeye karşı yüksek koruma ihtiyacı, farklı iletişim aralıklarına sahip kablosuz optik iletişim hatlarının oluşmasına yol açmıştır.

Fiber optik kablo kullanılmayan optik iletişim hatları, uzun menzilli optik hatlar ve yerel kablosuz optik hatlar olarak ikiye ayrılır.

Kablosuz optiğin ideolojisi, optik kanalın kablonun yerini aldığı gerçeğine dayanmaktadır.

Bir optik fiber, merkezi bir ışık iletkeninden (çekirdek) - başka bir cam tabakasıyla çevrili bir cam fiberden - çekirdekten daha düşük kırılma indeksine sahip bir kabuktan oluşur. Çekirdeğe yayılan ışık ışınları, kabuğun örtücü tabakasından yansıtılarak sınırlarının ötesine geçmez. Bir optik fiberde, ışık demeti genellikle bir yarı iletken veya diyot lazer tarafından oluşturulur. Kırılma indeksinin dağılımına ve çekirdek çapının boyutuna bağlı olarak, optik fiber tek modlu ve çok modlu olarak ayrılır.

Rusya'da fiber optik ürünleri pazarı

Hikaye

Fiber optik, iletişim sağlamada yaygın olarak kullanılan ve popüler bir araç olmasına rağmen, teknolojinin kendisi basittir ve uzun zaman önce geliştirilmiştir. Daniel Colladon ve Jacques Babinet, 1840 gibi erken bir tarihte, kırılma yoluyla bir ışık demetinin yönünü değiştirmeye yönelik bir deney gösterdiler. Birkaç yıl sonra, John Tyndall bu deneyi Londra'daki halka açık derslerinde kullandı ve 1870'te ışığın doğası üzerine bir çalışma yayınladı. Teknolojinin pratik uygulaması yalnızca yirminci yüzyılda bulundu. 1920'lerde, deneyciler Clarence Hasnell ve John Berd, optik tüpler aracılığıyla görüntü aktarımı olasılığını gösterdiler. Bu ilke Heinrich Lamm tarafından hastaların tıbbi muayenesinde kullanılmıştır. Sadece 1952'de Hintli fizikçi Narinder Singh Kapany, optik fiberin icadına yol açan bir dizi kendi deneyini gerçekleştirdi. Aslında, aynı cam elyaf demetini yarattı ve kabuk ve çekirdek, farklı kırılma indislerine sahip elyaflardan yapıldı. Kabuk aslında bir ayna görevi görüyordu ve çekirdek daha şeffaftı - hızlı dağılma sorunu bu şekilde çözüldü. Daha önce ışın optik ipliğin sonuna ulaşmadıysa ve böyle bir iletim ortamını uzun mesafelerde kullanmak imkansızdıysa, şimdi sorun çözülmüştür. Narinder Kapanı, teknolojiyi 1956 yılına kadar geliştirdi. Bir grup esnek cam çubuk, görüntüyü neredeyse hiç kayıp veya bozulma olmadan iletti.

1970 yılında Corning uzmanları tarafından bir telefon sinyali veri iletim sistemini bir bakır tel üzerinden tekrarlayıcılar olmadan aynı mesafede çoğaltmayı mümkün kılan fiber optiğin icadı, fiber optiğin gelişim tarihinde bir dönüm noktası olarak kabul edilir. teknolojiler. Geliştiriciler, optik sinyal gücünün en az yüzde birini bir kilometre mesafede tutabilen bir iletken oluşturmayı başardılar. Bugünün standartlarına göre bu oldukça mütevazı bir başarı, ancak o zamanlar, neredeyse 40 yıl önce, yeni bir kablolu iletişim türü geliştirmek için gerekli bir koşuldu.

Başlangıçta, optik fiber çok fazlıydı, yani aynı anda yüzlerce ışık fazını iletebiliyordu. Ayrıca, fiber çekirdeğin artan çapı, ucuz optik vericilerin ve konektörlerin kullanılmasını mümkün kıldı. Çok daha sonra, optik bir ortamda yalnızca bir faz yayınlamanın mümkün olduğu, daha yüksek üretkenliğe sahip bir fiber kullanmaya başladılar. Tek fazlı fiberin tanıtılmasıyla, sinyal bütünlüğü daha uzun bir mesafede korunabilir ve bu da önemli miktarda bilginin iletilmesine katkıda bulunur.

Bugün en popüler olanı, sıfır dalga boyu kaymasına sahip tek fazlı bir fiberdir. 1983 yılından bu yana, performansını on milyonlarca kilometre boyunca kanıtlayarak fiber optik endüstrisinin ürünleri arasında lider bir konuma sahiptir.

Fiber optik haberleşme tipinin avantajları

• Son derece yüksek taşıyıcı frekansı nedeniyle geniş bant optik sinyaller. Bu, bilginin bir fiber optik hat üzerinden 1 Tbit / s mertebesinde iletilebileceği anlamına gelir;
• Fiberdeki ışık sinyalinin çok düşük zayıflaması, sinyal yenilenmesi olmadan 100 km veya daha fazla uzunluğa kadar fiber optik iletişim hatları inşa etmeyi mümkün kılar;
• Çevredeki bakır kablo sistemlerinden, elektrikli ekipmanlardan (elektrik hatları, elektrik motoru tesisatları, vb.) ve hava koşullarından kaynaklanan elektromanyetik parazite karşı bağışıklık;
• Yetkisiz erişime karşı koruma. Fiber optik iletişim hatları üzerinden iletilen bilgiler, tahribatsız bir şekilde yakalanamaz;
• Elektrik güvenliği. Aslında bir dielektrik olan optik fiber, yüksek riskli teknolojik süreçlere hizmet verirken özellikle kimya ve petrol rafinerilerinde önemli olan ağın patlama ve yangın güvenliğini artırır;
• FOCL'nin dayanıklılığı - fiber optik iletişim hatlarının hizmet ömrü en az 25 yıldır.

Fiber optik iletişim türünün dezavantajları

• Elektrik sinyallerini ışığa ve ışığı elektrik sinyallerine dönüştüren aktif hat elemanlarının nispeten yüksek maliyeti;
• Nispeten yüksek fiber optik ekleme maliyeti. Bu, hassas ve dolayısıyla pahalı teknolojik ekipman gerektirir. Sonuç olarak, bir optik kablo koptuğunda, FOCL'yi eski haline getirmenin maliyeti, bakır kablolarla çalışmaktan daha yüksektir.

Bir fiber optik hattın elemanları

• optik alıcı

Optik alıcılar, bir fiber optik kablo üzerinden iletilen sinyalleri algılar ve bunu elektrik sinyallerine dönüştürür, bu sinyaller daha sonra bunları ve ayrıca saat sinyallerini yükseltir ve yeniden şekillendirir. Cihazın baud hızına ve sistem özelliklerine bağlı olarak, veri akışı seriden paralele dönüştürülebilir.

• optik verici

Bir fiber optik sistemdeki bir optik verici, sistemin bileşenleri tarafından sağlanan elektriksel veri dizisini bir optik veri akışına dönüştürür. Verici, bir saat sentezleyiciye (sistem ayarına ve bit hızına bağlıdır), bir sürücüye ve bir optik sinyal kaynağına sahip bir paralel-seri dönüştürücüden oluşur. Optik iletim sistemleri için çeşitli optik kaynaklar kullanılabilir. Örneğin, ışık yayan diyotlar genellikle kısa mesafeli iletişim için düşük maliyetli yerel alan ağlarında kullanılır. Ancak geniş bir spektral bant genişliği ve ikinci ve üçüncü optik pencerelerin dalga boylarında çalışmanın imkansızlığı LED'in telekomünikasyon sistemlerinde kullanılmasına izin vermemektedir.

• preamplifikatör

Amplifikatör, fotodiyot sensöründen gelen asimetrik akımı, yükseltilen ve diferansiyel bir sinyale dönüştürülen asimetrik bir voltaja dönüştürür.

• Çip senkronizasyonu ve veri kurtarma

Bu mikro devre, alınan veri akışından saat sinyallerini ve bunların saatini geri kazanmalıdır. Saat kurtarma için gereken faz kilitlemeli döngü devresi de saat çipine tam olarak entegre edilmiştir ve harici bir saat referansı gerektirmez.

• Seriden paralele dönüştürme bloğu

• Seri dönüştürücüye paralel

• lazer şekillendirici

Ana görevi, lazer diyodunun doğrudan modülasyonu için öngerilim akımı ve modülasyon akımı sağlamaktır.

• Optik kablo, ortak bir koruyucu kılıf altında optik fiberlerden oluşur.

tek modlu fiber

Yeterince küçük bir fiber çapı ve uygun bir dalga boyu ile, fiber boyunca tek bir ışın yayılacaktır. Genel olarak, çekirdek çapının tek modlu sinyal yayılma modu için seçilmiş olması, fiber tasarımının her bir bireysel varyantının özelliğini gösterir. Yani, tek mod, kullanılan dalganın spesifik frekansına göre fiberin özellikleri olarak anlaşılmalıdır. Yalnızca bir ışının yayılması, modlar arası dağılımdan kurtulmayı mümkün kılar ve bu nedenle, tek modlu fiberler çok daha üretkendir. Şu anda dış çapı yaklaşık 8 mikron olan bir çekirdek kullanılıyor. Çok modlu fiberlerde olduğu gibi, hem kademeli hem de gradyan malzeme yoğunluğu dağılımları kullanılır.

İkinci seçenek daha etkilidir. Tek modlu teknoloji daha ince, daha pahalı ve şu anda telekomünikasyonda kullanılıyor. Optik fiber, dijital verilerin geniş mesafelerde yüksek hızlı, kayıpsız iletimine izin vermeleri açısından elektronik iletişimden üstün olan fiber optik iletişim hatlarında kullanılır. Fiber optik hatlar, yeni bir ağ oluşturabilir veya mevcut ağları - fiziksel olarak fiber seviyesinde veya mantıksal olarak - veri aktarım protokolleri seviyesinde bağlanan fiber optik ana hatların bölümleri - birleştirmeye hizmet edebilir. FOCL üzerinden veri aktarım hızı saniyede yüzlerce gigabit olarak ölçülebilir. Verilerin 100 Gb / s hızında iletilmesine izin veren bir standart halihazırda sonuçlandırılmaktadır ve 10 Gb Ethernet standardı, modern telekomünikasyon yapılarında birkaç yıldır kullanılmaktadır.

çok modlu fiber

Çok modlu bir optik fiberde, çok sayıda mod aynı anda yayılabilir - fibere farklı açılardan giren ışınlar. Çok modlu optik fiber, nispeten büyük bir çekirdek çapına (standart değerler 50 ve 62,5 µm) ve buna bağlı olarak büyük bir sayısal açıklığa sahiptir. Çok modlu fiberin daha büyük çekirdek çapı, fibere optik radyasyon enjeksiyonunu basitleştirir ve çok modlu fiber için daha yumuşak tolerans gereksinimleri, optik alıcı-vericilerin maliyetini düşürür. Bu nedenle, çok modlu fiber, küçük ölçüde yerel ve ev ağlarında hakimdir.

Çok modlu fiberin ana dezavantajı, farklı modların fiberde farklı optik yollar oluşturması nedeniyle ortaya çıkan modlar arası dağılımın varlığıdır. Bu fenomenin etkisini azaltmak için, fiberdeki modların parabolik yörüngeler boyunca yayılması ve optik yollarındaki fark ve dolayısıyla modlar arası dağılımın çok daha küçük olması nedeniyle, gradyan kırılma indeksine sahip çok modlu bir fiber geliştirilmiştir. . Bununla birlikte, gradyan çok modlu fiberler ne kadar dengeli olursa olsun, verimleri tek modlu teknolojilerle karşılaştırılamaz.

Fiber optik alıcı-vericiler

Verilerin optik kanallardan iletilmesi için, sinyallerin elektriksel formdan optik forma dönüştürülmesi, bir iletişim hattı üzerinden iletilmesi ve ardından alıcıda tekrar elektriksel forma dönüştürülmesi gerekir. Bu dönüşümler, optik bileşenlerle birlikte elektronik bileşenleri de içeren alıcı-verici cihazda gerçekleşir.

İletim teknolojisinde yaygın olarak kullanılan zaman bölmeli çoklayıcı, aktarım hızını 10 Gb/sn'ye kadar artırmanıza olanak tanır. Modern yüksek hızlı fiber optik sistemler, aşağıdaki iletim hızı standartlarını sunar.

Yeni dalga boyu bölmeli çoğullama veya spektral bölmeli çoğullama yöntemleri, veri iletim yoğunluğunu artırmayı mümkün kılar. Bunu yapmak için, her bir akışın farklı dalga boylarında iletimi kullanılarak tek bir fiber optik kanal üzerinden çok sayıda multipleks bilgi akışı gönderilir. WDM alıcısı ve vericisindeki elektronik bileşenler, zaman bölmeli bir sistemde kullanılanlardan farklıdır.

Fiber optik haberleşme hatları uygulaması

Optik fiber, şehir, bölgesel ve federal iletişim ağları oluşturmak ve ayrıca şehir otomatik telefon santralleri arasındaki bağlantı hatlarını düzenlemek için aktif olarak kullanılmaktadır. Bunun nedeni, fiber ağların hızı, güvenilirliği ve yüksek bant genişliğidir. Ayrıca fiber optik kanalların kullanılmasıyla kablolu televizyon, uzaktan video izleme, video konferans ve video yayını, telemetri ve diğer bilgi sistemleri bulunmaktadır. Gelecekte, fiber optik ağların konuşma sinyallerinin optik sinyallere dönüştürülmesini kullanması bekleniyor.

Fiber optik iletişim hatları

Fiber optik iletişim hatları

(FOCL), bilgilerin fiber optik elemanlar kullanılarak iletildiği optik iletişim hatları. FOCL, verici ve alıcı optik modüller, fiber optik kablolar ve fiber optik konektörlerden oluşur. Optik fiber, uzun mesafelerde büyük miktarda bilgi iletmek için en mükemmel ortamdır. Geleneksel tellerde kullanılan bakırın aksine, yaygın olarak bulunabilen ve ucuz bir malzeme olan silikon dioksit bazlı silikadan yapılmıştır. Optik fiber çok kompakt ve hafiftir, çapı sadece yakl. 100 mikron Fiber ışık kılavuzları, uçları yapıştırılmış veya sinterlenmiş, opak bir kılıfla korunan ve cilalı bir yüzeye sahip uçları olan fiber optik demetlerdir. Cam elyafı bir yalıtkandır, bu nedenle fiber optik iletişim sistemleri oluştururken, tek tek optik elyafların birbirinden izole edilmesi gerekmez. Optik fiberin dayanıklılığı 25'e kadardır.

Fiber optik iletişim hatları oluşturulurken, elektrik sinyallerini ışığa, ışığı da elektrik sinyallerine dönüştüren yüksek güvenilirliğe sahip elektronik elemanların yanı sıra düşük optik kayıplara sahip optik konektörlere ihtiyaç duyulur. Bu nedenle, bu tür hatların montajı pahalı ekipman gerektirir. Bununla birlikte, fiber optik iletişim hatlarını kullanmanın avantajları o kadar büyüktür ki, optik fiberlerin listelenen dezavantajlarına rağmen, bu iletişim hatları bilgi iletmek için giderek daha fazla kullanılmaktadır. Işık dalgaları bir optik fiberde birbirinden bağımsız olarak yayılabileceğinden, bilgi aynı anda iki yönde iletilerek veri aktarım hızı artırılabilir. Bu, optik iletişim kanalının bant genişliğini iki katına çıkarmayı mümkün kılar.

Fiber optik iletişim hatları elektromanyetik girişime karşı dirençlidir ve optik fiberler yoluyla iletilen hatlar yetkisiz erişime karşı korunur. Bu tür iletişim hatlarına hattın bütünlüğü bozulmadan bağlanmak mümkün değildir. İlk kez, fiber optik üzerinden sinyal iletimi 1975 yılında gerçekleştirildi. Günümüzde, binlerce kilometrelik mesafeler üzerinden uzun mesafeli optik iletişim sistemleri hızla gelişiyor. Transatlantik iletişim hatları ABD - Avrupa, Pasifik hattı ABD - Hawai Adaları - Japonya başarıyla işletilmektedir. Japonya-Singapur-Hindistan-Suudi Arabistan-Mısır-İtalya küresel bir fiber optik iletişim hattının inşasını tamamlamak için çalışmalar devam etmektedir. TransTeleCom, Rusya'da 36.000 km'den daha uzun bir fiber optik iletişim ağı oluşturdu. Uydu haberleşme kanalları ile yedeklenmektedir. con. 2001 Birleşik bir omurga dijital iletişim ağı oluşturuldu. Nüfusun% 85-90'ının yaşadığı Rusya'nın 89 bölgesinin 56'sında uzun mesafeli ve uluslararası telefon iletişimi, İnternet, kablolu televizyon hizmetleri sunmaktadır.

Ansiklopedi "Teknoloji". - M.: Rosman. 2006 .

Diğer sözlüklerde "fiber optik iletişim hatları" nın ne olduğuna bakın:

Bir fiber optik iletişim hattı (FOCL), bir fiber optik kablo üzerinden optik bir sinyal iletmek için tasarlanmış pasif ve aktif elemanlardan oluşan bir fiber optik sistemdir. İçindekiler FOCL 2 Kurulumunun 1 Öğesi ... ... Wikipedia

fiber optik haberleşme sistemi- — [E.S. Alekseev, A.A. Myachev. Bilgisayar sistemleri mühendisliğinin İngilizce Rusça açıklayıcı sözlüğü. Moskova 1993] fiber optik iletişim sistemi Modüle edilmiş veya modüle edilmemiş optik enerjinin bir fiber optik ortam üzerinden iletimi, ... ...

RD 45.047-99: Rusya VSS'sinin ana ve bölge içi birincil ağlarındaki fiber optik iletim hatları. Teknik operasyon. Kılavuz teknik materyal- Terminoloji RD 45.047 99: Rusya VSS'sinin omurgası ve bölge içi birincil ağları üzerindeki fiber optik iletim hatları. Teknik operasyon. Rehberlik teknik materyali: 3.1.18 "KAZA" kalite parametreleri limitlerin dışında ... ... Normatif ve teknik dokümantasyon terimlerinin sözlük referans kitabı

fiber optik kablo- Bir veya daha fazla optik fiber içeren ve veri iletimi için tasarlanmış bir kablo. fiber optik kablo [Luginsky Ya.N. et al.İngilizce Rusça Elektrik Mühendisliği Sözlüğü ve ... ... Teknik Tercümanın El Kitabı

fiber optik adaptör- Optik fişleri bağlamak ve optik fiberleri bağlamak için kullanılan pasif bir cihaz. [SN RK 3.02 17 2011] fiber optik adaptör İki kabloyu konumlandırmak ve bağlamak için tasarlanmış bir anahtarlama ekipmanı bileşeni ... ... Teknik Tercümanın El Kitabı

fiber optik hat- Bağlandığında bir iletim yolu oluşturan fiber optik segmentler ve tekrarlayıcılardan oluşan bir koleksiyon. [Kaynak] Konular optik bağlantılar EN fiber optik bağlantı ... Teknik Tercümanın El Kitabı

fiber optik zayıflatıcı- Optik sinyalin gücünü azaltmak için fiber optik iletim sistemine takılan bir bileşen. Genellikle bir fotodetektör tarafından alınan optik gücü, optiğin hassasiyet limitleriyle sınırlamak için kullanılır ... ... Teknik Tercümanın El Kitabı

- (FOCL), Fiber optik iletişim hattı (FOCL), optik (genellikle yakın kızılötesi) aralıkta bilgi iletmek için tasarlanmış, pasif ve aktif elemanlardan oluşan bir fiber optik sistemdir. İçindekiler 1 ... Vikipedi

Bilgileri kontrol edin. Gerçeklerin doğruluğunu ve bu makalede sunulan bilgilerin güvenilirliğini kontrol etmek gerekir. Tartışma sayfasında açıklamalar olmalı ... Wikipedia

Bilginin bir yerden başka bir yere teller, kablolar, fiber optik hatlar üzerinden veya hiç kılavuz hatlar olmadan gönderilen elektrik sinyalleri şeklinde iletilmesi tekniği. Teller üzerinden yönlü iletim genellikle bir ... ... Collier Ansiklopedisi

Kitabın

• Fiber optik haberleşme hatları ve dış etkilerden korunmaları, Sokolov S.. Optik fiberlerin fiziksel temelleri, yapısı ve uygulamaları hakkında temel bilgiler, optik sinyal iletiminin ilkeleri ve teknolojisi, fiber optiğin yapısı ve çalışması…

Fiber optik hatlar, optik aralıktaki bilgileri iletmek için tasarlanmış hatlar olarak adlandırılır. Sovyet Enformasyon Bürosu'na göre, 1980'lerin sonunda fiber optik hat kullanımındaki artış oranı %40'tı. Birliğin uzmanları, bazı ülkelerin bakır çekirdeği tamamen reddettiğini varsaydı. Kongre, 12'nci beş yıllık plan için iletişim hatlarının hacminin %25 artırılmasına karar verdi. Fiber optik geliştirmek için de tasarlanan on üçüncüsü, SSCB'nin çöküşünü yakaladı, ilk hücresel operatörler ortaya çıktı. Bu arada, uzmanların nitelikli personel ihtiyacındaki artışa ilişkin tahmini başarısız oldu ...

çalışma prensibi

Yüksek frekanslı sinyallerin popülaritesindeki patlamanın nedenleri nelerdir? Modern ders kitapları, sinyal yenileme ihtiyacının azaltılmasından, maliyetten, kanal kapasitesinin arttırılmasından bahseder. Sovyet mühendisleri farklı bir şekilde tartışarak öğrendiler: bakır kablo, zırh, ekran dünyanın bakır üretiminin% 50'sini,% 25'ini kurşun alıyor. Yeterince bilinmeyen bir gerçek, Vordencliffe kule projesi Nikola Tesla'nın sponsorlarının terk edilmesinin ana nedeniydi (adı, araziyi bağışlayan hayırseverin adıyla verildi). Tanınmış bir Sırp bilim adamı, kablosuz olarak bilgi ve enerji iletmek istedi ve birçok yerel bakır izabe tesisi sahibini korkuttu. 80 yıl sonra tablo dramatik bir şekilde değişti: insanlar demir dışı metalleri koruma ihtiyacının farkına vardılar.

Elyaf... camdan yapılmıştır. Makul miktarda özellik değiştiren polimerlerle tatlandırılmış sıradan bir silikat. Sovyet ders kitapları, yeni teknolojinin popülaritesinin belirtilen nedenlerine ek olarak şunları söylüyor:

1. Rejenerasyon ihtiyacında azalmaya neden olan sinyallerin düşük zayıflaması.
2. Kıvılcım yok, dolayısıyla yangın güvenliği, sıfır patlama tehlikesi.
3. Kısa devre imkansızlığı, azaltılmış bakım ihtiyacı.
4. Elektromanyetik girişime karşı duyarsız.
5. Düşük ağırlık, nispeten küçük boyutlar.

Başlangıçta, fiber optik hatların büyük otoyolları birbirine bağlaması gerekiyordu: şehirler, banliyöler, otomatik telefon santralleri arasında. Sovyet uzmanları, kablo devrimini katı hal elektroniğinin ortaya çıkışına benzer olarak adlandırdılar. Teknolojinin gelişimi, kaçak akımlardan ve karışmadan arınmış ağlar inşa etmeyi mümkün kıldı. Yüz kilometrelik bir bölüm, aktif sinyal yenileme yöntemlerinden yoksundur. Tek modlu bir kablonun yuvası genellikle 12 km, çok modlu - 4 km'dir. Son mil genellikle bakırla kaplıdır. Sağlayıcılar, son siteleri bireysel kullanıcılara tahsis etmeye alışkındır. Yüksek hızlar, ucuz alıcı-vericiler, cihaza aynı anda güç sağlama yeteneği, doğrusal modların kullanım kolaylığı yoktur.

Verici

Tipik huzme oluşturucular, katı hal lazerleri dahil olmak üzere yarı iletken LED'lerdir. Tipik bir pn bağlantısının yaydığı sinyal spektrumunun genişliği 30-60 nm'dir. İlk katı hal cihazlarının verimliliği zar zor %1'e ulaştı. Bağlı LED'lerin temeli genellikle indiyum-galyum-arsenik-fosforun yapısıdır. Cihazlar, daha düşük bir frekans (1,3 µm) yayarak, spektrumun önemli ölçüde yayılmasını sağlar. Ortaya çıkan dağılım, bit hızını (10-100 Mbps) ciddi şekilde sınırlar. Bu nedenle, LED'ler yerel ağ kaynakları oluşturmak için uygundur (2-3 km mesafe).

Çoklamalı frekans bölümü, çok frekanslı diyotlar tarafından gerçekleştirilir. Günümüzde kusurlu yarı iletken yapılar, spektral özellikleri önemli ölçüde iyileştiren dikey yayan lazerlerle aktif olarak değiştirilmektedir. artan hız. Tek sipariş fiyatı. Uyarılmış emisyon teknolojisi çok daha yüksek güçler (yüzlerce mW) getirir. Tutarlı radyasyon, tek modlu hatların %50'lik bir verimliliğini sağlar. Kromatik dağılımın etkisi azaltılarak daha yüksek bit hızlarına izin verilir.

Kısa şarj rekombinasyon süresi, radyasyonun besleme akımının yüksek frekansları ile modüle edilmesini kolaylaştırır. Dikey olanlara ek olarak şunları kullanırlar:

1. Geri bildirim lazerleri.
2. Fabry-Perot rezonatörleri.

Uzun mesafeli iletişim hatlarında yüksek bit hızları, harici modülatörler kullanılarak elde edilir: elektro-absorpsiyon, Mach-Zehnder interferometreler. Harici sistemler chirp güç kaynağı ihtiyacını ortadan kaldırır. Ayrık sinyalin kesim spektrumu daha da iletilir. Ek olarak, diğer taşıyıcı kodlama teknikleri geliştirilmiştir:

• Dördün faz kaydırmalı anahtarlama.
• Ortogonal frekans bölmeli çoğullama.
• Genlik dördün modülasyonu.

Prosedür, dijital sinyal işlemcileri tarafından gerçekleştirilir. Eski yöntemler yalnızca doğrusal bileşeni telafi ediyordu. Berenger, modülatörü Wien serisi, DAC ve kesik, zamandan bağımsız Volterra serisinde modellenen amplifikatör açısından ifade etti. Khana, ek olarak bir polinom verici modeli kullanmayı önerir. Her seferinde serinin katsayıları dolaylı bir öğrenme mimarisi kullanılarak bulunur. Dutel birçok ortak değişken kaydetti. Faz çapraz korelasyonu ve dördün alanları, senkronizasyon sistemlerinin kusurluluğunu taklit eder. Doğrusal olmayan etkiler benzer şekilde telafi edilir.

Alıcılar

Fotodetektör, ters ışıktan elektriğe dönüşüm gerçekleştirir. Katı hal alıcılarının aslan payı indiyum-galyum-arsenik yapısını kullanır. Bazen pin-fotodiyotlar, çığ vardır. Metal-yarı iletken-metal yapılar, rejeneratörleri, kısa dalga çoklayıcıları yerleştirmek için idealdir. Optoelektrik dönüştürücüler genellikle dijital bir sinyal üreten sınırlayıcılar olan geçiş empedans yükselteçleri ile desteklenir. Ardından, faz kilitli döngü ile saat darbelerinin geri kazanımı uygulanır.

Işığın camdan iletimi: bir tarihçe

Troposferik iletişimi mümkün kılan kırılma olgusu öğrenciler tarafından sevilmemektedir. Karmaşık formüller, ilgi çekici olmayan örnekler, öğrencinin bilgi sevgisini öldürür. Işık kılavuzu fikri uzak 1840'larda doğdu: Daniel Colladon, Jacques Babinet (Paris) kendi derslerini baştan çıkarıcı, görsel deneylerle süslemeye çalıştılar. Orta Çağ Avrupa'sındaki öğretmenlere düşük ücret ödeniyordu, bu nedenle para taşıyan yoğun bir öğrenci akışı hoş bir olasılık gibi görünüyordu. Öğretim görevlileri seyirciyi herhangi bir şekilde cezbetti. John Tyndall adında biri, 12 yıl sonra bu fikirden yararlandı ve çok daha sonra optik yasalarını tartışan bir kitap (1870) yayınladı:

• Işık hava-su arayüzünden geçer, kirişin dikeye göre kırılması gözlenir. Demetin ortogonal çizgiye teğetlik açısı 48 dereceyi aşarsa, fotonlar sıvıyı terk etmeyi bırakır. Enerji tamamen geri yansıtılır. Sınır, ortamın sınırlayıcı açısı olarak adlandırılır. Su 48 derece 27 dakika, silikat cam 38 derece 41 dakika, elmas 23 derece 42 dakikadır.

19. yüzyılın doğuşu, Petersburg-Varşova hattına 1200 km uzunluğunda hafif bir telgraf getirdi. Mesaj operatörleri tarafından yenileme her 40 km'de bir gerçekleştirildi. Mesaj birkaç saat sürdü, hava ve görüş engellendi. Radyo iletişiminin ortaya çıkışı eski yöntemlerin yerini aldı. İlk optik çizgiler 19. yüzyılın sonlarına kadar uzanıyor. Doktorlar yeniliği beğendi! Bükülmüş cam elyafı, insan vücudunun herhangi bir boşluğunu aydınlatmayı mümkün kıldı. Tarihçiler, olayların gelişimi için aşağıdaki zaman çizelgesini sunar:

Henry St. Rene fikri, televizyonu geliştirmeye karar veren Yeni Dünya yerleşimcileri (1920'ler) tarafından sürdürüldü. Clarence Hansell, John Logie Baird öncü oldular. On yıl sonra (1930), tıp öğrencisi Heinrich Lamm, cam kılavuzlarla görüntü aktarma olasılığını kanıtladı. Bilgi arayıcısı, vücudun içini incelemeye karar verdi. Görüntü kalitesi topaldı, İngiliz patenti alma girişimi başarısız oldu.

Elyafın doğuşu

Bağımsız olarak, Hollandalı bilim adamı Abraham van Heel, Briton Harold Hopkins, Narinder Singh Kapani (1954) elyafı icat etti. İlkinin değeri, merkezi çekirdeği, düşük kırılma indisine (havaya yakın) sahip şeffaf bir kabukla kaplama fikrindedir. Yüzey çizilmeye karşı koruma, iletim kalitesini büyük ölçüde iyileştirdi (mucitlerin çağdaşları, fiber hatların yüksek kayıplarda kullanılmasının önündeki ana engeli gördüler). İngilizler ayrıca 10.000 parçalık bir lif demeti toplayarak, 75 cm mesafeden bir görüntü ileterek önemli bir katkı sağladılar "Statik tarama kullanan esnek fiberoskop" notu Nature (1954) dergisini süsledi.

Bu ilginç! Narinder Singh Kapani, American Science'ta (1960) bir makalede fiberglas terimini ortaya attı.

1956, Basil Hirshovitz, Wilbur Peters, Lawrence Curtiss (Michigan Üniversitesi) tarafından dünyaya yeni bir esnek gastroskop getirdi. Noviki'nin özel bir özelliği, elyafların cam kılıfıydı. Elias Snitzer (1961), tek modlu fiber fikrini duyurdu. O kadar ince ki, girişim deseninin yalnızca bir zerresi içine sığabilir. Fikir, doktorların (yaşayan) bir kişinin içini incelemesine yardımcı oldu. Kayıplar 1 dB/m olarak gerçekleşti. İletişimin ihtiyaçları çok daha genişledi. 10-20 dB/km eşiğine ulaşmak gerekiyordu.

1964 bir dönüm noktası olarak kabul edilir: Dr. Kao, uzun mesafeli iletişimin teorik temellerini tanıtan hayati bir belirtim yayınladı. Belge, yukarıdaki şekli aktif olarak kullandı. Bilim adamı, en yüksek saflaştırma derecesine sahip camın kayıpları azaltmaya yardımcı olacağını kanıtladı. Alman fizikçi (1965) Manfred Börner (Telefunken Research Labs, Ulm) ilk uygulanabilir telekomünikasyon hattını tanıttı. NASA, yenilikleri kullanarak ay görüntüsünü hemen aktardı (gelişmeler gizliydi). Birkaç yıl sonra (1970), Corning Glass'ın üç çalışanı (konunun başına bakın) silikon oksit eritmek için teknolojik bir döngü uygulayan bir patent başvurusunda bulundu. Büro metni üç yıl boyunca değerlendirdi. Yeni çekirdek, kanalın kapasitesini bakır kabloya göre 65.000 kat artırdı. Dr. Cao'nun ekibi hemen hatırı sayılır bir mesafe kat etmeye çalıştı.

Bu ilginç! 45 yıl sonra (2009) Kao, Nobel Fizik Ödülü'ne layık görüldü.

ABD hava savunmasının (NORAD bölümü, Cheyenne Dağları) askeri bilgisayarları (1975) yeni iletişimler aldı. Optik İnternet, kişisel bilgisayarlardan önce uzun zaman önce ortaya çıktı! İki yıl sonra, 1,5 millik bir telefon hattının (Chicago banliyösü) test çalışmaları 672 ses kanalını başarıyla iletti. Cam üfleyiciler yorulmadan çalıştılar: 80'lerin başında 4 dB/km'lik bir zayıflama ile fiberin ortaya çıkışı sağlandı. Silikon oksidin yerini başka bir yarı iletken - germanyum aldı.

Teknolojik hat ile yüksek kaliteli kablo üretim hızı 2 m/s idi. Chemie Thomas Mensah, sınırı yirmi kat artıran bir teknoloji geliştirdi. Yenilik nihayet bakır kablodan daha ucuz hale geldi. Aşağıdakiler yukarıda özetlenmiştir: yeni teknolojinin tanıtımında bir artış oldu. Tekrarlayıcı aralığı 70-150 km idi. Erbiyum iyonları ile katkılanmış fiber yükseltici, bina hatlarının maliyetini önemli ölçüde azalttı. On üçüncü beş yıllık planın zamanları, gezegene 25 milyon kilometre fiber optik ağ getirdi.

Fotonik kristallerin icadı, gelişmeye yeni bir ivme kazandırdı. İlk ticari modeller 2000'i getirdi. Yapıların periyodikliği, gücü önemli ölçüde artırmayı mümkün kıldı, fiber tasarımı, frekansı takip ederek esnek bir şekilde ayarlandı. 2012 yılında Nippon Telgraf ve Telefon Şirketi tek bir fiber ile 50 km mesafede 1 petabit/s hıza ulaşmıştır.

askeri sanayi

Monmouth Mesajında ​​yayınlanan ABD askeri endüstrisinin yürüyüşünün hikayesi güvenilir bir şekilde biliniyor. 1958'de, Fort Monmouth'un (Birleşik Devletler Ordusu Sinyal Kolordusu Laboratuarları) kablo yöneticisi, yıldırım ve yağış tehlikelerini bildirdi. Resmi alarma geçen araştırmacı Sam De Vita, yeşil bakırın yerine geçmesini istedi. Cevap, cam, fiber, ışık sinyallerini denemek için bir teklif içeriyordu. Ancak, Sam Amca'nın o zamanki mühendisleri sorunu çözmek için güçsüzdü.

Sıcak bir Eylül 1959'da Di Vita, Teğmen 2. Derece Richard Sturzebecher'a optik sinyal iletebilen camın formülünü bilip bilmediğini sordu. Cevap, Alfred Üniversitesi'nden bir örnek olan silikon oksitle ilgili bilgiler içeriyordu. Malzemelerin kırılma indeksini mikroskopla ölçen Richard'ın başı ağrıdı. % 60-70 cam tozu, gözleri tahriş ederek parlak ışığın serbestçe geçmesine izin verir. En saf camı elde etme ihtiyacını akılda tutan Sturzebecher, silikon klorür IV kullanarak modern üretim yöntemlerini inceledi. Di Vita, malzemeyi uygun buldu ve hükümetin Corning'in cam üfleyicileriyle pazarlık yapmasına izin vermeye karar verdi.

Yetkili, işçileri iyi tanıyordu, ancak fabrikanın bir devlet sözleşmesi alması için durumu kamuoyuna açıklamaya karar verdi. 1961 ile 1962 yılları arasında saf silikon oksit kullanma fikri araştırma laboratuvarları tarafından devralındı. Federal ödenekler yaklaşık 1 milyon doları buldu (1963-1970 aralığı). Program, hızla bakırın yerini almaya başlayan multi-milyar dolarlık bir fiber optik kablo endüstrisinin gelişmesiyle (1985) sona erdi. Di Vita, 97 yaşına kadar (ölüm yılı 2010) yaşayan bir endüstri danışmanı olarak kaldı.

kablo çeşitleri

Kablo formu:

1. Çekirdek.
2. Kabuk.
3. Koruyucu kapak.

Fiber, sinyalin toplam yansımasını uygular. İlk iki bileşenin malzemesi geleneksel olarak camdır. Bazen ucuz bir ikame bulurlar - bir polimer. Optik kablolar füzyonla birleştirilir. Çekirdeği hizalamak beceri gerektirecektir. 50 mikronun üzerinde kalınlığa sahip çok modlu kablonun lehimlenmesi daha kolaydır. İki küresel çeşit, mod sayısı bakımından farklılık gösterir:

• Multimode, kalın bir çekirdeğe (50 mikronun üzerinde) sahiptir.
• Tekli mod çok daha incedir (10 mikrondan daha az).

Paradoks: Daha küçük bir kablo, uzun mesafeli iletişim sağlar. Dört çekirdekli bir transatlantiğin maliyeti 300 milyon dolar. Çekirdek, ışığa dayanıklı bir polimer ile kaplanmıştır. New Scientist dergisi (2013), Southampton Üniversitesi'nden bir bilimsel grubun 310 metrelik bir alanı kapsayan deneylerini yayınladı ... bir dalga kılavuzuyla! Pasif dielektrik eleman 77.3 Tbps hız gösterdi. İçi boş tüpün duvarları bir fotonik kristal tarafından oluşturulmuştur. Bilgi akışı, ışığın %99,7'si hızında hareket etti.

fotonik kristal elyaf

Bir dizi tüpten oluşan yeni bir kablo türü, konfigürasyon yuvarlak bir bal peteğini andırıyor. Fotonik kristaller, doğal sedefe benzer ve kırılma indeksinde farklılık gösteren periyodik konformasyonlar oluşturur. Bazı dalga boyları bu tür tüplerin içinde zayıflatılır. Kablo bant genişliğini gösterir, Bragg kırılmasına uğrayan ışın yansıtılır. Yasak bantların varlığından dolayı tutarlı sinyal fiber boyunca hareket eder.

Ye ve Yariv'in (1978) ilk tasarımı, farklı malzemelerden yapılmış iki veya daha fazla eşmerkezli katmanla temsil edilir. Tasarımlar sürekli yeni görünümlerle güncellenir. Russell (1996, fotonik kristal elyaf teriminin yazarı) bal peteği şeklindeki elyaf setini tanıttı, iki yıl sonra çekirdeğin bir boşlukla değiştirileceğini tahmin ettiler. Elde edilen zayıflama etkileyicidir:

1. Boşluk - 1,2 dB / km.
2. Katı - 0,37 dB / km.

Üretim teknolojisi geleneksel olana benzer. Nispeten kalın bir iş parçası kademeli olarak dışarı çekilir. Saçlar kilometrelerce uzar. Malzemeler araştırma aşamasındadır.

Frekanslar

Hız, iletim aralığı, dağılma, zayıflama etkileri ile sınırlıdır. Araştırmacılar, kusurları en aza indiren dalga boylarını bulmuşlardır. Telekomünikasyon tarafından kullanılan birkaç pencere oluşturulmuştur:

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

Pencereler süreklidir, mevcut iletişim sistemleri aynı anda iki veya üçten oluşabilir. Tarihsel olarak, kayıpların engelleyici olduğu ortaya çıktığı için bugün ilk boşluk (800-900 nm) kaldırıldı. Windows O, E, sıfır dağılım ile karakterize edilir. Daha sık olarak, minimum zayıflamanın (maksimum iletim mesafesi) avantajlarını gösteren S, C kullanılır.