Princíp prevodu a prenosu informácií na optických vláknach
Moderné komunikačné linky určené na prenos informácií na veľké vzdialenosti sú často len optické linky, a to z dôvodu pomerne vysokej účinnosti tejto technológie, ktorú už dlhé roky úspešne preukazuje napríklad ako prostriedok na poskytovanie širokopásmového prístupu k internetu. .
Samotné vlákno pozostáva zo skleneného jadra obklopeného plášťom s indexom lomu nižším ako má jadro. Svetelný lúč zodpovedný za prenos informácií pozdĺž vedenia sa šíri pozdĺž jadra vlákna, odráža sa na svojej ceste od plášťa a teda neprechádza mimo prenosové vedenie.
Zdroj svetla tvoriaci lúč je zvyčajne diódový alebo polovodičový laser, zatiaľ čo samotné vlákno môže byť v závislosti od priemeru jadra a distribúcie indexu lomu jednovidové alebo viacvidové.
Optické vlákna v komunikačných linkách sú nadradené elektronickým komunikačným prostriedkom a umožňujú vysokorýchlostný a bezstratový prenos digitálnych dát na veľké vzdialenosti.
Optické vedenia môžu v zásade tvoriť samostatnú sieť alebo slúžiť na zjednotenie už existujúcich sietí – úsekov optických diaľnic fyzicky spojených na úrovni optického vlákna alebo logicky – na úrovni protokolov prenosu dát.
Rýchlosť prenosu dát po optických linkách sa dá merať v stovkách gigabitov za sekundu, napríklad štandard 10 Gbit Ethernet, ktorý sa už mnoho rokov používa v moderných telekomunikačných štruktúrach.
Za rok vynálezu vláknovej optiky sa považuje rok 1970, keď Peter Schultz, Donald Keck a Robert Maurer – vedci z Corningu – vynašli nízkostratové optické vlákno, ktoré otvorilo možnosť duplikácie káblového systému na prenos telefónneho signálu. bez opakovačov. Vývojári vytvorili drôt, ktorý umožňuje ušetriť 1% výkonu optického signálu vo vzdialenosti 1 kilometer od zdroja.
Toto bol zlomový bod pre technológiu. Linky boli pôvodne navrhnuté na prenos stoviek fáz svetla súčasne, neskôr bolo vyvinuté jednofázové vlákno s vyšším výkonom schopným udržať integritu signálu na väčšie vzdialenosti. Jednofázové vlákno s nulovým posunom je najžiadanejším typom vlákna od roku 1983 dodnes.
Na prenos údajov cez optické vlákno sa signál musí najskôr previesť z elektrického na optický, potom sa prenesie po linke a potom sa v prijímači prevedie späť na elektrický.Celé zariadenie sa nazýva transceiver a zahŕňa nielen optické, ale aj elektronické komponenty.
Prvým prvkom optickej linky je teda optický vysielač. Prevádza sériu elektrických údajov na optický tok. Vysielač obsahuje: paralelný na sériový prevodník so syntezátorom synchronizačných impulzov, budič a zdroj optického signálu.
Zdrojom optického signálu môže byť laserová dióda alebo LED. Bežné LED diódy sa v telekomunikačných systémoch nepoužívajú. Predpätie a modulačný prúd pre priamu moduláciu laserovej diódy sú dodávané laserovým budičom. Potom je svetlo privádzané cez optický konektor - do vlákna optický kábel.
Na druhej strane vedenia sú signál a časovací signál detekované optickým prijímačom (väčšinou fotodiódovým snímačom), kde sú prevedené na elektrický signál, ktorý je zosilnený a následne je prenášaný signál rekonštruovaný. Najmä sériový dátový tok možno previesť na paralelný.
Predzosilňovač je zodpovedný za premenu asymetrického prúdu z fotodiódového snímača na napätie, za jeho následné zosilnenie a premenu na diferenciálny signál. Čip na synchronizáciu a obnovu dát obnovuje hodinové signály a ich načasovanie z prijatého dátového toku.
Multiplexer s časovým delením dosahuje rýchlosti prenosu dát až 10 Gb/s. Takže dnes existujú nasledujúce štandardy pre rýchlosť prenosu dát cez optické systémy:
Multiplexovanie s delením podľa vlnovej dĺžky a multiplexovanie s delením podľa vlnovej dĺžky vám umožňujú ďalej zvýšiť hustotu prenosu dát, keď sa na rovnakom kanáli posiela niekoľko multiplexovaných dátových tokov, ale každý tok má svoju vlastnú vlnovú dĺžku.
Jednovidové vlákno má relatívne malý vonkajší priemer jadra asi 8 mikrónov. Takéto vlákno umožňuje, aby sa ním šíril lúč so špecifickou frekvenciou, ktorá zodpovedá charakteristikám daného vlákna. Keď sa lúč pohybuje sám, problém rozptylu medzi režimami zmizne, čo vedie k zvýšeniu výkonu linky.
Rozdelenie hustoty materiálu môže byť gradientné alebo stupňovité. Gradientová distribúcia umožňuje vyššiu priepustnosť. Single-mode technológia je tenšia a drahšia ako multi-mode, ale je to single-mode technológia, ktorá sa v súčasnosti používa v telekomunikáciách.
Multimódové vlákno umožňuje súčasné šírenie viacerých prenosových lúčov pod rôznymi uhlami. Priemer jadra je zvyčajne 50 alebo 62,5 µm, takže zavedenie optického žiarenia je uľahčené. Cena transceiverov je nižšia ako u jednorežimových.
Ide o multimódové vlákno, ktoré je veľmi vhodné pre malé domáce a lokálne siete. Fenomén intermódovej disperzie sa považuje za hlavnú nevýhodu multimódového vlákna, preto na zníženie tohto škodlivého javu boli špeciálne vyvinuté vlákna s gradientným indexom lomu, takže lúče sa šíria po parabolických dráhach a rozdiel v ich optických dráhach je menší. .Tak či onak, výkon single-mode technológie zostáva stále vyšší.