Čo robí z optických vlákien?

Káble z optických vlákien Prejdite informácie ako impulzy svetla cez pramene skla alebo plastu. Slúžia ako chrbtica moderných telekomunikácií, čo umožňuje vysokorýchlostný prenos údajov na veľké vzdialenosti s minimálnou stratou signálu.

Základná funkčnosť

Vlákna optika premieňa elektrické signály na svetlo pomocou vysielača. Svetlo prechádza káblom cez celkový vnútorný odraz, odrážajúc sa medzi jadrom a opláštením. V cieľovom mieste prijímač prevádza svetlo späť na elektrické signály.

Kľúčové komponenty

• Jadro: tenké sklo/plastové stredisko prepravujúce svetlo
• Oplávanie: Vonkajšia vrstva odrážajúca svetlo dovnútra
• Náter nárazníka: ochranná plastová bunda
• Členovia sily: posilňujúce vlákna (napr. Kevlar)
• Vonkajšia bunda: exteriér odolný proti počasiu

Technické špecifikácie

Vlákna s jedným režimom (jadro 9 um) nesú infračervené laserové svetlo (1310-1550nm) pre vzdialenosti presahujúce 100 km. Multimódové vlákna (jadro 50-62,5 µm) používajú zdroje LED svetla pre kratšie cykly (≤2 km).

Porovnanie výkonnosti

Mechanika prenosu signálu

Svetelné impulzy udržiavajú integritu signálu prostredníctvom celkového vnútorného odrazu. Výpočet kritického uhla sa riadi Snellov zákon: θ _c hriech ^-1 (n ₂ /n ₁ ), kde n ₁ a n ₂ sú refrakčné indexy jadra a opláštenia.

Scenáre nasadenia

• Podmorské káble : 400 systémov s priemerom 1,3 m km na celom svete
• Ftth (Vláknina na dom) : Priame spotrebiteľské pripojenia
• Dátové centrá : Architektúra chrbtových listov s odkazmi 400 Gbps
• Priemyselný : Automatizácia továrne rezistentnej EMI

Obmedzenia a úvahy

Náklady na inštaláciu presahujú meď o 10-30%. Špecializované zariadenie potrebné na zostrih (strata 0,1 dB na spoj). Minimálny polomer ohybu (zvyčajne priemer kábla 10-20 ×) zabraňuje úniku svetla.

Časový harmonogram

1977: Prvá komerčná inštalácia (Chicago)
1988: TAT-8 Transatlantický kábel (40 000 hovorov súčasne)
2016: 4 000 km rekord (1Tbps single-kanál)
2023: Supsea Systems Dosiahnutia 24 Tb / s na pár vlákien

Budúci vývoj

Multiplexovanie priestoru pomocou viacjadrových vlákien (demonštrovaných 7 jadier). Vlákna s dutými jadrami znižujú latenciu na 3 μs/km. Integrácia s kvantovými kryptografickými sieťami.

Technický hlboký ponor

Vláknité optické systémy využívajú multiplexovanie vlnovej dĺžky (WDM) na zvýšenie kapacity. Hustá WDM (DWDM) podporuje až 160 vlnových dĺžok na vlákno, z ktorých každá má 100 Gbps. Regenerácia signálu sa vyskytuje prostredníctvom zosilňovačov vlákien dopovaných Erbium (EDFA) rozmiestnenými v intervaloch 80-100 km, čím sa udržiava optická amplifikácia bez elektrickej konverzie. Nelineárne účinky, ako je miešanie štyroch vĺn, sa stávajú významnými pri úrovniach energie presahujúcej 17 dbm, čo si vyžaduje disperzné návrhy vlákien. Kompenzácia disperzie polarizačného režimu (PMD) je rozhodujúca pre prepojenia nad 40 km pracujúcich pri 100 Gbps.

Materiál

Ultra-puzdro fúzovaný oxid kremičitý (SIO ₂ ) tvorí základný materiál, pričom doping germánium zvyšuje index lomu. Cladding používa oxid kremičitý s fluórom s 0,36% nižším indexom lomu. Výroba zahŕňa modifikované chemické ukladanie pary (MCVD), kde plyny ukladajú kremíkové vrstvy vo vnútri predformných skúmaviek pri 1900 ° C. Výkres vlákien sa vyskytuje pri 2000 ° C a ťahá 10 km/min s priemerom regulovaným na ± 0,1 µm