Η αρχή της μετατροπής και μετάδοσης πληροφοριών για οπτικές ίνες
Οι σύγχρονες γραμμές επικοινωνίας που προορίζονται για τη μετάδοση πληροφοριών σε μεγάλες αποστάσεις είναι συχνά απλώς οπτικές γραμμές, λόγω της μάλλον υψηλής απόδοσης αυτής της τεχνολογίας, την οποία έχει επιδείξει με επιτυχία για πολλά χρόνια, για παράδειγμα, ως μέσο παροχής ευρυζωνικής πρόσβασης στο Διαδίκτυο .
Η ίδια η ίνα αποτελείται από έναν πυρήνα γυαλιού που περιβάλλεται από ένα περίβλημα με δείκτη διάθλασης χαμηλότερο από αυτόν του πυρήνα. Η δέσμη φωτός που είναι υπεύθυνη για τη μετάδοση πληροφοριών κατά μήκος της γραμμής διαδίδεται κατά μήκος του πυρήνα της ίνας, αντανακλάται στο δρόμο της από την επένδυση και έτσι δεν βγαίνει έξω από τη γραμμή μετάδοσης.
Η πηγή φωτός που σχηματίζει δέσμη είναι συνήθως λέιζερ διόδου ή ημιαγωγών, ενώ η ίδια η ίνα, ανάλογα με τη διάμετρο του πυρήνα και την κατανομή του δείκτη διάθλασης, μπορεί να είναι μονής ή πολλαπλής λειτουργίας.
Οι οπτικές ίνες στις γραμμές επικοινωνίας είναι ανώτερες από τα ηλεκτρονικά μέσα επικοινωνίας, επιτρέποντας τη μετάδοση ψηφιακών δεδομένων υψηλής ταχύτητας και χωρίς απώλειες σε μεγάλες αποστάσεις.
Κατ' αρχήν, οι οπτικές γραμμές μπορούν να σχηματίσουν ένα ανεξάρτητο δίκτυο ή να χρησιμεύσουν για να ενώσουν ήδη υπάρχοντα δίκτυα — τμήματα αυτοκινητοδρόμων οπτικών ινών ενωμένα φυσικά στο επίπεδο οπτικής ίνας ή λογικά — σε επίπεδο πρωτοκόλλων μετάδοσης δεδομένων.
Η ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων μέσω οπτικών γραμμών μπορεί να μετρηθεί σε εκατοντάδες gigabits ανά δευτερόλεπτο, για παράδειγμα το πρότυπο Ethernet 10 Gbit, το οποίο χρησιμοποιείται εδώ και πολλά χρόνια στις σύγχρονες δομές τηλεπικοινωνιών.
Το έτος της εφεύρεσης των οπτικών ινών θεωρείται το 1970, όταν οι Peter Schultz, Donald Keck και Robert Maurer -επιστήμονες στο Corning- εφηύραν μια οπτική ίνα χαμηλής απώλειας που άνοιξε τη δυνατότητα αντιγραφής του καλωδιακού συστήματος για τη μετάδοση του τηλεφωνικού σήματος. χωρίς επαναλήπτες χρησιμοποιούνται. Οι προγραμματιστές έχουν δημιουργήσει ένα καλώδιο που σας επιτρέπει να εξοικονομήσετε το 1% της ισχύος οπτικού σήματος σε απόσταση 1 χιλιομέτρου από την πηγή.
Αυτό ήταν το σημείο καμπής για την τεχνολογία. Οι γραμμές σχεδιάστηκαν αρχικά για να μεταδίδουν εκατοντάδες φάσεις φωτός ταυτόχρονα, αργότερα αναπτύχθηκε μονοφασική ίνα με υψηλότερη απόδοση ικανή να διατηρεί την ακεραιότητα του σήματος σε μεγαλύτερες αποστάσεις. Η μονοφασική ίνα μηδενικής μετατόπισης είναι ο πιο περιζήτητος τύπος ινών από το 1983 μέχρι σήμερα.
Για τη μετάδοση δεδομένων μέσω μιας οπτικής ίνας, το σήμα πρέπει πρώτα να μετατραπεί από ηλεκτρικό σε οπτικό, στη συνέχεια να μεταδοθεί στη γραμμή και μετά να μετατραπεί ξανά σε ηλεκτρικό στον δέκτη.Ολόκληρη η συσκευή ονομάζεται πομποδέκτης και περιλαμβάνει όχι μόνο οπτικά αλλά και ηλεκτρονικά εξαρτήματα.
Έτσι, το πρώτο στοιχείο μιας οπτικής γραμμής είναι ένας οπτικός πομπός. Μετατρέπει μια σειρά ηλεκτρικών δεδομένων σε οπτικό ρεύμα. Ο πομπός περιλαμβάνει: μετατροπέα παράλληλου σε σειριακό με συνθεσάιζερ συγχρονισμού παλμών, πρόγραμμα οδήγησης και πηγή οπτικού σήματος.
Η πηγή του οπτικού σήματος μπορεί να είναι μια δίοδος λέιζερ ή ένα LED. Τα συμβατικά LED δεν χρησιμοποιούνται σε συστήματα τηλεπικοινωνιών. Το ρεύμα πόλωσης και το ρεύμα διαμόρφωσης για την άμεση διαμόρφωση της διόδου λέιζερ παρέχονται από τον οδηγό λέιζερ. Στη συνέχεια το φως τροφοδοτείται μέσω του οπτικού συνδετήρα—στην ίνα οπτικό καλώδιο.
Στην άλλη πλευρά της γραμμής, το σήμα και το σήμα χρονισμού ανιχνεύονται από έναν οπτικό δέκτη (κυρίως έναν αισθητήρα φωτοδιόδου) όπου μετατρέπονται σε ηλεκτρικό σήμα που ενισχύεται και στη συνέχεια το εκπεμπόμενο σήμα ανακατασκευάζεται. Συγκεκριμένα, η σειριακή ροή δεδομένων μπορεί να μετατραπεί σε παράλληλη.
Ο προενισχυτής είναι υπεύθυνος για τη μετατροπή του ασύμμετρου ρεύματος από τον αισθητήρα φωτοδιόδου σε τάση, για την επακόλουθη ενίσχυση και μετατροπή του σε διαφορικό σήμα. Το τσιπ συγχρονισμού και ανάκτησης δεδομένων ανακτά τα σήματα ρολογιού και τον χρονισμό τους από τη λαμβανόμενη ροή δεδομένων.
Ο πολυπλέκτης χρονικής διαίρεσης επιτυγχάνει ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων έως και 10 Gb/s. Έτσι σήμερα υπάρχουν τα ακόλουθα πρότυπα για την ταχύτητα μετάδοσης δεδομένων μέσω οπτικών συστημάτων:
Η πολυπλεξία διαίρεσης μήκους κύματος και η πολυπλεξία διαίρεσης μήκους κύματος σάς επιτρέπουν να αυξήσετε περαιτέρω την πυκνότητα μετάδοσης δεδομένων όταν αποστέλλονται πολλές πολυπλεξικές ροές δεδομένων στο ίδιο κανάλι, αλλά κάθε ροή έχει το δικό της μήκος κύματος.
Η ίνα μονής λειτουργίας έχει σχετικά μικρή διάμετρο εξωτερικού πυρήνα περίπου 8 μικρά. Μια τέτοια ίνα επιτρέπει σε μια δέσμη συγκεκριμένης συχνότητας να διαδίδεται μέσω αυτής, που αντιστοιχεί στα χαρακτηριστικά μιας δεδομένης ίνας. Όταν η δέσμη κινείται μόνη της, το πρόβλημα της διασποράς του ενδιάμεσου τρόπου λειτουργίας εξαφανίζεται, με αποτέλεσμα την αυξημένη απόδοση της γραμμής.
Η κατανομή πυκνότητας του υλικού μπορεί να είναι βαθμιδωτή ή βαθμιδωτή. Η κατανομή κλίσης επιτρέπει υψηλότερη απόδοση. Η τεχνολογία απλής λειτουργίας είναι πιο λεπτή και ακριβότερη από την πολλαπλή λειτουργία, αλλά είναι η τεχνολογία απλής λειτουργίας που χρησιμοποιείται σήμερα στις τηλεπικοινωνίες.
Η πολυτροπική ίνα επιτρέπει τη διάδοση πολλαπλών δεσμών μετάδοσης σε διαφορετικές γωνίες ταυτόχρονα. Η διάμετρος του πυρήνα είναι συνήθως 50 ή 62,5 μm, επομένως η εισαγωγή οπτικής ακτινοβολίας διευκολύνεται. Η τιμή των πομποδεκτών είναι χαμηλότερη από ό,τι για τους μονότροπους.
Είναι μια πολύτροπη ίνα που είναι πολύ κατάλληλη για μικρά οικιακά και τοπικά δίκτυα. Το φαινόμενο της ενδιάμεσης διασποράς θεωρείται το κύριο μειονέκτημα της πολύτροπης ίνας, επομένως, για τη μείωση αυτού του επιβλαβούς φαινομένου, έχουν αναπτυχθεί ειδικά ίνες με δείκτη διάθλασης κλίσης, έτσι ώστε οι ακτίνες να διαδίδονται κατά μήκος παραβολικών μονοπατιών και η διαφορά στις οπτικές τους διαδρομές να είναι μικρότερη. .Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, η απόδοση της τεχνολογίας single-mode παραμένει ακόμα υψηλότερη.