Prinsip penukaran dan penghantaran maklumat pada gentian optik

Talian komunikasi moden yang bertujuan untuk penghantaran maklumat dalam jarak jauh selalunya hanya talian optik, kerana kecekapan teknologi ini yang agak tinggi, yang telah berjaya ditunjukkan selama bertahun-tahun, sebagai contoh, sebagai cara menyediakan akses jalur lebar ke Internet .

Gentian itu sendiri terdiri daripada teras kaca yang dikelilingi oleh sarung dengan indeks biasan lebih rendah daripada teras. Rasuk cahaya yang bertanggungjawab untuk menghantar maklumat di sepanjang talian merambat di sepanjang teras gentian, memantul dalam perjalanan dari pelapisan dan dengan itu tidak keluar dari talian penghantaran.

Sumber cahaya yang membentuk pancaran biasanya diod atau laser semikonduktor, manakala gentian itu sendiri, bergantung pada diameter teras dan pengedaran indeks biasan, boleh menjadi mod tunggal atau berbilang mod.

Gentian optik dalam talian komunikasi adalah lebih baik daripada cara komunikasi elektronik, membolehkan penghantaran data digital berkelajuan tinggi dan tanpa kehilangan pada jarak jauh.

Pada dasarnya, talian optik boleh membentuk rangkaian bebas atau berfungsi untuk menyatukan rangkaian sedia ada — bahagian lebuh raya gentian optik bersatu secara fizikal pada tahap gentian optik atau secara logik — pada tahap protokol penghantaran data.

Kelajuan penghantaran data melalui talian optik boleh diukur dalam ratusan gigabit sesaat, contohnya standard 10 Gbit Ethernet, yang telah digunakan selama bertahun-tahun dalam struktur telekomunikasi moden.

Tahun penciptaan gentian optik dianggap sebagai 1970, apabila Peter Schultz, Donald Keck dan Robert Maurer-saintis di Corning-mencipta gentian optik kehilangan rendah yang membuka kemungkinan pendua sistem kabel untuk menghantar isyarat telefon. tanpa pengulang digunakan. Pembangun telah mencipta wayar yang membolehkan anda menjimatkan 1% daripada kuasa isyarat optik pada jarak 1 kilometer dari sumber.

Ini adalah titik perubahan untuk teknologi. Talian pada asalnya direka untuk menghantar ratusan fasa cahaya secara serentak, kemudian gentian fasa tunggal dibangunkan dengan prestasi lebih tinggi yang mampu mengekalkan integriti isyarat pada jarak yang lebih jauh. Gentian offset sifar fasa tunggal telah menjadi jenis gentian yang paling dicari sejak tahun 1983 sehingga hari ini.

Untuk menghantar data melalui gentian optik, isyarat mesti terlebih dahulu ditukar daripada elektrik kepada optik, kemudian dihantar ke bawah talian, dan kemudian ditukar semula kepada elektrik pada penerima.Keseluruhan peranti dipanggil transceiver dan termasuk bukan sahaja optik tetapi juga komponen elektronik.

Jadi, elemen pertama garis optik ialah pemancar optik. Ia menukarkan satu siri data elektrik kepada aliran optik. Pemancar termasuk: penukar selari-ke-siri dengan pensintesis denyut penyegerakan, pemacu dan sumber isyarat optik.

Sumber isyarat optik boleh menjadi diod laser atau LED. LED konvensional tidak digunakan dalam sistem telekomunikasi. Arus pincang dan arus modulasi untuk modulasi langsung diod laser dibekalkan oleh pemacu laser. Kemudian cahaya dibekalkan melalui penyambung optik—ke dalam gentian kabel optik.

Di sisi lain talian, isyarat dan isyarat pemasaan dikesan oleh penerima optik (kebanyakannya sensor fotodiod) di mana ia ditukar kepada isyarat elektrik yang dikuatkan dan kemudian isyarat yang dihantar dibina semula. Khususnya, aliran data bersiri boleh ditukar kepada selari.

Pra-penguat bertanggungjawab untuk menukar arus asimetri daripada sensor fotodiod kepada voltan, untuk penguatan dan penukaran seterusnya kepada isyarat pembezaan. Penyegerakan data dan cip pemulihan memulihkan isyarat jam dan masanya daripada aliran data yang diterima.

Pemultipleks pembahagian masa mencapai kadar pemindahan data sehingga 10 Gb/s. Jadi hari ini terdapat piawaian berikut untuk kelajuan penghantaran data melalui sistem optik:

Pemultipleksan pembahagian panjang gelombang dan pemultipleks pembahagian panjang gelombang membolehkan anda meningkatkan lagi ketumpatan penghantaran data apabila beberapa aliran data berganda dihantar pada saluran yang sama, tetapi setiap aliran mempunyai panjang gelombangnya sendiri.

Gentian mod tunggal mempunyai diameter teras luar yang agak kecil iaitu kira-kira 8 mikron. Gentian sedemikian membenarkan rasuk frekuensi tertentu merambat melaluinya, sepadan dengan ciri gentian tertentu. Apabila rasuk bergerak secara bersendirian, masalah penyebaran antara mod hilang, menyebabkan prestasi talian meningkat.

Taburan ketumpatan bahan boleh menjadi kecerunan atau seperti langkah. Pengagihan kecerunan membolehkan daya pemprosesan yang lebih tinggi. Teknologi mod tunggal adalah lebih nipis dan lebih mahal daripada berbilang mod, tetapi ia adalah teknologi mod tunggal yang digunakan pada masa ini dalam telekomunikasi.

Gentian berbilang mod membenarkan berbilang rasuk penghantaran pada sudut yang berbeza untuk disebarkan serentak. Diameter teras biasanya 50 atau 62.5 µm, jadi pengenalan sinaran optik dipermudahkan. Harga transceiver adalah lebih rendah daripada untuk satu mod.

Ia adalah gentian berbilang mod yang sangat sesuai untuk rangkaian rumah kecil dan kawasan tempatan. Fenomena penyebaran antara mod dianggap sebagai kelemahan utama gentian berbilang mod, oleh itu, untuk mengurangkan fenomena berbahaya ini, gentian dengan indeks biasan kecerunan telah dibangunkan khas, supaya sinar merambat di sepanjang laluan parabola dan perbezaan dalam laluan optiknya adalah lebih kecil. .Satu cara atau yang lain, prestasi teknologi mod tunggal masih kekal lebih tinggi.