Struktur asas serat optik
Serat optik terdiri daripada tiga lapisan:
Teras: Lapisan pusat yang diperbuat daripada silika kemelut tinggi (doped dengan unsur-unsur seperti germanium). Ia mempunyai diameter yang sangat kecil (8-10 μm untuk serat mod tunggal, 50-62. 5μm untuk serat multi-mod) dan indeks biasan yang lebih tinggi.
Pelapisan: mengelilingi teras, diperbuat daripada bahan dengan indeks biasan yang lebih rendah daripada teras. Ini memastikan penyebaran cahaya melalui keseluruhan refleksi dalaman.
Lapisan Perlindungan: Lapisan polimer luar untuk mencegah kerosakan fizikal dan gangguan alam sekitar.
Prinsip Teras: Jumlah Refleksi Dalaman
Kontras indeks refraktif: Indeks biasan yang lebih tinggi teras berbanding dengan pelapisan menyebabkan cahaya menjalani refleksi dalaman di sempadan teras apabila insiden pada sudut lebih besar daripada sudut kritikal.
Penyebaran cahaya: Isyarat cahaya bergerak melalui teras melalui refleksi dalaman yang berterusan, berikutan laluan zigzag (serat multi-mod) atau laluan yang hampir lurus (serat satu mod).
Langkah Penghantaran Maklumat
Penukaran isyarat elektrik kepada isyarat optik:
Pada pemancar, ** laser diod (ld) ** atau diod pemancar cahaya (LED) menukarkan isyarat elektrik ke dalam denyutan optik (cahaya "on/off" atau peralihan panjang gelombang mewakili binari "1s" dan "0 s").
Penghantaran isyarat optik:
Pulsa cahaya menyebarkan melalui serat. Perbezaan indeks biasan antara teras dan pelapisan mengurung isyarat kepada teras, walaupun seratnya bengkok.
Repeater isyarat/penguatan:
Untuk penghantaran jarak jauh, ** erbium-doped amplifier (EDFAs) ** menguatkan isyarat optik secara langsung tanpa menukarnya kepada isyarat elektrik, meminimumkan latensi.
Penukaran isyarat optik-ke-elektrik:
Pada penerima, ** photodetector ** (contohnya, diod pin, photodiode avalanche) menukarkan cahaya kembali ke isyarat elektrik, yang kemudiannya dimasukkan ke dalam data asal.
.
Jenis serat dan prestasi
Serat satu mod (SMF):
- teras ultra-tipis (8-10 μm), hanya membolehkan satu mod penyebaran cahaya.
- Advantages: Long-distance transmission (>100 km), jalur lebar yang tinggi. Digunakan dalam rangkaian tulang belakang (contohnya, kabel bawah laut).
Serat Multi-Mode (MMF):
- Teras tebal (50-62. 5μm), menyokong pelbagai mod cahaya.
- Kelemahan: Penyebaran modal menghadkan jarak penghantaran (<2 km). Ideal for local networks (e.g., LANs).
Kelebihan optik serat
Bandwidth Extreme: Kelajuan teoretikal sehingga beratus-ratus TBPS (menggunakan multiplexing divisi gelombang).
Pelemahan yang rendah: Serat moden mempamerkan kerugian serendah 0. 2 dB/km, yang membolehkan penghantaran lebih dari beribu -ribu kilometer tanpa pengulang.
Imuniti kepada EMI: Tidak terjejas oleh gangguan elektromagnet, sesuai untuk persekitaran yang keras (contohnya, grid kuasa, hospital).
Kompak dan selamat: Saiz ringan, kecil, dan tiada kebocoran radiasi elektromagnet.
Cabaran teknikal
Penyebaran: Peluasan isyarat disebabkan oleh kelajuan panjang gelombang/mod yang berbeza (diselesaikan melalui gentian penyebaran penyebaran atau DSP).
Kesan tak linear: Isyarat kuasa tinggi mendorong pencampuran penyebaran/empat gelombang, yang memerlukan kawalan kuasa yang tepat.
Kehilangan bend: lenturan yang berlebihan menyebabkan kebocoran cahaya; Radius bend minimum mesti dikekalkan semasa pemasangan.
Aplikasi
Rangkaian Telecom: Backbones Internet, Pautan Stesen Pangkalan 5G, Pusat Data Interconnects.
Penjagaan Kesihatan: Pencitraan endoskopik, pembedahan laser.
Perindustrian: Sensor gentian optik (suhu, tekanan), laser serat.
Ringkasan
Optik serat menghantar maklumat dengan mengurung isyarat cahaya dalam teras melalui keseluruhan refleksi dalaman. Memanfaatkan frekuensi tinggi Light, mereka membolehkan komunikasi ultra cepat, jarak jauh, dan rendah. Teknologi utama termasuk modulasi cahaya, kawalan refleksi keseluruhan, penguatan optik, dan pengurusan penyebaran, menjadikan optik serat sebagai tulang belakang sistem komunikasi global moden.