Kuidas fiiberoptilised sidekaablid tegelikult töötavad?
Kõige elementaarsemalt koosneb kommunikatsiooni optiline kiudainekaabel klaasist ahelatest, nagu niidid, umbes inimese juuste läbimõõduga, millest igaüks suudab valguse kiirusel moduleeritud sõnumeid valgustada. Nad pakuvad suuremat ribalaiust kui vasktraadi kaabel ja neist on saanud Interneti-vanuse nõudmistele vastav võimalus, kus suures koguses andmeid (nt voogesitusrakendused) tuleb levitada tuhandetele abonentidele, miili kaugusel ja hetkega. Kiudoptilisi kaableid ei leidu mitte ainult kommunikatsioonisüsteemides, vaid neid kasutatakse ka tööstusvõrkudes, anduri- ja avioonikarakendustes.
Kiudoptilise toimimise mõistmiseks on esimene samm mõista, mis juhtub, kui saadate valgust õhu või vee kaudu. Valgus liigub lainena. Õhku läbides kaotab laine natuke energiat ja muutub rohkem laiali. Tulemuseks on see, et kerge tala muutub laiemaks ja vähem intensiivseks. Seda intensiivsuse kaotust nimetatakse nõrgendamiseks.
Kui valgus siseneb vette, ei kaota see energiat. Selle asemel paindub see veemolekulide ümber, muutes valguse läbimise lihtsamaks. Vesi aeglustab ka valguse kiirust 1/V2 abil, kus V on valguse kiirus vees. See tähendab, et vee kaudu liikuv valgus liigub kaugemale kui siis, kui see õhku läbi sõidaks. Optilised kiud kasutavad neid põhimõtteid andmete kandmiseks ühest punktist teise.
Enamik tänapäeval kasutatavatest optilistest kiududest koosneb klaasist ahelatest (südamikust), mis on valmistatud puhtast ränidioksiidist, mis on ümbritsetud legeeritud ränidioksiidist valmistatud materjaliga. Tuum on nii väike, et lõpuni võib läbi liikuda ainult üks valguskiir konkreetses lainepikkuses. Neid nimetatakse ühe režiimi kiud. Selle kujunduse korral on kattekihil madalam murdumisnäitaja ja see toimib nagu peegel, et hoida režiimi südamikus. Seda nähtust tuntakse kui täielikku sisemist peegeldust.
Optiliste kiudude jõudlus sõltub sellest, kui hästi nad valgust edastavad. Üks viis selle mõõtmiseks on kiudude tagasitulekukao (nimetatakse ka sisestamise kaotuse) mõõtmine. Tagasi kadu on määratletud kui ettepoole suunas oleva võimsuse ja vastupidises suunas. Kui tagasitulekukaotus on kõrge, kaob kiust läbi sõites rohkem valgust kui siis, kui tagasisaatmine oleks madal.
Kiudoptiliste kaablite eelised
Optilistel kiududel on traditsiooniliste vaskjuhtmete ees palju eeliseid:
1.Ultra kõrge kiirusega ülekande jõudlus
Optilised kiudkeskkonnad edastavad signaale footoni impulsside kaudu ja selle edastuskiirus võib ulatuda tuhandeks korda suurem kui vaskkaablite (tavaliselt 100+ Gbps), mis sobib eriti rakenduse stsenaariumide jaoks, millel on ranged reaalajas nõuded, näiteks 4K/8K voogesituse meediumite edastamine ja pilvandiarvestuse teenused. Ühe režiimi optiline kiud on saavutanud läbimurdelise ülekandemäära 1 petabit/s laboratoorses keskkonnas.
2.Ultra suur ribalaius
Tänu lainepikkuse jagamise multipleksimise (WDM) tehnoloogia küpsele rakendusele suudab üksik optiline kiud samaaegselt kanda erinevate lainepikkuste optilisi signaale, näiteks C-riba ({1530-1565 nm) ja L-riba (1565-1625 nm). Tiheda lainepikkusega jagunemise multipleksimise (DWDM) tehnoloogia kaudu on võimalik saavutada enam kui 96 ühekiulise paralleelse ülekande kanali, mis jõuab teoreetiliselt sadade TBPS-taseme ribalaiuse mahutavusega.
3.Ultra-Low-kadu ülekandeomadused
Quartzi optilise kiudude koefitsient on 0. 2DB/km aknas 1550nm. Erbium-legeeritud kiudaine võimendi (EDFA) tehnoloogia abil võib see saavutada releevaba ülekandekauguse üle 100 km. Võrdluseks on CAT6A vaskkaabli kadu 21,3dB 100 meetri kohta 100MHz.
4.elektromagnetilised immuunsuse omadused
Optiline kiud kasutab signaalide edastamiseks SIO₂ dielektrilist lainejuhi struktuuri, mis väldib põhimõtteliselt elektromagnetilisi häireid (EMI) ja raadiosageduse häirete (RFI) probleeme, millega seisavad silmitsi vaskkaablid. See funktsioon muudab selle juhtmestiku jaoks asendamatuks tugevas elektromagnetilises keskkonnas, näiteks kõrgepingejaamad (suurem kui 500kV või võrdne 500 kV) ja meditsiiniliste MRT-seadmete tubades.
5. Turvamehhanism
Teabe lekke oht on optilise kiudude süsteem peamiselt lõpetamisseadmetes. Ülekande ajal pole elektromagnetilist kiirgust. OTDR -tehnoloogia saab jälgida optilise kadude anomaaliat 0 tasemel 01DB reaalajas. NIST SP 800-53 standardi kohaselt jõuab optilise kiudkanali füüsiline kihi turvalisus III klassi kaitsetasemele, mis ületab kaugelt I klassi vaskkaabli taseme.
Kommunikatsioonikiuoptilise kaabli tüübid
Seal on 2 põhitüüpi, ühe režiimi ja multimode. Üherežiimiline optiline kiud on südamiku läbimõõduga väiksem (8. 3-10 mikronit) ja omab eeliseid ribalaiuse ja ulatuse osas pikemate vahemaade osas, samas kui multimode optiliste kiudude suuremad läbimõõdud (50 mikronit või suurem) ja toetab hõlpsalt enamikku ettevõtte- ja andmekeskuste võrkudes, mis on vajalikud, kui tavaliselt vähem kui ühe mode.
Optilist kiudainetehnoloogiat kasutatakse tänapäeval mitmel viisil. Seda kasutatakse hääle- ja videosignaalide edastamiseks, arvutiandmete kandmiseks ja teabe saatmiseks pikkade vahemaade jooksul.
Optilisi kiude kasutatakse endoskoopide tootmiseks, mis võimaldavad arstidel vaadata inimkehas ja teha operatsiooni, ilma et oleks vaja invasiivseid skalpelliprotseduure. Suured tuumakiud võivad tätoveeringute eemaldamise, ajalooliste monumentide puhastamise ja laseriga suunatud kaitsesüsteemide toite hõlbustamiseks laserienergiat kanda.
Jaotatud kiudoptilise sensori (DFOS) võimaldab sensoriseadmena kasutada kogu optilise kiu pikkust. Konstruktsioonidel, nagu kütusetorustikud, sillad ja õhusõidukite tiibad, võivad neisse manustada optilised kiud, et tuvastada sellised parameetrid nagu tüvi, temperatuur või heli ja aidata tagada nende struktuuri terviklikkust.
