Optik fiberler üzerindeki bilgilerin dönüştürülmesi ve iletilmesi ilkesi
Bilginin uzun mesafelerde iletilmesi için tasarlanan modern iletişim hatları, örneğin İnternet'e geniş bant erişimi sağlamanın bir yolu olarak yıllarca başarılı bir şekilde gösterdiği bu teknolojinin oldukça yüksek verimliliği nedeniyle genellikle sadece optik hatlardır. .
Elyafın kendisi, kırılma indisi çekirdeğinkinden daha düşük olan bir kılıfla çevrelenmiş bir cam çekirdekten oluşur. Hat boyunca bilgi iletmekten sorumlu olan ışık demeti, fiberin çekirdeği boyunca yayılır, yolunu kaplamadan yansıtır ve bu nedenle iletim hattının dışına çıkmaz.
Hüzme oluşturan ışık kaynağı genellikle diyot veya yarı iletken lazer, fiberin kendisi ise çekirdek çapına ve kırılma indisi dağılımına bağlı olarak tek modlu veya çok modlu olabilir.
İletişim hatlarındaki optik fiberler, elektronik iletişim araçlarından üstündür ve dijital verilerin uzun mesafelerde yüksek hızlı ve kayıpsız iletimini sağlar.
Prensip olarak, optik hatlar bağımsız bir ağ oluşturabilir veya mevcut ağları - optik fiber otoyollarının fiziksel olarak fiber optik seviyesinde veya mantıksal olarak birleştirilmiş bölümleri - veri iletim protokolleri seviyesinde birleştirmeye hizmet edebilir.
Optik hatlar üzerinden veri aktarım hızı saniyede yüzlerce gigabit olarak ölçülebilir, örneğin modern telekomünikasyon yapılarında uzun yıllardır kullanılan 10 Gbit Ethernet standardı.
Fiber optiğin icad yılı, Corning'teki bilim adamları olan Peter Schultz, Donald Keck ve Robert Maurer'in, telefon sinyalini iletmek için kablo sistemini çoğaltma olasılığını açan düşük kayıplı bir optik fiber icat ettikleri 1970 yılı olarak kabul edilir. tekrarlayıcılar olmadan kullanılır. Geliştiriciler, kaynaktan 1 kilometre mesafede optik sinyal gücünün %1'ini tasarruf etmenizi sağlayan bir kablo oluşturdular.
Bu, teknolojinin dönüm noktasıydı. Hatlar başlangıçta yüzlerce ışık fazını aynı anda iletmek için tasarlandı, daha sonra daha uzun mesafelerde sinyal bütünlüğünü koruyabilen daha yüksek performansa sahip tek fazlı fiber geliştirildi. Tek fazlı sıfır ofset fiber, 1983'ten günümüze en çok aranan fiber türüdür.
Verileri bir fiber optik üzerinden iletmek için, sinyalin önce elektrikten optiğe dönüştürülmesi, ardından hat boyunca iletilmesi ve ardından alıcıda tekrar elektriğe dönüştürülmesi gerekir.Cihazın tamamı alıcı-verici olarak adlandırılır ve yalnızca optik değil elektronik bileşenleri de içerir.
Dolayısıyla, bir optik hattın ilk elemanı bir optik vericidir. Bir dizi elektriksel veriyi optik bir akışa dönüştürür. Verici şunları içerir: bir senkronizasyon pulsu sentezleyici, bir sürücü ve bir optik sinyal kaynağı ile bir paralel-seri dönüştürücü.
Optik sinyalin kaynağı bir lazer diyodu veya bir LED olabilir. Geleneksel LED'ler telekomünikasyon sistemlerinde kullanılmaz. Lazer diyodunun doğrudan modülasyonu için öngerilim akımı ve modülasyon akımı, lazer sürücüsü tarafından sağlanır.Ardından ışık, optik konektör aracılığıyla fibere beslenir. optik kablo.
Hattın diğer tarafında, sinyal ve zamanlama sinyali bir optik alıcı (çoğunlukla bir fotodiyot sensörü) tarafından algılanır ve burada yükseltilen bir elektrik sinyaline dönüştürülür ve ardından iletilen sinyal yeniden oluşturulur. Özellikle, seri veri akışı paralele dönüştürülebilir.
Ön yükseltici, fotodiyot sensöründen gelen asimetrik akımın voltaja dönüştürülmesinden, sonraki amplifikasyonundan ve diferansiyel bir sinyale dönüştürülmesinden sorumludur. Veri senkronizasyonu ve kurtarma çipi, alınan veri akışından saat sinyallerini ve bunların zamanlamasını kurtarır.
Zaman bölmeli çoklayıcı, 10 Gb/sn'ye varan veri aktarım hızlarına ulaşır. Bu nedenle, bugün optik sistemler aracılığıyla veri aktarım hızı için aşağıdaki standartlar vardır:
Dalga boyu bölmeli çoğullama ve dalga boyu bölmeli çoğullama, aynı kanalda çok sayıda çoklanmış veri akışı gönderildiğinde, ancak her akışın kendi dalga boyuna sahip olduğu durumlarda, veri iletim yoğunluğunu daha da artırmanıza olanak tanır.
Tek modlu fiber, yaklaşık 8 mikronluk nispeten küçük bir dış çekirdek çapına sahiptir. Böyle bir fiber, belirli bir fiberin özelliklerine karşılık gelen, belirli bir frekanstaki bir ışının içinden yayılmasına izin verir. Işın tek başına hareket ettiğinde, modlar arası dağılma sorunu ortadan kalkar ve bu da hat performansının artmasına neden olur.
Malzemenin yoğunluk dağılımı gradyan veya basamak benzeri olabilir. Gradyan dağılımı daha yüksek verim sağlar. Tek modlu teknoloji, çoklu moddan daha ince ve daha pahalıdır, ancak şu anda telekomünikasyonda kullanılan tek modlu teknolojidir.
Çok modlu fiber, farklı açılardaki çoklu iletim ışınlarının aynı anda yayılmasına izin verir. Çekirdek çapı genellikle 50 veya 62,5 µm'dir, bu nedenle optik radyasyonun girişi kolaylaştırılır. Alıcı-vericilerin fiyatı, tek modlu olanlardan daha düşüktür.
Küçük ev ve yerel alan ağları için çok uygun olan çok modlu bir fiberdir. Modlar arası dağılım olgusu, çok modlu fiberin ana dezavantajı olarak kabul edilir, bu nedenle, bu zararlı fenomeni azaltmak için, gradyan kırılma indeksine sahip fiberler özel olarak geliştirilmiştir, böylece ışınlar parabolik yollar boyunca yayılır ve optik yollarındaki fark daha küçüktür. .Öyle ya da böyle, tek modlu teknolojinin performansı hala daha yüksek.