Princip převodu a přenosu informace na optických vláknech

Moderní komunikační linky určené pro přenos informací na velké vzdálenosti jsou často jen optické linky, a to z důvodu poměrně vysoké účinnosti této technologie, kterou již řadu let úspěšně prokazuje například jako prostředek pro poskytování širokopásmového přístupu k internetu. .

Samotné vlákno se skládá ze skleněného jádra obklopeného pláštěm s indexem lomu nižším než má jádro. Světelný paprsek odpovědný za přenos informací po vedení se šíří podél jádra vlákna, na své cestě od pláště se odráží a nejde tak mimo přenosové vedení.

Světelným zdrojem tvořícím paprsek je obvykle diodový nebo polovodičový laserzatímco vlákno samotné, v závislosti na průměru jádra a distribuci indexu lomu, může být jednovidové nebo vícevidové.

Optická vlákna v komunikačních linkách jsou lepší než elektronické komunikační prostředky a umožňují vysokorychlostní a bezztrátový přenos digitálních dat na velké vzdálenosti.

Optické linky mohou v zásadě tvořit samostatnou síť nebo sloužit ke sjednocení již existujících sítí – úseků optických dálnic fyzicky spojených na úrovni optického vlákna nebo logicky – na úrovni protokolů přenosu dat.

Rychlost přenosu dat po optických linkách lze měřit ve stovkách gigabitů za sekundu, například standard 10 Gbit Ethernet, který se již řadu let používá v moderních telekomunikačních strukturách.

Za rok vynálezu vláknové optiky je považován rok 1970, kdy Peter Schultz, Donald Keck a Robert Maurer – vědci z Corningu – vynalezli nízkoztrátové optické vlákno, které otevřelo možnost duplikace kabelového systému pro přenos telefonního signálu. používají se bez opakovačů. Vývojáři vytvořili drát, který umožňuje ušetřit 1 % výkonu optického signálu ve vzdálenosti 1 kilometru od zdroje.

To byl zlomový bod pro technologii. Linky byly původně navrženy tak, aby přenášely stovky fází světla současně, později bylo vyvinuto jednofázové vlákno s vyšším výkonem schopným udržet integritu signálu na delší vzdálenosti. Jednofázové vlákno s nulovým posunem je nejžádanějším typem vlákna od roku 1983 dodnes.

Pro přenos dat přes optické vlákno musí být signál nejprve převeden z elektrického na optický, poté přenesen po lince a poté převeden zpět na elektrický v přijímači.Celé zařízení se nazývá transceiver a zahrnuje nejen optické, ale i elektronické komponenty.

Prvním prvkem optické linky je tedy optický vysílač. Převádí řadu elektrických dat do optického proudu. Vysílač obsahuje: paralelně-sériový převodník se syntezátorem synchronizačních impulsů, budič a zdroj optického signálu.

Zdrojem optického signálu může být laserová dioda nebo LED. Konvenční LED diody se v telekomunikačních systémech nepoužívají. Předpětí a modulační proud pro přímou modulaci laserové diody dodává laserový budič, světlo je pak přiváděno přes optický konektor – do vlákna optický kabel.

Na druhé straně linky jsou signál a časovací signál detekovány optickým přijímačem (většinou fotodiodovým senzorem), kde jsou převedeny na elektrický signál, který je zesílen a následně je přenášený signál rekonstruován. Zejména sériový datový tok lze převést na paralelní.

Předzesilovač je zodpovědný za přeměnu asymetrického proudu z fotodiodového snímače na napětí, za jeho následné zesílení a převod na rozdílový signál. Čip pro synchronizaci a obnovu dat obnovuje hodinové signály a jejich načasování z přijatého datového toku.

Časově dělený multiplexer dosahuje rychlosti přenosu dat až 10 Gb/s. Dnes tedy existují následující standardy pro rychlost přenosu dat prostřednictvím optických systémů:

Multiplexování s dělením podle vlnové délky a multiplexování s dělením podle vlnové délky umožňuje dále zvýšit hustotu přenosu dat, když se na stejném kanálu posílá několik multiplexovaných datových toků, ale každý tok má svou vlastní vlnovou délku.

Jednovidové vlákno má relativně malý vnější průměr jádra asi 8 mikronů. Takové vlákno umožňuje, aby se jím šířil paprsek specifické frekvence, odpovídající charakteristikám daného vlákna. Když se paprsek pohybuje sám, problém s intermodovým rozptylem zmizí, což má za následek zvýšený výkon linky.

Rozložení hustoty materiálu může být gradientní nebo stupňovité. Gradientová distribuce umožňuje vyšší propustnost. Single-mode technologie je tenčí a dražší než multi-mode, ale je to technologie single-mode, která se v současnosti používá v telekomunikacích.

Vícevidové vlákno umožňuje současné šíření více přenosových paprsků pod různými úhly. Průměr jádra je obvykle 50 nebo 62,5 µm, takže je usnadněno zavedení optického záření. Cena transceiverů je nižší než u jednorežimových.

Jedná se o multimódové vlákno, které je velmi vhodné pro malé domácí a lokální sítě. Fenomén intermodové disperze je považován za hlavní nevýhodu multimodového vlákna, proto pro omezení tohoto škodlivého jevu byla speciálně vyvinuta vlákna s gradientním indexem lomu, takže paprsky se šíří po parabolických drahách a rozdíl v jejich optických drahách je menší. .Tak či onak, výkon single-mode technologie stále zůstává vyšší.