ความรู้

โครงสร้างพื้นฐานของใยแก้วนำแสง

ใยแก้วนำแสงประกอบด้วยสามชั้น:

Core: ชั้นกลางที่ทำจากซิลิกาที่มีความบริสุทธิ์สูง (เจือด้วยองค์ประกอบเช่นเจอร์เมเนียม) มันมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กมาก (8-10 μmสำหรับเส้นใยโหมดเดี่ยว, 50-62. 5μmสำหรับเส้นใยหลายโหมด) และดัชนีการหักเหของแสงที่สูงขึ้น

การหุ้ม: ล้อมรอบแกนกลางทำจากวัสดุที่มีดัชนีการหักเหของแสงต่ำกว่าแกน สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าแสงจะแพร่กระจายผ่านการสะท้อนภายในทั้งหมด

การเคลือบป้องกัน: ชั้นโพลิเมอร์ด้านนอกเพื่อป้องกันความเสียหายทางกายภาพและการรบกวนด้านสิ่งแวดล้อม

หลักการหลัก: การสะท้อนภายในทั้งหมด

ความคมชัดของดัชนีการหักเหของแสง: ดัชนีการหักเหของแสงที่สูงขึ้นของแกนเมื่อเทียบกับการหุ้มทำให้แสงได้รับการสะท้อนภายในทั้งหมดที่ขอบเขตการปิดกั้นแกนเมื่อเหตุการณ์ที่มุมที่สูงกว่ามุมวิกฤต

การแพร่กระจายของแสง: สัญญาณแสงเคลื่อนที่ผ่านแกนกลางผ่านการสะท้อนภายในทั้งหมดอย่างต่อเนื่องตามเส้นทางซิกแซก (เส้นใยหลายโหมด) หรือเส้นทางใกล้ตรง (เส้นใยโหมดเดี่ยว)

ขั้นตอนของการส่งข้อมูล

การแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณออปติคัล:

ที่เครื่องส่งสัญญาณเลเซอร์ไดโอด (LD) ** หรือไดโอดเปล่งแสง (LED) แปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นพัลส์ออพติคอล (แสง "เปิด/ปิด" หรือการเลื่อนความยาวคลื่นเป็นตัวแทนของไบนารี "1S" และ "{{2} s")

การส่งสัญญาณแสง:

พัลส์แสงแพร่กระจายผ่านเส้นใย ความแตกต่างของดัชนีการหักเหของแสงระหว่างแกนและการหุ้มจะ จำกัด สัญญาณไปยังแกนกลางแม้ว่าเส้นใยจะงอ

สัญญาณ repeater/การขยาย:

สำหรับการส่งผ่านทางไกล ** แอมพลิฟายเออร์ไฟเบอร์ที่เจือด้วย Erbium (EDFAs) ** ขยายสัญญาณออปติคัลโดยตรงโดยไม่ต้องแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าลดเวลาแฝงให้น้อยที่สุด

การแปลงสัญญาณด้วยแสงเป็นไฟฟ้า:

ที่เครื่องรับ A ** photodetector ** (เช่น Pin Diode, Avalanche Photodiode) แปลงแสงกลับเป็นสัญญาณไฟฟ้าซึ่งจะถูกถอดรหัสเป็นข้อมูลดั้งเดิม

.

ประเภทไฟเบอร์และประสิทธิภาพ

เส้นใยโหมดเดียว (SMF):

- Core Ultra-Thin (8-10 μm) อนุญาตให้โหมดการแพร่กระจายแสงเพียงโหมดเดียว

- Advantages: Long-distance transmission (>100 กม.) แบนด์วิดท์สูง ใช้ในเครือข่ายกระดูกสันหลัง (เช่นสายเคเบิลใต้ทะเล)

เส้นใยหลายโหมด (MMF):

- แกนหนากว่า (50-62. 5μm) รองรับโหมดแสงหลายโหมด

- ข้อเสีย: ระยะการกระจายการกระจายระยะทาง (ระยะการส่งสัญญาณ (<2 km). Ideal for local networks (e.g., LANs).

ข้อดีของใยแก้วนำแสง

แบนด์วิดธ์สุดขั้ว: ความเร็วเชิงทฤษฎีสูงถึงหลายร้อย Tbps (ใช้มัลติเพล็กซ์ความยาวคลื่นความยาวคลื่น)

การลดทอนต่ำ: เส้นใยที่ทันสมัยแสดงการสูญเสียต่ำสุด 0. 2 dB/km ทำให้การส่งผ่านหลายพันกิโลเมตรโดยไม่ต้องทำซ้ำ

ภูมิคุ้มกันของ EMI: ไม่ได้รับผลกระทบจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าเหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง (เช่นกริดพลังงานโรงพยาบาล)

กะทัดรัดและปลอดภัย: น้ำหนักเบาขนาดเล็กและไม่มีการรั่วไหลของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

ความท้าทายทางเทคนิค

การกระจาย: การขยายสัญญาณเนื่องจากความเร็วที่แตกต่างกันของความยาวคลื่น/โหมดแสง (แก้ไขผ่านเส้นใยชดเชยการกระจายหรือ DSP)

เอฟเฟกต์แบบไม่เชิงเส้น: สัญญาณพลังงานสูงทำให้เกิดการกระเจิง/การผสมสี่คลื่นต้องใช้การควบคุมพลังงานที่แม่นยำ

การสูญเสียโค้งงอ: การดัดงอมากเกินไปทำให้เกิดการรั่วไหลของแสง ต้องรักษารัศมีการโค้งงอขั้นต่ำระหว่างการติดตั้ง

แอปพลิเคชัน

เครือข่ายโทรคมนาคม: แบ็คโบนอินเทอร์เน็ต, ลิงก์สถานีฐาน 5G, การเชื่อมต่อระหว่างศูนย์ข้อมูล

การดูแลสุขภาพ: การถ่ายภาพการส่องกล้องการผ่าตัดเลเซอร์

อุตสาหกรรม: เซ็นเซอร์ใยแก้วนำแสง (อุณหภูมิความดัน) เลเซอร์ไฟเบอร์

สรุป

ไฟเบอร์ออปติกส่งข้อมูลโดย จำกัด สัญญาณแสงภายในแกนผ่านการสะท้อนภายในทั้งหมด การใช้ประโยชน์จากความถี่สูงของ Light พวกเขาเปิดใช้งานการสื่อสารที่เร็วเป็นพิเศษระยะยาวและการขาดทุนต่ำ เทคโนโลยีที่สำคัญ ได้แก่ การปรับแสงการควบคุมการสะท้อนกลับทั้งหมดการขยายแสงและการจัดการการกระจายตัวทำให้ไฟเบอร์ออปติกเป็นกระดูกสันหลังของระบบการสื่อสารระดับโลกที่ทันสมัย