광섬유에 대한 기본 지식

광섬유의 발명은 통신 분야에서 혁명을 주도했다. 고용량 고속 채널을 제공하기위한 광섬유가 없으면 인터넷은 이론적 단계에만 머물 수 있습니다. 20 세기가 전기의 시대라면 21 세기는 빛의 시대입니다. 빛은 어떻게 의사 소통을 달성합니까? 아래 편집자와 함께 광 통신에 대한 기본 지식을 배우겠습니다.

1 부. 가벼운 전파에 대한 기본 지식

가벼운 파도 이해
광파는 실제로 전자기파이며 여유 공간에서 전자기파의 파장과 주파수는 반비례합니다. 이 둘의 산물은 빛의 속도와 같습니다.

전자기 스펙트럼을 형성하기 위해 전자기파의 파장 또는 주파수를 배열하십시오. 상이한 파장 또는 주파수에 따르면, 전자기파는 방사선 영역, 자외선 영역, 가시 광선 영역, 적외선 영역, 전자 레인지 영역, 방사파 영역 및 장파 영역으로 나눌 수있다. 통신에 사용되는 밴드는 주로 적외선 영역, 마이크로파 영역 및 무선 파 영역입니다. 다음 이미지는 몇 분 안에 커뮤니케이션 밴드와 해당 전파 매체를 이해하는 데 도움이됩니다.

이 기사의 주인공 인“광섬유 통신”은 적외선 밴드에서 가벼운 파를 사용합니다. 이 시점에 관해서는 사람들은 왜 그것이 적외선 밴드에 있어야하는지 궁금해 할 수 있습니까? 이 문제는 광섬유 재료, 즉 실리카 유리의 광학 전송 손실과 관련이 있습니다. 다음으로 광 섬유가 빛을 전달하는 방법을 이해해야합니다.

빛의 굴절, 반사 및 전체 반사

빛이 한 물질에서 다른 물질로 방출 될 때, 두 물질 사이의 계면에서 굴절과 반사가 발생하며, 입사광의 각도에 따라 굴절 각도가 증가합니다. 그림 ① → ②에 표시된대로. 입사각이 특정 각도에 도달하거나 초과하면 굴절 된 빛이 사라지고 모든 입사광이 뒤로 반사되며, 이는 다음 그림에서 ② → ③에 표시된 것처럼 빛의 총 반사입니다.

다른 재료마다 굴절률이 다르므로 광 전파 속도는 미디어마다 다릅니다. 굴절률은 n, n = c/v로 표시되며, 여기서 C는 진공의 속도이고 V는 배지에서의 전파 속도이다. 더 높은 굴절률을 갖는 배지를 광학적으로 밀도가 높은 매체라고하며, 더 낮은 굴절률을 갖는 매체를 광학적으로 드문 매체라고합니다. 총 반사가 발생하는 두 가지 조건은 다음과 같습니다.
1. 광학적으로 밀집된 매체에서 광학적으로 희소 한 매체로의 전송
2. 입사 각도는 총 반사의 임계 각도보다 크거나 동일합니다.
광학 신호 누출을 피하고 전송 손실을 줄이기 위해, 광 섬유에서의 광학 전송은 총 반사 조건에서 발생합니다.

2 부. 광학 전파 매체 소개 (광섬유)

광섬유 구조

총 반사 광 전파에 대한 기본 지식을 통해 광 섬유의 설계 구조를 쉽게 이해할 수 있습니다. 광섬유의 베어 섬유는 3 개의 층으로 나뉩니다. 첫 번째 층은 섬유의 중심에 위치하고 유리라고도하는 고급 이산화물로 구성된 코어입니다. 코어 직경은 일반적으로 9-10 미크론 (단일 모드), 50 또는 62.5 미크론 (멀티 모드)입니다. 섬유 코어는 높은 굴절률을 가지며 빛을 전달하는 데 사용됩니다. 제 2 층 클래딩 : 실리카 유리 (일반적으로 125 미크론의 직경)로 구성된 섬유 코어 주위에 위치합니다. 클래딩의 굴절률은 낮아서 섬유 ​​코어와 함께 총 반사 조건을 형성합니다. 세 번째 코팅 층 : 가장 바깥 쪽 층은 강화 수지 코팅입니다. 보호 층 재료는 강도가 높고 큰 영향을 견딜 수있어 수증기 침식 및 기계적 마모로부터 광섬유를 보호 할 수 있습니다.

광학 전송 손실

광섬유 전송 손실은 광섬유 통신의 품질에 영향을 미치는 매우 중요한 요소입니다. 광 신호의 감쇠를 유발하는 주요 요인에는 재료의 흡수 손실, 전송 중 산란 손실 및 섬유 굽힘, 압축 및 도킹 손실과 같은 요인으로 인한 기타 손실이 포함됩니다.

빛의 파장은 다르고 광 섬유의 투과 손실도 다릅니다. 손실을 최소화하고 전염 효과를 보장하기 위해 과학자들은 가장 적합한 빛을 찾기 위해 최선을 다하고 있습니다. 1260nm ~ 1360nm의 파장 범위의 빛은 분산 및 가장 낮은 흡수 손실로 인한 가장 작은 신호 왜곡을 갖는다. 초기에는이 파장 범위가 광학 통신 대역으로 채택되었습니다. 나중에, 오랜 기간의 탐사 및 연습 후, 전문가들은 점차적으로 낮은 손실 파장 범위 (1260nm ~ 1625nm)를 요약했으며, 이는 광 섬유에서의 전송에 가장 적합합니다. 따라서 광섬유 통신에 사용되는 광파는 일반적으로 적외선 밴드에 있습니다.

광섬유 분류

멀티 모드 광섬유 : 다중 모드를 전송하지만 큰 모달 분산은 디지털 신호를 전송하는 빈도를 제한하며,이 제한은 전송 거리가 증가함에 따라 더욱 심해집니다. 따라서, 멀티 모드 광섬유 전송의 거리는 비교적 짧으며 일반적으로 단 몇 킬로미터에 불과합니다.
단일 모드 파이버 : 섬유 직경이 매우 작기 때문에 이론적으로 하나의 모드 만 전송할 수 있으므로 원격 통신에 적합합니다.

파트 3. 광섬유 통신 시스템의 작동 원리

광섬유 통신 시스템

휴대 전화 및 컴퓨터와 같은 일반적으로 사용되는 통신 제품은 전기 신호 형태로 정보를 전송합니다. 광학 통신을 수행 할 때, 첫 번째 단계는 전기 신호를 광학 신호로 변환하고 광섬유 케이블을 통해 전송 한 다음 광학 신호를 전기 신호로 변환하여 정보 전송 목적을 달성하는 것입니다. 기본 광학 통신 시스템은 광학 송신기, 광학 수신기 및 광 전달을위한 광섬유 회로로 구성됩니다. 장거리 신호 전송의 품질을 보장하고 전송 대역폭을 향상시키기 위해 광학 리피터와 멀티플렉서가 일반적으로 사용됩니다.

아래는 광섬유 통신 시스템에서 각 구성 요소의 작동 원리에 대한 간략한 소개입니다.

광 송신기 :전기 신호를 주로 신호 ​​변조기 및 광원으로 구성된 광학 신호로 변환합니다.

신호 멀티플렉서 :전송을 위해 상이한 파장의 다중 광선 캐리어 신호를 동일한 광섬유로 결합하여 배가 전송 용량의 효과를 달성합니다.

광학 리피터 :전송 중에, 신호의 파형과 강도는 악화되므로 원래 신호의 깔끔한 파형으로 파형을 복원하고 광강을 증가시켜야합니다.

신호 demultiplexer :다중화 된 신호를 원래 개별 신호로 분해하십시오.

광학 수신기 :수신 된 광학 신호를 전기 신호로 변환하는데, 주로 포토 검색기 및 복조기로 구성됩니다.

4 부. 광 통신의 장점 및 응용

광학 통신의 장점 :

1. 긴 릴레이 거리, 경제적 및 에너지 절약
정보의 10Gbps (초당 10 억 0 또는 1 신호)의 전송을 가정하면 전기 통신을 사용하는 경우 신호를 수백 미터마다 전달하고 조정해야합니다. 이와 비교하여 광 통신을 사용하면 100 킬로미터 이상의 릴레이 거리를 달성 할 수 있습니다. 신호가 조정되면 비용이 줄어 듭니다. 반면, 광섬유의 재료는 이산화 실리콘이며, 이는 구리선보다 풍부하고 비용이 훨씬 낮습니다. 따라서 광학 통신은 경제적, 에너지 절약 효과가 있습니다.

2. 빠른 정보 전송 및 높은 통신 품질

예를 들어, 이제 해외에서 친구들과 대화하거나 온라인 채팅을 할 때는 소리가 이전과 같이 지연되지 않습니다. 통신 시대에 국제 커뮤니케이션은 주로 전송을위한 릴레이로 인공 위성에 의존하여 전송 경로가 길고 신호 도착이 느려집니다. 잠수함 케이블의 도움으로 광학 통신은 전송 거리를 단축시켜 정보 전송을 더 빨리 만듭니다. 따라서 광 통신을 사용하면 해외와의 더 부드러운 커뮤니케이션을 달성 할 수 있습니다.

3. 강력한 간섭 능력과 좋은 기밀성

전기 통신은 전자기 간섭으로 인한 오류를 경험하여 통신 품질이 감소 할 수 있습니다. 그러나 광학 통신은 전기 노이즈의 영향을받지 않으므로 더 안전하고 신뢰할 수 있습니다. 그리고 총 반사의 원리로 인해 신호는 전송을 위해 광섬유에 완전히 제한되므로 기밀이 양호합니다.

4. 큰 전송 용량
일반적으로 전기 통신은 10Gbps (초당 10 억 0 또는 1 신호)의 정보 만 전송할 수있는 반면 광학 통신은 1TBP (1 조 0 또는 1 신호)의 정보를 전송할 수 있습니다.

광학 통신의 적용

광학 통신에는 많은 장점이 있으며, 개발 이후 우리 삶의 모든 구석에 통합되었습니다. 인터넷을 사용하는 휴대 전화, 컴퓨터 및 IP 전화와 같은 장치는 모든 사람을 지역, 전국 및 전 세계 커뮤니케이션 네트워크로 연결합니다. 예를 들어, 컴퓨터와 휴대폰에 의해 방출되는 신호는 현지 커뮤니케이션 운영자 기지국 및 네트워크 제공 업체 장비에 모인 다음 잠수함 케이블의 광섬유 케이블을 통해 전 세계의 여러 지역으로 전송됩니다.

화상 통화, 온라인 쇼핑, 비디오 게임 및 폭식과 같은 일상 활동의 실현은 모든 것이 무대 뒤에서 지원과 지원에 의존합니다. 광학 네트워크의 출현으로 인해 우리의 삶이 더 편안하고 편리해졌습니다.