Co robi kabel światłowodowy?

Kable światłowodowe Przekazywanie informaCji jako impulsy światła przez pasma szkła lub plastiku. Służą jako kręgosłup współczesnej telekomunikacji, umożliwiając szybkie przesyłanie danych na duże odległości przy minimalnej utraty sygnału.

Podstawowa funkcjonalność

Włókno optyki przekształcają sygnały elektryczne w światło za pomocą nadajnika. Światło przesuwa się przez kabel poprzez całkowite wewnętrzne odbicie, podskakując między rdzeniem a okładziną. W miejscu docelowym odbiornik przekształca światło z powrotem w sygnały elektryczne.

Kluczowe elementy

• • • • • Rdzeń: Cienkie szklane/plastikowe centrum przenoszące światło
• Ograniczenie: warstwa zewnętrzna odbijająca światło do wewnątrz
• Powłoka buforowa: ochronna plastikowa kurtka
• Członkowie siły: Wzmacniacze (Np. Kevlar)
• Kurtka zewnętrzna: odporna na pogodę zewnętrzna zewnętrzna

Specyfikacje techniczne

Włókna jednomodowe (rdzeń 9 µm) przenoszą światło laserowe w podczerwieni (1310-1550 nm) w odległości przekraczających 100 km. Włókna wielomodowe (rdzeń 50-62,5 µm) wykorzystują źródła światła LED do krótszych przebiegów (≤2 km).

Porównanie wydajności

Mechanika transmisji sygnału

Impulsy światła utrzymują integralność sygnału poprzez całkowite wewnętrzne odbicie. Obliczenie kąta krytycznego następuje po prawie Snella: θ _c = sin ^-1 (n ₂ /N ₁ ), gdzie n ₁ i n ₂ są współczynnikami reflektorów rdzenia i okładziny.

Scenariusze wdrażania

• Podnośne kable : 400 systemów obejmujących 1,3 mln km na całym świecie
• Ftth (Światłowodowy do domu) : Bezpośrednie połączenia konsumenckie
• Centra danych : Architektura liścia kręgosłupa z linkami 400 Gb / s
• Przemysłowy : Automatyzacja fabryczna odporna na emi

Ograniczenia i rozważania

Koszty instalacji przekraczają miedź o 10-30%. Specjalistyczny sprzęt wymagany do składania (strata 0,1 dB na splice). Minimalny promień zgięcia (zazwyczaj średnica kabla 10-20 ×) zapobiega wyciekom światła.

Oś czasu ewolucji

1977: Pierwsza instalacja komercyjna (Chicago)
1988: TRAT-8 Transatlantic Cable (40 000 połączeń jednocześnie)
2016: rekord 4000 km (jednokanałowy 1 TB / s)
2023: Systemy podmorskie osiągające 24 TBP na parę światłowodów

Przyszłe zmiany

Multipleksowanie z rozdzielaniem przestrzeni przy użyciu wielordzeniowych włókien (7 pokazano 7 rdzeni). Włókna puste rdzeniowe zmniejszające opóźnienie do 3 μs/km. Integracja z sieciami kryptografii kwantowej.

Techniczne głębokie nurkowanie

Systemy światłowodowe wykorzystują multipleksowanie długości fali (WDM) w celu zwiększenia pojemności. Gęsty WDM (DWDM) obsługuje do 160 długości fali na włókno, z których każda ma 100 Gb / s. Regeneracja sygnału zachodzi poprzez wzmacniacze włókien domieszkowanych ERB (EDFA) rozmieszczone w odstępach 80-100 km, utrzymując amplifikację optyczną bez konwersji elektrycznej. Efekty nieliniowe, takie jak mieszanie czterech fali, stają się znaczące na poziomach mocy przekraczającej 17dBM, wymagając wzorów włókien przesuniętych na dyspersję. Odszkodowanie dyspersji trybu polaryzacji (PMD) ma kluczowe znaczenie dla linków przekraczających 40 km działających przy 100 Gb / s.

Nauka materialna

Ultra-kure stopioną krzemionkę (Sio ₂ ) tworzy materiał podstawowy, a domieszkowanie germanu zwiększa współczynnik załamania światła. Ograniczenie wykorzystuje krzemionkę domieszkowaną fluorową z 0,36% niższym współczynnikiem załamania światła. Produkcja obejmuje zmodyfikowane chemiczne odkładanie pary (MCVD), w którym gazy składają warstwy krzemowe wewnątrz rur przedformowych w 1900 ° C. Rysunek światłowodowy występuje w 2000 ° C, ciągnąc 10 km/min z kontrolowaną średnicą do ± 0,1 µm.