ოპტიკური ბოჭკოს ძირითადი ცოდნა

ოპტიკური ბოჭკოს გამოგონებამ განაპირობა რევოლუცია კომუნიკაციის სფეროში. თუ არ არსებობს ოპტიკური ბოჭკოვანი, რომ უზრუნველყოს მაღალი სიმძლავრის მაღალი სიჩქარის არხები, ინტერნეტს მხოლოდ თეორიულ ეტაპზე შეუძლია დარჩენა. თუ მე -20 საუკუნე იყო ელექტროენერგიის ერა, მაშინ 21 -ე საუკუნე არის სინათლის ერა. როგორ მიაღწევს შუქს კომუნიკაციას? მოდით ვისწავლოთ ოპტიკური კომუნიკაციის ძირითადი ცოდნა ქვემოთ მოცემულ რედაქტორთან ერთად.

ნაწილი 1. მსუბუქი გამრავლების ძირითადი ცოდნა

მსუბუქი ტალღების გაგება
სინათლის ტალღები სინამდვილეში არის ელექტრომაგნიტური ტალღები, ხოლო თავისუფალ სივრცეში, ელექტრომაგნიტური ტალღების ტალღის სიგრძე და სიხშირე საპირისპირო პროპორციულია. ორივეს პროდუქტი ტოლია სინათლის სიჩქარეზე, ანუ:

მოაწყეთ ელექტრომაგნიტური ტალღების ტალღების სიგრძე ან სიხშირე, რათა შექმნათ ელექტრომაგნიტური სპექტრი. სხვადასხვა ტალღის სიგრძეების ან სიხშირეების მიხედვით, ელექტრომაგნიტური ტალღები შეიძლება დაიყოს რადიაციული რეგიონში, ულტრაიისფერი რეგიონი, თვალსაჩინო მსუბუქი რეგიონი, ინფრაწითელი რეგიონი, მიკროტალღური რეგიონი, რადიო ტალღის რეგიონი და გრძელი ტალღის რეგიონი. კომუნიკაციისთვის გამოყენებული ზოლები ძირითადად ინფრაწითელი რეგიონი, მიკროტალღური რეგიონი და რადიო ტალღის რეგიონია. შემდეგი სურათი დაგეხმარებათ გაიგოთ საკომუნიკაციო ჯგუფების და შესაბამისი გამრავლების მედიის დაყოფა წუთებში.

ამ სტატიის მთავარი გმირი, "ბოჭკოვანი კომუნიკაცია", ინფრაწითელ ბენდში იყენებს მსუბუქ ტალღებს. როდესაც საქმე ამ ეტაპზეა, შეიძლება ხალხს გაინტერესებთ, რატომ უნდა იყოს ის ინფრაწითელ ჯგუფში? ეს საკითხი დაკავშირებულია ოპტიკური ბოჭკოვანი მასალების, კერძოდ, სილიციუმის მინის ოპტიკური გადაცემის დაკარგვასთან. შემდეგი, ჩვენ უნდა გვესმოდეს, თუ როგორ გადასცემს ოპტიკური ბოჭკოები შუქს.

რეფრაქცია, ასახვა და სინათლის მთლიანი ასახვა

როდესაც სინათლე გამოყოფილია ერთი ნივთიერებიდან მეორეზე, რეფრაქცია და ანარეკლი ხდება ორ ნივთიერებას შორის ინტერფეისში, ხოლო რეფრაქციის კუთხე იზრდება ინციდენტის შუქის კუთხით. როგორც ნაჩვენებია ფიგურაში ① →. როდესაც ინციდენტის კუთხე აღწევს ან აღემატება გარკვეულ კუთხეს, რეფრაქციული შუქი ქრება და ინციდენტის ყველა შუქი აისახება უკან, რაც სინათლის მთლიანი ასახვაა, როგორც ეს ნაჩვენებია ② → ③ შემდეგ ფიგურაში.

სხვადასხვა მასალებს აქვთ სხვადასხვა რეფრაქციული მაჩვენებლები, ამიტომ მსუბუქი გამრავლების სიჩქარე განსხვავდება სხვადასხვა მედიაში. რეფრაქციული ინდექსი წარმოდგენილია n, n = c/v, სადაც C არის ვაკუუმში ველიზაცია და V არის გამრავლების სიჩქარე საშუალო. უფრო მაღალი რეფრაქციული ინდექსის მქონე საშუალებებს ეწოდება ოპტიკურად მკვრივი საშუალო, ხოლო ქვედა რეფრაქციული ინდექსის მქონე საშუალებებს ეწოდება ოპტიკურად იშვიათი საშუალო. მთლიანი ასახვის ორი პირობაა:
1. გადაცემა ოპტიკურად მკვრივი საშუალოდან ოპტიკურად სპარსი საშუალოზე
2. ინციდენტის კუთხე აღემატება ან ტოლია მთლიანი ასახვის კრიტიკულ კუთხესთან
ოპტიკური სიგნალის გაჟონვის თავიდან ასაცილებლად და გადაცემის დაკარგვის შესამცირებლად, ოპტიკური ბოჭკოებში ოპტიკური გადაცემა ხდება მთლიანი ასახვის პირობებში.

ნაწილი 2. შესავალი ოპტიკური გამრავლების მედიაში (ბოჭკოვანი)

ბოჭკოვანი სტრუქტურა

მთლიანი ასახვის მსუბუქი გამრავლების ძირითადი ცოდნით, ადვილი გასაგებია ოპტიკური ბოჭკოების დიზაინის სტრუქტურა. ოპტიკური ბოჭკოს შიშველი ბოჭკოვანი დაყოფილია სამ ფენაში: პირველი ფენა არის ბირთვი, რომელიც მდებარეობს ბოჭკოს ცენტრში და შედგება მაღალი სიმაღლის სილიკონის დიოქსიდისგან, რომელიც ასევე ცნობილია როგორც მინის. ძირითადი დიამეტრი ზოგადად არის 9-10 მიკრონი (ერთჯერადი რეჟიმი), 50 ან 62.5 მიკრონი (მრავალმხრივი). ბოჭკოვანი ბირთვს აქვს მაღალი რეფრაქციული ინდექსი და გამოიყენება შუქის გადასაცემად. მეორე ფენის მოპირკეთება: მდებარეობს ბოჭკოვანი ბირთვის გარშემო, რომელიც ასევე შედგება სილიციუმის შუშისგან (ზოგადად 125 მიკრონის დიამეტრით). მოპირკეთების რეფრაქციული ინდექსი დაბალია, რაც ქმნის მთლიანი ასახვის პირობას ბოჭკოვანი ბირთვთან ერთად. მესამე საფარის ფენა: უკიდურესი ფენა არის რკინა ფისოვანი საფარი. დამცავი ფენის მასალას აქვს მაღალი ძალა და შეუძლია გაუძლოს დიდ ზემოქმედებას, იცავს ოპტიკური ბოჭკოს წყლის ორთქლის ეროზიის და მექანიკური აბრაზიისგან.

ოპტიკური გადაცემის დაკარგვა

ბოჭკოვანი გადაცემის დაკარგვა არის ძალიან მნიშვნელოვანი ფაქტორი, რომელიც გავლენას ახდენს ბოჭკოვანი კომუნიკაციის ხარისხზე. ოპტიკური სიგნალების შემცირების ძირითადი ფაქტორები მოიცავს მასალების შთანთქმის დაკარგვას, გადაცემის დროს დანაკარგის გაფანტვას და სხვა დანაკარგებს, რომლებიც გამოწვეულია ფაქტორებით, როგორიცაა ბოჭკოვანი მომატება, შეკუმშვა და დაკიდების დაკარგვა.

სინათლის ტალღის სიგრძე განსხვავებულია, ხოლო ოპტიკურ ბოჭკოებში გადაცემის დაკარგვა ასევე განსხვავებულია. ზარალის შესამცირებლად და გადაცემის ეფექტის შესამცირებლად, მეცნიერები ვალდებულნი არიან იპოვონ ყველაზე შესაფერისი შუქი. 1260 ნმ ~ 1360nm- ის ტალღის სიგრძის შუქი აქვს დისპერსიული და ყველაზე დაბალი შთანთქმის დაკარგვით გამოწვეული სიგნალის დამახინჯება. ადრეულ დღეებში, ამ ტალღის სიგრძის დიაპაზონი მიიღეს, როგორც ოპტიკური საკომუნიკაციო ჯგუფი. მოგვიანებით, კვლევისა და პრაქტიკის ხანგრძლივი პერიოდის შემდეგ, ექსპერტებმა თანდათანობით შეაჯამეს დაბალი ზარალის ტალღის სიგრძის დიაპაზონი (1260nm ~ 1625nm), რაც ყველაზე შესაფერისია ოპტიკური ბოჭკოების გადაცემისთვის. ასე რომ, ბოჭკოვანი კომუნიკაციით გამოყენებული მსუბუქი ტალღები ზოგადად ინფრაწითელ ბენდშია.

ბოჭკოვანი კლასიფიკაცია

მულტიმოდური ოპტიკური ბოჭკოვანი: გადასცემს მრავალ რეჟიმს, მაგრამ დიდი ინტერაქტიული დისპერსია ზღუდავს ციფრული სიგნალების გადაცემის სიხშირეს, და ეს შეზღუდვა უფრო მძიმე ხდება გადაცემის მანძილის გაზრდით. ამრიგად, მულტიმოდური ბოჭკოვანი გადაცემის მანძილი შედარებით მოკლეა, ჩვეულებრივ, მხოლოდ რამდენიმე კილომეტრში.
ერთჯერადი რეჟიმის ბოჭკოვანი: ძალიან მცირე ბოჭკოვანი დიამეტრით, თეორიულად მხოლოდ ერთი რეჟიმი შეიძლება გადაიტანოს, რაც მას შესაფერისია დისტანციური კომუნიკაციისთვის.

ნაწილი 3. ბოჭკოვანი საკომუნიკაციო სისტემის სამუშაო პრინციპი

ოპტიკური ბოჭკოვანი კომუნიკაციის სისტემა

საკომუნიკაციო პროდუქტები, რომლებიც ჩვეულებრივ გამოიყენება, მაგალითად, მობილური ტელეფონები და კომპიუტერი, გადასცემს ინფორმაციას ელექტრული სიგნალების სახით. ოპტიკური კომუნიკაციის ჩატარებისას, პირველი ნაბიჯი არის ელექტრო სიგნალების ოპტიკურ სიგნალებად გადაქცევა, მათი ბოჭკოვანი კაბელების გადაცემით, შემდეგ კი ოპტიკური სიგნალები ელექტრონულ სიგნალებად გადაქცევას, ინფორმაციის გადაცემის მიზნის მისაღწევად. ძირითადი ოპტიკური საკომუნიკაციო სისტემა შედგება ოპტიკური გადამცემი, ოპტიკური მიმღები და ბოჭკოვანი წრე, შუქის გადაცემისათვის. იმისათვის, რომ უზრუნველყოს გრძელი დისტანციური სიგნალის გადაცემის ხარისხი და გადაცემის გამტარობის გაუმჯობესება, ზოგადად გამოიყენება ოპტიკური გამეორება და მულტიპლექსორები.

ქვემოთ მოცემულია მოკლე შესავალი ბოჭკოვანი ოპტიკური საკომუნიკაციო სისტემაში თითოეული კომპონენტის სამუშაო პრინციპის შესახებ.

ოპტიკური გადამცემი:ელექტრო სიგნალებს გარდაქმნის ოპტიკურ სიგნალებად, ძირითადად შედგება სიგნალის მოდულატორებისა და მსუბუქი წყაროებისგან.

სიგნალის მულტიპლექსატორი:წყვილები მრავალჯერადი ოპტიკური გადამზიდავი სიგნალები სხვადასხვა ტალღის სიგრძის ერთსა და იმავე ოპტიკურ ბოჭკოში გადაცემისათვის, რაც მიაღწევს გადაცემის სიმძლავრის გაორმაგებას.

ოპტიკური გამეორება:გადაცემის დროს, სიგნალის ტალღის ფორმა და ინტენსივობა გაუარესდება, ამიტომ აუცილებელია ტალღის ფორმის აღდგენა ორიგინალური სიგნალის სისუფთავე ტალღაზე და გაზარდოს სინათლის ინტენსივობა.

სიგნალი DemultiPlexer:მულტიპლექსური სიგნალის განლაგება მის თავდაპირველ ინდივიდუალურ სიგნალებში.

ოპტიკური მიმღები:მიღებული ოპტიკური სიგნალი გადააქცევს ელექტრო სიგნალს, ძირითადად შედგება ფოტომოდექტორისა და დემოდულატორისგან.

ნაწილი 4. ოპტიკური კომუნიკაციის უპირატესობები და პროგრამები

ოპტიკური კომუნიკაციის უპირატესობები:

1. გრძელი სარელეო მანძილი, ეკონომიური და ენერგიის დაზოგვა
თუ ვივარაუდებთ ინფორმაციის 10 გბიტს (10 მილიარდი 0 ან 1 სიგნალის) გადაცემას, თუ ელექტრო კომუნიკაცია გამოიყენება, სიგნალის გადაცემა და რეგულირებაა საჭირო რამდენიმე ასეული მეტრით. ამის შედარებით, ოპტიკური კომუნიკაციის გამოყენებამ შეიძლება მიაღწიოს სარელეო მანძილს 100 კილომეტრზე მეტი. რაც უფრო ნაკლებია სიგნალი სიგნალი, უფრო დაბალია ღირებულება. მეორეს მხრივ, ოპტიკური ბოჭკოს მასალა არის სილიკონის დიოქსიდი, რომელსაც აქვს უხვი რეზერვები და ბევრად უფრო დაბალი ღირებულება, ვიდრე სპილენძის მავთული. ამრიგად, ოპტიკურ კომუნიკაციას აქვს ეკონომიკური და ენერგიის დაზოგვის ეფექტი.

2. ინფორმაციის სწრაფი გადაცემა და კომუნიკაციის მაღალი ხარისხი

მაგალითად, ახლა, როდესაც საზღვარგარეთ მეგობრებთან საუბრისას ან ინტერნეტით საუბრისას, ხმა არ არის ისეთი ჩამორჩენილი, როგორც ადრე. სატელეკომუნიკაციო ეპოქაში, საერთაშორისო კომუნიკაცია ძირითადად ეყრდნობა ხელოვნურ თანამგზავრებს, როგორც გადაცემის რელეებს, რის შედეგადაც უფრო გრძელი გადამცემი ბილიკები და ნელი სიგნალის ჩამოსვლა. და ოპტიკური კომუნიკაცია, წყალქვეშა კაბელების დახმარებით, ამცირებს გადაცემის მანძილს, ინფორმაციის გადაცემას უფრო სწრაფად ხდება. ამიტომ, ოპტიკური კომუნიკაციის გამოყენებამ შეიძლება მიაღწიოს უფრო რბილ კომუნიკაციას საზღვარგარეთთან.

3. ძლიერი ჩარევის უნარი და კარგი კონფიდენციალურობა

ელექტრო კომუნიკაციამ შეიძლება განიცადოს შეცდომები ელექტრომაგნიტური ჩარევის გამო, რაც იწვევს კომუნიკაციის ხარისხის შემცირებას. ამასთან, ოპტიკურ კომუნიკაციას არ ახდენს გავლენა ელექტრული ხმაურით, რაც მას უფრო უსაფრთხო და საიმედო გახდის. და მთლიანი ასახვის პრინციპის გამო, სიგნალი მთლიანად შემოიფარგლება ოპტიკური ბოჭკოს გადაცემისთვის, ამიტომ კონფიდენციალურობა კარგია.

4. დიდი გადაცემის მოცულობა
საერთოდ, ელექტრო კომუნიკაციას შეუძლია მხოლოდ 10Gbps (10 მილიარდი 0 ან 1 სიგნალი წამში) გადასცეს, ხოლო ოპტიკურ კომუნიკაციას შეუძლია გადასცეს 1TBPS (1 ტრილიონი 0 ან 1 სიგნალი) ინფორმაციის შესახებ.

ოპტიკური კომუნიკაციის გამოყენება

ოპტიკური კომუნიკაციისთვის ბევრი უპირატესობაა და ის ინტეგრირებულია ჩვენი ცხოვრების ყველა კუთხეში, მისი განვითარების დღიდან. მოწყობილობები, როგორიცაა მობილური ტელეფონები, კომპიუტერები და IP ტელეფონები, რომლებიც ინტერნეტს იყენებენ ყველას აკავშირებენ თავიანთ რეგიონში, მთელ ქვეყანასთან და გლობალურ საკომუნიკაციო ქსელთან. მაგალითად, კომპიუტერებისა და მობილური ტელეფონების მიერ გამოსული სიგნალები იკრიბებიან ადგილობრივი საკომუნიკაციო ოპერატორის ბაზის სადგურებსა და ქსელის მიმწოდებლის მოწყობილობებში, შემდეგ კი მსოფლიოს სხვადასხვა ნაწილში გადაეცემა ბოჭკოვანი კაბელების მეშვეობით წყალქვეშა კაბელებში.

ყოველდღიური საქმიანობის რეალიზაცია, როგორიცაა ვიდეო ზარები, ონლაინ მაღაზიები, ვიდეო თამაშები და თვალყურს ადევნებს ყველაფერზე ეყრდნობა მის დახმარებას და დახმარებას კულისებში. ოპტიკური ქსელების გაჩენამ ჩვენი ცხოვრება უფრო კომფორტული და მოსახერხებელი გახადა.