Optik elyafın icadı, iletişim alanındaki devrimi yönlendirmiştir. Yüksek kapasiteli yüksek hızlı kanallar sağlamak için optik fiber yoksa, İnternet sadece teorik aşamada kalabilir. Eğer 20. yüzyıl elektrik dönemi olsaydı, 21. yüzyıl ışık dönemidir. Işık nasıl iletişime geçer? Aşağıdaki editörle birlikte optik iletişimin temel bilgisini öğrenelim.
Bölüm 1. Işık yayılımı için temel bilgi
Işık dalgalarını anlamak
Işık dalgaları aslında elektromanyetik dalgalardır ve boş alanda elektromanyetik dalgaların dalga boyu ve frekansı ters orantılıdır. İkisinin ürünü ışık hızına eşittir, yani:
Bir elektromanyetik spektrum oluşturmak için elektromanyetik dalgaların dalga boylarını veya frekanslarını düzenleyin. Farklı dalga boylarına veya frekanslarına göre, elektromanyetik dalgalar radyasyon bölgesine, ultraviyole bölgeye, görünür ışık bölgesine, kızılötesi bölgeye, mikrodalga bölgesine, radyo dalga bölgesine ve uzun dalga bölgesine ayrılabilir. İletişim için kullanılan bantlar esas olarak kızılötesi bölgesi, mikrodalga bölgesi ve radyo dalgası bölgesidir. Aşağıdaki resim, iletişim bantlarının ve karşılık gelen yayılma ortamlarının bölümlerini birkaç dakika içinde anlamanıza yardımcı olacaktır.
Bu makalenin kahramanı “Fiber Optik İletişim”, kızılötesi bantta hafif dalgalar kullanıyor. Bu noktaya gelince, insanlar neden kızılötesi grupta olması gerektiğini merak edebilirler? Bu sorun, optik fiber malzemelerin, yani silika camının optik iletim kaybı ile ilgilidir. Sonra, optik liflerin ışığı nasıl ilettiğini anlamamız gerekir.
Kırılma, yansıma ve ışığın toplam yansıması
Işık bir maddeden diğerine yayıldığında, iki madde arasındaki arayüzde kırılma ve yansıma meydana gelir ve kırılma açısı, olay ışığının açısı ile artar. Şekil ① → ② 'da gösterildiği gibi. Olay açısı belirli bir açıya ulaştığında veya aştığında, kırılan ışık kaybolur ve tüm olay ışığı geri yansıtılır, bu da aşağıdaki şekilde ② → ③ 'da gösterildiği gibi ışığın toplam yansımasıdır.
Farklı malzemeler farklı kırılma indekslerine sahiptir, bu nedenle ışık yayma hızı farklı ortamlarda değişir. Kırılma indisi n, n = c/v ile temsil edilir, burada c boşluktaki hızdır ve V, ortamdaki yayılma hızıdır. Daha yüksek kırılma indine sahip bir ortama optik olarak yoğun bir ortam denirken, daha düşük kırılma indeksine sahip bir ortama optik olarak seyrek bir ortam denir. Toplam yansımanın gerçekleşmesi için iki koşul şunlardır:
1. Optik olarak yoğun ortamdan optik olarak seyrek ortama iletim
2. Olay açısı, toplam yansımanın kritik açısından daha büyük veya eşittir
Optik sinyal sızıntısını önlemek ve iletim kaybını azaltmak için, optik liflerde optik iletim toplam yansıma koşulları altında meydana gelir.
Bölüm 2. Optik Yayılma Ortamına Giriş (Fiber Optik)
Toplam yansıma ışığı yayılımı hakkında temel bilgi ile, optik liflerin tasarım yapısını anlamak kolaydır. Optik fiberin çıplak fiberi üç katmana ayrılır: birinci kat, fiberin merkezinde bulunan ve cam olarak da bilinen yüksek saflıkta silikon dioksitten oluşan çekirdektir. Çekirdek çapı genellikle 9-10 mikron (tek mod), 50 veya 62.5 mikron (çok modlu). Fiber çekirdeği yüksek kırılma indisine sahiptir ve ışığı iletmek için kullanılır. İkinci kat kaplama: Silika camından (genellikle 125 mikron çapında) oluşan fiber çekirdeğin etrafında bulunur. Kaplamanın kırılma indisi düşüktür, fiber çekirdek ile birlikte toplam bir yansıma koşulu oluşturur. Üçüncü kaplama tabakası: En dış katman güçlendirilmiş bir reçine kaplamadır. Koruyucu tabaka malzemesi yüksek mukavemete sahiptir ve optik fiberi su buharı erozyonundan ve mekanik aşınmadan koruyarak büyük etkilere dayanabilir.
Fiber optik iletim kaybı, fiber optik iletişimin kalitesini etkileyen çok önemli bir faktördür. Optik sinyallerin zayıflamasına neden olan ana faktörler arasında malzeme emilim kaybı, iletim sırasında saçılma kaybı ve lif bükme, sıkıştırma ve yerleştirme kaybı gibi faktörlerin neden olduğu diğer kayıpları içerir.
Işığın dalga boyu farklıdır ve optik liflerdeki iletim kaybı da farklıdır. Kaybı en aza indirmek ve iletim etkisini sağlamak için bilim adamları en uygun ışığı bulmaya kararlıdırlar. Dalga boyu aralığındaki ışık, dispersiyon ve en düşük emilim kaybının neden olduğu en küçük sinyal bozulmasına sahiptir. İlk günlerde, bu dalga boyu aralığı optik iletişim bandı olarak kabul edildi. Daha sonra, uzun bir keşif ve uygulama döneminden sonra, uzmanlar yavaş yavaş düşük kayıp dalga boyu aralığını (1260nm ~ 1625nm) özetledi, bu da en çok optik liflerde iletim için uygun. Dolayısıyla, fiber optik iletişimde kullanılan ışık dalgaları genellikle kızılötesi banddadır.
Multimod Optik Fiber: Birden çok mod iletir, ancak büyük modal dağılım dijital sinyallerin aktarma sıklığını sınırlar ve bu sınırlama artan iletim mesafesi ile daha şiddetli hale gelir. Bu nedenle, multimod fiber optik şanzımanın mesafesi nispeten kısadır, genellikle sadece birkaç kilometre.
Tek modlu fiber: Çok küçük bir fiber çapı ile teorik olarak sadece bir mod iletilebilir, bu da uzaktan iletişim için uygundur.
| Karşılaştırma öğesi | Çok modlu fiber | Tek modlu fiber |
| Fiber optik maliyet | yüksek maliyet | düşük maliyet |
| İletim Ekipmanı Gereksinimleri | Düşük ekipman gereksinimleri, düşük ekipman maliyetleri | Yüksek ekipman gereksinimleri, yüksek ışık kaynağı gereksinimleri |
| Zayıflama | yüksek | Düşük |
| Şanzıman dalga boyu: 850nm-1300nm | 1260nm-1640nm | |
| Kullanımı uygun | daha büyük çekirdek çapı, kullanımı kolay | Kullanım için daha karmaşık bağlantı |
| Şanzıman mesafesi | yerel ağ | |
| (2km'den az) | erişim ağı | Orta ila uzun mesafeli ağı |
| (200km'den büyük) | ||
| Bant genişliği | Sınırlı bant genişliği | Neredeyse sınırsız bant genişliği |
| Çözüm | Fiber optik daha pahalıdır, ancak ağ aktivasyonunun göreceli maliyeti daha düşüktür | Daha yüksek performans, ancak bir ağ kurmanın daha yüksek maliyeti |
Bölüm 3. Fiber optik iletişim sisteminin çalışma prensibi
Cep telefonları ve bilgisayarlar gibi yaygın olarak kullanılan iletişim ürünleri, elektrik sinyalleri şeklinde bilgi iletir. Optik iletişim yaparken, ilk adım elektrik sinyallerini optik sinyallere dönüştürmek, fiber optik kablolardan iletmek ve daha sonra bilgi iletimi amacına ulaşmak için optik sinyalleri elektrik sinyallerine dönüştürmektir. Temel optik iletişim sistemi, bir optik verici, optik alıcı ve ışığı iletmek için bir fiber optik devreden oluşur. Uzun mesafeli sinyal iletiminin kalitesini sağlamak ve iletim bant genişliğini iyileştirmek için, optik tekrarlayıcılar ve çoklayıcılar genellikle kullanılır.
Aşağıda, fiber optik iletişim sistemindeki her bileşenin çalışma prensibine kısa bir giriş bulunmaktadır.
Optik Verici:Elektrik sinyallerini, esas olarak sinyal modülatörlerinden ve ışık kaynaklarından oluşan optik sinyallere dönüştürür.
Sinyal çoklayıcı:Çiftler Farklı dalga boylarında çoklu optik taşıyıcı sinyalleri, iletim için aynı optik fibere dönüşerek, iletim kapasitesinin iki katına çıkar.
Optik Tekrarlayıcı:İletim sırasında, sinyalin dalga formu ve yoğunluğu bozulacaktır, bu nedenle dalga formunu orijinal sinyalin düzgün dalga formuna geri yüklemek ve ışık yoğunluğunu arttırmak gerekir.
Sinyal Demultiplexer:Çoğaltılmış sinyali orijinal bireysel sinyallerine ayırın.
Optik Alıcı:Alınan optik sinyali, esas olarak bir fotodetektör ve bir demodülatörden oluşan bir elektrik sinyaline dönüştürür.
Bölüm 4. Optik iletişimin avantajları ve uygulamaları
1. Uzun röle mesafesi, ekonomik ve enerji tasarrufu
10 Gbps (saniyede 10 milyar 0 veya 1 sinyal) iletimi varsayıldığında, elektrik iletişimi kullanılırsa, sinyalin birkaç yüz metrede bir aktarılması ve ayarlanması gerekir. Buna kıyasla, optik iletişim kullanmak 100 kilometreden fazla bir röle mesafesi elde edebilir. Sinyal daha az kez ayarlanırsa, maliyet o kadar düşük olur. Öte yandan, optik fiberin malzemesi, bol miktarda rezerv ve bakır telden çok daha düşük maliyete sahip silikon dioksittir. Bu nedenle, optik iletişimin ekonomik ve enerji tasarrufu sağlayan bir etkisi vardır.
2. Hızlı bilgi iletimi ve yüksek iletişim kalitesi
Örneğin, şimdi yurtdışında arkadaşlarla konuşurken veya çevrimiçi sohbet ederken, ses daha önce olduğu kadar gecikmez. Telekomünikasyon çağında, uluslararası iletişim esas olarak yapay uydulara iletim için röleler olarak dayanır, bu da daha uzun iletim yolları ve daha yavaş sinyal varlığına neden olur. Ve optik iletişim, denizaltı kablolarının yardımıyla, iletim mesafesini kısaltır ve bilgi iletimini daha hızlı hale getirir. Bu nedenle, optik iletişim kullanmak yurtdışında daha pürüzsüz bir iletişim kurabilir.
3. Güçlü müdahale önleme yeteneği ve iyi gizlilik
Elektrik iletişimi elektromanyetik parazit nedeniyle hatalar yaşayabilir ve bu da iletişim kalitesinde bir azalmaya yol açabilir. Bununla birlikte, optik iletişim elektrik gürültüsünden etkilenmez, bu da onu daha güvenli ve daha güvenilir hale getirir. Ve toplam yansıma ilkesi nedeniyle, sinyal iletim için optik fiberle tamamen sınırlıdır, bu nedenle gizlilik iyidir.
4. Büyük iletim kapasitesi
Genel olarak, elektrik iletişimi sadece 10Gbps (saniyede 10 milyar 0 veya 1 sinyal) bilgi aktarabilirken, optik iletişim 1 TBPS (1 trilyon 0 veya 1 sinyal) bilgi iletebilir.
Optik iletişimin birçok avantajı vardır ve gelişiminden bu yana hayatımızın her köşesine entegre edilmiştir. İnternet kullanan cep telefonları, bilgisayarlar ve IP telefonları gibi cihazlar herkesi bölgesine, tüm ülkeye ve hatta küresel iletişim ağına bağlar. Örneğin, bilgisayarlar ve cep telefonları tarafından yayılan sinyaller yerel iletişim operatör baz istasyonlarında ve ağ sağlayıcı ekipmanlarında toplanır ve daha sonra denizaltı kablolarındaki fiber optik kablolar aracılığıyla dünyanın çeşitli yerlerine iletilir.
Video görüşmeleri, çevrimiçi alışveriş, video oyunları ve tıkınırcası gibi günlük etkinliklerin gerçekleştirilmesi, perde arkasındaki destek ve yardımına güveniyor. Optik ağların ortaya çıkışı hayatımızı daha rahat ve kullanışlı hale getirdi.
Gönderme Zamanı: MAR-31-2025
