Kuituoptisen viestinnän edut
● Suuri viestintäkapasiteetti
● Pitkä releetäisyys
● Immuuni sähkömagneettisille häiriöille
● Runsaat resurssit
● Kevyt ja pienikokoinen kuituoptiikka
Lyhyt historia optisen viestinnän kehityksestä
● Yli 2000 vuotta sitten: Majakkatornit – valot, lippumerkit
● 1880: Optinen puhelin – langaton optinen viestintä
● 1970: Kuituoptinen viestintä
● 1966: Dr. Kao Kuen, "kuituoptiikan isä", ehdotti ensimmäisen kerran ideaa valokuituviestinnästä.
● 1970: Corning Institutionin Kapron tuotti valokuitua häviöllä 20 dB/km.
● 1977: Chicagon ensimmäinen kaupallinen 45 Mb/s linja.
Sähkömagneettinen spektri
Taittuminen/heijastus ja valon sisäinen kokonaisheijastus
Koska valo kulkee eri aineissa eri nopeuksilla, valon siirtyessä aineesta toiseen tapahtuu taittumista ja heijastusta näiden kahden aineen rajapinnassa. Lisäksi taittuneen valon kulma muuttuu tulevan valon kulman mukaan. Kun tulevan valon kulma saavuttaa tai ylittää tietyn kulman, taittunut valo katoaa ja kaikki tuleva valo heijastuu takaisin; tämä on täydellinen sisäinen heijastus. Eri materiaalit taittavat saman aallonpituuden valoa eri kulmissa (eli eri materiaaleilla on erilaiset taitekertoimet), ja sama materiaali taittaa eri aallonpituuksilla olevan valon eri kulmissa. Kuituoptinen viestintä perustuu näihin periaatteisiin. Heijastavuusjakauma: Tärkeä optisia materiaaleja kuvaava parametri on taitekerroin, jota merkitään N:llä. Valon nopeuden C tyhjössä suhde valon nopeuteen V materiaalissa on materiaalin taitekerroin.
N＝C/V
Kuituoptisessa viestinnässä käytettävän kvartsilasin taitekerroin on noin 1,5.
Kuituoptinen rakenne
Paljas kuitukaapeli koostuu yleensä kolmesta kerroksesta:
Ensimmäinen kerros: korkea-taitekerroin-lasiydin (ytimen halkaisija on yleensä 9-10 μm, (yksitila) 50 tai 62,5 (monimuoto).
Toinen kerros: Matalan{0}}taitekerroin-piilasiverhous keskellä (halkaisija on yleensä 125 μm).
Kolmas kerros: Uloin vahvistava hartsipinnoite.
Valon perustiedot
1) Ydin: Korkea taitekerroin, käytetään valon välittämiseen;
2) Pinnoite: Matala taitekerroin yhdessä ytimen kanssa muodostaa olosuhteet täydelliselle sisäiselle heijastukselle;
3) Takki: Korkea lujuus, kestää suurempia iskuja ja suojaa optista kuitua.
3 mm valokuitukaapeli Oranssi MM Multimode
Keltainen SM Singlemode
Valokuitukaapelin mitat:
Ulkohalkaisija on tyypillisesti 125 µm (keskimääräinen ihmisen hius on 100 µm)
Sisähalkaisija: yksi-moodi 9 µm, monimuoto 50/62,5 µm
Numeerinen aukko
Kaikki optisen kuidun päätypinnalle tuleva valo ei välity kuidun läpi; vain tietyllä kulma-alueella tuleva valo välittyy. Tätä kulmaa kutsutaan optisen kuidun numeeriseksi aukoksi. Suurempi numeerinen aukko on edullinen valokuitujatkossa. Numeerinen aukko vaihtelee eri yritysten valmistamien valokuitujen välillä.
Optisten kuitujen tyypit
Valon läpäisytilan perusteella kuidun sisällä optiset kuidut voidaan luokitella seuraavasti:
Moni-tila (MM)
Single{0}}Mode (SM)
Multi-Mode Fiber: siinä on paksumpi lasiydin (50 tai 62,5 μm), mikä mahdollistaa useiden valomuotojen välittämisen. Sen intermodaalinen hajonta on kuitenkin merkittävä, mikä rajoittaa lähetettävien digitaalisten signaalien taajuutta, ja tämä rajoitus pahenee etäisyyden kasvaessa. Esimerkiksi 600 Mt/km kuidun kaistanleveys on vain 300 Mt/km 2 kilometrin etäisyydellä. Siksi monimuotokuidun lähetysetäisyys on suhteellisen lyhyt, tyypillisesti vain muutama kilometri.
Single{0}}Mode Fiber: siinä on ohuempi keskilasiydin (halkaisijaltaan tyypillisesti 9 tai 10 μm), mikä mahdollistaa vain yhden valomuodon siirtymisen. Se on pohjimmiltaan eräänlainen askel-indeksikuitu, mutta sen ytimen halkaisija on hyvin pieni. Teoreettisesti se sallii vain yhden suoran valon reitin päästä-kuituun ja levitä suorassa linjassa ytimessä. Kuitupulssin laajeneminen on minimaalista. Siksi sen intermodaalinen hajonta on hyvin pieni, mikä tekee siitä sopivan pitkän matkan-viestintään. Sen kromaattinen dispersio on kuitenkin tärkeässä roolissa, mikä tarkoittaa, että yksimuotokuidulla on korkeat vaatimukset valonlähteen spektrin leveydelle ja stabiiliudelle, eli spektrin leveyden on oltava kapea ja stabiilisuuden hyvä.
Kuituoptinen luokitus
Materiaalin mukaan:
● Lasikuitu: Sekä ydin että verhous ovat lasia. Pieni häviö, pitkä lähetysetäisyys, korkea hinta.
● Vaipallinen silikonikuitu: ydin on lasia, verhous muovia. Samanlaiset ominaisuudet kuin lasikuitu, alhaisemmat kustannukset.
● Muovikuitu: Sekä ydin että verhous ovat muovia. Suuri häviö, erittäin lyhyt lähetysetäisyys, erittäin alhainen hinta. Käytetään laajasti kodinkoneissa, äänilaitteissa ja lyhyen{2}}etäisyyden kuvansiirrossa.
● Optimaalisen lähetystaajuuden ikkunan mukaan: perinteinen yksi-muotokuitu ja dispersio-siirretty yksimuotokuitu-.
● Perinteinen: Kuituvalmistajat optimoivat kuidun siirtotaajuuden yhdelle aallonpituudelle, kuten 1300 nm.
● Dispersio{0}}Siirretty: Kuitujen valmistajat optimoivat kuidun lähetystaajuuden kahdelle aallonpituudelle, kuten 1300nm ja 1550nm.
● Äkillisesti siirtynyt: Taitekerroin muuttuu äkillisesti ytimestä lasikuoreen. Alhaiset kustannukset, korkea intermodaalinen hajonta. Soveltuu lyhyen-etäisyyden, hitaita-nopeuksiin, kuten teollisuusohjaukseen. Yksimuotokuiduilla on kuitenkin erittäin alhainen intermodaalinen dispersio, joten ne ovat kaikki lajiteltuja-indeksikuituja.
●Asteittain{0}}indeksikuidut: Taitekerroin pienenee asteittain ytimestä verhoukseen, mikä mahdollistaa korkean-tilan valon leviämisen sinimuotoisesti. Tämä vähentää intermodaalista hajoamista, lisää kuidun kaistanleveyttä ja pidentää lähetysetäisyyttä, mutta se on kalliimpaa. Useimmat monimuotokuidut ovat nykyään lajiteltuja{4}}indeksikuituja.
