Сигналы и помехи в оптическом волокне
Создана 29.04.2022
Отредактирована 29.04.2022
Отредактирована 29.04.2022
В отличии от кабелей на основе медных проводников, оптические кабели не чувствительны к внешним помехам. Почему? Потому что свет не может попасть в сердцевину оптического волокна, за исключением единственной точки - конца кабеля, на котором находится передатчик. Волокно покрыто буферным материалом и внешней пластиковой оболочкой, которые не дают свету проникать во внутрь либо выходить за пределы оптического кабеля.
Импульсы света, которые передаются по одному из волокон, не оказывают воздействия на сигналы, передающиеся по любому из соседних волокон, поэтому для оптических волокон не существует проблем с наводками, в отличие от кабелей на основе медных проводников. Кроме того, качество оптоволоконных соединений достаточно высоко и соответствует новейшим стандартам, в котором указано, что максимальная длина оптоволоконных каналов может быть больше 2 км. Структуры, которые реализованы на оптических средах, позволяют использовать технологию Ethernet в региональных и распределенных сетях.
Для передачи больших объемов данных на большие расстояния наилучшим типом соединений являются оптические. Однако они все же имеют свои ограничения при передаче данных. Когда световая энергия проходит через оптическое волокно, некоторая ее часть теряется. Такое затухание сигнала может быть вызвано несколькими факторами, связанными со строением оптического волокна. Один из наиболее важных факторов - рассеивание. Рассеивание происходит на микроскопических неоднородностях (дефектах) в оптическом волокне, которые вызывают отражение и рассеивание некоторой части световой энергии, как показано на рисунке 1.
Импульсы света, которые передаются по одному из волокон, не оказывают воздействия на сигналы, передающиеся по любому из соседних волокон, поэтому для оптических волокон не существует проблем с наводками, в отличие от кабелей на основе медных проводников. Кроме того, качество оптоволоконных соединений достаточно высоко и соответствует новейшим стандартам, в котором указано, что максимальная длина оптоволоконных каналов может быть больше 2 км. Структуры, которые реализованы на оптических средах, позволяют использовать технологию Ethernet в региональных и распределенных сетях.
Для передачи больших объемов данных на большие расстояния наилучшим типом соединений являются оптические. Однако они все же имеют свои ограничения при передаче данных. Когда световая энергия проходит через оптическое волокно, некоторая ее часть теряется. Такое затухание сигнала может быть вызвано несколькими факторами, связанными со строением оптического волокна. Один из наиболее важных факторов - рассеивание. Рассеивание происходит на микроскопических неоднородностях (дефектах) в оптическом волокне, которые вызывают отражение и рассеивание некоторой части световой энергии, как показано на рисунке 1.
Рис. 1. Рассеивание
Поглощение - еще один фактор, вызывающий ослабление сигнала. Когда световые лучи встречают на своем пути в волокне некоторые химические примеси, эти примеси могут поглотить часть энергии луча. Эта часть световой энергии переходит в тепловую. Поглощение делает световой сигнал менее ярким.
К факторам, которые вызывают затухание сигнала, относятся также неточности в изготовлении волокна и шероховатость границы сердцевина-оболочка. Потери энергии происходят из-за несоответствия среды условию полного внутреннего отражения на таких неровных поверхностях и неоднородностях. Если в оптическом волокне встречаются микроскопические различия в диаметре сердцевины либо ее симметрии, это также приводит к несоблюдению правила полного внутреннего отражения, и тогда часть световой энергии проходит в оболочку и поглощается в ней.
Дисперсия светового импульса ограничивает максимальное расстояние, на которое может быть использован оптический кабель. Дисперсия - технический термин, который описывает "расползание" светового импульса и искажение его фронтов при его прохождении через оптическое волокно рисунок 2.
К факторам, которые вызывают затухание сигнала, относятся также неточности в изготовлении волокна и шероховатость границы сердцевина-оболочка. Потери энергии происходят из-за несоответствия среды условию полного внутреннего отражения на таких неровных поверхностях и неоднородностях. Если в оптическом волокне встречаются микроскопические различия в диаметре сердцевины либо ее симметрии, это также приводит к несоблюдению правила полного внутреннего отражения, и тогда часть световой энергии проходит в оболочку и поглощается в ней.
Дисперсия светового импульса ограничивает максимальное расстояние, на которое может быть использован оптический кабель. Дисперсия - технический термин, который описывает "расползание" светового импульса и искажение его фронтов при его прохождении через оптическое волокно рисунок 2.
Рис. 2. Дисперсия
Многомодовое оптическое волокно с градиентным коэффициентом преломления было разработано для компенсации различных расстояний, которые проходят разные моды в сердцевине кабеля с большими размерами. В одномодовом оптическом волокне не возникает проблем со множеством световых путей. Но в то же время хроматическая дисперсия является общей проблемой обоих типов оптического волокна. Световые волны с определенной длиной волны распространяются в прозрачных средах с меньшими скоростями, чем остальные. Такое различие скорости и вызывает хроматическую дисперсию. Призма способна разделить различные длины волн именно благодаря данному эффекту. В идеале светодиод или лазер должны воспроизводить всего лишь одну длину волны, и проблема хроматической дисперсии не должна существовать.
К сожалению, лазеры и особенно светодиоды излучают целый набор световых волн разной длины, и поэтому хроматическая дисперсия в оптоволокне существует и ограничивает максимальное расстояние передачи по оптическому волокну. Если попробовать передать сигнал на большее расстояние, то до приемника на втором конце волокна дойдут "размазанные" и ослабленные импульсы света, и приемник не сможет различить единицы и нули в сигнале.
К сожалению, лазеры и особенно светодиоды излучают целый набор световых волн разной длины, и поэтому хроматическая дисперсия в оптоволокне существует и ограничивает максимальное расстояние передачи по оптическому волокну. Если попробовать передать сигнал на большее расстояние, то до приемника на втором конце волокна дойдут "размазанные" и ослабленные импульсы света, и приемник не сможет различить единицы и нули в сигнале.
| <= Назад | |
| |