Fibra optică: Cum funcționează? Pentru ce se folosește? Și mai mult

Telecomunicațiile, sau comunicarea la distanță lungă, sunt posibile datorită diverselor linii de transmisie disponibile. Printre acestea, una dintre cele mai fiabile este fibra optică. Aflați cum funcționează fibra optică în acest articol, permițându-vă să utilizați internetul și să vă bucurați de multe alte beneficii acasă și la birou.

Fibra optica

Fibra optică este un filament flexibil realizat în general din siliciu, deși există și fibre optice din plastic. Este un material foarte delicat, cu un diametru aproape ca cel al unui fir de păr. Este transparent, pentru a putea transmite lumina fără ca frecvența unei culori să-i distorsioneze pe ceilalți.

Fibra optică a apărut ca un potențial substitut pentru cablul coaxial. La fel ca cablul de cupru, fibra este utilizată pentru a transmite date între cele două capete ale acestuia, folosind lumina ca mijloc de transport.

Astăzi, fibra optică este unul dintre cele mai utilizate mecanisme de comunicare. Acest lucru se datorează faptului că informațiile pot parcurge distanțe mari fără a avea nevoie de multe sau poate nici de amplificatoare, astfel încât semnalul să nu se piardă. De asemenea, are o lățime de bandă sau o viteză de date mai mare decât cablurile de cupru.

Printre alte motive pentru care fibra optică este utilizată pentru a înlocui cablul de cupru este faptul că există o atenuare mai mică a semnalului pe kilometru de parcurs. Și un alt avantaj al acesteia este că fibra optică este imună la interferențele electromagnetice, deci este practic imposibil să se încalce securitatea.

La fel, este obișnuit să găsiți fibre optice pentru iluminat. Acest lucru se datorează faptului că, în acest moment, prin fibră a fost posibil să se furnizeze cea mai mare intensitate a luminii dintre toate formele de furnizare a luminii artificiale.

Structura unei fibre optice este alcătuită dintr-un miez, care este fibra însăși pe unde călătorește informația. Miezul este acoperit cu un strat de acoperire, care se caracterizează prin faptul că are un indice de reflexie mai mic decât miezul. Acest lucru se face cu intenția de a împiedica fasciculul de lumină care călătorește în nucleu să-l părăsească și să piardă informațiile, adică este un mod de a limita informațiile din nucleu folosind fenomenul de reflexie.

Ulterior, căptușeala este înconjurată de o manta și această manta din Kevlar. Și, în sfârșit, o glugă, de obicei galbenă sau portocalie, care identifică tipul de fibră. Ambele servesc pentru a oferi protecție și rigiditate mecanică fibrei, deoarece altfel fibra ar fi extrem de fragilă, chiar mai mult decât este deja.

În interiorul fibrei optice, pot fi trimise mai mult de un fascicul de lumină, deoarece există diferite rute sau posibile modalități de ao face. Acest tip de fibră optică se numește multimod, iar numele său provine din ceea ce are mai multe moduri pentru a trimite simultan fasciculele de lumină. În schimb, fibra monomod utilizează o singură cale liniară pentru a transmite fasciculul de lumină. Din punct de vedere fizic, ele sunt de obicei diferențiate de culoarea glugii, fiind în general portocaliu pentru multimod și galben pentru un singur mod.

La îmbinarea fibrei optice este important să se ia în considerare faptul că alinierea acesteia între miezuri trebuie să fie extrem de precisă, deoarece altfel ar exista pierderi datorate cuplării false. Acest lucru implică faptul că îmbinările dintre fibrele optice sunt mai complexe decât cele utilizate în cablurile convenționale de cupru.

Istoria fibrelor optice

În fibra optică există două elemente fundamentale care au prezentat progrese pentru a realiza tehnologia pe care o cunoaștem astăzi în ceea ce privește transmiterea datelor prin lumină. Aceste elemente sunt fibra optică și lumina care se deplasează în ea. În acest segment, vom călători prin istoria fibrelor optice și modul în care a evoluat în timp.

În Grecia antică, lumina soarelui reflectată de oglinzi era folosită pentru a trimite mesaje sau pentru a împiedica viziunea dușmanilor tăi. Același sistem a fost aplicat de Claude Chappe în 1792 pentru a aplica telegrafia optică folosind turnuri și oglinzi distribuite pe 200 km. El a reușit să transmită un mesaj în timp record pentru timpul de 16 minute.

În 1910 Demetrius Hondros și Peter Debye au fost primii care au implementat captarea luminii în interiorul cablurilor din sticlă. Este curios că acest experiment a durat atât de mult, deoarece până în anul 1820 existau deja ecuațiile care au stabilit acest fenomen.

Acest principiu este numit confinarea luminii prin refracție. Amintiți-vă că refracția este un fenomen care determină schimbarea direcției unui fascicul de lumină atunci când se schimbă de la o linie de transmisie la alta care au indici de refracție diferiți deoarece au densități diferite.

În anii 1840, Jean-Daniel Collado și Jacques Babinet au reușit să demonstreze acest principiu. În mod similar, în 1870 John Tyndall a observat că lumina poate călători în apă și că lumina este refractată în acest mediu. Acești primi pași au permis efectuarea studiilor care ar confirma potențialul sticlei ca material prin excelență pentru transmiterea luminii pe distanțe mari. La început, aplicația sa a fost pentru iluminarea fântânilor de apă.

Mai târziu, John Logie, inginer scoțian, a brevetat un sistem electromecanic pentru televizorul color, care folosea tije din sticlă care transmiteau lumina. Acest sistem nu a avut prea mult succes datorită atenuării pe care o avea datorită materialelor și tehnicilor pe care le-a aplicat, astfel încât lumina nu a putut parcurge distanțe mari. De asemenea, sistemul lor nu avea cuplaje optice.

În 1952, datorită studiilor anterioare efectuate de John Tyndall, fizicianul Narinder Singh Kapany a reușit să facă invenția fibrei optice. Trebuie remarcat faptul că în anii 1950 a fost aprofundată cercetarea cu privire la fibra optică. De fapt, în 1957 Basil Hirschovitz a fabricat un endoscop semiflexibil folosind fibra optică. A reușit să trimită imagini, iar acest endoscop este un instrument mai confortabil pentru operații.

Universitatea din Michigan propune, în versiunea sa de endoscop semi-flexibil, utilizarea unui material cu un indice de refracție mai scăzut decât nucleul, în loc să folosească uleiuri sau ceară așa cum a fost folosit anterior. În plus, au fost fabricate, de asemenea, șuvițe de fibră optică mult mai subțiri, la fel ca grosimea unui păr. Cu toate acestea, lumina a fost atenuată sau pierdută după 9 metri de călătorie cu această fibră optică. Charles K. Kao, care a prezentat că atenuarea teoretică maximă pe care ar trebui să o aibă fibrele optice a fost de 20 decibeli pentru ca aplicarea sa să fie fezabilă, în teza sa de doctorat

Din nou, Charles K. Kao împreună cu George Hockham au declarat că este posibilă fabricarea fibrelor cu un procent mai mare de transparență. La fel, ei au fost cei care au propus utilizarea fibrei optice pentru transmiterea mesajelor telefonice în loc să folosească cei convinși că sunt cablurile de cupru și electricitatea.

A fost necesară îmbunătățirea fibrei optice, care în acest moment avea o atenuare de 100 dB / km, o lățime de bandă mică și o fragilitate mecanică mare. Pentru a realiza acest lucru, trebuiau efectuate studii și investigații necontenite și aprofundate, care făceau posibil să se determine că cauza acestui nivel de pierdere a luminii erau impuritățile intrinseci care existau în siliciu sau sticlă.

Datorită acestei descoperiri, fibrele au început să fie fabricate cu o reducere de atenuare de până la 20 dB / km și cu o lățime de bandă mai mare. În plus, miezurile au o grosime de 100 µm, care au fost acoperite cu sârmă Naylon pentru a respecta fundația indicelui de refracție, dar care ar putea oferi, de asemenea, o rigiditate mecanică mai mare, ceea ce face imposibilă ruperea fibrei cu mâinile.

Munca lui Kao și Hockman a servit ca bază pentru cercetările efectuate de Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz și Frank Zimar care au propus și fabricat prima fibră optică cu impurități de titan. Aceste impurități au fost încorporate intenționat în siliciu pentru a crește refracția în fibră. Această fibră a permis luminii să circule în fibra optică cu doar 17 dB / km de atenuare. În același deceniu din 1970, a fost posibilă fabricarea fibrelor optice cu pierderi de numai 0.5 dB / km.

Un alt progres important în tehnologia de transmitere a datelor de lumină a fost realizat de fizicienii Morton B. Panish și Izuo Hayashi, care au dezvoltat un laser semiconductor care ar putea funcționa continuu fără a-și crește temperatura. Împreună John MacChesney și alți colaboratori au generat metode de preparare a fibrelor.

Prima transmisie telefonică folosind linia de transmisie a fost realizată pe 22 aprilie 1977 de compania nord-americană General Telephone and Electronics și a atins o viteză de 6 Mbit / s.

Până în 1980 fibrele aveau o transparență atât de mare încât puteau trimite semnale printr-o fibră optică pe o cale de până la două sute patruzeci de kilometri înainte ca acestea să fie complet pierdute. Aceste fibre au apărut atunci când cercetătorii și-au dat seama că siliciu pur fără niciun metal nu poate fi fabricat doar folosind instrumente și componente care utilizează abur. Acest lucru a împiedicat apariția contaminanților inerenți în procesul de fabricație.

AT&T și-a prezentat proiectul pentru un sistem de fibră optică la aproximativ 1980 de mile departare la Comisia Federală de Comunicații în XNUMX. Acest sistem va rula și va conecta orașele Boston și Washington DC. După patru ani de la prezentarea acestui proiect, sistemul a început să devină operațional. Acest cablu avea un diametru de zece inci și era capabil să furnizeze până la optzeci de mii de canale vocale pentru conversații telefonice simultane.

Prima fibră optică care a fost instalată transoceanic a devenit operațională în 1988, transparența miezului său a fost atât de impecabilă încât a fost necesar doar amplasarea amplificatoarelor optice la fiecare patruzeci de mile. Ulterior, s-au făcut mai multe conexiuni de acest tip și s-au făcut tururi mai extinse între orașe și continente.

Toate aceste progrese au permis ca fibra optică să-și îmbunătățească în continuare transparența și ar putea fi aplicată pentru comunicațiile de pe piață și nu numai la nivel experimental. De fapt, General Telephone and Electronics la 22 aprilie 1977 a reușit să realizeze prima transmisie telefonică de succes cu o viteză de 6 Mbits / s, folosind fibra optică drept linie de transmisie.

Procesul de fabricație

La Laboratoarele Bell au fost dezvoltate metode independente pentru fabricarea fibrelor optice. De acolo, există patru procese pentru fabricarea fibrelor optice

MCVD (Depunere chimică modificată de vapori)

Această metodă a fost inițial dezvoltată de Corning Glass și adaptată de Bell Laboratories pentru aplicații industriale. Acestea constau dintr-un tub de cuarț pur, în care dioxidul de siliciu este amestecat cu alte elemente pentru a prepara preparatul. Acest tub este apoi plasat pe un strung rotativ.

Ulterior, este adus la temperaturi de până la 1600 grade Celsius cu un arzător de hidrogen și oxigen. Acest lucru se face prin rotirea strungului în timp ce tubul de cuarț este încălzit pe toată lungimea sa. În acest moment se adaugă aditivi, care sunt cei care vor contribui la un indice de refracție mai bun în miez, la un capăt al tubului.

Straturile ulterioare sunt, de asemenea, încorporate, datorită supunerii continue a arzătorului. Această tehnică permite sintetizarea nucleului. Apoi, arzătorul este adus la o temperatură de 1800 grade Celsius, care este temperatura care permite cuartului să se înmoaie și astfel să obțină preforma.

Preforma se referă la tija sau tubul de sticlă care este utilizat pentru a crea fibra optică. Adică tubul solid care se obține după această metodă. De obicei, dimensiunile sale sunt puțin mai mari de 1 metru lungime și 1 centimetru în diametru.

VAD (Vapor Axial Deposition)

Această tehnică se bazează pe cea dezvoltată de Nippon Telephone și Telegraph. Este utilizat pe scară largă în Japonia în acele companii care se ocupă cu fabricarea fibrelor optice. Folosește aceleași materiale de bază ca și în metoda MCVD, însă diferă prin faptul că acesta din urmă a fost plasat doar miezul. Acum, acoperirea este, de asemenea, plasată în plus

De aceea, această metodă este puțin mai delicată în momentul dopării, deoarece dioxidul de germaniu trebuie încorporat într-o proporție mai mare în miez decât în acoperire. Pentru această fabricație, un software este utilizat ca asistent esențial în care sunt stabiliți parametrii.

Luând cu o tijă sau tub de sticlă auxiliar, începe procesul de preformă. Acest tub auxiliar servește drept suport. Începe prin încorporarea diferitelor materiale într-o manieră ordonată de la capătul cilindrului, obținând preforma poroasă, care pe măsură ce crește, se desprinde de tubul de sticlă auxiliar.

Ulterior, se desfășoară procesul de prăbușire, care constă în ridicarea temperaturii până la 1700 de grade Celsius, pentru a realiza înmuierea cuarțului. Acest lucru se face pentru a trece de la o preformă poroasă goală internă la un cilindru solid, transparent.

Dacă comparăm această metodă cu cea anterioară, metoda VAD are avantajul că se obțin preforme cu lungime mai mare și diametru mai mare și, de asemenea, reducând aportul de energie. Cu toate acestea, dezavantajul său este că necesită echipamente de fabricație mult mai sofisticate.

OVD (Depunerea în afara vaporilor)

Această metodă a fost dezvoltată de Corning Glass Work. În acest caz, materia primă începe cu un cilindru substrat ceramic și arzătorul. Clorurile vaporoase sunt plasate pe focul arzătorului, iar focul încălzește tija. În acest moment, se realizează sinteza preformei. Această procedură constă în uscarea tijei cu ajutorul clorului gazos, pentru a efectua ulterior procesul de prăbușire în același mod ca și cele care vor fi efectuate cu metoda anterioară. Așa se sintetizează miezul și placarea acestuia, obținându-se preforma.

Unele dintre avantajele acestei metode este că este posibilă fabricarea fibrelor optice cu atenuare foarte scăzută și calitate bună, datorită optimizării procesului de uscare. Această optimizare permite obținerea de profile netede fără o structură inelară importantă.

PCVD (Plasma Chemical Vapor Deposition)

Această metodă este dezvoltată de compania Philips din Olanda. La fel, se caracterizează prin profilurile sale netede și fără structură inelară recunoscută. Principiul acestei fundații se bazează pe oxidarea clorurii de siliciu și a clorurii de germaniu. Prin ruginirea acestor cloruri, se obține o stare plasmatică, urmată de procesul de dopare din interior.

Etapa de întindere a preformei

Indiferent de tipul de metodă utilizată, este obișnuit printre toate acestea să se desfășoare procesul de întindere a preformei. Pentru a realiza întinderea preformei este necesar să aveți un cuptor cu tub deschis. Preforma este plasată în interiorul acestui cuptor și supusă la temperaturi de până la 2000 de grade Celsius, pentru a înmuia preforma și a o putea manipula.

În acest proces, se atinge diametrul fibrei optice și este extrem de important să se mențină o tensiune constantă, astfel încât diametrul pe toată lungimea fibrei optice să nu varieze. Modul de a vă asigura că miezul nu are astfel de variații în diametrul său este de a menține o tensiune constantă uniformă. În plus, trebuie garantată absența curenților de convecție în cuptor.

De asemenea, este extrem de important ca atunci când preforma se înmoaie din nou, să se evite intrarea de agenți care pot contamina sau genera microfisuri, care ar provoca pierderea atenuării și chiar ruperea fibrei optice.

În timpul acestui proces, la figură se adaugă și material sintetic, în general este un polimer vâscos. Importanța acestui polimer este că permite întinderea fibrei optice la viteze mai mari. Acest lucru creează un strat uniform, fără impurități, în jurul fibrei. În cele din urmă, această protecție este uscată și întărită, prin procese termice sau reacții chimice folosind radiații ultraviolete.

Aplicații cu fibră optică

Fibra are o versatilitate impresionantă, permițându-i să fie aplicată în comunicații digitale, bijuterii, senzori, iluminat, decorațiuni, printre altele. Iată câteva dintre cele mai frecvente aplicații ale fibrelor optice și alte aplicații suplimentare.

Comunicații cu fibră optică

Cea mai mare utilizare la scară sau amploare a fibrei optice este pentru telecomunicații. Datorită flexibilității sale, este posibil să grupați mai multe fire pentru a forma cabluri de fibră optică. De obicei, fibrele folosite pentru aceasta sunt realizate din plastic sau sticlă și, uneori, chiar din ambele materiale.

Senzori de fibra optica

Senzorii cu fibră optică se pot distinge între senzorii intrinseci și senzorii extrinseci. Senzorii intrinseci se referă la figura în sine ca senzor. Pe de altă parte, în senzorii extrinseci, fibra este mijlocul de transmitere a semnalelor pe care un senzor le emite către un sistem care procesează semnalele menționate.

Deoarece nu există circulație a curentului electric în fibrele optice, acestea au un avantaj în comparație cu senzorii electrici. Chiar și firele de fibre sunt în sine un senzor excelent pentru măsurarea deformațiilor, temperaturii, presiunii atmosferice, umidității, câmpurilor electrice, câmpurilor magnetice, gazelor, vibrațiilor, printre altele.

O altă aplicație a fibrelor optice în aplicarea microfoanelor acvatice pentru detectarea cutremurelor sau a aplicațiilor de unde generate de sonar. Pentru aceasta, mai mult de o mie de senzori realizați cu fibră optică au fost folosiți pentru a crea sisteme hidrofonice. Acest tip de sistem este utilizat în principal de industria petrolieră și organizațiile de apărare și unele țări. În mod similar, compania Sennheiser din Germania a creat un microfon care funcționează cu lumină laser și fibră optică.

În acest sens, senzorii cu fibră optică care măsoară temperatura și presiunea atmosferică sunt folosiți în puțurile de petrol. Aceste tipuri de senzori sunt capabili să reziste unor condiții mai extreme comparativ cu senzorii fabricați cu semiconductori.

În aviație există un giroscop din fibră optică, precum și microsenzori de hidrogen.

Acești senzori fotonici din fibră optică conțin în general patru părți fundamentale, care sunt:

Senzorul: este traductorul
Interogatorul: cine emite și primește semnalul care vine de la fibra optică.
Cablul optic: este fibra optica
Cuplaje optice, multiplexoare, amplificatoare sau comutatoare: elementele care ajută sistemul optic și electric să fie cuplate fără a pierde semnalul și sunt capabile să manipuleze diferite semnale din surse diferite.

Funcționarea sau funcționarea acestui sistem începe cu generarea unui semnal optic creat de interogator, aceasta pentru a solicita informații de la receptor. Aceste informații se deplasează prin fibra optică a senzorului. Când se procedează la măsurarea condițiilor de mediu, cum ar fi gazele, presiunea atmosferică, temperatura și alți factori, există o variație a intensității luminii sau lungimea ei de undă este afectată și, prin urmare, există o modificare a acesteia.

Această variație de schimbare, fie în lungimea de undă, fie în intensitatea luminii, este returnată din nou prin fibra optică către interogator. Apoi, se estimează procentul de variație al acestor modificări. Prin aplicarea diferiților algoritmi și instrumente, cum ar fi cuplajele optoelectronice, este posibilă conversia semnalelor optice în semnale electronice, astfel încât sistemele electrice care se află la extreme să poată interpreta informațiile, cum ar fi un sistem de control sau afișare. Date în timp real.

De asemenea, în funcție de cantitatea de trafic de date, cum ar fi cele care tranzitează într-o rețea de internet, pot exista multiplexoare optice, comutatoare optice, amplificatoare optice sau cuplaje optice diferite în același mod.

În mod similar, sistemele de senzori cu fibră optică pot fi clasificate ca punctuale sau distribuite.

Sisteme de senzori de punct optic

Acest tip de sistem utilizează poziții definite de senzori distribuiți într-o rețea de senzori care permit monitorizarea parametrilor individual. Din această cauză, sistemele de puncte permit măsurarea simultană a mai multor parametri. Spre deosebire de sistemele distribuite, monitorizarea sistemelor punctuale poate acoperi până la 250 km.

Sisteme de senzori optici distribuiți

În acest caz, măsurătorile și detecțiile variației parametrului optic pe care îl primește interogatorul provin din datele obținute de-a lungul întregii fibre optice. Acest lucru prezintă un avantaj, deoarece este o zonă de fibră optică, care este utilizată ca traducător al sistemului. Sistemul optic distribuit poate acoperi o lungime de 120 km.

Iluminat

Primele aplicații pe care le-a avut fibra optică au fost tocmai iluminarea spațiilor. Chiar și astăzi, această aplicație continuă să existe pentru fibra optică. Acest lucru se datorează faptului că fibra optică permite iluminarea zonelor fără a genera căldură și fără riscul de scurtcircuit, deoarece fibra optică este proiectată pentru transmiterea fasciculelor de lumină.

Este chiar posibil, prin modificarea frecvenței, să se schimbe culoarea iluminării. Acest lucru este foarte util, de exemplu, dacă iluminarea este utilizată într-o lampă, deoarece este posibil să schimbați culoarea fără a fi nevoie să schimbați lampa.

De asemenea, este posibil să extindeți zonele de iluminare, deoarece este posibil să poziționați diferite fibre optice în mai multe locuri, utilizând o singură sursă de lumină.

Mai multe utilizări ale fibrelor optice

Este folosit ca ghid de undă pentru fasciculele de lumină emise de echipamente medicale sau industriale care necesită zone de iluminare în care linia de vedere nu este direct sau ușor accesibilă.

Putem folosi ca exemplu endoscopul semi-flexibil utilizat în medicină, care folosește fibra optică împreună cu lentilele pentru a putea vizualiza interiorul organelor fără a fi nevoie de intervenții chirurgicale foarte invazive. În cazul industriilor, să inspecteze echipamente precum turbine.

De fapt, fibrele optice sunt utilizate în prezent ca elemente decorative, la fel ca în cazul pomilor de Crăciun care au fibre optice în ramurile lor care luminează pomul și este, de asemenea, posibil să le variați culoarea.

Un alt exemplu de aplicare în fibră optică este cel aplicat în anumite clădiri, care captează lumina naturală de pe acoperișurile lor și datorită fibrelor optice această lumină poate călători în spațiile interne ale clădirii.

Și, în sfârșit, astăzi există un amestec între beton și fibră optică care are ca rezultat un beton translucid. Acest material a fost creat de arhitectul Ron Losonczi, iar lucrul uimitor al acestui beton este că poate avea în continuare puterea betonului și, în plus, calitatea fibrelor optice pentru a transmite lumina.

Caracteristici ale fibrelor optice

Fibra optică este o linie de transmisie dielectrică care funcționează în spectrul electromagnetic din banda optică. În această bandă optică este locul în care putem găsi culorile, dar există și banda infraroșie apropiată și banda infraroșie. În fibra optică, o parte din aceste frecvențe este de obicei folosită.

Fiecare fir de fibră optică are în centru un miez din plastic sau sticlă, adică siliciu și oxid de germaniu. Acest miez are un indice de refracție ridicat și este acoperit de o acoperire cu un indice de refracție mai mic. Acest lucru permite luminii să călătorească numai prin miez și să nu scape în exterior. Este obișnuit ca acest strat de acoperire să fie realizat dintr-un polimer sau plastic.

Această diferență între indicii de refracție care trebuie să existe între miez și placarea sa se datorează principiilor de refracție a luminii. Acest principiu afirmă că, atunci când o suprafață cu un anumit indice de refracție se învecinează cu o altă suprafață cu un indice de refracție mai mic, lumina este reflectată și, cu cât diferența dintre acești indici este mai mare, cu atât este mai mare unghiul de incidență, deci va exista o reflectare internă totală .

În fibra optică, lumina sare sau se reflectă în interiorul nucleului, iar aceste unghiuri de reflexie sunt foarte largi, deci se poate presupune practic că lumina călătorește în linie dreaptă prin centrul său, permițându-i să călătorească la distanțe mari fără decolorare.

Performanță cu fibră optică

Legile geometriei optice sunt cele care stabilesc funcționarea și principiile de bază ale funcționării fibrelor optice. Fibra optică este reglementată în principal de legea refracției, urmând principiul reflexiei interne totale.

Fasciculele de lumină sunt transmise prin miezul fibrei optice, am dat diferența în indicii de refracție, acest fascicul nu poate trece prin placare, dar este de fapt reflectat pe el și continuă să se propage prin miez.

În continuare, vom prezenta avantajele și dezavantajele tehnologiei cu fibră optică.

Avantaj

Are o lățime de bandă foarte mare, permițând viteze de transmisie foarte rapide
Este o tehnologie minimalistă, adică ocupă foarte puțin spațiu.
Este ușor, deoarece cântărește doar câteva grame pe kilometru. Spre deosebire de cablul electric care poate chiar cântări de 9 ori mai mult decât fibra optică.
Este complet imun la contaminarea electromagnetică. Deci are o calitate de transmisie superioară liniilor convenționale, deoarece nu este deranjat de exemplu de scurtcircuitele externe sau de furtunile electrice.
Tocmai pentru că este imună la interferențe, fibra optică garantează un nivel ridicat de securitate a informațiilor. Acest lucru se datorează faptului că singura modalitate de a intra în sistemul de transmisie cu fibră optică este prin slăbirea acestuia și chiar întreruperea acestuia, făcându-l ușor de detectat.
Nu generează interferențe cu alte sisteme.
Nu este afectat de semnale parazite, astfel încât în sisteme precum metroul în care există sisteme care pot perturba cu ușurință comunicațiile, fibra optică devine alternativa prin excelență.
Atenuarea sa este semnificativ mică în comparație cu cablurile convenționale, astfel încât este posibil să parcurgeți distanțe mari fără a fi nevoie să includeți elemente active, cum ar fi amplificatoare pentru a menține semnalul.
În funcție de materialele cu care sunt fabricate mantaua și hota, fibra optică poate avea o rezistență mecanică bună.
Este rezistent la coroziune.
Are un sistem numit reflectrometrie optică care permite detectarea ușoară a punctelor de slăbiciune sau de tăiere a fibrelor de-a lungul traseului.

Dezavantaje

Deoarece prezentăm toate avantajele fibrelor optice, vom continua să prezentăm dezavantajele acestei tehnologii în comparație cu alte linii de transmisie.

Fragilitate ridicată a fibrelor.
Necesită echipamente de transmisie și recepție mai scumpe.
Împletiturile realizate cu fibră optică sunt mai complexe de realizat, în special pe teren, astfel încât reparațiile sunt mai dificile.
Deoarece nu poate transmite electricitate, nu este direct compatibil cu sistemele finale, care sunt în general electronice.
Nu poate transmite puteri foarte mari.
Nu poate stoca informații optic.
Este afectat de temperaturi ridicate sau scăzute, astfel că mantaua și acoperirea trebuie să fie materiale rezistente la temperatură.
Vibrațiile pot afecta corect transmiterea datelor.

Tipuri de fibre optice

În miezul fibrei optice există diferite căi pe care le poate urma fasciculul de lumină. Fiecare dintre aceste căi este numită un mod de propagare. Fibra optică poate fi clasificată ca fibră multimod sau monomod.

Fibra multimod

Fibra multimod se referă la una în care lumina poate călători prin mai multe căi sau moduri. Un singur fir de fibră multimod poate avea până la 1000 de moduri de propagare a fasciculelor de lumină. Aceasta implică faptul că fasciculele de lumină nu ajung simultan. Acest tip de fibră este utilizat în general pe distanțe scurte, aproximativ distanțe mai mici de 2 kilometri.

Indicele de refracție al miezului unei fibre multimodale este puțin mai mare decât indicele de refracție al placării. În plus, grosimea miezului unei fibre multimode este mai mare decât cea a unei fibre monomod, acest lucru îi permite să fie mai ușor de conectat, deoarece nu necesită o precizie exactă.

Fibrele multimode pot fi la rândul lor clasificate în două forme, în funcție de tipul de indice de refracție al nucleului său, care sunt:

Indice de treaptă : În acest caz, indicele de refracție este constant pe întreaga lungime a miezului, rezultând o dispersie modală ridicată.

Indice gradat : În acest caz, miezul este alcătuit din materiale diferite, astfel încât indicele de refracție nu este constant pe întreaga lungime a fibrei și, prin urmare, are o dispersie modală mai mică.

La fel, standardul stabilit în ISO 11801, indică clasificarea fibrelor optice multimode în funcție de lățimea de bandă și de sursa de lumină care trebuie utilizată, pentru a spune dacă este multimod pe laser sau multimod pe lumina led.

OM1: Fibra 62.5 / 125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit / s), LED.
OM2: Fibra 50 / 125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit / s), LED.
OM3: Fibra 50/125 µm, 10 Gigabit (300 m), Laser.

Fibra monomod

După cum am explicat anterior, termenul mod este aplicat pentru a indica numărul de traiectorii pe care le pot avea fasciculele de lumină. În fibra monomod, există un singur mod prin care lumina poate călători. Aceasta înseamnă că diametrul miezului este mai mic. În mod similar, lumina călătorește teoretic prin centrul fibrei, spre deosebire de multimodul care sări de pe pereții miezului. Acest tip de fibră este utilizat în principal pentru traseele pe distanțe lungi.

Cablu cu structură liberă

De asemenea, este posibilă clasificarea fibrelor optice în funcție de designul său și există, de asemenea, două tipuri de fibre optice conform acestei clasificări.

Acest tip de fibră poate fi aplicat în aer liber și în interior și constă din mai multe fire de fibre care sunt împărțite în grupuri care sunt introduse în tuburi care înconjoară o armătură centrală, iar acestea la rândul lor sunt acoperite de o manta de protecție.

Termenul de structură liberă provine din faptul că firele de fibră optică sunt vag în interiorul tuburilor prin care sunt ghidate. Acest tub poate fi gol sau poate avea un material hidrofob în interior, astfel încât să servească drept protecție pentru fibra optică împotriva umidității.

În plus, trebuia să fie slăbită, permite izolarea fibrei optice de forțele mecanice externe care se exercită asupra cablului.

Armătura centrală este în general flexibilă și oferă rezistență cablului. Poate fi din metal sau material dielectric.

Cablu de structură etanșă

Acest cablu are în principal aplicații pentru interiorul clădirilor, deoarece este mai flexibil și permite raze de îndoire mai mici decât cablurile cu structură liberă.

Acest cablu constă în unirea mai multor fire de fibră optică care au în mod individual manta și sacou. Aceste fire înconjoară o piesă centrală și tot acest set este la rândul său protejat de un strat exterior. Numele său provine din faptul că toate firele de fibră sunt foarte strânse, ceea ce oferă un suport fizic bun.

Componente din fibră optică

Într-un sistem de comunicație cu fibră optică există unele componente care sunt necesare pentru ca transmisia să aibă succes. Aceste componente includ emițătoare optice, detectoare optice, conectori sau terminale de fibră optică, printre altele.

Transmițătoare optice

Acestea sunt elementele însărcinate cu transformarea informațiilor sau datelor care provin dintr-o sursă electronică în date optice sau fascicule de lumină. Pentru a realiza acest lucru, emițătorul folosește electroni la o anumită frecvență pentru a fi excitați în materiale precum siliciu, generând adesea fascicule de lumină, numite fotoni, sub formă de energie. Fotonii sunt particula cuantică elementară a luminii. Transmițătorul are un modulator care îndeplinește funcția de transformare a energiei electronice în energie optică.

Emițătoare de fascicul

În transmițătoarele optice există două tipuri de emițătoare care emit semnale optice, care sunt:

LED-uri.

Este o diodă care emite lumină sau diodă emitentă de lumină. Acest tip de emițător de lumină este utilizat în principal în fibrele multimode datorită ușurinței sale de utilizare și a duratei de viață. Deși este important să rețineți că acest tip de lumină nu este capabil să călătorească pe distanțe lungi, de aceea este folosit pentru distanțe scurte, deoarece îndeplinesc funcția și reduc costurile.

Lasere

Este radiația spontană amplificată a luminii. Emite lumină foarte coerentă și utilizează semiconductori pentru emisia de lumină. lumina laser poate fi utilizată în fibrele multimode și în fibrele monomod, deși sunt utilizate în general numai în fibrele monomod, deoarece circuitele lor sunt mai complexe și, prin urmare, mai scumpe. Durata de viață a laserului, deși lungă, este de obicei sub media LED-urilor.

Convertoare electrice de curent luminos

În transmisiile cu fibre optice, este necesar să existe un element care să detecteze prezența fotonilor. De obicei, este o fotodiodă care este responsabilă pentru conversia semnalelor optice în semnale electronice. Acest lucru se realizează prin traducerea prezenței sau absenței luminii în semnale cu valori maxime și minime sau unii și zerouri.

Și, de asemenea, sunt aplicate pentru procesul invers, adică pentru a converti semnalele electrice în semnale optice. Chiar dacă este posibilă transformarea luminii în semnale electrice, iar acestea emit o anumită putere, nu este suficient să alimentați echipamentul terminal. Aceste echipamente terminale sunt de obicei electrice, deci este necesară aproape întotdeauna o sursă de alimentare alternativă.

După cum am menționat anterior, de obicei acești convertoare opto-electrice constau dintr-o fotodiodă sau un semiconductor. Pentru a garanta funcționarea corectă a acestor semiconductori, trebuie să existe anumite condiții, care sunt:

Când nu există lumină, curentul invers nu trebuie să fie foarte mare pentru a putea detecta semnale optice foarte slabe.
Trebuie să aibă o lățime de bandă mare, pentru a putea oferi viteză de răspuns.
Nivelurile de zgomot generate de acești semiconductori ar trebui să fie minime.

La rândul lor, există două tipuri de detectoare, fotodiodele PIN și fotodiodele de avalanșă APD.

Detectoare PIN

Acest tip de detectoare constă dintr-un semiconductor compus din trei straturi, cele două straturi exterioare sunt unul de tip P și unul de tip N, iar cel din mijloc este un semiconductor intrinsec. De aici provine numele său PIN. Acest material intrinsec în practică este de obicei plasat ca o extensie a materialului P sau a materialului N.

Detectoare APD

Acestea sunt semiconductori de avalanșă. Aceste fotodiode, atunci când i se aplică o tensiune inversă, generează un câștig de curent. Funcționarea acestor detectoare de avalanșă semiconductoare constă în efectuarea unei deplasări a electronilor și se întâlnește cu un atom, astfel încât să poată elibera un alt electron. Motivul pentru care sunt folosiți semiconductorii avalanșei este că acest electron trimis este necesar pentru a gestiona o cantitate suficientă de energie.

Detectoarele APD pot fi clasificate în trei tipuri, în funcție de materialul din care este fabricat:

Detectoare de siliciu

Aceste tipuri de detectoare au performanțe ridicate și generează niveluri reduse de zgomot. Alimentarea cu acest tip de detectoare se încadrează în intervalul 200 V - 300 V

Detectoare de germaniu

În general, funcționează cu lungimi de undă cuprinse între 1000 și 1300 nm, deși performanțe puțin mai mici.

Detectoare alte materiale

Acești detectori sunt compuși din materiale sau substanțe chimice care se află în grupele III și V din tabelul periodic.

Tipuri de lustruire a fibrelor optice

Tipurile de lustruire vor depinde de conectorii care se află la capetele fibrei optice, pot fi clasificați în funcție de tipul lor de lustruire. Acest tip de lustruire va varia în funcție de modul în care este conectat.

Plată : această lustruire lasă capetele fibrei netede și perpendiculare pe axa sa, adică complet plate.

PC (Contact fizic) : Fibrele se termină într-o formă convexă, aducând nucleele ambelor fibre în contact.

SPC (Super PC) : Este similar cu PSP, marginile sunt ușor pilite astfel încât să capete o formă triunghiulară fără un punct în centru, ci mai degrabă să rămână plat.

UPC (Ultra PC): Este același lucru cu SPC, dar marginile sunt denumite mai departe, astfel încât doar centrul fibrei este partea plată.

UPC îmbunătățit: Aceasta este o versiune mai rafinată decât cea anterioară, deci contactul trebuie să fie extrem de precis.

APC (Angled PC): Acest tip de lustruire constă în crearea unui profil cu un anumit unghi. Acest unghi permite un contact fizic mai precis între miezurile ambelor piese.

Conectori cu fibră optică

Conectorii sunt componentele care permit conectarea cablurilor cu fibră optică la echipamentele terminale. Aceste echipamente terminale au porturi de comunicație pentru computer pentru conexiuni cu fibră optică. În funcție de tipul de port, se utilizează un anumit tip de conector pentru conectarea fibrei. Acest lucru este similar cu modul în care funcționează în cazul cablurilor convenționale; de exemplu, cablul coaxial are diferite tipuri de conectori, fiecare cu o funcție specifică.

Pe scurt, tipurile de conectori pentru fibra optică sunt:

FC
FDDI
LC și MT-Array
SC și SC-Duplex
ST sau BFOC

Conectorii care sunt utilizați în mod obișnuit în fibra optică, în special pentru rețelele locale sunt conectorii ST, LC, FC și SC.

Sârme din fibre optice

Un cablu cu fibră optică este format din grupul mai multor fibre optice prin care se văd semnale diferite. Fiecare fibră poate trimite cantități mari de date din surse diferite, astfel încât un cablu de fibră optică poate trimite informații de la diferite servicii în același timp.

Cablurile cu fibră optică sunt cea mai fezabilă alternativă pentru înlocuirea cablurilor coaxiale în industria telecomunicațiilor și industria electronică. Chiar și un cablu cu 8 fibre optice este încă considerabil mai mic decât cablurile convenționale. Un cablu cu fibră optică are capacitatea de a trimite informații echivalente cu cele trimise de 60 de cabluri de cupru de 1623 de perechi sau 4 cabluri coaxiale de 8 tuburi. În plus, fibra optică poate trimite informații pe distanțe mai mari, fără a fi nevoie să amplasați cât mai multe repetoare sau amplificatoare, cum s-ar întâmpla în cazul utilizării cablurilor de cupru.

De asemenea, este important să evidențiem diferența de greutate care există între cablul cu fibră optică și cablul de cupru. De exemplu, un cablu din fibră optică cu 8 fibre poate cântări doar 30 kg pe kilometru, în timp ce cablul coaxial poate cântări până la 45 kg pe kilometru. Și la fel, fibra optică permite o singură rută de la 2 la 4 kilometri distanță. În cazul cablului coaxial, acesta permite numai curse de 250 până la 300 de metri.

Cu toate acestea, este de asemenea adevărat că fibrele optice necesită o acoperire suplimentară și alte elemente care asigură armarea în instalarea sa. Acest lucru se face pentru a nu pune riscul liniei și, în viitor, pot apărea rupturi din cauza fragilității lor.

Caracteristici cablu

Aceste cabluri cu fibră optică au funcții diferite. În primul rând, putem menționa că acționează ca un element care protejează fibrele optice interne astfel încât acestea să nu sufere daune sau rupturi care pot apărea în momentul instalării cablului sau pe durata de viață utilă a acestuia, care este în general de 20 de ani. .

În al doilea rând, cablurile din fibră optică asigură rigiditate mecanică fibrei optice interne, astfel încât să poată rezista condițiilor de torsiune prin compresie la tracțiune și factorilor de mediu la care poate fi expusă. De aceea, pe lângă cablu, sunt încorporate și alte elemente pentru a întări și izola fibra optică de acești agenți externi și forțe la care este supusă.

Aceste cabluri pot avea o instalație subterană, submarină sau transoceanică sau aeriană. Unul dintre cele mai critice puncte ale unui sistem cu cabluri de fibră optică este în momentul instalării și de aceea anumite elemente sunt folosite pentru a proteja fibra de deteriorări.

Designul și elementele cablurilor din fibră optică

Rolul pe care îl va juca un cablu cu fibră optică va determina structura acestuia. Cu toate acestea, chiar și atunci când pot fi aplicate pentru diferite funcții, toate cablurile din fibră optică au multe elemente în comun, care sunt acoperirea secundară, fibrele interne, elementele care contribuie la întărirea și structura cablului, mantaua care se grupează toate firele de fibre și materialele izolatoare de umiditate. Acoperirile secundare pot fi împărțite în trei tipuri:

Căptușeală confortabilă

Această căptușeală este, în general, o coroană inelară solidă, realizată din nylon sau poliester care acoperă căptușeala primară. Prin urmare, acest strat secundar mărește diametrul final al fibrei optice. Funcția acestei acoperiri este de a oferi protecție împotriva microburilor care pot exista în fibra optică. Cu toate acestea, chiar dacă această acoperire protejează împotriva acestor îndoiri, este important să fiți vigilenți atunci când instalați fibra optică, deoarece acestea pot apărea încă în momentul instalării.

Căptușeală liberă

Această căptușeală are un spațiu supradimensionat, care constă dintr-un tub gol care este realizat din metal și combinat cu plastic. Acest lucru face ca acest tub să fie un material dur, dar în același timp flexibil. Scopul realizării unei placări supradimensionate este acela că protejează fibra optică de vibrații, temperaturi și forțe mecanice.

Căptușeală slabă cu căptușeală

Este aceeași acoperire menționată mai sus, dar în interior este introdus un material capabil să izoleze umezeala. Prin introducerea unui material hidrofob în interior, acesta împiedică apa să ajungă la fibra optică. Pe lângă asigurarea protecției împotriva vibrațiilor și a altor agenți de mediu, este capabil să reziste și la anumite temperaturi. Este obișnuit să se utilizeze materiale derivate din petrol sau silicon.

Elemente structurale

Aceste elemente sunt structurile care servesc drept ghid central pentru calea pe care trebuie să o urmeze fibra optică. Fibra optică este fie distribuită de-a lungul acestei structuri, fie împletită în jurul ei. În general, aceste structuri au canale sau caneluri care servesc drept ghid suplimentar pentru fibra optică.

Elemente de armare

După cum indică și numele lor, misiunea lor este de a oferi o armare suplimentară cablului de fibră optică pentru a izola, pe cât posibil, forțele de tracțiune la care fibrele pot fi supuse și, în plus, nu există o alungire semnificativă care ar putea cauza miezul rupturi. În plus față de protecția pentru alungire, protejează și cablurile din fibră optică împotriva îndoirilor și vibrațiilor. Cele mai obișnuite materiale utilizate pentru structurile de armare sunt fibra de sticlă din Kevlar și oțel, deoarece sunt materiale flexibile, dar au și o soliditate.

Capac

Toate cablurile de fibră optică au un sacou care este realizat în mod obișnuit din plastic. Această înveliș este acoperirea exterioară a cablului de fibră optică și funcția sa este de a oferi protecție miezului împotriva agenților externi, forțe și fenomene, cum ar fi umiditatea, temperatura, vibrațiile, printre altele.

Materialele care vor compune capacele noastre vor varia în funcție de instalarea și aplicarea lor, de exemplu cablurile optice care sunt interoceanice trebuie să ofere protecție împotriva umidității, presiunii atmosferice și chiar împotriva mușcăturilor de rechin. Dacă este un cablu cu fibră optică care va fi instalat aerian, învelișul trebuie să protejeze miezul împotriva vibrațiilor și deformărilor generate de vânt, precum și împotriva temperaturilor și umidității. Sau dacă, în cele din urmă, instalarea acestuia va fi subterană, atunci capacul trebuie să fie puțin mai greu pentru a rezista șocurilor și presiunilor date, de exemplu, traficului vehiculelor.

Tehnici de îmbinare

Este obișnuit ca în alergări foarte mari, până la peste 120 de kilometri, să fie necesară realizarea de îmbinări între fibre, deoarece nu există cu greu o fibră continuă care să aibă această lungime. Și chiar și în cazul unei spargeri, este necesar să efectuați acest tip de reparații.

Diferitele tipuri de îmbinări care există sunt următoarele:

Împletire mecanică

Acest tip de îmbinare constă dintr-un fel de manșon în care sunt introduse cele două fibre și se face o răsucire mecanică pentru a uni cele două miezuri. Aceste îmbinări sunt utilizate în general pe o bază temporară sau atunci când îmbinarea prin fuziune este considerată inutilă. Pierderile legate de acest timp de îmbinare sunt de ordinul a 0,5 dB.

Împletirea cu cleiuri

În acest caz, se aplică un adeziv transparent special care permite îmbinarea celor două capete ale fibrei și această uniune este protejată cu un anumit tip de armătură externă. Are pierderi de 0.2 dB, dar de obicei nu este foarte fiabil, deoarece lipiciul poate tinde să se dezlipească din nou.

Fusion splicing

Se folosește un instrument numit îmbinator de fuziune acolo unde se lucrează mai delicat și mai precis. În această lucrare, operatorul trebuie să pregătească în prealabil fibra înainte de a introduce capetele în acest îmbinator. Acest instrument are capacitatea de a vizualiza dacă capetele au un agent contaminant sau dacă este necesară o lustruire mai fină sau dacă ar trebui să existe o mai bună aliniere între fibre. Dacă toate aceste cerințe sunt îndeplinite, atunci se procedează la încălzirea numai a acelei zone, topind fibra și astfel unindu-i miezul. Pierderile acestei îmbinări sunt de 0.02 dB.

Atenuarea cablurilor din fibră optică

Termenul de atenuare înseamnă pierderile de putere care apar în linia de transmisie. Unitatea sa de măsură este decibelul (dB). În fibra optică există diferite motive pentru care apare atenuarea în cablu. Există două tipuri de pierderi, care sunt pierderea sau pierderea intrinsecă și pierderea extrinsecă.

Atenuările intrinseci sunt cele care sunt generate de compoziția chimică și de alți factori de fabricație a acesteia. Adică acele cauze care fac parte din însăși compoziția siliciului și germaniei și din procesele de fabricație a firelor. Indiferent cât de mult procesele pot continua să se îmbunătățească, nu va fi posibil să se ajungă la un fir de fibre fără atenuare.

Pe de altă parte, atenuările extrinseci sunt cele generate de factori externi, cum ar fi impuritățile, conexiunile defectuoase, lustruirea incorectă a profilurilor lor, îmbinările, printre altele. Această atenuare este sau pierderile pot fi clasificate la rândul lor după cum urmează:

Pierderi de absorbție

Acest tip de atenuare apare atunci când există prezența impurităților în fibră. Aceste impurități absorb sau întrerup trecerea luminii. Această absorbție transformă de obicei lumina în energie termică, generând astfel pierderi de la 1 la 1000 dB / km.

Pierderea lui Rayleigh

Când se fabrică fibra optică, există un moment de răcire a acesteia, în care fibra nu se află într-o stare lichidă și solidă și este posibil să existe o aplicare incorectă a tensiunii atunci când este întinsă, ceea ce poate genera nereguli microscopice. Aceste nereguli determină difracția fasciculelor de lumină atunci când trec prin ele.

Dispersii

Dispersia are loc atunci când există o variație a indicelui de refracție și, prin urmare, lumina este refractată într-un mod diferit decât se aștepta, acest lucru se întâmplă din cauza microfisurilor din fibră, a poluanților sau a motivelor intrinseci ale fibrei.

Dispersie intermodală

Acest tip de împrăștiere are loc atunci când există o diferență în timpul de propagare al luminii atunci când acestea iau rute diferite în interiorul miezului fibrei. Poate fi cunoscut și sub numele de dispersie modală. Acest tip de dispersie se întâmplă numai în fibrele multimode.

Dispersia cromatică a materialului: acesta este rezultatul diferitelor lungimi de undă ale luminii care se propagă la viteze diferite printr-un mediu dat.

Dispersia cromatică a ghidului de undă: este o funcție a lățimii de bandă a semnalului de informații, iar configurația ghidului este în general mai mică decât dispersia anterioară și, prin urmare, poate fi neglijată.

Pierderi de radiații

Aceste pierderi sunt generate de îndoiri sau îndoiri în cablul de fibră optică. Acest lucru se întâmplă, în general, în momentul instalării sau când curbele apar în calea fibrei optice.

Cuplarea pierderilor

La îmbinarea sau în punctele terminale unde sunt necesari conectori, va exista întotdeauna atenuare. Aceste atenuări sunt de obicei scăzute, dar nu neglijabile. Ca și atunci când există o aliniere incorectă între nuclee, totuși aceasta trebuie corectată pentru a evita revenirea undelor.

Windows care funcționează cu fibră optică

Aceste ferestre de lucru ne permit să profităm de o parte a benzii de lumină în infraroșu a spectrului electromagnetic. În acest caz, acestea sunt ferestre în care lungimile de undă sunt în ordinea nanometrilor. S-a demonstrat în diferite ocazii că atunci când funcționează în aceste ferestre de lucru există o atenuare mai mică. Mai exact, există trei ferestre:

Prima fereastră de lucru: lungimea de undă este de ordinul a nouă sute optzeci de nanometri.
A doua fereastră de lucru: în acest caz lungimea de undă este de 2 nanometri.
A treia fereastră de lucru: lungimea de undă este de ordinul a o mie cinci sute cincizeci de nanometri. Această ultimă fereastră este împărțită în banda S, banda C și banda L.

Conexiuni cu fibră optică

Există două forme de conexiuni cu fibră optică într-un sistem de rețea. Aceste topologii sunt rețele punct-la-punct și rețele punct-la-multipunct.

Rețelele punct-la-punct sunt acelea în care un nod este generat din sursa informațiilor direct către companii, acasă sau utilizatori care necesită serviciul. Cu alte cuvinte, nu există intermediar sau alt nod în rețea între utilizator și serviciu.

Rețelele punct-la-punct sunt cele care necesită un separator sau separatoare optice, similare cu cele utilizate pentru televiziune, care ne permit să conectăm diferite televizoare chiar și atunci când compania de cablu furnizează doar un cablu coaxial. Apoi, din emițător apare o fibră optică care împarte semnalul prin divizoarele optice între doi, patru, șase și până la opt utilizatori. În rețele foarte largi, una dintre aceste opt diviziuni este luată pentru a încorpora un alt splitter optic în rețea care poate alimenta alți 8 utilizatori. Cu toate acestea, aceste diviziuni au o limită și necesită amplificatoare în calea lor.

Amplificatoare optice

Încă constau din fibre optice, dar în procesul de fabricație sunt dopați cu diferite componente chimice, în special pământuri rare. Unul dintre cele mai utilizate amplificatoare cu fibră optică este dopajul cu erbiu.

Acest amplificator se găsește în mod obișnuit ca EDFA pentru abrevierea sa în limba engleză. Acest amplificator funcționează în a treia fereastră de lucru, în special în banda C și banda L. Cu toate acestea, poate funcționa și în banda S, dar necesită alți agenți sau componente chimice suplimentare.

Câștigul pe care îl oferă semnalului optic poate fi de la cincisprezece la patruzeci de decibeli. De obicei constă dintr-o fibră optică stocată într-o carcasă dreptunghiulară și poate avea o lungime de zece până la șaizeci de metri de fibră dopată.

Rezumat

Fibra optică este un mediu de transmisie care trimite date prin fascicule de lumină. Principiile pe care se bazează fibra optică sunt în legile geometriei optice, în special în legea refracției.

La începuturile sale, au fost efectuate diferite studii care se completează reciproc până când a fost posibilă dezvoltarea fibrei optice cunoscută astăzi. În aceste studii, s-a observat că transparența firului de fibră sau a miezului a fost esențială pentru a reduce atenuările și pentru a atinge pierderile minime de astăzi de 0.02dB / Km.

Componentele obținute în mod obișnuit din fibre optice sunt oxidul de siliciu și germaniu. Componentele de placare care acoperă miezul sunt, în general, un tip de plastic. Apoi vine o manta care oferă rigiditate mecanică care poate fi realizată din nylon sau kevlar și, în cele din urmă, o manta din plastic care protejează întregul cablu și izolează fibrele de agenții externi.

Există diferite metode de fabricație care sunt:

MCVD (Depunere chimică modificată de vapori)
VAD (Vapor Axial Deposition)
OVD (Depunerea în afara vaporilor)
PCVD (Plasma Chemical Vapor Deposition)

Indiferent de tipul de metodă utilizată, este obișnuit printre toate acestea să se desfășoare procesul de întindere a preformei.

Aplicațiile fibrelor optice sunt diverse. În comunicații, acestea au devenit unul dintre mijloacele sau liniile de transmisie prin excelență, datorită lățimii lor mari de bandă și vitezei de transmisie pe care le poate atinge, precum și fiabilității sau securității informațiilor pe care le oferă acest sistem. În senzori care permit detectarea condițiilor sau parametrilor precum: temperatura, umiditatea, presiunea atmosferică și chiar pentru sistemele sonare.

De asemenea, este utilizat pentru iluminare, cum ar fi endoscopul flexibil care folosește fibra optică ca mijloc de ghidare a luminii pentru a ilumina organele și pentru a putea efectua intervenții chirurgicale mai puțin invazive sau mai precise într-un mod mai confortabil. La fel, pentru efecte decorative precum pomii de Crăciun.

Este posibil să schimbați culorile pe care le afișează sau le reflectă o fibră optică, variind lungimea de undă sau frecvența care se deplasează prin ea.

Unele dintre cele mai importante avantaje ale fibrelor optice și ale utilizărilor sale sunt lățimea de bandă, viteza de transmisie pe care o pot atinge datele, imunitatea electromagnetică, reducerea spațiului și greutății ocupate și securitatea înaltă a informațiilor.

Deși, pe de altă parte, este o tehnologie mai avansată și, prin urmare, mai costisitoare, instalarea și întreținerea sunt mai complexe decât sistemele convenționale, sunt extrem de fragile și nu sunt foarte tolerante la temperaturi, umiditate, vibrații și alungire.

Există două tipuri de optică în funcție de cantitatea de zgomot sau de modurile pe care le pot transmite.

Fibrele multimodale sunt cele care pot trimite diferite lungimi de undă simultan prin diferite moduri, de unde și numele lor. Comparativ cu fibrele monomod, fibrele multimodale au un miez mai mare, iar indicele de refracție dintre miez și placare diferă, dar doar puțin. Deci valurile se deplasează în nucleu sărind de pe pereții nucleului. Sunt folosite pentru rute sau rețele pe distanțe scurte. De obicei, este identificat deoarece jacheta exterioară este de obicei portocalie.

Fibrele monomod sunt cele care au o singură cale de transmisie, iar miezul lor este mai mic în comparație cu fibrele multimod. Modul de transmisie este de obicei axa centrală a miezului, deoarece ricoșează la unghiuri foarte mari. Acestea sunt de obicei diferite de multimode, deoarece folosesc o jachetă exterioară galbenă.

Acum, conform designului său, există și două tipuri. Fibrele optice structurate în vrac sunt acelea în care firele de fibră optică sunt libere în interiorul tuburilor prin care sunt ghidate. Acest tub poate fi gol sau poate avea un material hidrofob în interior, astfel încât să servească drept protecție pentru fibra optică împotriva umidității.

În schimb, cablurile cu structură strânsă constau în îmbinarea mai multor fire de fibră optică, care sunt acoperite individual cu o manta și un sacou. Aceste fire înconjoară o piesă centrală și tot acest set este la rândul său protejat de un strat extern.

Într-un sistem de comunicație realizat prin fibră optică există unele componente care sunt necesare pentru ca transmisia să aibă succes. Printre aceste componente se numără emițătoare optice precum LED-uri sau lasere, convertoare opto-electrice care sunt responsabile pentru transformarea semnalelor electrice în optice pentru a fi trimise prin fibră și ulterior pentru a converti din nou semnalele optice care sunt recepționate în cele electrice.

De asemenea, există detectoarele optice care sunt:

PIN
APD
siliciu
Germaniu
Alte materiale

Tipurile de lustruire vor depinde de conectorii care se află la capetele fibrei optice, pot fi clasificați în funcție de tipul lor de lustruire.

Plano
PC (contact fizic)
SPC (SuperPC)
CPU (UltraPC)
UPC îmbunătățit
APC (PC cu unghi)

Conectorii sunt elementele care permit conectarea fibrei optice la echipamentul terminal. Conectorii care sunt utilizați în mod obișnuit în fibra optică, în special pentru rețelele locale sunt conectorii ST, LC, FC și SC.

Îmbinare mecanică: acest tip de îmbinare constă dintr-un fel de manșon în care sunt introduse cele două fibre și se face o răsucire mecanică pentru a uni cele două miezuri. Pierderile legate de acest timp de îmbinare sunt de ordinul a 0,5 dB.

Împletirea cu cleiuri: în acest caz se aplică un adeziv transparent special care permite îmbinarea celor două capete ale fibrei și această îmbinare este protejată cu un anumit tip de armătură externă. Are pierderi de 0.2 dB, dar de obicei nu este foarte fiabil, deoarece lipiciul poate tinde să se dezlipească din nou.

Îmbinarea prin fuziune: îmbinarea are capacitatea de a vizualiza dacă capetele au un agent contaminant sau dacă este necesară o lustruire mai fină sau dacă ar trebui să existe o mai bună aliniere între fibre. Apoi, continuă să încălzească doar acea zonă, topind fibra și astfel unindu-i miezul. Pierderile acestei îmbinări sunt de 0.02 dB.

Rolul pe care îl va juca un cablu cu fibră optică va determina structura acestuia. Cu toate acestea, chiar și atunci când pot fi aplicate pentru diferite funcții, toate cablurile din fibră optică au multe elemente în comun, care sunt placarea secundară, fibrele interne, elementele care contribuie la armarea și structura cablului, mantaua care se grupează toate firele de fibre și materialele izolatoare de umiditate.

Există elemente care oferă suport în structura și armarea cablului de fibră optică. Elementele structurale care servesc drept ghid central pentru calea pe care trebuie să o urmeze fibra optică. Fibra optică este fie distribuită de-a lungul acestei structuri, fie împletită în jurul ei. În general, aceste structuri au canale sau caneluri care servesc drept ghid suplimentar pentru fibra optică.

Elementele de armare oferă armături suplimentare cablului de fibră optică pentru a-l izola de forțele de întindere la care poate fi supus și, în plus, nu există o alungire semnificativă care ar putea genera rupturi în miezuri.

În atenuările extrinseci există mai multe cauze, care sunt:

Pierderi de absorbție
Pierderea lui Rayleigh
Dispersii
Pierderi de radiații
Cuplarea pierderilor

Concluzii

Fibra optică este o linie de transmisie care a permis o viteză și o eficiență mai mari în transmiterea datelor astăzi. Chiar dacă este o tehnologie care trebuie să parcurgă un drum lung pentru a putea înlocui sistemele convenționale, uneori este totuși cea mai bună opțiune pentru comunicații.

Cu toate acestea, fibra optică este un tip de tehnologie costisitoare în comparație cu sistemele convenționale, deoarece necesită echipamente și instrumente optice care tind să fie mai scumpe. De asemenea, necesită o pregătire adecvată pentru a putea lucra cu fibra optică. În plus, instalarea sa este de obicei un proces foarte delicat, iar prezența rupturilor în fibră ar putea genera pierderi considerabile dacă nu este tratată la timp. În plus, anumite echipamente trebuie încă dezvoltate, astfel încât tehnologia și sistemul să fie complet optice, deoarece, de exemplu, încă nu există memorii optice.

Este obișnuit ca rețelele de fibră optică să aibă sisteme de rezervă, cum ar fi inelul sau inelul dublu, ceea ce permite ca în cazul acestor incidente informațiile să poată călători într-o altă direcție, pentru a evita întreruperea serviciului pentru o perioadă lungă de timp în timp ce situația este rezolvată.

Sistemele cu fibră optică sunt foarte fiabile, deoarece este practic imposibil să încălcați rețeaua fără a fi detectat sau fără a întrerupe transmisia datelor. De aceea este obișnuit să vezi fibre optice instalate sub apă între țările aliate, unde transmit informații sensibile și secrete.

Ceea ce distinge fibra optică de alte medii în ceea ce privește rata de date și capacitatea de transmisie. În plus, garantează pierderi minime de informații datorită faptului că are o atenuare foarte mică în elementul său principal, ceea ce face inutilă instalarea atât de multe echipamente de restaurare și amplificare în sistem. Deoarece informațiile călătoresc cu viteza luminii, a fost posibil să se vadă o migrație considerabilă a companiilor mari către acest tip de tehnologie.