Från begreppet "ljus" till optisk överföring av information - lejonzage. Mer om optisk dataöverföringsteknik

Användbara tips

En optisk fiber består av en central ljusledare (kärna) - en glasfiber, omgiven av ytterligare ett lager glas - en beklädnad, som har ett lägre brytningsindex än kärnan. Medan ljuset sprids genom kärnan går inte ljusstrålarna utöver dess gränser, utan reflekteras från skalets täckskikt. I optisk fiber genereras ljusstrålen vanligtvis av en halvledar- eller diodlaser. Beroende på fördelningen av brytningsindex och kärnans diameter är optisk fiber uppdelad i singelmod och multimod.

Marknad för fiberoptiska produkter i Ryssland

Berättelse

Även om fiberoptik är ett mycket använt och populärt kommunikationsmedel, är själva tekniken enkel och utvecklad för länge sedan. Experimentet med att ändra riktningen på en ljusstråle genom brytning demonstrerades av Daniel Colladon och Jacques Babinet redan 1840. Några år senare använde John Tyndall detta experiment i sina offentliga föreläsningar i London, och redan 1870 publicerade han ett verk om ljusets natur. Praktisk användning teknologin hittades först på 1900-talet. På 1920-talet demonstrerade experimentörerna Clarence Hasnell och John Berd möjligheten att överföra bilder genom optiska rör. Denna princip användes av Heinrich Lamm för medicinsk undersökning av patienter. Det var inte förrän 1952 som den indiske fysikern Narinder Singh Kapany genomförde en serie av sina egna experiment som ledde till uppfinningen av optisk fiber. Faktum är att han skapade samma bunt av glastrådar, och skalet och kärnan var gjorda av fibrer med olika brytningsindex. Skalet fungerade faktiskt som en spegel, och kärnan var mer transparent - detta löste problemet med snabb spridning. Om strålen tidigare inte nådde änden av den optiska glödtråden, och det var omöjligt att använda ett sådant överföringsmedel över långa avstånd, är problemet nu löst. Narinder Kapani förbättrade tekniken 1956. Ett gäng flexibla glasstavar överförde bilden praktiskt taget utan förlust eller förvrängning.

Uppfinningen av fiberoptik av Corning-specialister 1970, som gjorde det möjligt att duplicera dataöverföringssystemet för telefonsignaler över en koppartråd över samma avstånd utan repeatrar, anses vara en vändpunkt i historien om utvecklingen av fiberoptik tekniker. Utvecklarna lyckades skapa en ledare som kan upprätthålla minst en procent av den optiska signaleffekten på ett avstånd av en kilometer. Med dagens mått mätt är detta en ganska blygsam prestation, men då, för nästan 40 år sedan, - nödvändigt tillstånd för att utveckla en ny typ av trådbunden kommunikation.

Ursprungligen var optisk fiber flerfasig, det vill säga den kunde överföra hundratals ljusfaser samtidigt. Dessutom gjorde den ökade diametern på fiberkärnan det möjligt att använda billiga optiska sändare och kontakter. Långt senare började de använda fiber med högre prestanda, genom vilken det var möjligt att överföra endast en fas i den optiska miljön. Med introduktionen av enfasfiber kunde signalintegriteten upprätthållas över större avstånd, vilket underlättade överföringen av avsevärda mängder information.

Den mest populära fibern idag är enfasfiber med noll våglängdsoffset. Sedan 1983 har det varit branschens ledande fiberoptiska produkt, bevisat att fungera över tiotals miljoner kilometer.

Fördelar med fiberoptisk kommunikation

Den breda bandbredden av optiska signaler på grund av den extremt hög frekvens bärare. Detta innebär att information kan överföras över en fiberoptisk linje med en hastighet av cirka 1 Tbit/s;
Mycket låg dämpning av ljussignalen i fibern, vilket gör det möjligt att bygga fiberoptiska kommunikationslinjer upp till 100 km eller mer i längd utan signalregenerering;
Motstånd mot elektromagnetiska störningar från omgivande kopparkabelsystem, elektrisk utrustning (kraftledningar, elmotorer, etc.) och väderförhållanden;
Skydd mot obehörig åtkomst. Information som sänds över fiberoptiska kommunikationslinjer är praktiskt taget omöjlig att fånga upp på ett oförstörande sätt;
Elsäkerhet. Att vara en dielektrisk, optisk fiber ökar explosions- och brandsäkerheten i nätverket, vilket är särskilt viktigt i kemiska och oljeraffinaderier, under underhåll tekniska processerökad risk;
Hållbarhet hos fiberoptiska linjer - livslängd för fiber optiska linjer anslutningen är minst 25 år gammal.

Nackdelar med fiberoptisk kommunikation

Den relativt höga kostnaden för aktiva linjeelement som omvandlar elektriska signaler till ljus och ljus till elektriska signaler;
Relativt hög kostnad för att skarva optisk fiber. Detta kräver precision, och därför dyr, teknisk utrustning. Som ett resultat, om en optisk kabel går sönder, är kostnaden för att återställa en fiberoptisk linje högre än när man arbetar med kopparkablar.

Fiberoptiska linjeelement

Optisk mottagare

Optiska mottagare upptäcker signaler som sänds längs en fiberoptisk kabel och omvandlar dem till elektriska signaler, som sedan förstärker och sedan återställer sin form, samt klocksignaler. Beroende på enhetens överföringshastighet och systemspecifikationer kan dataströmmen konverteras från seriell till parallell.

Optisk sändare

Den optiska sändaren i ett fiberoptiskt system omvandlar den elektriska datasekvensen som tillhandahålls av systemkomponenterna till en optisk dataström. Sändaren består av en parallell-seriell omvandlare med en klocksyntes (som beror på systeminstallation och bithastighet), drivrutin och optisk signalkälla. Olika optiska källor kan användas för optiska transmissionssystem. Till exempel, lysdioder används ofta i låg kostnad lokala nätverk för kortdistanskommunikation. Den breda spektrala bandbredden och oförmågan att arbeta i våglängderna för de andra och tredje optiska fönstren tillåter dock inte användningen av lysdioder i telekommunikationssystem.

Förförstärkare

Förstärkaren omvandlar den asymmetriska strömmen från fotodiodsensorn till en asymmetrisk spänning, som förstärks och omvandlas till en differentialsignal.

Datasynkronisering och återställningschip

Detta chip måste återställa klocksignalerna från den mottagna dataströmmen och deras klockning. Den faslåsta slingkretsen som krävs för klockåterställning är också helt integrerad i klockchippet och kräver inga externa styrklockpulser.

Seriell till parallell kodkonverteringsblock

Parallell-till-seriell omvandlare

Laserformare

Dess huvudsakliga uppgift är att leverera förspänningsström och moduleringsström för att direkt modulera laserdioden.

Optisk kabel, bestående av optiska fibrer placerade under ett gemensamt skyddande hölje.

Singlemode fiber

Om fiberdiametern och våglängden är tillräckligt liten kommer en enda stråle att fortplanta sig genom fibern. I allmänhet talar själva faktumet att välja kärndiametern för singelmodssignalutbredningsläget om det speciella med varje enskilt fiberdesignalternativ. Det vill säga singelmod hänvisar till fiberns egenskaper i förhållande till den specifika frekvensen för den använda vågen. Utbredningen av endast en stråle gör att du kan bli av med intermode-dispersion, och därför är singelmodsfibrer storleksordningar mer produktiva. På det här ögonblicket en kärna med en ytterdiameter på ca 8 mikron används. Som med multimodfibrer används både steg- och gradientmaterialfördelningstätheter.

Det andra alternativet är mer produktivt. Single-mode-teknik är tunnare, dyrare och används för närvarande inom telekommunikation. Optisk fiber används i fiberoptiska kommunikationslinjer, som är överlägsna elektronisk kommunikation genom att de tillåter förlustfri, höghastighetsöverföring av digital data över stora avstånd. Fiberoptiska linjer kan antingen bilda ett nytt nätverk eller tjäna till att kombinera befintliga nätverk - sektioner av optiska fibermotorvägar, anslutna fysiskt på ljusledarnivån, eller logiskt på nivån för dataöverföringsprotokoll. Dataöverföringshastigheter över fiberoptiska linjer kan mätas i hundratals gigabits per sekund. Standarden håller redan på att färdigställas för att möjliggöra dataöverföring med en hastighet av 100 Gbit/s, och 10 Gbit Ethernet-standarden har använts i moderna telekommunikationsstrukturer i flera år.

Multimode fiber

I en optisk fiber med flera moder kan ett stort antal lägen - strålar som introduceras i fibern i olika vinklar - fortplantas samtidigt. Multimode OF har en relativt stor kärndiameter (standardvärden 50 och 62,5 μm) och följaktligen en stor numerisk bländare. Den större kärndiametern hos multimodfiber förenklar kopplingen av optisk strålning till fibern, och de mer avslappnade toleranskraven för multimodfiber minskar kostnaderna för optiska sändtagare. Sålunda dominerar multimodfiber i lokala och hemnät med kort räckvidd.

Den största nackdelen med multimode optisk fiber är närvaron av intermode dispersion, som uppstår på grund av det faktum att olika moder följer olika optiska vägar i fibern. För att minska påverkan av detta fenomen utvecklades en multimodfiber med ett graderat brytningsindex, på grund av vilket moderna i fibern utbreder sig längs paraboliska banor, och skillnaden i deras optiska banor, och följaktligen den intermodala spridningen, är signifikant mindre. Men oavsett hur balanserad gradient multimode-fibrer är, kan deras genomströmning inte jämföras med single-mode-teknologier.

Fiberoptiska sändtagare

För att överföra data över optiska kanaler måste signalerna omvandlas från elektrisk till optisk, överföras via en kommunikationslänk och sedan omvandlas tillbaka till elektrisk vid mottagaren. Dessa omvandlingar sker i transceiverenheten, som innehåller elektroniska komponenter tillsammans med optiska komponenter.

Tidsmultiplexern används ofta inom överföringsteknik och gör att överföringshastigheten kan ökas till 10 Gb/s. Moderna höghastighetsfiberoptiska system erbjuder följande överföringshastighetsstandarder.

SONET standard	SDH-standard	Överföringshastighet
OC 1	-	51,84 Mb/sek
OC 3	STM 1	155,52 Mb/sek
OC 12	STM 4	622,08 Mb/s
OC 48	STM 16	2,4883 Gb/sek
OC 192	STM 64	9,9533 Gb/sek

Nya metoder för multiplexering av våglängdsdelning eller våglängdsmultiplexering gör det möjligt att öka dataöverföringstätheten. För att uppnå detta sänds flera multiplexerade informationsströmmar över en enda fiberoptisk kanal med användning av varje ströms sändning vid olika våglängder. De elektroniska komponenterna i WDM-mottagaren och sändaren skiljer sig från de som används i ett tidsdelningssystem.

Tillämpning av fiberoptiska kommunikationslinjer

Optisk fiber används aktivt för att bygga stads-, regionala och federala kommunikationsnätverk, samt för att installera anslutningslinjer mellan stadens automatiska telefonväxlar. Detta beror på fibernätens hastighet, tillförlitlighet och höga kapacitet. Dessutom, genom användning av fiberoptiska kanaler, finns det kabel-tv, fjärrvideoövervakning, videokonferenser och videosändningar, telemetri och annat Informationssystem. I framtiden är det planerat att använda konvertering av talsignaler till optiska signaler i fiberoptiska nät.

Fiberoptiska kablar används för höghastighetsdataöverföring i en mängd olika industrier, särskilt telekommunikation. Men vad är fiberoptisk kabel egentligen? Hur fungerar han? Hur är den utformad? I den här artikeln kommer vi att försöka ge svar på alla dessa frågor.

Vad är fiberoptiska kablar?

I allmänhet skiljer sig fiberoptiska kablar inte mycket från andra typer av kablar. Förutom att de använder ljus (fotoner) snarare än energi (elektroner) för att överföra data. Fiberoptisk överföring är en allmän term för överföring av information i form av ljus.

Hur är fiberoptiska kablar uppbyggda?

Den fiberoptiska kabeln är baserad på en kärna som består av kvartsglas eller plastfiber. Det är denna kärna som fungerar som huvudledare av ljus inuti kabeln. Mellan kabelkärnan och dess mantel finns ett annat lager som kallas "gränsskiktet". Det tjänar till att reflektera ljus. Brytningsindexet påverkar direkt ljusstrålens överföringshastighet.

Nästa är själva kärnskalet, som också fungerar som en ledare av ljusstrålar, men har ett lägre reflektionsindex än kärna . Skalet täcks av nästa lager, kallat "buffert"-lagret. Dess funktion är att förhindra att fukt bildas inuti kärnan och skalet.
Och slutligen är det sista lagret kabelns yttre hölje, som skyddar kabeln från mekanisk skada.

Hur överför fiberoptiska kablar ljusstrålar?

För att överföra data över optisk fiber omvandlas den inkommande elektriska signalen till en ljuspuls med hjälp av en speciell elektrooptisk omvandlare. Efter detta börjar ljusstrålen röra sig längs kablarna. Vid den sista punkten av sin rutt går strålen in i en optoelektronisk omvandlare, där den omvandlas till elektroniska signaler.
Olika typer av fiberoptiska kablar har olika kärndiametrar. Kärnor med större diametrar kan sända fler strålar. Fiberoptiska kablar kan böjas, men du bör se till att kabeln inte böjs för mycket eftersom detta kan störa överföringen av ljusstrålar inuti kabeln.

Vilka typer av fiberoptiska kablar finns det?

Det finns flera typer av fiberoptiska kablar. Låt oss titta på dem alla.

Multi-mode fibrer med steg-index profil (Multimode Step Index-kablar)

Multimode stegade indexkablar är de enklaste fiberoptiska kablarna. De består av en glaskärna som har ett konstant reflektansindex. Denna typ av kabel låter dig sända flera strålar samtidigt, som reflekteras med olika intensiteter och sänds längs en sicksackbana. Reflektionsindexet förblir emellertid konstant.
På grund av det faktum att strålar bryts många gånger under olika vinklar, minskar dataöverföringshastigheten. Kablar av denna typ förse genomströmning upp till 100 MHz och låter dig sända signaler över ett avstånd på upp till 1 kilometer.Kärndiametrarna för kablar av denna typ är vanligtvis: 100, 120 eller 400 µm.
Multi-mode fibrer med graderat index (Graded Index Multimode-kablar).

Samma som den tidigare kabeltypen, denna kabel låter dig sända många signaler samtidigt, men signalerna inuti den optiska fibern bryts inte i en sicksack, utan längs en parabolisk väg, vilket gör att du kan öka dataöverföringshastigheten avsevärt. Nackdelarna med dessa kablar inkluderar deras högre kostnad. Kablar av denna typ används vanligtvis för att bygga höghastighetsnät för dataöverföring.
Kärndiametrar: 50 µm, 62,5 µm, 85 µm, 100 µm, 125 µm, 140 µm.

Single-mode fibrer (Enkellägeskablar)

Single-mode fiberoptiska kablar har en mycket liten kärndiameter och kan bara bära en signal åt gången. Frånvaron av brytningar har en positiv effekt på hastigheten och avståndet för dataöverföring. Single-mode kablar är ganska dyra, men ger utmärkt genomströmning och dataöverföringsräckvidd, upp till 100 (Gbit/s) km.

Vilka är fördelarna med att använda fiberoptiska kablar?
Jämfört med konventionella kablar ger fiberoptik följande fördelar:
Motstånd mot radiostörningar och spänningsöverspänningar
Ökad nivå av hållbarhet
Höghastighetsdataöverföring över långa avstånd
Immunitet mot elektromagnetisk störning
Kompatibel med andra kabeltyper

I dataöverföringsnät ger en fiberoptisk kabel ett antal fördelar: den påverkas inte av elektromagnetiska störningar, sänder en signal med mycket hög hastighet över långa avstånd utan repeatrar etc. För att kombinera en fiberoptisk kabel med en befintlig nätverksutrustning sammankopplade med koppartrådar krävs omvandlare, såsom fiberoptiska omvandlare från ADFweb.

LLC "Krona", St. Petersburg

Lite om villkoren

En omvandlare är en omvandlare. Det är inte särskilt tydligt varför det engelska ordet omvandlare har ersatt sin ryska motsvarighet. Men under ganska lång tid nu inom tekniken har olika enheter fått detta namn, den enda likheten mellan vilka är konverteringsfunktionen. Varför omvandlare inte kallas omvandlare, varför ett främmande ord har slagit rot, vet bara det ryska språket.

Fördelar med fiberoptisk kabel

I dataöverföringsnätverk byggda på basis av Ethernet-teknik kan signalen överföras via både koppar- och fiberoptiska ledningar, endast i det första fallet utförs detta med el och i det andra - med ljus. Ljus låter dig inte bara överföra information till längre sträcka Med högre hastighet, men ger också den optiska fibern absolut immunitet mot alla typer av elektromagnetisk störning.

Traditionella koppartrådar är känsliga för extern elektromagnetisk störning, vilket förvränger signalen. Men det finns många källor som kan generera denna störning! Därför, för att säkerställa att elektroniken inte fryser eller går sönder, måste databussen noggrant separeras från kraftbussen.

Dessutom bleknar signalen som passerar genom koppartrådar ganska snabbt, så det behövs repeaters, eller för att använda spårningstermen igen, repeaters - enheter som uppdaterar den. Repeaters måste placeras ganska nära varandra - ungefär var hundra meter. Om vi tar hänsyn till de avstånd som den kan täcka industriellt nätverk, blir det tydligt att många sådana anordningar krävs.

Fiberoptik ger en snabb, enkel och pålitlig anslutning samtidigt som den tillåter absolut elektrisk och galvanisk isolering. Därför, när du använder en optisk kabel, finns det inget behov av att separera databussen från strömbussen, och dessutom finns det ingen risk att hela nätverket av enheter kommer att skadas om en nod misslyckas (till exempel när den träffas av blixt). Alla nätverkskomponenter, när de är anslutna via en optisk kabel, är helt isolerade från varandra, så om en av nätverksnoderna är elektriskt skadade sprider sig inte denna skada till de återstående noderna. Och slutligen är det mycket lättare att diagnostisera nätverkets tillstånd och omedelbart lokalisera dess felaktiga komponent.

Fiberoptisk kabel kan användas för olika typer av nätverk; den låter dig ansluta noder över mycket långa avstånd. Och dessutom har optisk fiber mycket större "bandbredd" än en kopparkärna, med andra ord kan en mycket större mängd information överföras via en fiberoptisk kabel per tidsenhet, vilket spelar en betydande roll på skalan av ett industriföretag.

Så för att sammanfatta vad som har sagts inkluderar fördelarna med att ansluta med en optisk kabel:

Immunitet mot elektromagnetiska och elektrostatiska störningar;

Hög hastighet för mottagning/överföring av information;

Ansluta abonnenter över långa avstånd;

Säkerhet och funktionalitet.

Det är omöjligt att säga att fiberoptisk kabel alltid och på alla sätt överträffar kopparkabel. Kopparkabel har sina fördelar. Det är till exempel billigare och inte lika ömtåligt som fiberoptik. Ändå finns det ett antal industriområden där användningen av fiberoptisk kabel är fullt motiverad:

Olje- och gaskomplex;

Kraftverk, inklusive kärnkraft;

Telekommunikation;

Fjärrkontroll och övervakningssystem;

Medicin.

Allt detta har lett till att många företag idag byter till fiberoptisk infrastruktur. I det här fallet krävs väldigt ofta en enhet som låter dig kombinera fiberoptisk kabel med befintlig nätverksutrustning anpassad för "koppar"-infrastruktur.

För att konvertera befintliga nätverk till fiberoptik har omvandlare tagits fram som gör att du kan koppla enheter med RS, Ethernet och andra utgångar till fiberoptiska kablar. Omvandlare gör det möjligt att vidarebefordra befintliga nätverk/bussar (LAN/Ethernet, CAN, seriella portar RS-232, RS-485) genom fiberoptiska kablar, vilket garanterar deras tillförlitlighet och funktionalitet. Dessutom kan dessa nätverk vidarebefordras genom samma anslutning samtidigt. Det är möjligt att använda nätverkstopologin med valfri kombination av fiberoptiska kablar, både single-mode och multimode.

Fiberoptiska omvandlare från ADFweb

KRONA-företaget presenterar ADFweb fiberoptiska omvandlare av två typer: "ekonomiska" och "avancerade".

Ekonomiseriens omvandlare, HD67072, HD67074 och HD67075, låter dig ansluta enheter med RS- eller USB-portar via multimode fiberoptisk kabel över fyra olika nätverkstopologier:

Point To Point (direktanslutning, punkt till punkt): en enhet ansluts direkt till en annan med en fiberoptisk kabel;

Single Loop (ring): flera enheter är anslutna med en fiberoptisk kabel i serie med en loopback, det vill säga ansluter den första till den sista;

Dubbelslinga: Flera enheter ansluts i serie med två par fiberoptiska kablar. I det här fallet är anslutningarna inkopplade dubbel ring. Denna anslutning är extremt pålitlig;

Multi-Drop (in-line): Flera enheter ansluts i serie med två fiberoptiska kablar. I det här fallet finns det inget behov av att slinga anslutningen.

Ris. HD67702-omvandlare från ADFweb

De avancerade serieomvandlarna, HD67701 och HD67702, tillåter anslutning via både multimode och single-mode kablar. De låter dig ansluta enheter med Ethernet-, CAN-, RS-232- eller RS-485-portar med samma fyra nätverkstopologier som anges ovan.

Den avancerade serien kommer naturligtvis att kosta mer, delvis på grund av användningen av singelmodskabel. Multimodefiber har en bredare kärndiameter, vilket gör att ljusvågen färdas genom den med en lägre hastighet och dämpas snabbare. I singelmodsfiber är kärndiametern så liten (8 mikron) att endast en stråle som genereras av lasern fortplantar sig genom den längs en enda väg - läget. Tack vare detta är signalhastigheten extremt hög (från 10 Gb), och dess dämpningshastighet är endast 0,5 dB/km. Denna kabel är dyrare eftersom den skapas med mer komplex teknik, men i stora företag är dessa kostnader motiverade.

Dessutom har enheter i avancerad serie följande funktioner:

Har distribuerat input/output;

Skapa en karta för att länka utgångar till ingångar;

Ger avläsning av in-/utgångsstatus via standard Modbus-kommandon.

Avancerade serieomvandlare ger tillgång till diagnostiska data genom standard Modbus-register, vilket gör att de enkelt kan integreras med befintliga styrsystem (till exempel kopplade till ett SCADA-system).

En viktig fördel med HD67701- och HD67702-seriens omvandlare är att med deras hjälp kan upp till 6 befintliga nätverk "vidarebefordras" över en optisk fiberkabel samtidigt, inklusive 4 seriella nätverk (till exempel Modbus RTU), en CAN-nätverk(till exempel CANopen) och en Ethernet-nätverk(t.ex. PROFINET eller Modbus TCP).

Det är möjligt att kombinera dessa omvandlare med in-/utgångsmoduler, som innehåller 4 diskreta in- och utgångar. Tack vare dessa moduler är det möjligt att dra torra kontakter genom en fiberoptisk kabel över långa avstånd.

Innovativt är möjligheten att skapa en karta för att binda ingångar till utgångar: en ingång är kopplad till flera utgångar. Med hjälp av två block av in- och utsignaler, mellan vilka en fiberoptisk kabel läggs, "genom att trycka på en knapp" slår du på flera pumpar som är placerade 50 km från denna knapp.

1. Allmänna begrepp elektromagnetisk strålning
2. Konceptet "Ljus"

A. Berättelse
b. Allmän information
V. Utveckling
4. Slutsats

1. Allmänna begrepp om elektromagnetisk strålning.
Elektromagnetisk strålning är rörelsen av störningar elektromagnetiskt fält i rymden. Det finns osynlig och synlig elektromagnetisk strålning. Elektromagnetisk strålning genereras genom att elektriska laddningar rör sig och sprids i alla riktningar och i nästan alla miljöer. De överförs utan dämpning över långa avstånd.

Elektromagnetisk strålning är indelad i:
. radiovågor (med början från ultralånga);
. infraröd strålning;
. synligt ljus;
. ultraviolett strålning;
. Röntgen och hård (gammastrålning).

Den elektromagnetiska skalan (spektrum) är helheten av alla frekvensområden för elektromagnetisk strålning. Följande kvantiteter används som spektrala egenskaper:
. Våglängd;
. Oscillationsfrekvens;
. Fotonenergi.

Spektrumet är uppdelat i följande sektioner:
. Lågfrekventa vibrationer;
. Radiovågor;
. Infraröd strålning;
. Synlig strålning (ljus);
. Ultraviolett strålning;
. röntgenstrålning;
. Gammastrålning.
Elektromagnetiska vågor används i stor utsträckning nuförtiden inom radio- och elektroteknik, moderna apparater. Radiovågor används för radiokommunikation, TV och radar. Infraröd strålning används i ugnar, värmare och alla värme- och torkapparater. Ultraviolett strålning används för desinfektion av lokaler, studier och forskning av atomer och molekyler. Används flitigt inom kriminalteknik för att hitta biologiska spår. Röntgenstrålar används inom medicinen för att diagnostisera sjukdomar och för att behandla vissa sjukdomar.

2. Begreppet "Ljus".
Ljus är synlig elektromagnetisk strålning som sänds ut av ett upphettat eller exciterat ämne. Men de intilliggande bredspektrumområdena: ultraviolett och infraröd strålning misstas också för ljus. Synliga våglängder sträcker sig från 380 till 780 nanometer. Ljus studeras av en gren av fysiken som kallas optik. Ljus kan betraktas antingen som en elektromagnetisk våg, vars utbredningshastighet i ett vakuum är konstant, eller som en ström av fotoner - partiklar med en viss energi, rörelsemängd, inneboende rörelsemängd och noll massa.
Ljus har alla egenskaper hos elektromagnetiska vågor:
. Reflexion;
. Refraktion;
. Interferens;
. Diffraktion;
. Polarisering.
Ljus kan utöva tryck på ett ämne, absorberas av mediet och orsaka den fotoelektriska effekten. Ljuset avviker från rakt håll. Den har en slutlig utbredningshastighet i ett vakuum på 300 000 km/s, och i mediet minskar hastigheten. Förutom minskningen av hastigheten börjar ljuset att brytas och kan börja delas upp i ljusspektrumet under vissa omständigheter. Detta förklaras av fenomenet interferens. Det är ljusets interferens som förklarar färgen såpbubblor och tunna oljefilmer på vatten. Ljusvågor reflekteras delvis från ytan av en tunn film, överförs delvis in i den, och vi observerar ett regnbågsmönster på ytan.
Diffraktion av ljus är en ljusvågs avvikelse från linjär utbredning. Detta kan tydligt ses när i ett rum med mörka, tjocka gardiner, gör ett litet hål i gardinen, ljuset kommer ut som en kon, vars topp kommer att vara i vårt hål. Vi kan observera ljusets brytning genom att placera en sked i ett glas vatten. Den kommer att delas vid gränsen mellan luft och vatten.
Vi observerar världen omkring oss bara för att människor kan uppfatta det synliga spektrumet av elektromagnetiska vågor. Detta beror på det faktum att speciella receptorer som finns i ögats näthinna kan reagera på ljusstrålning. Och vi kan urskilja visuella bilder: färg, form, storlek, avstånd till ett objekt och mycket mer. Människans syn har ett antal egenskaper:
. Ljuskänslighet;
. Skärpa;
. Synfält;
. Kikare;
. Kontrast och anpassning.

3. Applicering av ljus i optisk fiber.
A. Berättelse
Ljus används i stor utsträckning inom teknik, men har fått en särskild utveckling nuförtiden i fiberoptiska nätverk. Historien om att överföra data över avstånd med hjälp av lätta och transparenta material började 1934. Norman French föreslog att omvandla rösten till ljussignaler och överför den längs glasstavar. Några år senare genomförde den schweiziske fysikern Jean-Daniel Colladon ett experiment med överföring av ljus genom ett "paraboliskt vätskeflöde", det vill säga vatten.
Optisk fiber av den moderna typen uppfanns 1954. Detta gjordes av två engelska fysiker Narinder Singh Kapani, Harold Hopkins och den holländska forskaren Abraham Van Heel. De tillkännagav sina uppfinningar samtidigt, så alla tre anses vara grundarna av denna teknik. Förresten, optisk fiber kallades optisk fiber två år efter sin uppfinning.
De första fiberoptiska kablarna hade hög ljusförlust. Lawrence Curtis lyckades minska förlusterna i slutet av 50-talet. Efter att laserteknik upptäcktes 1962 fick fiberoptik ytterligare ett lyft i utvecklingen.
b. Allmän information
Fiberoptisk kommunikation är en typ av trådbunden telekommunikation som använder elektromagnetisk strålning från det optiska (nära-infraröda) området som informationssignalbärare och fiberoptiska kablar som styrsystem. Tack vare den höga bärvågsfrekvensen och breda multiplexeringsmöjligheterna är genomströmningen av fiberoptiska linjer många gånger högre än genomströmningen för alla andra kommunikationssystem och kan mätas i terabit per sekund. Men låt oss återvända från historien till modern tid. Idag är fiberoptisk kabel den mest... snabbt sätt dataöverföring. Detta är inte förvånande. Ljus fungerar som informationsbärare, och det har som bekant mest hög hastighet rörelse i universum (300 tusen kilometer per sekund). Låg dämpning av ljus i optisk fiber tillåter användning av fiberoptisk kommunikation över betydande avstånd utan användning av förstärkare. Fiberoptisk kommunikation är fri från elektromagnetisk störning och svår att komma åt för obehörig användning – det är tekniskt sett extremt svårt att i smyg fånga upp en signal som sänds över en optisk kabel. Jämfört med andra metoder för informationsöverföring är storleksordningen TB/s helt enkelt ouppnåelig. En annan fördel med sådana tekniker är överföringssäkerheten. Fiberoptisk överföring har inte nackdelarna med elektrisk eller radiosignalöverföring. Det finns ingen störning som kan skada signalen, och det finns inget behov av att licensiera användningen av radiofrekvensen. Det är dock inte många som föreställer sig hur information överförs över optisk fiber i allmänhet, och ännu mer är de inte bekanta med specifika implementeringar av teknologier. Låt oss först titta på hur information överförs över optisk fiber i allmänhet. En optisk fiber är en vågledare genom vilken elektromagnetiska vågor med en våglängd på cirka tusen nanometer (10-9 m) utbreder sig. Det här är området infraröd strålning, osynlig för det mänskliga ögat. Och huvudtanken är att med ett visst urval av fibermaterialet och dess diameter uppstår en situation då detta medium för vissa våglängder blir nästan transparent och även när det träffar gränsen mellan fibern och den yttre miljön, är det mesta av energin reflekteras tillbaka in i fibern. Detta säkerställer att strålning passerar genom fibern utan större förluster, och huvuduppgiften är att ta emot denna strålning i den andra änden av fibern. Naturligtvis för så mycket kort beskrivning döljer många människors enorma och svåra arbete. Tro inte att sådant material är lätt att skapa eller att denna effekt är uppenbar. Tvärtom bör det behandlas som en stor upptäckt, eftersom det idag ger ett bättre sätt att överföra information. Du måste förstå att vågledarmaterialet är en unik utveckling och kvaliteten på dataöverföringen och störningsnivån beror på dess egenskaper; Vågledarens isolering är utformad för att säkerställa att den utåtriktade energieffekten är minimal. När det gäller en teknik som kallas "multiplexing", betyder det att du sänder flera våglängder samtidigt. De interagerar inte med varandra, och när de tar emot eller sänder information är interferenseffekter (överlagring av en våg på en annan) obetydliga, eftersom de manifesterar sig starkast vid flera våglängder. Precis här vi pratar om om att använda nära frekvenser (frekvensen är omvänt proportionell mot våglängden, så det spelar ingen roll vad du pratar om). En enhet som kallas multiplexer är en enhet för att koda eller avkoda information till vågformer och tillbaka.
V. Utveckling
När vi smidigt går vidare till utvecklingstrenderna för denna teknik, kommer vi verkligen inte att upptäcka Amerika om vi säger att DWDM är den mest lovande optiska dataöverföringstekniken. Detta kan i högre grad förknippas med den snabba tillväxten av internettrafik, vars tillväxttakt närmar sig tusentals procent. De huvudsakliga utgångspunkterna i utvecklingen kommer att vara en ökning av den maximala överföringslängden utan optisk signalförstärkning och implementering av ett större antal kanaler (våglängder) i en fiber. Dagens system ger överföring av 40 våglängder, motsvarande ett 100-gigahertz frekvensnät. Enheter med ett 50 GHz-nätverk som stöder upp till 80 kanaler är näst på tur för att komma in på marknaden, vilket motsvarar överföringen av terabitströmmar över en enda fiber. Och idag kan du redan höra uttalanden från laboratorier från utvecklingsföretag som Lucent Technologies eller Nortel Networks om det förestående skapandet av 25 GHz-system.
Men trots en så snabb utveckling av teknik och forskning gör marknadsindikatorer sina egna justeringar. Det senaste året har präglats av en allvarlig nedgång på den optiska marknaden, vilket framgår av den markanta nedgången i Nortel Networks aktiekurs (29 % på en handelsdag) efter att man tillkännagav svårigheter att sälja sina produkter. Andra tillverkare befann sig i en liknande situation.
Samtidigt, medan västerländska marknader upplever en viss mättnad, har de östliga marknaderna precis börjat utvecklas. Det mest slående exemplet är den kinesiska marknaden, där ett dussintal operatörer i nationell skala tävlar för att bygga stamnät. Man kan inte låta bli att avundas kineserna – de kommer nu att bygga hus bara i nära anslutning till den fiberoptiska kabeln. Kinas ministerium för industri och informationsteknologi utfärdade nyligen ett cirkulär om detta. Dessutom, enligt denna nya policy, för att upprätthålla sund konkurrens, måste anslutningstjänster tillhandahållas abonnenter av flera leverantörer samtidigt. Det är sant att anslutningshastigheten inte anges på något sätt.
En sådan policy är naturligtvis fördelaktig för kinesiska operatörer. 2012 tillhandahöll China Unicom (Hong Kong) Ltd (Kinas näst största telekommunikationsföretag) anslutning till 10 miljoner kinesiska hushåll på sina FTTH-nätverk. Och enligt Economic Information Daily kommer cirka 40 miljoner fler att ansluta sig till dem under 2015. Den kinesiska regeringens förordning träder i kraft den 1 april 2013. Samtidigt diskuteras Googles initiativ kallat "Google Fiber" i USA. Summan av kardemumman är att Google kommer att erbjuda FTTH-anslutningar med hastigheter på 1 gigabit per sekund till slutkonsumenten. Tidigare användes hastigheter på 1 Gbps endast i vissa vetenskapliga, statliga och militära institutioner. Och nu pratar vi om ett rikstäckande nätverk med sådana kommunikationshastigheter. Som en pilotversion började Google fiber implementeras i Kansas. Och även om arbetet i denna riktning fortsätter, vänta på uppkomsten av en rikstäckande fiberoptik Googles nätverk det kommer att ta lång tid. Goldman Sachs uppskattar kostnaden för detta projekt till mer än 140 miljarder dollar.
Låt mig påminna er om att många fiberoptiska nätverk redan har byggts i USA. Det mest kända exemplet är Verizon, som har byggt sin egen fiberoptiska infrastruktur i många år och redan har spenderat 15 miljarder dollar på det, vilket ger anslutning till cirka 15 miljoner hem. Men Verizon erbjuder hastigheter på 50 Mbps, som bara kan ökas till 100 Mbps för tillfället. Och om "de" praktiskt taget har löst problemen med att bygga stamnät, så finns det i vårt land, hur tråkigt det än är, helt enkelt inget behov av tjocka kanaler för att överföra vår egen trafik.
Idag på ryska marknaden Det finns två huvudsakliga konkurrerande områden för höghastighetsanslutning till Internet - hemfibernät och ADSL-anslutningar.
Hemnätverk är en specifik typ av "dedikerad anslutning" som tillhandahåller anslutning hemdator till nätet via en fiberoptisk kabel, som leverantören ansluter till varje lägenhet. ADSL-teknik hänvisar i sin tur till en typ av bredbandsanslutning som fungerar enligt principen om ett telefonmodem, som konverterar analogt telefonlinje till en höghastighetsöverföringskanal med hjälp av speciell teknik. Den största skillnaden mellan de två konkurrerande teknologierna är således teknisk.
Men utställningen ”Avdelnings- och företagsnätverk Communications" avslöjade det enorma intresset hos inhemska telekomoperatörer för ny teknik, inklusive DWDM. Och om sådana monster som Transtelecom eller Rostelecom redan har statliga transportnätverk, börjar den nuvarande energisektorn bara bygga dem. Så trots alla problem är optiken framtiden. Och DWDM kommer att spela en betydande roll här. Kostnaden för att använda fiberoptisk teknik minskar, vilket gör denna tjänst konkurrenskraftiga jämfört med traditionella tjänster. Fiberoptisk dataöverföringsteknik kommer att fortsätta att utvecklas tills ett alternativ hittas. Av de framtida konkurrenterna syns bara ett kvantnätverk, men denna teknik är fortfarande i sin linda och är ännu inte rädd för optisk fiber.
När det gäller nackdelarna finns det bara en - den höga kostnaden för utrustning och verktyg för installation av fiberoptik. Själva kabeln kostar tiotals gånger mindre än sändare, mottagare och signalförstärkare. Dessutom används speciella växelriktare för att löda kablar, varav några kostar lika mycket som en dyr bil.

4. Slutsats.
I vår tid av informationsteknologi har staten börjat ägna särskild uppmärksamhet åt processen för informatisering av samhället. Denna process kunde inte annat än påverka en sådan aspekt av det offentliga livet som utbildning. Idag mer och mer budgetmedel satsas på att höja nivån på teknisk utrustning i skolor för att förbättra informationsundervisningen för ungdomar. Dessa förbättringar påverkar också kvaliteten på internetanslutningen i läroanstalter. Och det mest progressiva och snabbaste sättet att ansluta till Internet är fiberoptiska system. Deras introduktion i utbildning kommer att göra det möjligt att uppnå ett stort steg i informationsutbildningen för studenter och skolbarn, vilket i framtiden kommer att göra det möjligt att utbilda utmärkta specialister inom området för internationella internetsystem som kommer att höja vårt land till högre höjder. hög nivå utvecklingen i världen. Parallellt med detta kommer utvecklingen av telekommunikation att hjälpa till att utbilda människor som kan upprätthålla stabiliteten och säkerheten för våra Internetresurser.
Ur min synvinkel har studiet av problemet en stor framtid och jag förväntar mig att fortsätta arbeta med detta ämne som student. Det tror jag genom att studera modern teknik Genom att delta i olika nivåer av forskning och konferenser kan du bli en konkurrenskraftig specialist.

Litteratur:
1) Stora ryska encyklopedin.
2) Tidningen "White Paper".
3) Tidningen "ComputerPress No. 1 2001."
4) Kudryashov Yu B., Perov Yu. Rubin A. B. Strålningsbiofysik: radiofrekvens och elektromagnetisk strålning.
5) Listvin A.V., Listvin V.N., Shvyrkov D.V. Optiska fibrer för kommunikationslinjer. M.: LESARart, 2003.
6) Alcatel-Lucent-rapport för 28 SEPTEMBER 2009.
7) Sovjetiskt uppslagsverk.
8) Tarasov K.I.

Det finns inte många artiklar om Habré som ägnas åt optisk kommunikationslinjeteknik. På senare tid har det funnits artiklar om DWDM-system med hög effekt och en kort artikel om tillämpningen av ett CWDM-system. Jag kommer att försöka komplettera dessa material och berätta kort om alla de vanligaste och mest tillgängliga sätten i Ryssland att använda resursen för fiberoptiska kommunikationslinjer i dataöverföringsnätverk och - bara lite - kabel-tv.

Start. Egenskaper för standard single-mode G.652 fiber

Den vanligaste single-mode optiska fibern är SMF G.652 olika modifieringar. Det är nästan säkert att om du har en fiberoptisk linje så är den gjord av G.652-fiber. Den har ett antal viktiga egenskaper som du måste tänka på.
Specifik (även kallad kilometer) dämpning – det vill säga dämpningen av en kilometer fiber – beror på strålningens våglängd.

Wikipedia berättar för oss följande distribution:

I verkligheten är bilden nu bättre, i synnerhet är den specifika dämpningen i 1310 nm-fönstret vanligtvis inom 0,35 dB/km, i 1550 nm-fönstret är det cirka 0,22-0,25 dB/km, och den så kallade " vattentopp” i området 1400-1450 nm är inte närvarande i moderna fibrer så starkt uttryckta eller helt frånvarande.

Ändå måste vi komma ihåg denna bild och själva närvaron av detta beroende.

Historiskt sett är intervallet av våglängder som en optisk fiber bär uppdelat i följande intervall:

O - 1260…1360
E - 1360...1460
S - 1460…1530
C - 1530...1565
L - 1565…1625
U - 1625…1675
(Jag citerar från samma Wikipedia-artikel).

Till en rimlig approximation kan fiberegenskaperna inom varje område anses vara ungefär desamma. Vattentoppen inträffar vanligtvis vid långvågsänden av E-bandet. Vi kommer också att ha i åtanke att den specifika (kilometer) dämpningen i O-bandet är ungefär en och en halv gånger högre än i S- och C-banden, den specifika kromatiska dispersionen har tvärtom ett nollminimum vid en våglängd på 1310 nm och icke-noll i C-området.

De enklaste packningssystemen - dubbelriktad överföring längs en enda fiber

Initialt krävde en duplex fiberoptisk kommunikationslinje två fibrer för att fungera: en fiber överförde information i en riktning och den andra fiber överförde information i den andra riktningen. Detta är bekvämt i sin självklarhet, men ganska slösaktigt i förhållande till användningen av resursen för den utlagda kabeln.

Så snart tekniken började tillåta började det därför dyka upp lösningar för att överföra information i båda riktningarna över en fiber. Titlar liknande beslut- "enfibersändtagare", "WDM", "dubbelriktad".

De vanligaste alternativen använder våglängder på 1310 och 1550 nm, respektive från O- och C-bandet. "I naturen" finns sändare/mottagare för dessa våglängder för linjer upp till 60 km. Fler "lång räckvidd" alternativ är gjorda för andra kombinationer - 1490/1550, 1510/1570 och liknande alternativ som använder transparensfönster med lägre specifik dämpning än i O-bandet.

Förutom ovanstående våglängdspar är det möjligt att hitta en kombination av 1310/1490 nm - den används om, samtidigt med data, en kabel-tv-signal med en våglängd på 1550 nm sänds längs samma fiber; eller 1270/1330nm - den används för att överföra 10 Gbit/s-strömmar.

Data- och kabelmultiplexering

Eftersom jag berörde ämnet CTV, ska jag berätta lite mer om det.

För att leverera en kabel-tv-signal från huvudänden till ett hyreshus används nu även optik. Den använder antingen en våglängd på 1310 nm - här finns minimal kromatisk dispersion, det vill säga signaldistorsion; eller en våglängd på 1550 nm - här finns en minsta specifik dämpning och det är möjligt att använda ren optisk förstärkning med EDFA. Om det finns ett behov av att leverera både en dataström (Internet) och en CATV-signal till ett hem samtidigt, behöver du antingen använda två separata fibrer eller en enkel passiv enhet - ett FWDM-filter.

Detta är en reversibel enhet (det vill säga samma enhet används för både multiplexering och demultiplexering av strömmar) med tre utgångar: för CATV, en enfibersändtagare och en gemensam utgång (se diagram). På så sätt kan du bygga ett PON- eller Ethernet-nätverk med våglängderna 1310/1490 för dataöverföring och 1550 nm för CATV.

CWDM och DWDM

theslim har redan kort pratat om CWDM-komprimering. För min egen räkning kommer jag bara att tillägga att kanalerna för att ta emot och överföra data som anges i artikeln är rent godtyckliga multiplexorn bryr sig inte alls vilken riktning signalen går i varje kanal; och optiska mottagare är bredbandiga, de reagerar på strålning av vilken våglängd som helst. Från viktiga punkter som måste komma ihåg när man designar en CWDM-linje är skillnaden i specifik dämpning i fibern på olika kanaler (se första avsnittet i denna artikel), samt skillnaden i dämpningen som införs av multiplexern själv. Multiplexern är gjord av seriekopplade filter, och om dämpningen för den första kanalen i kedjan kan vara mindre än en decibel, kommer den för den sista att vara närmare fyra (dessa värden ges för en 1x16 multiplexer, för 16 våglängder). Det är också användbart att komma ihåg att ingen förbjuder att bygga tvåfibriga CWDM-linjer genom att helt enkelt kombinera två par multiplexorer till ett funktionsblock.
Dessutom noterar jag att det är fullt möjligt att allokera en del av frekvensresursen för CATV, sända upp till sju duplexdataströmmar över en fiber samtidigt med analog tv.

Ett DWDM-system skiljer sig i grunden inte från ett CWDM-system, men - som de säger - "djävulen sitter i detaljerna." Om kanalpitch i CWDM är 20 nm, så är den för DWDM mycket smalare och mäts i gigahertz (det vanligaste alternativet nu är 100 GHz, eller cirka 0,8 nm; åldringsalternativet med ett 200 GHz-band är också möjligt, och mer moderna sprider sig gradvis - 50 och 25 GHz). DWDM-frekvensområdet ligger i C- och L-bandet, med 40 kanaler på 100 GHz vardera. Detta innebär flera viktiga egenskaper DWDM-system.

För det första är de betydligt dyrare än CWDM. Deras användning kräver lasrar med strikta våglängdstoleranser och multiplexorer med mycket hög selektivitet.

För det andra ligger intervallen som används i arbetsområdena för EDFA optiska förstärkare. Detta gör det möjligt att bygga långa linjer med rent optisk förstärkning utan behov av optoelektronisk signalomvandling. Det är denna egenskap som har fått många, när de hör ordet "DWDM", att omedelbart föreställa sig de komplexa systemen för telekommarknadsmonster, även om sådan utrustning kan användas i enklare system.
Och för det tredje är dämpningen i C- och L-banden minimal över hela den optiska fiberns transparensfönster, vilket gör det möjligt att bygga linjer med längre längd även utan förstärkare än när man använder CWDM.

DWDM-multiplexrar är lika passiva enheter som CWDM-multiplexrar. För upp till 16 kanaler består de också av individuella filter och är ganska enkla enheter. Emellertid är multiplexorer för ett större antal kanaler tillverkade med Arrayed Wavelength Grating-teknik, som är extremt känslig för temperaturförändringar. Därför produceras sådana multiplexorer antingen med elektrisk krets termisk stabilisering (Thermal AWG), eller använda speciella sätt automatisk kompensation som inte kräver energi (Athermal AWG). Detta gör sådana multiplexorer dyrare och svårare att använda.

Praktiska begränsningar i fiberoptisk kommunikation

Slutligen ska jag prata lite om de begränsningar som du måste hantera när du organiserar optisk kommunikation.

Som kamrat Saul mycket riktigt noterade är den första begränsningen den optiska budgeten.
Jag kommer att lägga till några förtydliganden till det.

Om vi pratar om tvåfiberkommunikationslinjer räcker det att beräkna den optiska budgeten för en våglängd - den där överföringen kommer att utföras.

Så snart vi har vågmultiplexering (särskilt i fallet med enfibersändtagare eller CWDM-system), måste vi omedelbart komma ihåg ojämnheten i den specifika dämpningen av fibern vid olika våglängder och om dämpningen som introduceras av multiplexorer.

Om vi bygger ett system med mellangrenar på OADM, glöm inte att beräkna dämpningen på OADM. Förresten, det skiljer sig för änd-till-ände-kanalen och utgående våglängder.

Glöm inte att lämna några decibel driftsreserv.

Det andra du måste ta itu med är kromatisk dispersion. Det blir verkligen aktuellt för 10 Gbit/s-linjer, och generellt sett tänker utrustningstillverkaren på det först och främst. För övrigt är det spridning som ger fysisk mening omnämnande av kilometer i marknadsföringsnamnen för transceivrar. Det är helt enkelt användbart för operationsspecialisten att förstå att det finns en sådan egenskap hos fibern och att förutom signaldämpning i fibern även spridning förstör bilden. Lägg till taggar