Ποιες είναι οι αρχές του καλωδίου οπτικών ινών;

Οι αρχές των καλωδίων οπτικών ινών περιλαμβάνουν τη μετάδοση φωτεινών σημάτων μέσω λεπτών, εύκαμπτων κλώνων από γυαλί ή πλαστικό για τη μετάδοση τεράστιων ποσοτήτων δεδομένων σε μεγάλες αποστάσεις. Ακολουθούν ορισμένες βασικές αρχές που διέπουν τη λειτουργία των καλωδίων οπτικών ινών:

Συνολική εσωτερική αντανάκλαση:

- Η θεμελιώδης αρχή πίσω από την επικοινωνία οπτικών ινών είναι η πλήρης εσωτερική ανάκλαση. Όταν το φως ταξιδεύει από ένα πιο πυκνό μέσο (όπως το γυαλί ή το πλαστικό) σε ένα λιγότερο πυκνό μέσο (όπως ο αέρας), υφίσταται ανάκλαση εάν προσκρούσει στο όριο μεταξύ των δύο μέσων υπό γωνία μεγαλύτερη από την κρίσιμη γωνία.

- Στις οπτικές ίνες, το φωτεινό σήμα καθοδηγείται μέσω του πυρήνα από πολλαπλές συνολικές εσωτερικές αντανακλάσεις από τη διεπαφή πυρήνα-επένδυσης. Η επένδυση είναι ένα υλικό που περιβάλλει τον πυρήνα με χαμηλότερο δείκτη διάθλασης, διασφαλίζοντας ότι το φως παραμένει περιορισμένο εντός του πυρήνα.

Δείκτης διάθλασης:

- Ο δείκτης διάθλασης είναι ένα μέτρο του πόσο φως κάμπτεται όταν περνά από το ένα μέσο στο άλλο. Το υλικό του πυρήνα μιας οπτικής ίνας έχει υψηλότερο δείκτη διάθλασης από την επένδυση, γεγονός που αναγκάζει το φως να ανακλάται πίσω στον πυρήνα στη διεπαφή πυρήνα-επένδυσης.

Διασπορά:

- Η διασπορά αναφέρεται στην εξάπλωση των φωτεινών σημάτων καθώς διαδίδονται μέσω μιας οπτικής ίνας. Διαφορετικά μήκη κύματος φωτός ταξιδεύουν με ελαφρώς διαφορετικές ταχύτητες εντός της ίνας, οδηγώντας σε ένα φαινόμενο που ονομάζεται χρωματική διασπορά. Επιπλέον, διαφορετικοί τρόποι φωτός (δηλαδή μονοπάτια που ακολουθούν οι ακτίνες φωτός) μπορούν να βιώσουν διαφορετικούς χρόνους ταξιδιού, με αποτέλεσμα τη τροπική διασπορά.

- Η διασπορά περιορίζει το εύρος ζώνης και την απόσταση μετάδοσης των καλωδίων οπτικών ινών και είναι ένας σημαντικός παράγοντας που λαμβάνεται υπόψη στο σχεδιασμό και τη μηχανική των συστημάτων οπτικών ινών.

Εξασθένηση:

- Τα καλώδια οπτικών ινών παρουσιάζουν απώλεια σήματος λόγω διαφόρων παραγόντων όπως ακαθαρσίες, ατέλειες υλικού και διασπορά. Αυτή η απώλεια αναφέρεται ως εξασθένηση και μετράται σε ντεσιμπέλ ανά χιλιόμετρο (dB/km).

- Για να ξεπεραστεί η εξασθένηση και να διασφαλιστεί η αξιόπιστη μετάδοση δεδομένων, χρησιμοποιούνται οπτικοί ενισχυτές ή επαναλήπτες σε τακτά χρονικά διαστήματα κατά μήκος εκτεταμένων συνδέσεων οπτικών ινών για την ενίσχυση των οπτικών σημάτων και την αντιστάθμιση της απώλειας σήματος.

Ίνες μονής λειτουργίας και πολλαπλής λειτουργίας:

- Οι οπτικές ίνες κατηγοριοποιούνται σε δύο βασικούς τύπους:μονοτροπικές ίνες και πολλαπλές ίνες.

- Οι ίνες μονής λειτουργίας έχουν μικρή διάμετρο πυρήνα που επιτρέπει τη διάδοση μόνο ενός τρόπου φωτός, ελαχιστοποιώντας έτσι τη τροπική διασπορά και επιτρέποντας τη μετάδοση δεδομένων υψηλής ταχύτητας σε μεγάλες αποστάσεις.

- Οι πολλαπλές ίνες έχουν μεγαλύτερες διαμέτρους πυρήνα και μπορούν να υποστηρίξουν πολλαπλούς τρόπους διάδοσης του φωτός. Συνήθως χρησιμοποιούνται για μικρότερες αποστάσεις ή εφαρμογές όπου δεν απαιτούνται υψηλοί ρυθμοί δεδομένων.

Οπτικά Windows:

- Τα καλώδια οπτικών ινών λειτουργούν εντός συγκεκριμένων περιοχών μήκους κύματος γνωστά ως οπτικά παράθυρα. Αυτά τα παράθυρα αντιστοιχούν σε περιοχές χαμηλής εξασθένησης και είναι ζωτικής σημασίας για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών μετάδοσης και της απόδοσης των συστημάτων οπτικών ινών.

- Τα οπτικά παράθυρα που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι:

- Πρώτο Παράθυρο (O-Band):1260-1360 nm

- Δεύτερο Παράθυρο (E-Band):1530-1565 nm

- Τρίτο Παράθυρο (S-Band):1800-1900 nm

- Τέταρτο Παράθυρο (C-Band):1565-1625 nm

- Πέμπτο Παράθυρο (L-Band):1565-1625 nm

Με την κατανόηση αυτών των αρχών, τα καλώδια οπτικών ινών έχουν φέρει επανάσταση στα δίκτυα επικοινωνίας και παρέχουν τη βάση για internet υψηλής ταχύτητας, μετάδοση δεδομένων και διάφορες εφαρμογές στις τηλεπικοινωνίες, την ιατρική και την τεχνολογία αισθητήρων.