Как работает оптоволоконная передача данных

Световые лучи модулируются в цифровые импульсы с помощью лазера или светодиода и движутся вдоль сердцевины, не проникая через оболочку. Свет удерживается внутри сердцевины, поскольку оболочка имеет более низкий показатель преломления, который является мерой способности материала преломлять свет.

 

Это приводит к явлению полного внутреннего отражения (ПВО), которое происходит, когда распространяющаяся волна падает на границу раздела двух сред (в данном случае сердцевины и оболочки) под углом, превышающим критический угол волокна. Если показатель преломления по другую сторону границы (оболочки) ниже, а угол падения больше критического угла, волна не может пройти и полностью отражается.

 

Затухание сигнала в оптическом волокне измеряется в децибелах (дБ). В спецификациях оптического кабеля потери выражаются как затухание на 1 км длины (дБ/км). Это значение умножается на общую длину оптического волокна в километрах, чтобы определить общие потери в волокне в дБ.

 

Свет, распространяющийся по оптоволокну, не обладает стопроцентной эффективностью; существует несколько причин затухания сигнала. Потеря мощности также зависит от длины волны света и материала, через который проходит свет. В случае кварцевого стекла наиболее сильно затухают короткие волны. Наименьшие потери наблюдаются на длине волны 1550 нм, которая обычно используется для передачи на большие расстояния.

 

Потери, присущие волокну: Потери света в волокне, которые невозможно устранить в процессе изготовления, обусловлены примесями в стекле и поглощением света на молекулярном уровне. Потери света, вызванные изменениями оптической плотности, состава и молекулярной структуры, называются релеевским рассеянием. Лучи света, встречающиеся на этих изменениях и примесях, рассеиваются во многих направлениях и теряются.

 

Поглощение света на молекулярном уровне в оптоволокне обусловлено главным образом наличием загрязняющих веществ в стекле, таких как молекулы воды. Попадание молекул воды в оптоволокно — один из основных факторов, способствующих увеличению затухания в волокне по мере его старения. Молекулярное резонансное поглощение кварцевого стекла (SiO2) также приводит к некоторым потерям света.

 

Потери, возникающие при изготовлении волокна: Непостоянство процесса производства волокна приводит к потере света. Например, изменение диаметра сердцевины на 0,1% может привести к потере 10 дБ на километр. Для минимизации потерь необходимо соблюдать точные допуски на протяжении всего производства волокна.