Apa yang dilakukan oleh kabel gentian optik?

Kabel gentian optik Menghantar maklumat sebagai denyutan cahaya melalui helai kaca atau plastik. Mereka berfungsi sebagai tulang belakang telekomunikasi moden, yang membolehkan pemindahan data berkelajuan tinggi dalam jarak jauh dengan kehilangan isyarat yang minimum.

Fungsi teras

Optik serat menukar isyarat elektrik ke dalam cahaya menggunakan pemancar. Perjalanan cahaya melalui kabel melalui keseluruhan refleksi dalaman, memantul antara teras dan pelapisan. Di destinasi, penerima menukar cahaya kembali ke isyarat elektrik.

Komponen utama

• Teras: Pusat kaca/plastik nipis yang membawa cahaya
• Pelapisan: Lapisan luar mencerminkan cahaya ke dalam
• Salutan penampan: jaket plastik pelindung
• Ahli kekuatan: mengukuhkan serat (mis., Kevlar)
• Jaket luar: luaran tahan cuaca

Spesifikasi Teknikal

Serat mod tunggal (teras 9μm) membawa cahaya laser inframerah (1310-1550nm) untuk jarak melebihi 100km. Serat multimode (50-62.5μm teras) Gunakan sumber cahaya LED untuk berjalan lebih pendek (≤2km).

Perbandingan Prestasi

Mekanik penghantaran isyarat

Denyutan cahaya mengekalkan integriti isyarat melalui keseluruhan refleksi dalaman. Pengiraan sudut kritikal mengikuti undang -undang Snell: θ _c = dosa ^-1 (n ₂ /n ₁ ), di mana n ₁ dan n ₂ adalah indeks refraktif teras dan pelapisan.

Senario penempatan

• Kabel bawah laut : 400 sistem yang merangkumi 1.3m km di seluruh dunia
• Ftth (Serat ke rumah) : Sambungan pengguna langsung
• Pusat data : Senibina tulang belakang dengan pautan 400gbps
• Perindustrian : Automasi kilang EMI

Batasan dan pertimbangan

Kos pemasangan melebihi tembaga sebanyak 10-30%. Peralatan khusus yang diperlukan untuk splicing (kerugian 0.1dB setiap sambatan). Radius bengkok minimum (biasanya 10-20 × diameter kabel) menghalang kebocoran cahaya.

Garis Masa Evolusi

1977: Pemasangan Komersial Pertama (Chicago)
1988: Kabel Tat-8 Transatlantik (40,000 panggilan serentak)
2016: Rekod 4,000km (1Tbps Single-Channel)
2023: Sistem bawah laut mencapai 24Tbps setiap pasangan serat

Perkembangan masa depan

Multiplexing-Division Multiplexing menggunakan serat multi-teras (7 teras ditunjukkan). Serat teras berongga mengurangkan latensi hingga 3μs/km. Integrasi dengan rangkaian kriptografi kuantum.

Menyelam dalam teknikal

Sistem optik gentian memanfaatkan multiplexing gelombang panjang gelombang (WDM) untuk meningkatkan kapasiti. WDM yang padat (DWDM) menyokong sehingga 160 panjang gelombang setiap serat, masing -masing membawa 100Gbps. Penjanaan isyarat berlaku melalui penguat gentian erbium-doped (EDFAs) yang diletakkan pada selang 80-100km, mengekalkan penguatan optik tanpa penukaran elektrik. Kesan tak linear seperti pencampuran empat gelombang menjadi penting pada tahap kuasa melebihi 17dbm, yang memerlukan reka bentuk serat yang beralih penyebaran. Pampasan Mod Polarisasi (PMD) adalah kritikal untuk pautan melebihi 40km beroperasi pada 100Gbps.

Sains Bahan

Silika bersatu ultra-lure (SIO ₂ ) membentuk bahan teras, dengan doping germanium meningkatkan indeks biasan. Cladding menggunakan silika fluorine-doped dengan indeks refraktif 0.36% lebih rendah. Pembuatan melibatkan pemendapan wap kimia yang diubahsuai (MCVD), di mana gas mendepositkan lapisan silikon di dalam tiub preform pada 1900 ° C. Lukisan serat berlaku pada 2000 ° C, menarik 10km/min dengan diameter dikawal hingga ± 0.1μm.