Fiberoptik (optiska fibrer) är långa, tunna strängar av mycket rent glas om diametern hos ett hårstrå. De är anordnade i buntar som kallas optiska kablar och används för att överföra ljussignaler över långa avstånd.
Om du tittar närmare på en enda optisk fiber, kommer du att se att det består av följande delar:
- Kärna – Tunn glas centrum av fibern där ljuset färdas
- Beklädnad – Ytter optiskt material som omger kärnan som reflekterar ljuset tillbaka in i kärnan
- Buffertbeläggning – Plast beläggning som skyddar fibern från skador och fukt
Hundratals eller tusentals av dessa optiska fibrer är anordnade i buntar i optiska kablar. Buntarna skyddas av kabelns yttre höljet, en så kallad jacka .
Optiska fibrer finns i två typer:
- Enkelmodfibrer
- Flermodsfibrer
Se mer om bredband fiber: Läge Teori för en bra förklaring.
Ljuset
Enkelmodfibrer har små kärnor (ca 3,5 x 10 -4 tum eller 9 mikrometer i diameter) och sända infrarött laserljus(våglängd = 1300 till 1550 nanometer). Flermodsfibrer har större kärnor (ca 2,5 x 10 -3 tum eller 62,5 mikrometer i diameter) och överföra infrarött ljus (våglängd = 850 till 1300 nm) från lysdioder (LED).
Vissa optiska fibrer kan tillverkas av plast . Dessa fibrer har en stor kärna (0,04 inches eller en mm i diameter) och sända synligt rött ljus (våglängd = 650 nm) från lysdioder.
Anta att du vill lysa en ficklampa balk ner en lång, rak korridoren. Bara peka strålen rakt ner i korridoren – ljuset färdas i raka linjer, så det är inga problem. Vad händer om hallen har en krök i det? Du kan placera en spegel på böjen för att reflektera ljusstrålen runt hörnet. Vad händer om hallen är mycket lindning med flera kurvor? Du kanske linje väggarna med speglar och vinkel strålen så att den studsar från sida till sida längs korridoren. Detta är precis vad som händer i en optisk fiber.
Ljuset i en fiberoptisk kabel färdas genom kärnan (korridoren) genom att ständigt studsa från kapslingen (spegel-fodrade väggar), en princip som kallas total inre reflektion . Eftersom manteln inte absorberar något ljus från kärnan, kan ljusvåg färdas långa sträckor.
Kommunikationssystem
För att förstå hur optiska fibrer används i kommunikationssystem, låt oss titta på ett exempel från en andra världskriget film eller dokumentär där två örlogsfartyg i en flotta behöver kommunicera med varandra samtidigt som radio tystnad eller på stormiga hav. Ett fartyg drar upp vid sidan av andra. Kaptenen på ett fartyg skickar ett meddelande till en sjöman på däck. Sjömannen översätter meddelandet till morsekod (prickar och streck) och använder en signal ljus (strålkastare med en persienn typ slutare på det) för att skicka meddelandet till det andra fartyget. En sjöman på däck av det andra fartyget ser morsekod meddelandet avkodar den till engelska och skickar meddelandet till kaptenen.
Nu, tänka sig att göra detta när fartygen är på vardera sidan av havet åtskilda av tusentals miles och du har en fiberoptisk kommunikationssystem på plats mellan de två fartygen. Fiberoptiska reläsystem består av följande:
- Sändare – Producerar och kodar ljussignalerna
- Optisk fiber – Genomför ljussignalerna över ett avstånd
- Optisk regenerator – kan vara nödvändigt att öka ljussignalen (för långa avstånd)
- Optiska mottagare – Tar emot och avkodar ljussignalerna
Sändare
Den Sändaren är som sjöman på däck den sändande fartyget. Den tar emot och styr den optiska anordningen för att slå på ljus ”på” och ”av” i rätt ordning, för att därigenom alstra en ljussignal.
Sändaren är fysiskt nära den optiska fibern och kan även ha en lins för att fokusera ljuset in i fibern. Lasrar har mer makt än lysdioder, men varierar mer med förändringar i temperatur och är dyrare. De vanligaste våglängder av ljussignaler är 850 nm, 1300 nm och 1550 nm (infraröd, icke synliga delar av spektrumet ).
Optisk Regenerator
Såsom nämnts ovan, vissa signalförlust inträffar när ljuset transmitteras genom fibern, särskilt över långa avstånd (mera än en halv mil, eller ca 1 km) såsom med undervattenskablar. Därför, en eller flera optiska regeneratorer splitsas utmed kabeln för att öka de nedbrutna ljussignalerna.
En optisk regenerator består av optiska fibrer med en speciell beläggning ( dopning ). Den dopade delen är ”pumpas” med en laser . När den försämrade signalen kommer in i dopade beläggningen, energin från lasern tillåter dopade molekylerna att bli lasrar själva. De dopade molekylerna sedan avge en ny starkare ljussignalen med samma egenskaper som den inkommande svag ljussignal. I princip, är regeneratorn en laserförstärkare för den inkommande signalen.
Optiska mottagare
Den optiska mottagaren är som sjöman på däck för det mottagande fartyget. Det tar de inkommande digitala ljussignaler, avkodar dem och sänder den elektriska signalen till den andra användarens dator , TV eller telefon (mottagande fartygets kapten). Mottagaren använder en fotocell eller fotodiod för att detektera ljuset.
