光学传输
光通信雇佣了一束调制单色光把信息从发射机到接收机。光谱跨越了一个巨大的范围的电磁波谱,从该地区的10兆赫(104兆赫到100万兆赫(10)9兆赫)。这个频率范围基本上覆盖了从远红外光谱(0.3毫米波长)通过所有可见光至近紫外线(0.0003微米波长)。传播在如此高的频率、光波长天生适合高速宽带通信。例如,振幅调制近红外光学载波的频率300兆赫的1%收益率超过最高可用传输带宽同轴电缆带宽1000倍或更多。
实际开发的光学媒体高速远距离通信需要强大的光束,几乎是单色的,它的力量集中在所需的光波长。这样一个载体将不可能没有的发明红宝石激光器1960年首次证明,产生强烈的光很窄的谱线宽度的过程连贯的受激发射。今天,半导体注入式激光器二极管用于高速、长距离光纤通信。
两种光渠道存在:自由不能控制的无线信道,光传播穿过大气层,引导光纤通道,通过一个光波导光传播。
的无线信道
空间光学通道的损耗机制是几乎相同的视线微波无线电频道。信号是退化的光束发散度、大气吸收和大气散射。由准直光束发散度可以最小化(并行)透射光成连贯的窄束通过使用激光发射机的光源。大气吸收损失可以通过选择最小化,躺在一个低损耗传输波长红外“windows”,可见,或紫外线区域。大气中征收高吸收损失的光学波长接近共振波长的气体成分如氧气(O2)、水蒸气(H2O),二氧化碳(有限公司2)和臭氧(O3)。在晴朗的日子,可见光的衰减可能是分贝每公里或更少,但重大散射损失可以由任何变化在大气条件下,如霾、雾、雨、或空气中的灰尘。
光信号的高灵敏度大气状况阻碍了发展的户外空间光学链接环境。一个简单的室内空间光学的和熟悉的例子发射机是手持红外远程控制为电视和高保真音频系统。空间光学系统也在测量和遥感应用相当普遍,如光学测距和速度的决心,工业质量控制和激光雷达测高(称为激光雷达)。
光纤通道
相比线传输,其中一个电流流经铜导体,光纤传输一个电磁(光)领域传播通过不导电介质制成的纤维。由于其高带宽、低衰减、干扰免疫力,成本低,重量轻,光纤是固定的,成为媒介的选择高速数字通信链接。光纤电缆是取代铜线电缆在远程应用程序,如电话和馈线和主干部分有线电视循环,和短途的应用程序,如局域网(局域网)电脑和家庭分布的电话,电视,和数据服务。例如,标准贝尔OC-48光缆、用于中继的数字化数据、语音、视频信号,在传输速度高达每秒2.4比特(24亿二进制数字)/纤维。这是一个足够的传输速度的所有卷印刷中的文本Encyclopædia大yabo亚博网站首页手机英百科全书(2字节的二进制数据),在不到一秒的时间。
一个光纤通信链路包含以下元素:一个光电传感器,皈依者模拟或数字信息调制光束;light-carrying纤维,跨越了传输路径;和一个光电接收器,将检测到的光转换成电流。长途链接(大于30公里,或20英里),通常需要再生中继器来抵消信号功率的衰减。在过去,混合光学电子中继器通常使用;这些特色一个光电接收器,电子信号处理和再生信号的光电传感器。今天,掺铒光纤放大器用作高效的全光中继器。
光电发射器
的效率的光电传感器是由许多因素决定的,但最重要的是以下几点:谱线宽度、载波频谱的宽度,为理想的单色光源是零;插入损耗,这是传播能量的总量不夫妇进入纤维;发射机一生;和最大比特率。
两种光电发射器通常用于光纤连接发光二极管(LED)和半导体激光器。LED是一个宽线宽度的光源,用于中速,短链接色散的光梁在距离不是一个大问题。LED是低成本和更长的寿命比半导体激光器。然而,半导体激光器夫妇对光纤的光输出比领导更有效,使其更适合长跨度,和它也有一个更快的“崛起”,允许更高数据传输利率。激光二极管可用操作在波长接近0.85,1.3和1.5微米,谱线宽度小于0.003微米。他们能够传送超过10吉比特每秒。led能够在更广泛的载波波长存在,但他们通常有更高的插入损失和线宽度超过0.035微米。
光电接收器
光电接收器的两种最常见的光学链接positive-intrinsic-negative(销)光电二极管和雪崩光电二极管(adp)。这些光学接收器提取调制光载波信号的基带信号通过将入射光功率转换为电流。PIN光电二极管获得较低但非常快速响应;APD车辆具有较高的增益,但反应慢。
光学纤维
一个光纤由一个透明的核心由透明护套包层和一个不透明的塑料保护涂层。核心和包层电介质与不同的折射指数,指数低于核心覆盖层。根据所采用的标准国际电报电话咨询委员会(CCITT)高性能复合纤维的外直径大约是125微米,而核心直径通常范围从8 - 50微米。突然的变化折射率之间的核心和里面的包覆使core-to-cladding界面高度反光的光线,放牧接口。因此就像一个管状纤维镜,封闭的大部分光线传播的内部核心。
的带宽光纤的现象被称为是有限的多模色散,描述如下。不同的反射角在核心创建不同的纤维传播光线的路径。射线旅行最核心的轴线传播所谓的零阶模式;其他光线传播的高阶模式。同时存在许多的传播模式在单一纤维,产生多模色散。多模色散引起的信号均匀透射强度到达的远端纤维在一个复杂的空间“干涉图样,”,这种模式又可以转化为脉冲“蔓延”或“拖尾”和码间干扰光电接收器的输出。脉冲传播恶化在长纤维。
当核心内的折射率是恒定的,纤维被称为stepped-index (SI)纤维。渐变型(GI)纤维减少多模分级折射率色散的核心,让它顺利蜡烛核心之间的中心和覆盖层。另一种类型的纤维,被称为单模纤维(SM),消除多模色散减少核心的直径在一定程度上,它只通过光线的零阶模式。典型的SM核心直径是10微米或更少,而标准如果核心直径在50微米的范围。单模纤维已成为占主导地位的中长距离光纤链接。
其他在光纤信号失真的重要原因材料色散和波导色散。材料色散现象不同的光波长在不同的速度传播,根据折射率纤维材料的核心。波导色散并不取决于纤维芯的材料,但它的直径;它也会导致不同的波长传播在不同的速度。在多模色散的情况一样,上面所描述的那样,材料和波导色散导致接收的光脉冲传播和可能导致码间干扰。
由于传输信号总是包含组件在不同波长,材料色散和波导色散的问题,不仅影响SI和胃肠道纤维还SM纤维。然而,SM纤维存在传输波长的材料色散完全取消了波导色散。这个“零色散波长可以调节通过修改材料作文(因此折射率)以及纤维的直径。以这种方式SM纤维旨在展示他们零色散波长附近的光载波波长。在CCITT标准SM纤维8-micrometre核心,零色散波长附近发生1.3微米波长的激光二极管。其他SM纤维开发了一个零色散波长为1.55微米。
引入的噪声在光纤链路接收机光电转换过程。信号功率损失主要是由于辐射光能量的包层以及吸收的光能量硅在纤维和杂质。
制造光纤的生产过程是非常苛刻的,要求非常接近核心和包层厚度公差。尽管低级纤维的生产透明的高分子材料并不少见,大多数高性能光学纤维的融合石英玻璃。的折射率的核心或包覆在制造过程中被修改的稀释纯石英玻璃和氟锗过程称为兴奋剂。(描述的制造过程本身工业玻璃:玻璃形成:光学纤维)。周围几个纤维可以捆绑到一个共同的护套中央加强成员形成光纤电缆。光纤电缆,必须在不利的环境中经营实例,海底电缆作为加强和保护材料层可能被添加。这些层可以包括单纤维缓冲管,纺织粘合剂胶带,防潮层板,波纹钢卷尺,抗冲击塑料外套。
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