Het principe van conversie en overdracht van informatie over optische vezels

Moderne communicatielijnen die bedoeld zijn voor de overdracht van informatie over lange afstanden zijn vaak slechts optische lijnen, vanwege de vrij hoge efficiëntie van deze technologie, die ze al vele jaren met succes heeft bewezen, bijvoorbeeld als middel om breedbandtoegang tot internet te bieden .

De vezel zelf bestaat uit een glazen kern omgeven door een omhulsel met een brekingsindex die lager is dan die van de kern. De lichtbundel die verantwoordelijk is voor het overbrengen van informatie langs de lijn, plant zich voort langs de kern van de vezel, reflecteert op zijn weg van de bekleding en gaat dus niet buiten de transmissielijn.

De bundelvormende lichtbron is meestal diode- of halfgeleiderlaser, terwijl de vezel zelf, afhankelijk van de kerndiameter en brekingsindexverdeling, single-mode of multi-mode kan zijn.

Glasvezels in communicatielijnen zijn superieur aan elektronische communicatiemiddelen en maken snelle en verliesvrije overdracht van digitale gegevens over lange afstanden mogelijk.

In principe kunnen optische lijnen een zelfstandig netwerk vormen of dienen om reeds bestaande netwerken - delen van glasvezelsnelwegen fysiek verenigd op het niveau van glasvezel of logisch - op het niveau van datatransmissieprotocollen te verenigen.

De snelheid van datatransmissie over optische lijnen kan worden gemeten in honderden gigabits per seconde, bijvoorbeeld de 10 Gbit Ethernet-standaard, die al vele jaren wordt gebruikt in moderne telecommunicatiestructuren.

Het jaar van de uitvinding van glasvezel wordt beschouwd als 1970, toen Peter Schultz, Donald Keck en Robert Maurer - wetenschappers bij Corning - een optische vezel met weinig verlies uitvonden die de mogelijkheid opende om het kabelsysteem te dupliceren voor het verzenden van het telefoonsignaal zonder repeaters worden gebruikt. De ontwikkelaars hebben een draad gemaakt waarmee je 1% van het optische signaalvermogen kunt besparen op een afstand van 1 kilometer van de bron.

Dit was het keerpunt voor technologie. Lijnen waren oorspronkelijk ontworpen om honderden lichtfasen tegelijk door te geven, later werd enkelfasige glasvezel ontwikkeld met hogere prestaties die in staat zijn om de signaalintegriteit over langere afstanden te behouden. Eenfasige zero-offset-vezel is sinds 1983 tot op de dag van vandaag het meest gewilde vezeltype.

Om gegevens over een optische vezel te verzenden, moet het signaal eerst worden omgezet van elektrisch naar optisch, vervolgens over de lijn worden verzonden en vervolgens weer worden omgezet in elektrisch bij de ontvanger.Het hele apparaat wordt een transceiver genoemd en bevat niet alleen optische maar ook elektronische componenten.

Het eerste element van een optische lijn is dus een optische zender. Het zet een reeks elektrische gegevens om in een optische stroom. De zender bevat: een parallel-naar-serieel-converter met een sync-pulssynthesizer, een driver en een optische signaalbron.

De bron van het optische signaal kan een laserdiode of een LED zijn. Conventionele LED's worden niet gebruikt in telecommunicatiesystemen. De biasstroom en de modulatiestroom voor directe modulatie van de laserdiode worden geleverd door de laserdriver. Vervolgens wordt het licht geleverd via de optische connector - in de vezel optische kabel.

Aan de andere kant van de lijn worden het signaal en het timingsignaal gedetecteerd door een optische ontvanger (meestal een fotodiodesensor), waar ze worden omgezet in een elektrisch signaal dat wordt versterkt en vervolgens wordt het verzonden signaal gereconstrueerd. Met name de seriële datastroom kan parallel worden omgezet.

De voorversterker is verantwoordelijk voor het omzetten van de asymmetrische stroom van de fotodiodesensor in spanning, voor de daaropvolgende versterking en omzetting in een differentieel signaal. De gegevenssynchronisatie- en herstelchip herstelt de kloksignalen en hun timing uit de ontvangen gegevensstroom.

De tijdverdelingsmultiplexer bereikt gegevensoverdrachtssnelheden tot 10 Gb/s. Dus vandaag zijn er de volgende normen voor de snelheid van gegevensoverdracht via optische systemen:

Met golflengteverdelingsmultiplexing en golflengteverdelingsmultiplexing kunt u de datatransmissiedichtheid verder verhogen wanneer meerdere gemultiplexte datastromen op hetzelfde kanaal worden verzonden, maar elke stroom heeft zijn eigen golflengte.

Single-mode vezel heeft een relatief kleine buitenste kerndiameter van ongeveer 8 micron. Door zo'n vezel kan een bundel met een specifieke frequentie zich er doorheen voortplanten, wat overeenkomt met de kenmerken van een bepaalde vezel. Wanneer de straal alleen beweegt, verdwijnt het intermode dispersieprobleem, wat resulteert in verbeterde lijnprestaties.

De dichtheidsverdeling van het materiaal kan gradiënt of trapvormig zijn. Gradiëntdistributie maakt een hogere doorvoer mogelijk. Single-mode technologie is dunner en duurder dan multi-mode, maar het is de single-mode technologie die momenteel in de telecommunicatie wordt gebruikt.

Multimode-vezel maakt het mogelijk om meerdere transmissiebundels onder verschillende hoeken tegelijkertijd te verspreiden. De kerndiameter is meestal 50 of 62,5 µm, zodat de introductie van optische straling wordt vergemakkelijkt. De prijs van transceivers is lager dan die van single-mode.

Het is een multimode glasvezel die zeer geschikt is voor kleine thuis- en lokale netwerken. Het fenomeen van intermode-dispersie wordt beschouwd als het belangrijkste nadeel van multimode-vezels. Om dit schadelijke fenomeen te verminderen, zijn daarom speciaal vezels met een gradiëntbrekingsindex ontwikkeld, zodat de stralen zich voortplanten langs parabolische paden en het verschil in hun optische paden kleiner is .Op de een of andere manier blijven de prestaties van single-mode technologie nog steeds hoger.