Công nghệ cáp quang

Hoàn thành chức năng truyền tải điện
Tập đoàn Larian của Hoa Kỳ đã sử dụng thành công sợi quang để hoàn thành chức năng truyền tải điện năng, mở ra một hướng đi hoàn toàn mới trong lĩnh vực điện năng. Họ sử dụng điốt laser bán dẫn ở đầu phát để chuyển đổi năng lượng điện thành ánh sáng laser để truyền trong sợi quang và sử dụng pin mặt trời làm thiết bị đầu cuối nhận. Thiết bị này sử dụng gallium arsenide dày 300 micron làm chất nền cách điện, được phủ một pin mặt trời dày 20 micron. Nó được chia thành 6 khu vực độc lập, được kết nối nối tiếp bằng các cầu không khí mạ vàng. Khi ánh sáng laser được truyền bởi sợi quang chiếu vào pin mặt trời, năng lượng ánh sáng ngay lập tức trở thành năng lượng điện. Điện áp được tạo ra bởi mỗi khu vực chính xác là 1 volt và sáu khu vực nối tiếp có điện áp 6 volt, đủ cho mạch điều khiển của hầu hết các cảm biến.

sử dụng rộng rãi
Nếu công suất của diode laser liên tục được tăng lên và được trang bị một hệ thống truyền tải điện hoàn chỉnh, truyền tải điện bằng sợi quang có thể được sử dụng rộng rãi trong quân sự, công nghiệp, thương mại và các khía cạnh khác. Phòng thí nghiệm Bogen của Pháp, chuyên về máy tính, thiết bị điện tử, xử lý tín hiệu và công nghệ hình ảnh, sử dụng soliton quang và xung ngắn để đạt được truyền dẫn không bị biến dạng trong sợi quang. Công nghệ này có thể giải quyết các vấn đề về tán sắc màu và hiệu ứng phi tuyến tính mà không cần nhiều thiết bị tái sinh dọc theo cáp quang. Chỉ cần thiết lập một bộ khuếch đại sau mỗi 100 km hoặc lâu hơn khi làm việc. Các sóng con đơn độc có thể đi qua nhau mà không can thiệp lẫn nhau. Người ta nói rằng công nghệ mới này được sử dụng trong tàu ngầm dưới biển trong phạm vi 6450-12900 km và có thể giải quyết vấn đề khó khăn trong giao tiếp. Một công nghệ truyền thông sợi quang tín hiệu không thường xuyên được phát triển bởi các chuyên gia bảo mật truyền thông Mỹ được thiết kế đặc biệt để đối phó với những kẻ nghe trộm ngày càng hung hăng và tinh vi ngày nay của GG. Công nghệ này đầu tiên chuyển đổi thông tin hữu ích như giọng nói thành tín hiệu xung kỹ thuật số, sau đó mã hóa các tín hiệu xung kỹ thuật số này và điều chỉnh chúng trên các sóng mang vi ba ngẫu nhiên thay đổi không đều. Khi gửi, thiết bị truyền laser truyền tín hiệu sóng mang không đều mang thông tin đến máy thu thông qua hệ thống thông tin sợi quang. Máy thu laser của máy thu sử dụng công nghệ đặc biệt để đồng bộ hóa và phối hợp động với thiết bị laser gửi, và cuối cùng hoàn thành nhiệm vụ giải điều chế tín hiệu hữu ích từ các sóng mang không đều. Sử dụng công nghệ này, những kẻ nghe trộm sẽ không còn hữu ích, họ sẽ chỉ nghe thấy những tiếng động hỗn loạn. Australia Pauline gần đây đã phát triển một chiếc cân sợi quang có thể cân xe tải với một sợi quang và một tia laser. Loại thang đo sợi quang này sử dụng một sợi quang có đặc tính điện trở rất đặc biệt. Khi nó bị áp lực hoặc lực căng, sợi quang sẽ bị biến dạng nhẹ, khiến các đặc tính của tia laser thay đổi. Lúc này, máy dò sẽ ngay lập tức học được sự thay đổi này và chuyển nó thành sự thay đổi tín hiệu điện. Điều này được phản ánh trên bảng hiển thị của thiết bị. Vì sợi quang được làm bằng thủy tinh, nó có khả năng chống ẩm và chống bức xạ. Quan trọng hơn, nó rất dễ cài đặt và bảo trì. Nó phù hợp để lắp đặt trên các trục đường chính trong khu vực đô thị, xung quanh các nhà máy, sân bay và đường băng, nhà kho và cảng. Làm việc liên tục trong 24 giờ. Do đó, ngoài chức năng cân, nó còn có thể đóng vai trò giám sát, độ chính xác hơn hẳn so với các thiết bị điện tử hiện có.

Sợi quang nhựa
Theo một báo cáo gần đây của Tạp chí Hoa Kỳ, một loại sợi quang bằng nhựa được phát triển bởi Boston Optical Fiber Corporation, Massachusetts, có tốc độ truyền dẫn nhanh hơn 30 lần so với dây đồng tiêu chuẩn hiện tại, đồng thời nhẹ hơn, linh hoạt hơn và chi phí thấp hơn so với sợi thủy tinh. . Loại cáp quang này sử dụng sự khúc xạ ánh sáng hoặc chế độ nhảy của ánh sáng trong sợi quang để đạt tốc độ truyền cao hơn và có thể truyền dữ liệu với tốc độ 3 megabit / giây trong vòng 100 mét. Hiện tại, 370.000 km cáp quang dưới biển đã được đặt trên toàn thế giới. Chiều dài này gần như có thể làm tròn trái đất 10 lần. Hơn nữa, vì laser được sử dụng ở cả hai đầu, các bộ lặp để khuếch đại tín hiệu không còn cần thiết trong quá trình truyền, điều này sẽ giúp giảm đáng kể chi phí và chi phí cuộc gọi. Theo báo cáo, tuyến cáp quang biển có dung lượng lớn nhất thế giới' kết nối Châu Âu và Hoa Kỳ sắp được khai trương. Cáp quang truyền thông tàu ngầm này kết nối thế giới đang được đặt. Đây là dự án hoành tráng nhất trong lĩnh vực truyền thông trong thế kỷ 20 và được hỗ trợ bởi 30 tổ chức viễn thông quốc tế trên toàn thế giới. Nó băng qua Đại Tây Dương, băng qua Địa Trung Hải, đi qua Biển Đỏ và Ấn Độ Dương, rồi băng qua eo biển Malacca vào Thái Bình Dương. Với tổng chiều dài gần 320.000 km, nó kết nối tới 175 quốc gia và khu vực và có thể thực hiện 2,4 triệu cuộc gọi điện thoại hoặc truyền hàng trăm nghìn hình ảnh nén cùng một lúc. Toàn bộ dự án tiêu tốn 14 tỷ đô la Mỹ và dự kiến ​​hoàn thành vào năm 2003.

Nguyên tắc thành phần
Công nghệ sợi quang thường bao gồm ba phần: đầu truyền tín hiệu quang, sợi quang được sử dụng để truyền tín hiệu quang và đầu thu tín hiệu quang.

Chức năng của đầu truyền tín hiệu quang là biến đổi tín hiệu điện cần truyền thành tín hiệu quang thông qua thiết bị chuyển đổi điện quang. Hiện nay, thiết bị chuyển đổi quang điện đầu cuối thường sử dụng đi-ốt phát sáng hoặc ống laser bán dẫn. Công suất ánh sáng đầu ra của diode phát sáng tương đối thấp, tốc độ điều chế tín hiệu tương đối thấp, nhưng giá rẻ. Công suất ánh sáng đầu ra của nó và dòng điện về cơ bản là tuyến tính trong một phạm vi nhất định, phù hợp hơn cho việc truyền tín hiệu analog khoảng cách ngắn, tốc độ thấp và tín hiệu tương tự; Công suất đầu ra của diode lớn, tốc độ điều chế tín hiệu cao, nhưng giá tương đối cao, và nó phù hợp cho việc truyền tín hiệu số ở tốc độ cao, tốc độ cao. Chức năng của sợi quang là truyền tín hiệu quang ở đầu phát đến đầu thu của tín hiệu quang với độ suy giảm và méo càng ít càng tốt. Hiện tại, sợi quang thường được sử dụng trong dải hồng ngoại gần. Bộ khuếch đại 8,84 GG; micro; m 、 1,31& micro; m 、 1,55& micro; mMạch thạch anh đa chế độ hoặc đơn chế độ với truyền dẫn tốt. Chức năng của đầu thu tín hiệu quang là khôi phục tín hiệu quang về tín hiệu điện tương ứng thông qua thiết bị chuyển đổi quang điện. Thiết bị chuyển đổi quang điện thường sử dụng photodiode bán dẫn hoặc photodiode avalanche. Bước sóng phát ra ánh sáng của nguồn sáng cấu thành hệ thống truyền dẫn cáp quang phải phù hợp với dải bước sóng của cửa sổ suy hao thấp của sợi truyền và dải đáp ứng đỉnh của thiết bị phát hiện quang điện. Thiết bị chuyển đổi quang điện đầu cuối truyền thông qua bước sóng phát xạ trung tâm là 0,84& micro; m. bước sóng đáp ứng cực đại của 0,8& micro; m-0,9& micro; mSilicon photodiode. Mỗi phần sẽ được giới thiệu thêm dưới đây.

Máy phát tín hiệu quang gấp
Mạch điều khiển và điều chế của đèn LED được sử dụng trong hệ thống được thể hiện trong Hình 2. Điều chế tín hiệu thông qua phương pháp điều chế cường độ ánh sáng và chiết áp điều chỉnh cường độ ánh sáng được gửi để điều chỉnh dòng động lực tĩnh chạy qua đèn LED, do đó tương ứng thay đổi công suất ánh sáng phát ra của đèn LED, Phạm vi điều chỉnh dòng lái xe tĩnh được đặt là 0-20 mA, tương ứng với giá trị hiển thị của cường độ truyền ánh sáng bảng điều khiển giá trị hiển thị 0-2000 đơn vị, khi dòng điện nhỏ, ánh sáng Phát ra công suất phát điốt và dòng điện về cơ bản là tuyến tính, âm thanh Tín hiệu được ghép với cực đầu vào âm của một op amp khác sau khi bị cô lập bởi tụ điện, mạng điện trở và op amp, và được đặt chồng lên với dòng truyền động tĩnh của ánh sáng Diode phát ra để làm cho diode phát sáng gửi tín hiệu quang thay đổi theo tín hiệu âm thanh, sau đó qua bộ ghép sợi quang Th là tín hiệu quang được ghép với sợi truyền. Đầu thấp của tần số tín hiệu có thể phát có thể được xác định bởi mạng tụ điện và điện trở, và đáp ứng tần số thấp của hệ thống không lớn hơn 20Hz

Đầu thu tín hiệu quang
Đó là sơ đồ nguyên lý làm việc của đầu thu tín hiệu quang. Sợi truyền dẫn ghép tín hiệu quang từ đầu truyền đến photodiode của thiết bị chuyển đổi quang điện thông qua bộ ghép sợi quang. Điốt quang chuyển đổi tín hiệu quang thành tín hiệu dòng điện tỷ lệ với nó. Các diode nên được phân cực ngược khi sử dụng và tín hiệu quang được chuyển đổi thành tín hiệu điện áp tỷ lệ với nó bằng cách chuyển đổi điện áp hiện tại của op amp. Tín hiệu âm thanh chứa trong tín hiệu điện áp được ghép với bộ khuếch đại công suất âm thanh để điều khiển loa phát âm thanh qua tụ điện và điện trở. Đáp ứng tần số của photodiode thường cao và đáp ứng tần số cao của hệ thống chủ yếu phụ thuộc vào tần số đáp ứng của bộ khuếch đại hoạt động.

Sợi truyền
Hiện nay, sợi quang được sử dụng cho truyền thông quang học thường sử dụng sợi silica. Nó được phủ một lớp ốp với chỉ số khúc xạ nhỏ n1 bên trong lõi với chỉ số khúc xạ lớn n2. Ánh sáng được phân bổ đầy đủ trên mặt phân cách giữa lõi và tấm ốp. Sự phản xạ bị hạn chế lan truyền trong lõi của sợi quang. Như trong hình 5, sợi quang thực chất là một loại ống dẫn sóng điện môi. Ánh sáng bị khóa trong sợi quang và chỉ có thể được truyền dọc theo sợi quang. Đường kính lõi của sợi quang thường từ vài micron đến hàng trăm micron. Theo chế độ ánh sáng truyền dẫn, nó có thể được chia thành sợi đa phương thức và sợi đơn phương thức, và có thể được chia thành loại bước chiết suất và sợi phân loại chiết suất theo các cách phân bố chiết suất sợi khác nhau. Sợi quang loại bước chiết suất chứa hai môi trường đồng trục đối xứng tròn, cả hai đều có kết cấu đồng nhất, nhưng có chiết suất khác nhau. Chiết suất của lớp ngoài thấp hơn chiết suất của lớp trong.

Sợi chỉ số được phân loại là một loại sợi có chỉ số khúc xạ được phân loại dọc theo mặt cắt ngang của sợi. Mục đích của việc thay đổi chiết suất là làm cho vận tốc nhóm của các chế độ khác nhau tương tự nhau, do đó làm giảm sự phân tán của phương thức và tăng băng thông liên lạc. Các sợi loại chỉ số khúc xạ đa chế độ tạo ra sự phân tán giữa các chế độ do vận tốc nhóm khác nhau của mỗi lần truyền chế độ và băng thông truyền bị hạn chế. Sợi phân cấp chiết suất đa chế độ làm tăng băng thông truyền tín hiệu do sự phân bố chiết suất đặc biệt của nó, làm cho tốc độ nhóm của mỗi chế độ truyền là như nhau. Sợi đơn chế độ là sợi chỉ truyền một chế độ quang đơn và sợi đơn chế độ có thể truyền băng thông tín hiệu cao nhất. Hiện nay, sợi quang đơn mode chủ yếu được sử dụng trong thông tin quang đường dài.

Các chỉ số kỹ thuật chính của sợi silica bao gồm các đặc tính suy giảm, khẩu độ và độ phân tán. Khẩu độ số: Khẩu độ số mô tả các đặc tính của sợi kết hợp với nguồn sáng, máy dò và các thiết bị quang học khác. Kích thước của nó phản ánh khả năng thu thập ánh sáng của sợi quang. Như thể hiện trong Hình 5, ánh sáng tới trên mặt cuối của sợi quang trong góc rắn 2θmax hoàn toàn bị phản xạ tại mặt phân cách bên trong của sợi quang được truyền đi, và ánh sáng tới ở mặt cuối của sợi quang ở bên ngoài phạm vi 2θmax là Giao diện bên trong của sợi không tạo ra sự phản xạ toàn phần nhưng được truyền đến lớp bọc và ngay lập tức bị suy giảm. Khẩu độ số của sợi được xác định là: NA=Sinθmax, giá trị của nó thường nằm trong khoảng từ 0,1 đến 0,6 và θmax tương ứng nằm trong khoảng từ 90 đến 330, sợi Multimode có khẩu độ lớn và khẩu độ số của sợi đơn mode là tương đối nhỏ, do đó, sợi quang đơn mode cần laser bán dẫn LD làm nguồn sáng.