Technologia światłowodów

Wraz z szybkim rozwojem nauki i technologii światłowód rozwija się w dziedzinie komunikacji, elektroniki i energii elektrycznej, stając się obiecującym nowym materiałem podstawowym. Towarzysząca technologia światłowodowa również zdobywa przychylność ludzi&# 39 dzięki nowości i wygodzie.

Pełna funkcja przenoszenia mocy
Larian Corporation w Stanach Zjednoczonych z powodzeniem wykorzystał światłowód do uzupełnienia funkcji przesyłu mocy, otwierając zupełnie nowy sposób w dziedzinie zasilania. Wykorzystują półprzewodnikowe diody laserowe na końcu nadawczym do przekształcania energii elektrycznej w światło laserowe do transmisji we włóknach światłowodowych oraz wykorzystują ogniwa słoneczne jako urządzenie odbiorcze. Urządzenie to wykorzystuje arsenek galu o grubości 300 mikronów jako podłoże izolacyjne, pokryte ogniwem słonecznym o grubości 20 mikronów. Jest podzielony na 6 niezależnych obszarów, które są połączone szeregowo pozłacanymi mostkami powietrznymi. Kiedy światło lasera przesyłane przez światłowód uderza w ogniwo słoneczne, energia świetlna natychmiast staje się energią elektryczną. Napięcie generowane przez każdy obszar wynosi dokładnie 1 wolt, a sześć obszarów połączonych szeregowo ma napięcie 6 woltów, które jest wystarczające dla obwodu sterującego większości czujników.

popularne
Jeśli moc diody laserowej jest stale zwiększana i wyposażona w kompletny system przesyłu mocy, transmisja mocy światłowodu może być szeroko stosowana w wojsku, przemyśle, handlu i innych aspektach. Laboratorium Bogen France&# 39, które specjalizuje się w komputerach, sprzęcie elektronicznym, przetwarzaniu sygnałów i technologii obrazu, wykorzystuje soliton optyczny i krótkie impulsy, aby uzyskać wolną od zniekształceń transmisję w światłowodach. Technologia ta może rozwiązać problemy związane z dyspersją chromatyczną i efektami nieliniowymi bez konieczności stosowania wielu urządzeń regeneracyjnych wzdłuż kabla optycznego. Podczas pracy wystarczy ustawić wzmacniacz co około 100 kilometrów. Pojedyncze falki mogą przechodzić przez siebie, nie przeszkadzając sobie nawzajem. Mówi się, że ta nowa technologia jest stosowana w okrętach podwodnych w zasięgu 6450-12900 kilometrów i może rozwiązać problem trudności komunikacyjnych. Technologia komunikacji światłowodowej z nieregularnym sygnałem nośnym, opracowana przez amerykańskich ekspertów ds. Bezpieczeństwa komunikacji, została specjalnie zaprojektowana, aby radzić sobie z coraz bardziej rozpowszechnionymi i wyrafinowanymi podsłuchiwaczami&# 39. Technologia ta najpierw przekształca użyteczne informacje, takie jak głos, na cyfrowe sygnały impulsowe, a następnie koduje te cyfrowe sygnały impulsowe i moduluje je na przypadkowych nośnikach mikrofalowych, które zmieniają się nieregularnie. Podczas wysyłania laserowe urządzenie nadawcze przesyła nieregularny sygnał nośny zawierający informacje do odbiornika za pośrednictwem systemu komunikacji światłowodowej. Odbiornik laserowy odbiornika wykorzystuje specjalną technologię do synchronizacji i dynamicznej koordynacji z wysyłającym urządzeniem laserowym, a ostatecznie kończy zadanie demodulacji użytecznych sygnałów z nieregularnych nośników. Korzystając z tej technologii, podsłuchujący nie będą już przydatni, będą słyszeć tylko chaotyczne odgłosy. Australia Pauline niedawno opracowała wagę światłowodową, która może ważyć samochody ciężarowe za pomocą jednego włókna i jednego lasera. Ten rodzaj wagi światłowodowej wykorzystuje światłowód o bardzo specjalnych właściwościach oporowych. Kiedy jest pod ciśnieniem lub naprężeniem, światłowód zostanie lekko zdeformowany, co spowoduje zmianę właściwości lasera. W tym momencie detektor natychmiast nauczy się tej zmiany i przekształci ją w zmianę sygnału elektrycznego. Znajduje to odzwierciedlenie na panelu wyświetlacza instrumentu. Ponieważ światłowód jest wykonany ze szkła, ma odporność na wilgoć i promieniowanie. Co ważniejsze, jest łatwy w instalacji i utrzymaniu. Nadaje się do montażu na głównych drogach w obszarach miejskich, wokół fabryk, lotnisk i pasów startowych, magazynów i portów. Ciągła praca przez 24 godziny. Dlatego oprócz ważenia może również pełnić rolę kontrolną, a dokładność jest znacznie większa niż w przypadku istniejących urządzeń elektronicznych.

Plastikowe włókno optyczne
Według niedawnego raportu z US Journal, światłowód z tworzywa sztucznego opracowany przez Boston Optical Fiber Corporation, Massachusetts, ma prędkość transmisji 30 razy większą niż obecny standardowy drut miedziany i jest lżejszy, bardziej elastyczny i tańszy niż włókno szklane. . Ten rodzaj światłowodu wykorzystuje załamanie światła lub tryb przeskakiwania światła w światłowodzie, aby osiągnąć wyższą prędkość transmisji i może przesyłać dane z prędkością 3 megabitów na sekundę w promieniu 100 metrów. Obecnie na całym świecie położono 370 000 kilometrów podmorskich kabli optycznych. Ta długość może prawie 10 razy okrążyć ziemię. Ponadto, ponieważ na obu końcach stosowane są lasery, podczas transmisji nie są już potrzebne repeatery do wzmacniania sygnałów, co znacznie obniża koszty i koszty połączeń. Według doniesień podmorski kabel optyczny&# 39 o największej przepustowości na świecie, łączący Europę i Stany Zjednoczone, wkrótce się otworzy. Ten podmorski kabel światłowodowy łączący świat jest w trakcie układania. To najwspanialszy projekt w dziedzinie komunikacji XX wieku, wspierany przez 30 międzynarodowych organizacji telekomunikacyjnych na całym świecie. Przecina Ocean Atlantycki, Morze Śródziemne, Morze Czerwone i Ocean Indyjski, a także Cieśninę Malakka do Oceanu Spokojnego. Przy łącznej długości prawie 320 000 kilometrów łączy się ze 175 krajami i regionami i może jednocześnie wykonywać 2,4 miliona połączeń telefonicznych lub przesyłać setki tysięcy skompresowanych obrazów. Cały projekt kosztował 14 miliardów dolarów i ma zostać ukończony w 2003 roku.

Zasada składu
Technologia światłowodowa składa się na ogół z trzech części: końca transmitującego sygnał optyczny, światłowodu używanego do transmisji sygnału optycznego i końca odbierającego sygnał optyczny.

Zadaniem końca transmitującego sygnał optyczny jest przekształcenie sygnału elektrycznego, który ma być przesłany, na sygnał optyczny przez urządzenie do konwersji elektrooptycznej. Obecnie nadawcze końcowe urządzenie do konwersji elektrooptycznej na ogół wykorzystuje diodę elektroluminescencyjną lub półprzewodnikową lampę laserową. Moc wyjściowa diody elektroluminescencyjnej jest stosunkowo niska, szybkość modulacji sygnału jest stosunkowo niska, ale cena jest tania. Jego wyjściowa moc światła i prąd sterujący są zasadniczo liniowe w pewnym zakresie, który jest bardziej odpowiedni do transmisji sygnału na krótkie odległości, niskiej prędkości i analogowego; Moc wyjściowa diody jest duża, częstotliwość modulacji sygnału jest wysoka, ale cena jest stosunkowo wysoka i nadaje się do transmisji na duże odległości z dużą prędkością. Zadaniem światłowodu jest przesyłanie sygnału optycznego na końcu nadawczym do końca odbiorczego sygnału optycznego z możliwie najmniejszym tłumieniem i zniekształceniem. Obecnie światłowód jest zwykle używany w paśmie bliskiej podczerwieni. 0,84& micro; m 、 1,31& micro; m 、 1,55& micro; m Światłowód kwarcowy wielomodowy lub jednomodowy o dobrej przepuszczalności. Funkcją końca odbierającego sygnał optyczny jest przywrócenie sygnału optycznego do odpowiedniego sygnału elektrycznego przez fotoelektryczne urządzenie przekształcające. Urządzenie do konwersji fotoelektrycznej na ogół wykorzystuje fotodiodę półprzewodnikową lub fotodiodę lawinową. Długość fali emitującej światło źródła światła tworzącego światłowodowy system transmisyjny musi być zgodna z pasmem długości fali okna niskostratnego włókna transmisyjnego i pasmem odpowiedzi szczytowej fotoelektrycznego urządzenia wykrywającego. Nadawcze końcowe urządzenie do konwersji elektrooptycznej przyjmuje centralną długość fali emisji 0,84&er; mikro; m Półprzewodnikowa dioda elektroluminescencyjna w bliskiej podczerwieni o wysokiej jasności, światłowód transmisyjny przyjmuje wielomodowe włókno kwarcowe, a odbiorcze urządzenie do konwersji fotoelektrycznej przyjmuje długość fali odpowiedzi szczytowej 0,8& mikro; m-0,9& mikro; mSilicon fotodioda. Każda część zostanie opisana poniżej.

Składany optyczny nadajnik sygnału
Obwód sterujący i modulacyjny diody LED zastosowanej w systemie pokazano na rysunku 2. Modulacja sygnału przyjmuje metodę modulacji natężenia światła, a potencjometr regulacji natężenia światła jest wysyłany w celu regulacji statycznego prądu sterującego przepływającego przez diodę LED, a tym samym odpowiednio zmiana mocy emitowanego światła diody LED, Ustawiony zakres regulacji statycznego prądu sterującego wynosi 0-20 mA, odpowiadający wyświetlanej wartości natężenia przepuszczania światła panelu, wartość wyświetlacza jazdy 0-2000 jednostek, gdy prąd jazdy jest mały, światło moc emisji diody emitującej i prąd sterujący są w zasadzie liniowe, audio Sygnał jest dołączany do ujemnego zacisku wejściowego innego wzmacniacza operacyjnego po odizolowaniu przez kondensator, sieć rezystorową i wzmacniacz operacyjny i nałożony na statyczny prąd sterujący światła dioda emitująca, aby dioda elektroluminescencyjna wysyłała sygnał optyczny, który zmienia się wraz z sygnałem audio, a następnie przez sprzęgacz światłowodowy Th Czy sygnał optyczny jest dołączony do włókna transmisyjnego. Dolna granica częstotliwości transmitowanego sygnału może być określona przez sieć kondensatorów i rezystorów, a odpowiedź niskiej częstotliwości systemu nie jest większa niż 20 Hz

Składany odbiornik sygnału optycznego
Jest to schemat działania końca odbiorczego sygnału optycznego. Włókno transmisyjne sprzęga sygnał optyczny z końca nadawczego do fotodiody urządzenia do konwersji fotoelektrycznej poprzez sprzęgacz światłowodowy. Fotodioda przetwarza sygnał optyczny na proporcjonalny do niego sygnał prądowy. Dioda powinna być spolaryzowana odwrotnie, gdy jest używana, a sygnał fotoprądu jest konwertowany na sygnał napięciowy proporcjonalny do niego przez konwersję prądu i napięcia we wzmacniaczu operacyjnym. Sygnał audio zawarty w sygnale napięciowym jest sprzężony ze wzmacniaczem mocy audio, aby napędzać dźwięk głośnika przez kondensator i rezystancję. Odpowiedź częstotliwościowa fotodiody jest generalnie wysoka, a odpowiedź częstotliwościowa systemu zależy głównie od częstotliwości odpowiedzi wzmacniacza operacyjnego.

Światłowód transmisyjny
Obecnie światłowód używany do komunikacji optycznej zwykle wykorzystuje włókno krzemionkowe. Pokryta jest warstwą okładziny o małym współczynniku załamania światła n1 wewnątrz rdzenia o dużym współczynniku załamania światła n2. Światło jest w pełni rozprowadzane na granicy między rdzeniem a okładziną. Odbicie ogranicza się do propagacji w rdzeniu światłowodu. Jak pokazano na rysunku 5, światłowód jest w rzeczywistości rodzajem falowodu dielektrycznego. Światło jest zamknięte w światłowodzie i może być przesyłane tylko przez światłowód. Średnica rdzenia światłowodu wynosi zazwyczaj od kilku mikronów do setek mikronów. Zgodnie z trybem światła transmisyjnego, można go podzielić na światłowód wielomodowy i światłowód jednomodowy i można go podzielić na światłowód ze stopniem współczynnika załamania światła i światłowód ze współczynnikiem załamania światła według różnych sposobów rozkładu współczynnika załamania światła. Światłowód ze stopniem współczynnika załamania światła zawiera dwa kołowo symetryczne ośrodki współosiowe, z których oba mają jednolitą teksturę, ale mają różne współczynniki załamania. Współczynnik załamania światła warstwy zewnętrznej jest niższy niż dla warstwy wewnętrznej.

Światłowód o stopniowanym współczynniku załamania to rodzaj włókna, którego współczynnik załamania jest stopniowany wzdłuż przekroju poprzecznego światłowodu. Celem zmiany współczynnika załamania jest ujednolicenie prędkości grupowych różnych modów, a tym samym zmniejszenie dyspersji modalnej i zwiększenie przepustowości komunikacji. Włókna wielomodowe ze skokowym współczynnikiem załamania światła wytwarzają dyspersję międzymodową ze względu na różne prędkości grupowe transmisji każdego modu, a szerokość pasma transmisji jest ograniczona. Światłowód z wielomodowym stopniowaniem współczynnika załamania światła zwiększa szerokość pasma transmisji sygnału dzięki specjalnemu rozkładowi współczynnika załamania światła, który sprawia, że ​​prędkość grupowa transmisji każdego trybu jest taka sama. Światłowód jednomodowy to światłowód, który transmituje tylko jeden mod optyczny, a światłowód jednomodowy może przesyłać sygnał o największej szerokości. Obecnie światłowody jednomodowe są najczęściej używane w komunikacji optycznej na duże odległości.

Główne wskaźniki techniczne włókna krzemionkowego obejmują charakterystykę tłumienia, aperturę numeryczną i dyspersję. Apertura numeryczna: apertura numeryczna opisuje właściwości włókna sprzężonego ze źródłem światła, detektorem i innymi urządzeniami optycznymi. Jego rozmiar odzwierciedla zdolność światłowodu do zbierania światła. Jak pokazano na rysunku 5, światło padające na czoło światłowodu w obrębie kąta bryłowego 2θmax jest całkowicie odbijane na wewnętrznym interfejsie światłowodu, który ma być transmitowany, a światło padające na czoło światłowodu na zewnątrz zakres 2θmax wynosi Wewnętrzny interfejs światłowodu nie powoduje całkowitego odbicia, ale jest przesyłany do płaszcza i jest natychmiast tłumiony. Apertura numeryczna światłowodu jest definiowana jako: NA=Sinθmax, jej wartość wynosi generalnie od 0,1 do 0,6, a odpowiadająca jej wartość θmax wynosi od 90 do 330, Światłowód wielomodowy ma dużą aperturę numeryczną, a aperturę numeryczną światłowodu jednomodowego jest stosunkowo mały, więc generalnie światłowód jednomodowy wymaga lasera półprzewodnikowego LD jako źródła światła.