Optinis perdavimas
Optinėje komunikacijoje naudojamas moduliuotos monochromatinės šviesos pluoštas, kuris perduoda informaciją iš siųstuvo į imtuvą. Šviesos spektras apima didžiulį elektromagnetinio spektro diapazoną - nuo 10 terahercų (10 4 gigahercų) iki 1 milijono terahercų (10 9).gigahercų). Šis dažnių diapazonas iš esmės apima spektrą nuo tolimosios infraraudonosios spinduliuotės (0,3 mm bangos ilgio) per visą matomą šviesą iki beveik ultravioletinio (0,0003 mikrometrų bangos ilgio). Skleidžiantis tokiais aukštais dažniais, optiniai bangos ilgiai natūraliai tinka didelės spartos plačiajuosčio ryšio telekomunikacijoms. Pvz., Optinio nešiklio amplitudės moduliavimas arti infraraudonosios spinduliuotės 300 terahercų dažniu tik 1 proc. Suteikia perdavimo pralaidumą, viršijantį didžiausią galimą bendraašio kabelio pralaidumą 1 000 ar daugiau.
Praktiškai naudojant optines laikmenas greitajai telekomunikacijai dideliais atstumais reikia stipraus šviesos pluošto, kuris yra beveik vienspalvis, o jo galia siaurai koncentruojama aplink norimą optinio bangos ilgį. Toks nešiklis nebūtų buvęs įmanomas neišradus rubino lazerio, pirmą kartą pademonstruoto 1960 m., Kuris skleidžia stiprią šviesą su labai siauru spektrinės linijos pločiu nuoseklios stimuliuojamos emisijos būdu. Šiandien puslaidininkiniai įpurškimo lazeriniai diodai naudojami greitajam, tolimam optiniam ryšiui.
Egzistuoja dviejų tipų optiniai kanalai: nevaldomas kanalas laisvoje erdvėje, kuriame šviesa laisvai sklinda per atmosferą, ir vadovaujamasis optinio pluošto kanalas, kur šviesa sklinda per optinį bangolaidį.
Laisvos vietos kanalas
Praradimo mechanizmai optiniame laisvosios erdvės kanale yra beveik identiški matomojo mikrobangų radijo kanalo mechanizmams. Signalai blogėja dėl šviesos sklidimo, atmosferos sugerties ir atmosferos pasklidimo. Sklaidos skirtumą galima sumažinti sutraukiant (padarius lygiagrečią) perduodamą šviesą į darnų siaurą pluoštą, naudojant siųstuvo lazerinį šviesos šaltinį. Atmosferos sugerties nuostolius galima sumažinti pasirinkus perdavimo bangos ilgius, kurie yra viename iš mažo praradimo „langų“ infraraudonųjų spindulių, matomoje arba ultravioletinėje srityje. Atmosfera sukelia didelius sugerties nuostolius, kai optinių bangų ilgis artėja prie dujinių sudedamųjų dalių, tokių kaip deguonis (O 2), vandens garai (H 2 O), anglies dioksidas (CO 2) ir ozonas (O 3), rezonansinių bangų ilgių. Giedrą dieną matomos šviesos silpnėjimas gali būti vienas decibelas vienam kilometrui ar mažiau, tačiau didelius sklaidos nuostolius gali sukelti bet kokie atmosferos sąlygų pokyčiai, pavyzdžiui, migla, rūkas, lietus ar ore esančios dulkės.
Didelis optinių signalų jautrumas atmosferos sąlygoms kliudė plėtoti laisvos erdvės optinius ryšius lauko aplinkai. Paprastas ir pažįstamas vidaus erdvės optinio siųstuvo pavyzdys yra rankinis infraraudonųjų spindulių nuotolinio valdymo pultas, skirtas televizoriui ir aukštos kokybės garso sistemoms. Laisvosios erdvės optinės sistemos taip pat yra gana paplitusios matavimo ir nuotolinio stebėjimo srityse, tokiose kaip optinio diapazono nustatymas ir greičio nustatymas, pramoninės kokybės kontrolė ir lazerio altimetrijos radaras (žinomas kaip LIDAR).
Optinio pluošto kanalai
Priešingai laidiniam perdavimui, kai elektros srovė teka per vario laidininką, optinio pluošto perdavimo metu elektromagnetinis (optinis) laukas sklinda per pluoštą, pagamintą iš nelaidžio dielektriko. Dėl didelio pralaidumo, mažo slopinimo, atsparumo trikdžiams, mažų sąnaudų ir mažo svorio optinis pluoštas tampa pasirinkta fiksuotų, spartų skaitmeninių telekomunikacijų jungčių terpe. Optinio pluošto kabeliai išstumia varinius laidus tiek tolimojo naudojimo atvejais, kaip antai tiekiamoji ir magistralinė telefonų ir kabelinės televizijos linijų dalys, tiek trumpojo nuotolio programose, tokiose kaip vietiniai tinklai (LAN) kompiuteriams ir telefono paskirstymas namuose., televizija ir duomenų paslaugos. Pavyzdžiui, standartinis „Bellcore OC-48“ optinis kabelis, naudojamas skaitmenintų duomenų, balso ir vaizdo signalų perdavimui, veikia perdavimo greičiu iki 2,4 gigabitų (2,4 milijardo dvejetainių skaitmenų) per sekundę per pluoštą. Tai yra pakankamas greitis, kad tekstas per visus atspausdintos „Encyclopædia“ tomus (2 gigabitus dvejetainių duomenų) būtų perduotas greičiau nei per vieną sekundę.
Optinio pluošto ryšio jungtį sudaro šie elementai: elektro-optinis siųstuvas, kuris analoginę ar skaitmeninę informaciją paverčia moduliuotu šviesos pluoštu; šviesą nešiojantis pluoštas, einantis perdavimo keliu; ir optoelektroninį imtuvą, kuris paverčia aptiktą šviesą elektros srove. Tolimojo susisiekimo maršrutams (didesniems kaip 30 km arba 20 mylių) paprastai reikalingi regeneraciniai kartotuvai, kad būtų kompensuota signalo galios silpnėjimas. Anksčiau dažniausiai būdavo naudojami hibridiniai optiniai ir elektroniniai kartotuvai; juose buvo optoelektroninis imtuvas, elektroninis signalo apdorojimas ir elektro-optinis siųstuvas signalui atkurti. Šiandien Erbio disperguoti optiniai stiprintuvai naudojami kaip veiksmingi optiniai kartotuvai.
Elektrooptiniai siųstuvai
Elektrooptinio siųstuvo efektyvumą lemia daugybė veiksnių, tačiau svarbiausi yra šie: spektrinės linijos plotis, kuris yra nešiklio spektro plotis ir yra lygus idealiam monochromatiniam šviesos šaltiniui; įterpimo nuostoliai, tai yra perduodamos energijos kiekis, kuris nesijungia į pluoštą; siųstuvo tarnavimo laikas; ir maksimalią veikiančią bitų spartą.
Optinių skaidulų jungtyse dažniausiai naudojami dviejų rūšių elektro-optiniai siųstuvai - šviesos diodas (LED) ir puslaidininkinis lazeris. Šviesos diodas yra plataus diapazono pločio šviesos šaltinis, naudojamas vidutinio greičio ir trumpalaikėms jungtims, kuriose šviesos pluošto sklaida per atstumą nėra pagrindinė problema. Šviesos diodas yra pigesnis ir tarnauja ilgiau nei puslaidininkinis lazeris. Tačiau puslaidininkinis lazeris daug efektyviau nei šviesos diodas sujungia savo šviesos srautą su optiniu pluoštu, todėl jis yra tinkamesnis ilgesniems tarpams, be to, jis turi greitesnį „kilimo“ laiką, leidžiant didesnį duomenų perdavimo greitį. Galimi lazeriniai diodai, veikiantys esant 0,85, 1,3 ir 1,5 mikrometrų bangos ilgiui, o spektrinės linijos plotis mažesnis kaip 0,003 mikrometrai. Jie gali perduoti daugiau nei 10 gigabitų per sekundę greičiu. Šviesos diodai, galintys veikti platesniame nešiklio bangos ilgių diapazone, egzistuoja, tačiau paprastai jie turi didesnius įterpimo nuostolius, o linijos plotis viršija 0,035 mikrometrą.
Optoelektroniniai imtuvai
Dvi dažniausios optoelektroninių optinių jungčių imtuvų rūšys yra teigiamasis vidinis-neigiamas (PIN) fotodiodas ir lavinos fotodiodas (APD). Šie optiniai imtuvai iš modifikuoto optinio nešiklio signalo ištraukia bazinės dažnių juostos signalą paversdami kritinę optinę galią elektros srove. PIN fotodiodas turi mažai naudos, bet labai greitai reaguoja; APD pasižymi dideliu padidėjimu, bet lėčiau reaguoja.
