Acerca de la fibra óptica~ ~ ~ ~ ~
Definición: La abreviatura de fibra óptica es una herramienta de transmisión de luz basada en el principio de reflexión total de la luz en fibras de vidrio o plástico. La fibra óptica fue inventada por Kao Kun, ex presidente de la Universidad China de Hong Kong.
La diminuta fibra óptica está encerrada en una funda de plástico para que pueda doblarse sin romperse. Normalmente, un dispositivo transmisor en un extremo de la fibra utiliza un diodo emisor de luz (LED) o un rayo láser para enviar pulsos de luz a la fibra, mientras que un dispositivo receptor en el otro extremo de la fibra usa un elemento fotosensible para detectar los pulsos. .
En la vida diaria, debido a que la pérdida de transmisión de luz en las fibras ópticas es mucho menor que la pérdida de transmisión de electricidad en los cables, las fibras ópticas se utilizan para la transmisión de información a larga distancia.
A menudo se confunden los términos fibra óptica y cable de fibra óptica. La mayoría de las fibras ópticas se cubren con varias capas de estructuras protectoras antes de su uso. El cable óptico recubierto se denomina cable óptico. La estructura protectora en la capa exterior de la fibra óptica puede evitar daños a la fibra óptica por el entorno circundante, como agua, fuego, descargas eléctricas, etc. Las fibras ópticas se pueden dividir en fibras ópticas, capas tampón y revestimientos. El cable de fibra óptica es similar al cable coaxial, pero no tiene blindaje de malla. En el centro hay un núcleo de vidrio a través del cual viaja la luz. En la fibra óptica multimodo, el diámetro del núcleo es de 1,5 micrones a 50 micrones, lo que equivale aproximadamente al grosor de un cabello humano. El diámetro del núcleo de fibra óptica monomodo es de 8 micrones a 10 μm. El núcleo está envuelto por un revestimiento de vidrio con un índice de refracción más bajo que el núcleo para mantener la fibra óptica dentro del núcleo. El exterior es una fina funda de plástico para proteger el sobre. La fibra óptica suele estar agrupada y protegida por una carcasa exterior. El núcleo de fibra suele ser un cilindro concéntrico de doble capa con una pequeña sección transversal, hecho de vidrio estacional, que es frágil y requiere una capa protectora.
La invención y uso de las fibras ópticas;
Un día de 1870, el físico británico Tyndall fue a la sala de conferencias de la Royal Society para dar una conferencia sobre el principio de reflexión total de la luz. Hizo un experimento simple: taladró un agujero en un barril de madera lleno de agua y luego usó una lámpara para iluminar el agua desde la parte superior del barril. Los resultados sorprendieron a la audiencia. La gente ve agua con gas saliendo del pequeño agujero del cubo, el agua se curva, la luz se curva y, de hecho, la luz es capturada por el agua serpenteante.
Se ha descubierto que la energía luminosa viaja a lo largo de una fina corriente de vino expulsada de un barril; también se ha descubierto que la energía luminosa viaja a lo largo de una varilla de vidrio curva. ¿Por qué es esto? ¿La luz no entra directamente? Estos fenómenos atrajeron la atención de Tyndall. Después de investigar, descubrió que este es el efecto de la reflexión total, es decir, cuando el ángulo de incidencia es mayor que cierto ángulo, la luz refractada desaparece y toda la luz se refleja nuevamente en el agua. En la superficie, la luz parece inclinarse hacia adelante en el flujo de agua. De hecho, en el flujo de agua curvo, la luz todavía se propaga en línea recta, pero se producen múltiples reflejos totales en la superficie interior. La luz se propaga hacia adelante después de múltiples reflejos totales.
Más tarde, la gente fabricó un tipo de fibra de vidrio que es tan transparente y gruesa como la seda de araña: la fibra de vidrio. Cuando la luz entra en la fibra de vidrio en el ángulo correcto, la luz viaja a lo largo de la fibra de vidrio envuelta. Debido a que esta fibra se puede utilizar para transmitir luz, se llama fibra óptica.
La fibra óptica se puede utilizar en la tecnología de las comunicaciones. En septiembre de 1979, Beijing completó un sistema de comunicación por cable óptico 120 de 3,3 kilómetros. Unos años más tarde, se tendieron líneas de cable óptico en Shanghai, Tianjin, Wuhan y otros lugares para utilizar fibras ópticas para las comunicaciones.
La comunicación mediante fibras ópticas se denomina comunicaciones por fibra óptica. Un par de líneas telefónicas metálicas sólo pueden transmitir más de 1000 llamadas al mismo tiempo, pero según cálculos teóricos, un par de fibras ópticas tan delgadas como la seda de una araña pueden transmitir 10 mil millones de llamadas al mismo tiempo. Para tender 1.000 kilómetros de cable coaxial se necesitan unas 500 toneladas de cobre, y para pasar a la comunicación por fibra óptica sólo se necesitan unos pocos kilogramos. La estacionalidad está contenida en la arena, que es casi inagotable.
Además, los endoscopios fabricados con fibra óptica pueden ayudar a los médicos a examinar enfermedades del estómago, el esófago y el duodeno. Un gastroscopio de fibra óptica es un tubo flexible hecho de miles de fibras de vidrio. Tiene la capacidad de transmitir luz e imágenes, es suave, elástico y se puede doblar a voluntad. Se puede insertar en el estómago a través del esófago. Las fibras ópticas transmiten imágenes dentro del estómago, lo que permite a los médicos ver lo que sucede dentro del estómago y luego diagnosticarlo y tratarlo según la situación.
Aplicaciones de los sistemas de fibra óptica
Los cables ópticos hechos de fibras ópticas de múltiples hilos se pueden utilizar para la comunicación. Tienen buena conductividad y una gran capacidad de transmisión de información. Un canal puede acomodar mil millones. personas al mismo tiempo. Puede ofrecer miles de programas de televisión simultáneamente para su selección gratuita. Se pueden introducir endoscopios de fibra óptica en el corazón y los ventrículos para medir la presión arterial cardíaca, la saturación de oxígeno en sangre, la temperatura corporal, etc. Los bisturíes láser conectados a fibra óptica se han utilizado clínicamente para el tratamiento del cáncer fotosensible.
Las fibras ópticas pueden enviar la luz del sol a todos los rincones y también pueden procesarse. Ordenadores, robots, centralitas de coches, etc.
La fibra óptica también se ha utilizado con éxito para transmitir fuentes de luz o imágenes. Si se combina con elementos sensibles o utilizando sus propias características, se pueden convertir en varios sensores para medir presión, caudal, temperatura, desplazamiento, brillo, color, etc. También se utiliza ampliamente en la transmisión de energía y la transmisión de información.
Al inicio del desarrollo de la fibra óptica polimérica, ésta sólo se utilizaba para el control y decoración de las luces de los automóviles. Ahora se utiliza principalmente en medicina, decoración, automóviles, barcos, etc., principalmente componentes de exhibición. En las comunicaciones y la transmisión de imágenes, las fibras ópticas poliméricas se utilizan cada vez más en guías de luz, paneles de visualización, señales, interruptores de atenuación, sensores ópticos, etc. y exhibidores decorativos y exhibidores publicitarios.
Historia de la Fibra Óptica
1880-Alexandra Graham Bell inventó la transmisión de llamada por haz.
1960-Invención de la electricidad y la fibra óptica
1977-Primera instalación real de red telefónica de fibra óptica
1978-FORT primera instalación de electricidad de fibra óptica en Francia .
1990 - Fibra óptica para redes de área local y otras aplicaciones de transmisión de corta distancia
2000 - Fibra hasta el hogar => Fibra hasta el escritorio
2005 FTTH (Fibra Óptica Fibra hasta el hogar) Fibra óptica directamente hasta el hogar.
Ventajas de la transmisión por fibra óptica
Hasta 1960, el científico estadounidense Maiman inventó el primer láser del mundo, que proporcionaba una buena fuente de luz para las comunicaciones ópticas. En las dos décadas siguientes, la gente superó problemas clave en los medios de transmisión óptica y finalmente produjo fibras ópticas de bajas pérdidas, sentando así las bases para las comunicaciones ópticas. Desde entonces, las comunicaciones ópticas han entrado en una etapa de rápido desarrollo.
La transmisión por fibra óptica tiene muchas ventajas destacadas:
1. Ancho de banda de frecuencia
El ancho de la banda de frecuencia representa la capacidad de transmisión. Cuanto mayor sea la frecuencia portadora, más amplia será la banda de frecuencia de la señal que se puede transmitir. En la banda VHF, la frecuencia portadora es de 48,5 MHz ~ 300 MHz. El ancho de banda es de unos 250MHz, con lo que sólo se pueden transmitir 27 televisores y decenas de radios FM. La frecuencia de la luz visible alcanza los 100.000 GHz, que es más de un millón de veces mayor que la banda de frecuencia VHF. Aunque el ancho de banda se ve afectado por la pérdida de luz de la fibra óptica en diferentes frecuencias, el ancho de banda en el área de menor pérdida también puede alcanzar los 30.000 GHz. En la actualidad, el ancho de banda de una única fuente de luz solo representa una pequeña parte (la banda de frecuencia de la fibra multimodo es de unos pocos cientos de MHz, y una buena fibra monomodo puede alcanzar más de 10 GHz). Las comunicaciones ópticas coherentes avanzadas pueden disponer de 2.000 portadoras ópticas para multiplexación por división de longitud de onda en el rango de 30.000 GHz, que pueden acomodar millones de canales.
2. Bajas pérdidas
En un sistema compuesto por cables coaxiales, el mejor cable tiene una pérdida de más de 40 dB por kilómetro al transmitir señales de 800 MHz. En comparación, la pérdida de la fibra óptica es mucho menor. Cuando transmite luz de 1 y 31 um, la pérdida por kilómetro es inferior a 0,35 dB. Si transmite luz de 1,55 um, la pérdida por kilómetro es aún menor, llegando a menos de 0,2 dB. que es menor que la del cable coaxial. La pérdida de energía es 100 millones de veces menor y puede transmitirse a distancias mucho más largas. Además, la pérdida de transmisión de fibra óptica tiene dos características. En primer lugar, sus pérdidas son las mismas en todos los canales de cable y no es necesario atraer un ecualizador para ecualizar como si fuera un cable troncal. En segundo lugar, su pérdida casi no cambia con la temperatura, por lo que no hay necesidad de preocuparse por las fluctuaciones del nivel de la red causadas por cambios en la temperatura ambiente.
3. Peso ligero
Debido a que la fibra óptica es muy delgada, el diámetro del núcleo de la fibra óptica monomodo es generalmente de 4 um ~ 10 um y el diámetro exterior es de solo 125. mmm. Junto con una capa impermeable, refuerzos y fundas, el diámetro de un cable óptico compuesto de 4 a 48 fibras ópticas es inferior a 13 mm, mucho más pequeño que el diámetro de los cables coaxiales estándar. Además, la fibra óptica es fibra de vidrio, que tiene un peso específico pequeño.
4. Fuerte capacidad antiinterferencias
Debido a que el componente básico de la fibra óptica es la fibra óptica, solo transmite luz, no conduce electricidad y no se ve afectada por campos electromagnéticos. La señal óptica transmitida en él no se ve afectada por los campos electromagnéticos, la transmisión de fibra óptica tiene una fuerte resistencia a las interferencias electromagnéticas y las interferencias industriales. Debido a esto, las señales transmitidas en la fibra óptica no son fáciles de escuchar, lo que favorece la confidencialidad.
5. Alta fidelidad
Debido a que la transmisión de fibra óptica generalmente no requiere amplificación por relé, no se introducirá nueva distorsión no lineal debido a la amplificación. Siempre que la linealidad del láser sea buena, las señales de televisión se pueden transmitir con alta fidelidad.
Las pruebas reales muestran que la relación de tres tiempos C/CTB de un buen sistema de fibra óptica AM está por encima de 70 dB y el índice de intermodulación cM está por encima de 60 dB, que es mucho mayor que el índice de distorsión no lineal del sistema troncal de cable general.
6. Rendimiento de trabajo confiable
Sabemos que la confiabilidad del sistema está relacionada con la cantidad de dispositivos que lo componen. Cuantos más dispositivos haya, mayores serán las posibilidades de fallo. Debido a que los sistemas de fibra óptica contienen una pequeña cantidad de componentes (a diferencia de los sistemas cableados que requieren docenas de amplificadores), la confiabilidad es naturalmente alta. Además, la vida útil de los dispositivos de fibra óptica es muy larga, con un tiempo de funcionamiento sin problemas de 500.000 a 750.000 horas. Entre ellos, el láser del transmisor óptico tiene la vida más corta, con una vida útil mínima de más de 65438+ millones de horas. Por tanto, el rendimiento de un sistema de fibra óptica bien diseñado y correctamente instalado es muy fiable.
7. Los costes están bajando.
En la actualidad, alguien ha propuesto una nueva Ley de Moore, también llamada ley óptica. Esta ley establece que el ancho de banda de transmisión de información por fibra óptica se duplica cada seis meses, mientras que el precio disminuye en un factor de uno. El desarrollo de la tecnología de comunicación óptica ha sentado una muy buena base para el desarrollo de la tecnología de banda ancha de Internet. Esto superó el último obstáculo para que los sistemas de televisión por cable a gran escala adoptaran la transmisión de fibra óptica. Debido a que los materiales para fabricar fibras ópticas son muy abundantes (en temporada), con el avance de la tecnología, el costo se reducirá aún más, las materias primas de cobre necesarias para los cables son limitadas y el precio será cada vez más alto; Evidentemente, en el futuro la transmisión por fibra óptica ocupará una ventaja absoluta y se convertirá en el método de transmisión más importante para el establecimiento de redes de televisión por cable en la provincia e incluso en el país.
Principio Estructural La fibra óptica está compuesta por dos capas de vidrio con diferente índice de refracción. La capa interior es un núcleo óptico con un diámetro de varias micras a decenas de micras, y la capa exterior tiene un diámetro de 0,1 ~ 0,2 mm. Generalmente, el índice de refracción del vidrio del núcleo interior es un 1% mayor que el del exterior. vaso. Según los principios de refracción de la luz y reflexión total, cuando el ángulo de la luz que incide en la interfaz entre el núcleo y la capa exterior es mayor que el ángulo crítico de reflexión total, la luz no puede penetrar la interfaz y se refleja totalmente. En este momento, la luz sufre innumerables reflexiones totales en la interfaz, se propaga hacia adelante en zigzag en el núcleo interno y finalmente llega al otro extremo de la fibra óptica. Esta fibra tiene una estructura de núcleo de piel. Si el índice de refracción del vidrio interior es uniforme y cambia repentinamente en la interfaz, bajando al índice de refracción del vidrio exterior, esta es la llamada estructura escalonada. Por ejemplo, el índice de refracción de la sección transversal del vidrio del núcleo interno cambia hacia afuera desde el centro hacia el vidrio exterior con un índice de refracción más bajo, lo que se denomina estructura de gradiente. El vidrio exterior es ópticamente aislante y evita la contaminación del vidrio interior. También existe un tipo de fibra óptica llamada estructura de autoenfoque, que parece estar compuesta por muchas lentes microbiconvexas, lo que obliga a la luz incidente a converger gradual y automáticamente hacia el centro. El índice de refracción de esta fibra es más alto en el centro y disminuye continua y uniformemente a su alrededor hasta que es más bajo en el borde.
Comunicación por fibra óptica:
La tecnología de comunicación por fibra óptica se diferencia de la comunicación óptica y se convierte en uno de los principales pilares de la comunicación moderna, desempeñando un papel importante en las redes de telecomunicaciones modernas. Como nueva tecnología, el rápido desarrollo y la aplicación generalizada de las comunicaciones por fibra óptica en los últimos años es poco común en la historia de las comunicaciones. También es un símbolo importante de la nueva revolución tecnológica del mundo y es la principal herramienta de transmisión de información diversa en el futuro. sociedad de la información.
Fibra óptica es la abreviatura de fibra óptica. La comunicación por fibra óptica es un método de comunicación que utiliza ondas de luz como portador de información y fibras ópticas como medio de transmisión. En principio, los elementos materiales básicos de las comunicaciones por fibra óptica son fibras ópticas, fuentes de luz y detectores de luz. Además de clasificar las fibras ópticas según su proceso de fabricación, composición del material y propiedades ópticas, las fibras ópticas a menudo se clasifican según su uso en aplicaciones y se pueden dividir en fibras ópticas para comunicaciones y fibras ópticas para detección. Las fibras ópticas para medios de transmisión se pueden dividir en aplicaciones generales y especiales, mientras que las fibras ópticas para dispositivos funcionales se refieren a fibras ópticas utilizadas para completar funciones como amplificación de ondas de luz, conformación, división de frecuencia, duplicación de frecuencia, modulación y oscilación óptica, y a menudo aparecen en el forma de algún dispositivo funcional. El rápido desarrollo de las comunicaciones por fibra óptica se debe principalmente a sus siguientes características:
(1) Gran capacidad de comunicación y larga distancia de transmisión; el ancho de banda potencial de la fibra óptica puede alcanzar los 20 Hz; Con este ancho de banda, sólo se necesita aproximadamente un segundo para transmitir todos los datos escritos por humanos, tanto en casa como en el extranjero. Actualmente, se han puesto en uso comercial sistemas de 400 Gbit/s. La fibra óptica tiene pérdidas extremadamente bajas. Cuando la longitud de onda óptica es de alrededor de 1,55 μm, la pérdida de la fibra óptica puede ser inferior a 0,2 dB/km, que es menor que la pérdida de cualquier medio de transmisión actual. Por lo tanto, la distancia de transmisión sin relés puede alcanzar decenas o incluso cientos de kilómetros.
(2) Diafonía de señal pequeña y buen rendimiento de seguridad;
(3) Interferencia antielectromagnética y buena calidad de transmisión. La comunicación eléctrica no puede resolver diversos problemas de interferencias electromagnéticas. Sólo la comunicación por fibra óptica está libre de todo tipo de interferencias electromagnéticas.
(4) La fibra óptica es de tamaño pequeño y liviana, lo que facilita su instalación y transporte.
(5) La fuente de materias primas es rica y respetuosa con el medio ambiente; lo que favorece el ahorro de cobre de metales no ferrosos.
(6) No hay radiación y es difícil escuchar a escondidas porque las ondas de luz transmitidas por las fibras ópticas no pueden escapar de las fibras ópticas.
(7) El cable óptico tiene una gran adaptabilidad y una larga vida útil.
(8) La textura es quebradiza y la resistencia mecánica es pobre.
(9) El corte y empalme de fibra óptica requiere ciertas herramientas, equipos y tecnología.
(10) El desviador y el acoplamiento no son flexibles.
(11) El radio de curvatura del cable óptico no puede ser demasiado pequeño (>20 cm)
(12) El suministro de energía es difícil.
Método de comunicación que utiliza ondas de luz para transmitir información en fibras ópticas. Debido a que el láser tiene ventajas obvias, como alta directividad, alta coherencia y alta monocromaticidad, las ondas de luz en la comunicación por fibra óptica son principalmente láser, por lo que también se le llama comunicación láser-fibra.
El principio de la comunicación por fibra óptica es: en el extremo transmisor, la información transmitida (como la voz) primero debe convertirse en una señal eléctrica y luego modularse en el rayo láser emitido por el láser, de modo que que la intensidad de la luz cambia con la señal eléctrica. La amplitud (frecuencia) cambia y luego se envía a través de la fibra óptica en el extremo receptor, el detector convierte la señal óptica en una señal eléctrica y luego restaura la información original; demodulación.
La comunicación por fibra óptica es el principal método de transmisión de las redes de comunicación modernas. Su historia de desarrollo es de sólo una o dos décadas y ha pasado por tres generaciones: fibra multimodo de longitud de onda corta, fibra multimodo de longitud de onda larga y fibra monomodo de longitud de onda larga. La adopción de las comunicaciones por fibra óptica supone un cambio importante en la historia de las comunicaciones. Más de 20 países, incluidos Estados Unidos, Japón, Gran Bretaña y Francia, han anunciado que ya no construirán líneas de comunicación por cable y están comprometidos a desarrollar comunicaciones por fibra óptica. Las comunicaciones por fibra óptica de China han entrado en la etapa práctica.