Ujuzi wa kimsingi wa nyuzi za macho

Uvumbuzi wa nyuzi za macho umesababisha mapinduzi katika uwanja wa mawasiliano. Ikiwa hakuna nyuzi za macho za kutoa njia zenye kasi kubwa, mtandao unaweza kukaa tu katika hatua ya nadharia. Ikiwa karne ya 20 ilikuwa enzi ya umeme, basi karne ya 21 ni enzi ya mwanga. Je! Nuru inafikiaje mawasiliano? Wacha tujifunze ufahamu wa kimsingi wa mawasiliano ya macho pamoja na mhariri hapa chini.

Sehemu ya 1. Ujuzi wa kimsingi wa uenezaji wa mwanga

Kuelewa mawimbi nyepesi
Mawimbi nyepesi ni mawimbi ya umeme, na katika nafasi ya bure, wimbi na mzunguko wa mawimbi ya umeme ni sawa. Bidhaa ya hizi mbili ni sawa na kasi ya nuru, ambayo ni:

Panga mawimbi au masafa ya mawimbi ya umeme ili kuunda wigo wa umeme. Kulingana na miinuko tofauti au masafa, mawimbi ya umeme yanaweza kugawanywa katika mkoa wa mionzi, mkoa wa ultraviolet, mkoa wa taa unaoonekana, mkoa wa infrared, mkoa wa microwave, mkoa wa wimbi la redio, na mkoa wa wimbi refu. Bendi zinazotumiwa kwa mawasiliano ni mkoa wa infrared, mkoa wa microwave, na mkoa wa wimbi la redio. Picha ifuatayo itakusaidia kuelewa mgawanyiko wa bendi za mawasiliano na media inayolingana ya uenezi katika dakika.

Mhusika mkuu wa nakala hii, "Mawasiliano ya Fiber Optic," hutumia mawimbi nyepesi kwenye bendi ya infrared. Linapokuja hatua hii, watu wanaweza kujiuliza ni kwanini lazima iwe kwenye bendi ya infrared? Suala hili linahusiana na upotezaji wa macho wa vifaa vya nyuzi za macho, ambazo ni glasi ya silika. Ifuatayo, tunahitaji kuelewa jinsi nyuzi za macho hupitisha mwanga.

Refraction, tafakari, na tafakari kamili ya nuru

Wakati mwanga umetolewa kutoka kwa dutu moja kwenda nyingine, kinzani na tafakari hufanyika kwenye kigeuzi kati ya vitu viwili, na pembe ya kinzani huongezeka na pembe ya taa ya tukio. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro ① → ②. Wakati pembe ya tukio inafikia au kuzidi angle fulani, taa iliyosafishwa hupotea na taa yote ya tukio huonyeshwa nyuma, ambayo ni tafakari kamili ya mwanga, kama inavyoonekana katika ② → ③ katika takwimu ifuatayo.

Vifaa tofauti vina fahirisi tofauti za kuakisi, kwa hivyo kasi ya uenezaji wa mwanga hutofautiana katika media tofauti. Faharisi ya kuakisi inawakilishwa na N, n = C/V, ambapo C ni kasi katika utupu na V ni kasi ya uenezi katikati. Kati iliyo na faharisi ya juu ya kuakisi inaitwa kati mnene wa kati, wakati kati iliyo na faharisi ya chini ya kuakisi huitwa kati ya sparse ya kati. Masharti mawili ya kutafakari jumla ya kutokea ni:
1. Uwasilishaji kutoka kwa mnene wa kati hadi wa kati sparse kati
2. Pembe ya tukio ni kubwa kuliko au sawa na pembe muhimu ya kutafakari jumla
Ili kuzuia kuvuja kwa ishara ya macho na kupunguza upotezaji wa maambukizi, maambukizi ya macho katika nyuzi za macho hufanyika chini ya hali ya tafakari jumla.

Sehemu ya 2. Utangulizi wa media ya uenezi wa macho (fiber macho)

Muundo wa macho ya nyuzi

Pamoja na ufahamu wa kimsingi wa uenezaji wa mwanga wa kutafakari, ni rahisi kuelewa muundo wa nyuzi za macho. Fiber wazi ya nyuzi za macho imegawanywa katika tabaka tatu: safu ya kwanza ni msingi, ambayo iko katikati ya nyuzi na inaundwa na dioksidi ya hali ya juu, pia inajulikana kama glasi. Kipenyo cha msingi kwa ujumla ni microns 9-10 (mode moja), 50 au 62.5 microns (anuwai-mode). Msingi wa nyuzi una faharisi ya juu ya kuakisi na hutumiwa kusambaza taa. Kuweka safu ya pili: Iko karibu na msingi wa nyuzi, pia inajumuisha glasi ya silika (na kipenyo cha microns 125). Faharisi ya kuakisi ya bladding ni ya chini, na kutengeneza hali ya tafakari jumla pamoja na msingi wa nyuzi. Safu ya mipako ya tatu: safu ya nje ni mipako ya resin iliyoimarishwa. Nyenzo ya safu ya kinga ina nguvu ya juu na inaweza kuhimili athari kubwa, kulinda nyuzi za macho kutoka kwa mmomonyoko wa maji na abrasion ya mitambo.

Upotezaji wa maambukizi ya macho

Upotezaji wa maambukizi ya nyuzi ni jambo muhimu sana linaloathiri ubora wa mawasiliano ya macho ya nyuzi. Sababu kuu zinazosababisha kupatikana kwa ishara za macho ni pamoja na upotezaji wa vifaa, kutawanya upotezaji wakati wa maambukizi, na hasara zingine zinazosababishwa na sababu kama vile kuinama kwa nyuzi, compression, na upotezaji wa docking.

Wavelength ya taa ni tofauti, na upotezaji wa maambukizi katika nyuzi za macho pia ni tofauti. Ili kupunguza upotezaji na kuhakikisha athari ya maambukizi, wanasayansi wameazimia kupata taa inayofaa zaidi. Mwanga katika safu ya wimbi ya 1260nm ~ 1360nm ina ishara ndogo kabisa ya kusababishwa na utawanyiko na upotezaji wa chini wa kunyonya. Katika siku za kwanza, wigo huu wa nguvu ulipitishwa kama bendi ya mawasiliano ya macho. Baadaye, baada ya kipindi kirefu cha uchunguzi na mazoezi, wataalam polepole walifupisha muhtasari wa kiwango cha chini cha upotezaji (1260nm ~ 1625nm), ambayo inafaa zaidi kwa maambukizi katika nyuzi za macho. Kwa hivyo mawimbi nyepesi yanayotumiwa katika mawasiliano ya macho ya nyuzi kwa ujumla ni kwenye bendi ya infrared.

Uainishaji wa macho ya nyuzi

Multimode Optical Fibre: Inapitisha njia nyingi, lakini utawanyiko mkubwa wa kati hupunguza mzunguko wa kusambaza ishara za dijiti, na kizuizi hiki kinakuwa kali zaidi na umbali unaongezeka wa maambukizi. Kwa hivyo, umbali wa maambukizi ya macho ya nyuzi ya multimode ni fupi, kawaida tu kilomita chache.
Njia moja ya nyuzi: Na kipenyo kidogo cha nyuzi, kinadharia mode moja tu inaweza kupitishwa, na kuifanya iwe sawa kwa mawasiliano ya mbali.

Sehemu ya 3. Kanuni ya kufanya kazi ya mfumo wa mawasiliano wa macho ya nyuzi

Mfumo wa mawasiliano ya nyuzi za macho

Bidhaa za mawasiliano zinazotumika kawaida, kama simu za rununu na kompyuta, husambaza habari kwa njia ya ishara za umeme. Wakati wa kufanya mawasiliano ya macho, hatua ya kwanza ni kubadilisha ishara za umeme kuwa ishara za macho, kuzisambaza kupitia nyaya za nyuzi, na kisha kubadilisha ishara za macho kuwa ishara za umeme ili kufikia madhumuni ya maambukizi ya habari. Mfumo wa msingi wa mawasiliano ya macho una vifaa vya kupitisha macho, mpokeaji wa macho, na mzunguko wa macho ya nyuzi kwa kupitisha taa. Ili kuhakikisha ubora wa maambukizi ya ishara ya umbali mrefu na kuboresha bandwidth ya maambukizi, marudio ya macho na viboreshaji hutumiwa kwa ujumla.

Chini ni utangulizi mfupi wa kanuni ya kufanya kazi ya kila sehemu katika mfumo wa mawasiliano wa macho.

Transmitter ya macho:Inabadilisha ishara za umeme kuwa ishara za macho, haswa inajumuisha modulators za ishara na vyanzo vya taa.

Ishara Multiplexer:Wanandoa ishara nyingi za kubeba macho ya mawimbi tofauti ndani ya nyuzi sawa za maambukizi, kufikia athari ya uwezo wa maambukizi mara mbili.

Marudio ya macho:Wakati wa maambukizi, wimbi na nguvu ya ishara itazorota, kwa hivyo inahitajika kurejesha muundo wa wimbi la asili la ishara na kuongeza nguvu ya taa.

Ishara demultiplexer:Tenganisha ishara iliyozidishwa katika ishara zake za asili za mtu binafsi.

Mpokeaji wa macho:Inabadilisha ishara ya macho iliyopokelewa kuwa ishara ya umeme, ambayo inajumuisha picha ya picha na demodulator.

Sehemu ya 4. Manufaa na matumizi ya mawasiliano ya macho

Manufaa ya mawasiliano ya macho:

1. Umbali wa muda mrefu, wa kiuchumi na kuokoa nishati
Kwa kuzingatia maambukizi ya 10 Gbps (bilioni 10 0 au 1 ishara kwa sekunde) ya habari, ikiwa mawasiliano ya umeme yanatumika, ishara inahitaji kupelekwa na kubadilishwa kila mita mia chache. Ikilinganishwa na hii, kutumia mawasiliano ya macho kunaweza kufikia umbali wa kurudishiwa zaidi ya kilomita 100. Mara chache ishara hurekebishwa, kupunguza gharama. Kwa upande mwingine, nyenzo za nyuzi za macho ni dioksidi ya silicon, ambayo ina akiba nyingi na gharama ya chini sana kuliko waya wa shaba. Kwa hivyo, mawasiliano ya macho yana athari ya kuokoa uchumi na nishati.

2. Uwasilishaji wa habari haraka na ubora wa mawasiliano ya hali ya juu

Kwa mfano, sasa wakati wa kuzungumza na marafiki nje ya nchi au kuzungumza mkondoni, sauti sio kama vile zamani. Katika enzi ya mawasiliano ya simu, mawasiliano ya kimataifa hutegemea sana satelaiti bandia kama njia za kupeleka, na kusababisha njia ndefu za maambukizi na kuwasili polepole kwa ishara. Na mawasiliano ya macho, kwa msaada wa nyaya za manowari, hupunguza umbali wa maambukizi, na kufanya maambukizi ya habari haraka. Kwa hivyo, kutumia mawasiliano ya macho kunaweza kufikia mawasiliano laini na nje ya nchi.

3. Uwezo mkubwa wa kuzuia kuingilia kati na usiri mzuri

Mawasiliano ya umeme yanaweza kupata makosa kwa sababu ya kuingiliwa kwa umeme, na kusababisha kupungua kwa ubora wa mawasiliano. Walakini, mawasiliano ya macho hayajaathiriwa na kelele ya umeme, na kuifanya kuwa salama na ya kuaminika zaidi. Na kwa sababu ya kanuni ya kutafakari jumla, ishara imefungwa kabisa kwa nyuzi za macho kwa maambukizi, kwa hivyo usiri ni mzuri.

4. Uwezo mkubwa wa maambukizi
Kwa ujumla, mawasiliano ya umeme yanaweza kusambaza 10Gbps tu (bilioni 10 0 au 1 ishara kwa sekunde) ya habari, wakati mawasiliano ya macho yanaweza kusambaza 1Tbps (1 trilioni 0 au 1 ishara) ya habari.

Matumizi ya mawasiliano ya macho

Kuna faida nyingi kwa mawasiliano ya macho, na imeunganishwa katika kila kona ya maisha yetu tangu maendeleo yake. Vifaa kama simu za rununu, kompyuta, na simu za IP ambazo hutumia mtandao huunganisha kila mtu kwenye mkoa wao, nchi nzima, na hata kwa mtandao wa mawasiliano wa ulimwengu. Kwa mfano, ishara zilizotolewa na kompyuta na simu za rununu hukusanyika katika vituo vya msingi vya waendeshaji wa mawasiliano na vifaa vya mtoaji wa mtandao, na kisha hupitishwa kwa sehemu mbali mbali za ulimwengu kupitia nyaya za nyuzi kwenye nyaya za manowari.

Utambuzi wa shughuli za kila siku kama vile simu za video, ununuzi mkondoni, michezo ya video, na kuumwa kwa kutazama wote wanategemea msaada wake na msaada nyuma ya pazia. Kuibuka kwa mitandao ya macho kumefanya maisha yetu kuwa mazuri na rahisi.