Mikä on optinen kaapeli?

Määritelmä

Optinen kiila on ohut, joustava säde, joka on valmistettu lasista (silikaatista) tai muovista ja suunniteltu erityisesti optisten (valon) signaalien siirtämiseen. Huolimatta sen haurasesta ulkonäöstä optisen kihlan halkaisija on yleensä suurempi kuin ihmisen hiuksen.

Tarkemmin ottaen optinen kiila toimii aallonjohtajana, mahdollistaen sähkömagneettisten aaltojen siirtämisen valomuodossa optisilla taajuusalueilla. Tämä ainutlaatuinen ominaisuus mahdollistaa tiedon siirtämisen pitkiä etäisyyksiä tehokkaasti ja minimoidulla signaalinvaimennuksella, mikä tekee siitä nykyaikaisen kommunikaatioteknologian perustan.

Optisen kihlan rakenne

Optinen kiila koostuu pääasiassa kahdesta avainkomponentista: ytimestä ja pehmeästä kerrosta. Ydin, silindrimainen dielektrinen rakenne, joka on pääosin lasista, toimii valonsiirtymän polkuna. On tässä keskimmäisessä alueessa, missä optiset signaalit kulkevat, johtauduttuja kokonaan sisäisestä heijastumisesta. Ympäröivä pehmeksi, joka on yleensä muovista, on tärkeässä roolissa kiinnittämässä valon ytimeen, varmistaen, että optiset signaalit pysyvät muuttumattomina ja voidaan siirtää pitkiä etäisyyksiä merkittävää vuotoa tai vaurioitumista ilman.

Alla oleva kaavio havainnollistaa optisen kihlan yksityiskohtaista rakennetta, korostamalla ytimen ja pehmeän kerroksen erillisiä tasot ja niiden rooleja tehokkaassa valonsiirtymässä.

Rakenne ja toiminnallisuuden yksityiskohdat

Koko optisen kihlan asennus on upotettu joustavaan kuoreen, joka toimii suojaavana kerroksena. Tämä kuori suojelee kihlasta fyysiseltä vahingolta, ympäristötekijöiltä ja mekaaniselta rasitukselta, varmistaen sen eheyden asennuksen, käytön ja käsittelyn aikana.

On tärkeää huomioida, että optisissa kihloissa pehmeä kerrosto ei suoraan edistä valoaaltojen siirtymistä; sen sijaan, valo kulkee yksinomaan ytimen kautta. Kuitenkin ytimen ja pehmeän kerroksen yhdistelmä on olennaista signaalinvaimennusten, jotka johtuvat sirontasta, minimoimiseksi. Tämä johtuu kahden komponentin taiteindeksien välisestä erotuksesta, mikä mahdollistaa valon tehokkaan ohjauksen. Erityisesti, ydin taiteindeksin on oltava suurempi kuin pehmeän kerroksen. Tämä taiteindeksin ero on perustavanlaatuinen periaate, joka mahdollistaa valon tehokkaan siirtymisen kihlan sisällä.

Valon siirtyminen optisissa kihloissa

Optiset kihlat on suunniteltu siirtämään signaaleja valomuodossa (fotoneja). Tällöin kysymys on: miten valo itse asiassa kulkee optisessa kihlassa? Vastaus löytyy kokonaan sisäisestä heijastumisesta.

Kun valo astuu optiseen kihlaan, se kulkee ytimen kautta samalla kertaa heijastuen pehmeästä kerroksesta. Nämä heijastumat ovat kokonaan sisäisiä heijastumia, jotka tapahtuvat tietyissä olosuhteissa. Kuten aiemmin mainittiin kokonaan sisäisen heijastumisen yhteydessä, tämä ilmiö tapahtuu, kun valo kulkee tiheämmästä mediumista (tiheämpi ydin) harvaammaksi mediumiksi (harva pehmeä kerros) suuremmalla tulokulmassa kuin kriittinen kulma.

Tällä tulokulmalla, valo ei refraktoidu pehmeään kerrokseen, vaan se jatkaa kulkeutumista ytimen kautta tekemällä peräkkäisiä heijastumia. Ytimen sylinterimäinen muoto, jonka suhteellisen pieni halkaisija, varmistaa, että vain vähän valoa heijastuu pois ytimen - pehmeän kerroksen rajapinnalta. Tämä puolestaan takaa, että valosäteen tulokulma pysyy jatkuvasti suuremmana kuin kriittinen kulma, mikä mahdollistaa valon tehokkaan ohjaamisen kihlan pituudelle.

Optisten kihlojen siirtymistilat

Kun valo kulkee optisessa kihlassa, se voi seurata yhtä polkua tai useita polkuja, kun se kulkee ytimen läpi. Siis "tilat" viittaavat siihen, montako erillistä polkua valosäde voi kulkea kihlan läpi. Optisissa kihloissa on pääasiassa kaksi perustilaan siirtymistä:

Yksitilainen kihla

Yksitilaisessa kihlassa valosäteet kulkevat kihlan läpi vain yhdellä polulla. Tämä yksirunkoinen aaltosiirtymän polku vähentää merkittävästi signaalinvääristymää siirtymisprosessissa. Koska valosäteillä ei ole useita polkuja, joihin ne voivat kulkea, signaalin eheyttä voidaan ylläpitää pitkiä etäisyyksiä, varmistamaan korkealaatuinen kommunikaatio.

Yksitilaisen kihlan ydin on hyvin pieni, mikä edellyttää hyvin keskittynyttä valovaloa. Siksi laserlight-lähteitä käytetään enemmän, koska ne voivat tuottaa terävän, koherentin säteen, joka voi tehokkaasti matkustaa kapean ytimen läpi ilman huomattavaa hajaantumista tai sirontaa.

Monitilainen kihla

Monitilaiset kihlat sisältävät ytimen, jonka halkaisija on huomattavasti suurempi verrattuna yksitilaisiin kihlamiin. Tämä laajempi ydin sallii valosäteiden kulkea useilla poluilla ytimen sisällä. Vaikka tämä ominaisuus mahdollistaa kihlan kantamisen enemmän valoa samanaikaisesti, se myös lisää signaalihajotuksen ja vaimennuksen todennäköisyyttä. Signaalihajotus tapahtuu, kun eri valosäteet, jotka kulkevat eri poluilla ytimessä, saapuvat määränpäähän hieman eri aikoina, sumeana signaalina. Vaimennus, tai signaalin heikkeneminen, on myös vahvempaa monitilaisissa kihloissa siksi, että sironta ja absorptio suuremmassa ytimessä. Kuitenkin, laajempi ytimen halkaisija tarjoaa etun useille valoaaltojen kulkeville poluille, mikä tekee siitä soveltuksen, jossa yksinkertaisuus ja alhaisempi hinta painottuvat erittäin pitkien etäisyyksien, korkean siirtokapasiteetin liikennöintiin.

Mitä lasikiilit ovat?

Lasia on amorfia solida, joka on tunnistettavissa sen kovuudesta, läpinäkyvyydestä ja murtoherkyydestä. Sitä valmistetaan sulattamalla materiaalien yhdistelmä ja sitten nopeasti jäädyttämällä (sulattamalla) sitä. Toisin kuin kristalliset solida, lasi ei ole hyvin määriteltyä, säännöllistä molekyylirakennetta. Sen sijaan sen molekyylit ovat järjestetty epäsäännöllisesti, mielivaltaisesti.

Lasi on ainutlaatuinen piirre: muuttamalla sen materiaalikoostetta vastaavasti muuttuvat myös sen ominaisuudet. Tämä muunteluominaisuus tekee lasista monipuolista materiaalia, erityisesti silloin, kun kyse on optisten kihlojen suunnittelusta, jolla on suunnitellut suorituskykyominaisuudet.

Optisten kihlojen etuja

• Vääristymättömäksi signaalisiirtymäksi: Optiset kihlat mahdollistavat valoaaltojen siirtymisen, mikä mahdollistaa signaalien siirtämisen poikkeuksellisella immuunisuudella vääristymiä. Tämä takaa, että tiedon eheyttä, jota välitetään, säilyy ennalleen, jopa pitkiä etäisyyksiä.

• Turvallinen ja pitkä etäisyys kommunikaatio: Nämä kihlat tarjoavat turvallisen keinon siirtää dataa pitkiä etäisyyksiä. Valoaaltojen siirtymisen luonne kihlan sisällä rajoittaa signaalin, vähentäen riskiä salakuuntelulle ja häiriölle, mikä tekee siitä sopivan sovelluksen, jossa tietoturvallisuus on ensiarvoisen tärkeää.

• Pitkä elinkaari: Muihin siirtokabeleihin verrattuna optiset kihlat ovat huomattavasti pidempiaan palvelukaudessa. Niiden kestävyys ja vastustuskyky kulun ja rappeutumisen suhteen edistävät niiden kykyä ylläpitää luotettavaa suorituskykyä pitkäksi aikaa, vähentäen tarvetta säännöllisille korvauksille.

Optisten kihlojen haitat

• Korkeat asennus- ja ylläpitokustannukset: Optisten kihlasten alkuperäinen asennus ja jatkuva ylläpito voi olla suhteellisen kallista. Tämä sisältää erikoislaitekustannukset, asennuksen ammattitaidosta vaativan työvoiman ja säännöllisen ylläpidon, jotta varmistetaan optimaalinen suorituskyky.

• Altistuminen ympäristötekijöille: Heikon luonteen vuoksi optiset kihlat vaativat parannettua suojaa ympäristöoloilta. Fyysisen stressin, äärimmäisten lämpötilojen, kosteuden ja muiden ympäristötekijöiden altistuminen voi potentiaalisesti vahingoittaa kihloja ja häiritä signaalisiirtymää.

• Toistimet tarvitaan: Vaikka optiset kihlat voivat siirtää signaaleja pitkiä etäisyyksiä vähäisellä vääristymällä, toistimet ovat usein tarpeellisia signaalisiirtymässä. Nämä toistimet vahvistavat ja uudelleenluovat signaalin, korvaamalla kaikki vaimennus, joka tapahtuu etäisyyden myötä, lisäämällä järjestelmän monimutkaisuutta ja kustannuksia.

Optiset kihlat valmistetaan yleensä silikaatista sen erinomaisen toiminnan ominaisuuksien vuoksi. Silikaatti on kemiallisesti vakaa materiaali, joka mahdollistaa sen kestämään kovia ympäristöoloja ilman merkittävää rappeutumista. Sen vakaus ja optiset ominaisuudet tekevät siitä optisen kommunikaation sovellusten materiaalin, varmistaen luotettavan ja tehokkaan signaalisiirtymän.