Optisk fiber vs koaxialkabel | Skillnader i signaltyp struktur och tillämpning

Både optiska fibrer och kabelrör är typer av ledade transmissionssystem. Men flera viktiga faktorer skiljer de två. Den mest grundläggande skillnaden ligger i den typ av signal de överför: optiska fibrer är utformade för att bära optiska (ljus) signaler, medan kabelrör används för att sända elektriska signaler.

Definition av optisk fiber

Optiska fibrer är flexibla, transparenta vågledare som används för att överföra ljussignaler från ena änden till den andra med minimal förlust. De består främst av högpurifierat glas (vanligtvis kvarts) eller ibland plast, och består av ett kärn- och klädselstruktur.

Kärnan är den centrala, inre regionen gjord av ultrapurt kvartsglas, genom vilken ljus sprider sig. Den omges av en lager kallad klädsel, som också är gjord av glas men med en lägre brytningsindex än kärnan. Denna skillnad i brytningsindex möjliggör total intern reflektion, vilket gör att ljus kan resa långa avstånd med låg dämpning.

För att skydda den känsliga glasstrukturen från fysisk skada, fuktighet och miljöpåverkan är hela fiberasamlingen insvept i ett skyddande ytterlager kallat buffertbeläggning eller plastjacka.

Figuren nedan visar den schematiska strukturen av en optisk fiber:

En optisk signal sänds genom en optisk fiber via principen om total intern reflektion (TIR). När ljus införs i fibrern, sprider det sig genom kärnan genom upprepade reflektioner vid gränsytan mellan kärnan och klädseln.

För att total intern reflektion ska inträffa måste brytningsindexet i kärnan vara högre än i klädseln. Denna indexskillnad är nödvändig för att effektivt leda ljuset längs fibrern med minimal förlust.

Enligt principen om TIR, när en ljusstråle som reser sig i ett tätnare medium (kärnan) träffar gränsen med ett rares medium (klädseln) vid en vinkel större än den kritiska vinkeln, reflekteras strålen helt tillbaka in i det tätnare mediet, snarare än att refraktas ut. Detta fenomen gör att ljuset hålls inom kärnan.

När en ljusstråle går in i kärnan, reser den sig tills den når gränsen mellan kärna och klädsel. På grund av skillnaden i brytningsindex, och förutsatt att incidensvinkeln överskrider den kritiska vinkeln, reflekteras strålen tillbaka in i kärnan istället för att passera in i klädseln. Denna process upprepas kontinuerligt längs fibrerns längd, vilket möjliggör att ljussignalen zickzackar ner genom kärnan och reser sig från ena änden av fibrern till den andra med hög effektivitet och låg dämpning.

Således är total intern reflektion den grundläggande mekanismen som möjliggör långdistans, högbandbredds optisk kommunikation genom optiska fibrer.

Definition av koaxialkabel

Koaxialkablar, vanligtvis kallade "koax", är en typ av ledat transmissionssystem som används för att bära elektriska signaler över ett avstånd. De är konstruerade som elektriska ledare som tillåter elektronflöde, vanligtvis gjorda med en central kärna av koppar på grund av dess utmärkta ledningsförmåga.

En koaxialkabel består av flera lager: en central kopparledare (solid eller stranded), omgiven av en dielektrisk isoleringslager, vilket sedan är inhöljt av en cylinderformad sköld—vanligtvis gjord av virkad koppar eller aluminiumfolie. Denna lagerstruktur skyddas ytterligare av en yttre isoleringsjacka som ger mekanisk styrka och miljöskydd.

Terminen "koaxial" kommer ifrån att den inre ledaren och den yttre sköljen delar samma geometriska axel. Denna design hjälper till att minimera elektromagnetisk interferens (EMI) och signalförlust, vilket gör koaxialkablar lämpliga för att sända högfrekventa signaler med god integritet.

Figuren nedan visar en koaxialkabel som används för överföring av elektriska signaler:

Optisk fiber:

Optiska fibrer används för att sända signaler på optiska frekvenser (ljus). På grund av deras höga bandbredd, immun mot elektromagnetisk interferens och låg signaldämpning, används de vidt utom i högupplöst TV (HDTV), telekommunikationsnät, datacenter, medicinsk bildbehandling och kirurgiska system (som endoskopi) samt i flyg- och rymdapplikationer.

Koaxialkabel:

Koaxialkablar används främst för att sända radiofrekvens (RF) signaler. De finns ofta i kablat TV (CATV)-distributionssystem, bredbandsinternetanslutningar (t.ex. kabellmodemer), telefonnät och olika radiokommunikationssystem, inklusive antennförsörjning och nätverksutrustning.

Slutsats

Både optiska fibrer och koaxialkablar fungerar som viktiga ledade medier för signalöverföring, men de skiljer sig fundamentalt i den typ av signal de bär—optiska fibrer sänder ljussignaler, medan koaxialkablar bär elektriska signaler. Dessa skillnader leder till distinkta prestandakaraktäristika, vilket gör varje lämplig för specifika applikationer. Som en följd används de i kompletterande, snarare än bytbara, roller i moderna kommunikations- och elektroniska system.