O princípio de conversão e transmissão de informações em fibras ópticas

As modernas linhas de comunicação destinadas à transmissão de informações a longas distâncias são muitas vezes apenas linhas ópticas, devido à bastante alta eficiência dessa tecnologia, que ela demonstrou com sucesso por muitos anos, por exemplo, como meio de fornecer acesso em banda larga à Internet .

Cabo optico para internet

A própria fibra consiste em um núcleo de vidro envolto por uma bainha com índice de refração menor que o do núcleo. O feixe de luz responsável por transmitir informações ao longo da linha se propaga ao longo do núcleo da fibra, reflete em seu caminho desde o revestimento e, portanto, não sai da linha de transmissão.

A fonte de luz de formação de feixe é geralmente laser de diodo ou semicondutor, enquanto a própria fibra, dependendo do diâmetro do núcleo e da distribuição do índice de refração, pode ser monomodo ou multimodo.

As fibras ópticas nas linhas de comunicação são superiores aos meios eletrônicos de comunicação, permitindo a transmissão de dados digitais em alta velocidade e sem perdas em longas distâncias.

Em princípio, as linhas ópticas podem formar uma rede independente ou servir para unir redes já existentes — troços de autoestradas de fibra óptica unidos fisicamente ao nível da fibra óptica ou logicamente — ao nível dos protocolos de transmissão de dados.

A velocidade de transmissão de dados por linhas ópticas pode ser medida em centenas de gigabits por segundo, por exemplo o padrão Ethernet de 10 Gbit, que é utilizado há muitos anos nas modernas estruturas de telecomunicações.

O processo de transmissão de um sinal óptico à distância

O ano da invenção da fibra óptica é considerado 1970, quando Peter Schultz, Donald Keck e Robert Maurer - cientistas da Corning - inventaram uma fibra óptica de baixa perda que abriu a possibilidade de duplicar o sistema de cabos para transmissão do sinal telefônico sem repetidores são usados. Os desenvolvedores criaram um fio que permite economizar 1% da potência do sinal óptico a uma distância de 1 quilômetro da fonte.

Este foi o ponto de viragem para a tecnologia. As linhas foram originalmente projetadas para transmitir centenas de fases de luz simultaneamente, posteriormente a fibra monofásica foi desenvolvida com maior desempenho capaz de manter a integridade do sinal em distâncias maiores. A fibra monofásica zero-offset tem sido o tipo de fibra mais procurado desde 1983 até hoje.

Para transmitir dados por uma fibra ótica, o sinal deve primeiro ser convertido de elétrico para ótico, depois transmitido pela linha e depois convertido de volta para elétrico no receptor.O dispositivo inteiro é chamado de transceptor e inclui não apenas componentes ópticos, mas também eletrônicos.

Assim, o primeiro elemento de uma linha óptica é um transmissor óptico. Ele converte uma série de dados elétricos em um fluxo óptico. O transmissor inclui: um conversor paralelo para serial com um sintetizador de pulso de sincronização, um driver e uma fonte de sinal óptico.

A fonte do sinal óptico pode ser um diodo laser ou um LED. LEDs convencionais não são usados ​​em sistemas de telecomunicações. A corrente de polarização e a corrente de modulação para modulação direta do diodo laser são fornecidas pelo driver do laser. Em seguida, a luz é fornecida através do conector óptico - na fibra cabo óptico.

Do outro lado da linha, o sinal e o sinal de temporização são detectados por um receptor óptico (principalmente um sensor fotodiodo) onde são convertidos em um sinal elétrico que é amplificado e então o sinal transmitido é reconstruído. Em particular, o fluxo de dados serial pode ser convertido em paralelo.

O pré-amplificador é responsável por converter a corrente assimétrica do sensor fotodiodo em tensão, para sua posterior amplificação e conversão em um sinal diferencial. O chip de sincronização e recuperação de dados recupera os sinais de relógio e seu tempo do fluxo de dados recebido.

O multiplexador por divisão de tempo atinge taxas de transferência de dados de até 10 Gb/s. Portanto, hoje existem os seguintes padrões para a velocidade de transmissão de dados por meio de sistemas ópticos:

Padrões de transmissão

A multiplexação por divisão de comprimento de onda e a multiplexação por divisão de comprimento de onda permitem aumentar ainda mais a densidade de transmissão de dados quando vários fluxos de dados multiplexados são enviados no mesmo canal, mas cada fluxo tem seu próprio comprimento de onda.

A fibra monomodo tem um diâmetro de núcleo externo relativamente pequeno de cerca de 8 mícrons. Tal fibra permite que um feixe de uma frequência específica se propague através dela, correspondendo às características de uma determinada fibra. Quando o feixe se move sozinho, o problema de dispersão intermodo desaparece, resultando em maior desempenho da linha.

A distribuição de densidade do material pode ser gradiente ou escalonada. A distribuição de gradiente permite maior rendimento. A tecnologia monomodo é mais fina e mais cara do que multimodo, mas é a tecnologia monomodo atualmente usada em telecomunicações.

Dispositivo de cabo óptico

A fibra multimodo permite que vários feixes de transmissão em diferentes ângulos sejam propagados simultaneamente. O diâmetro do núcleo é geralmente de 50 ou 62,5 µm, de modo que a introdução de radiação óptica é facilitada. O preço dos transceptores é menor do que os monomodo.

É uma fibra multimodo muito adequada para pequenas redes domésticas e locais. O fenômeno da dispersão intermodo é considerado a principal desvantagem da fibra multimodo, portanto, para reduzir esse fenômeno prejudicial, fibras com índice de refração gradiente foram especialmente desenvolvidas, para que os raios se propaguem por caminhos parabólicos e a diferença em seus caminhos ópticos seja menor .De uma forma ou de outra, o desempenho da tecnologia monomodo ainda permanece maior.

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