Opteg Ffibr: Deall y Hanfodion

Nid oes dim wedi newid byd cyfathrebu cymaint â datblygu a gweithredu ffibr optegol. Mae'r erthygl hon yn darparu'r egwyddorion sylfaenol sydd eu hangen i weithio gyda'r dechnoleg hon.
 

Staff Peirianneg a Marchnata

Mae ffibrau optegol yn cael eu gwneud o wydr neu blastig. Mae'r rhan fwyaf tua diamedr gwallt dynol, a gallant fod milltiroedd lawer o hyd. Trosglwyddir golau ar hyd canol y ffibr o un pen i'r llall, a gellir gosod signal. Mae systemau ffibr optig yn well na dargludyddion metelaidd mewn llawer o gymwysiadau. Eu mantais fwyaf yw lled band. Oherwydd tonfedd golau, mae'n bosibl trawsyrru signal sy'n cynnwys llawer mwy o wybodaeth nag sy'n bosibl gyda dargludydd metelaidd - hyd yn oed dargludydd cyfechelog. Mae manteision eraill yn cynnwys:

• Ynysu Trydanol - Nid oes angen cysylltiad sylfaen ar gyfer opteg ffibr. Mae'r trosglwyddydd a'r derbynnydd wedi'u hynysu oddi wrth ei gilydd ac felly'n rhydd o broblemau dolen ddaear. Hefyd, nid oes perygl o wreichion neu sioc drydanol.

• Rhyddid rhag EMI - Mae opteg ffibr yn imiwn i ymyrraeth electromagnetig (EMI), ac nid ydynt yn allyrru unrhyw ymbelydredd eu hunain i achosi ymyrraeth arall.

• Colli Pŵer Isel - Mae hyn yn caniatáu rhediadau cebl hirach a llai o fwyhaduron ailadrodd.

• Ysgafnach a Llai - Mae ffibr yn pwyso llai ac angen llai o le na dargludyddion metelaidd sydd â chynhwysedd cario signal cyfatebol.

Mae gwifren gopr tua 13 gwaith yn drymach. Mae ffibr hefyd yn haws i'w osod ac mae angen llai o le yn y ddwythell.

Ceisiadau

Dyma rai o brif feysydd cymhwyso ffibrau optegol:

• Cyfathrebu - Trawsyrru llais, data a fideo yw'r defnydd mwyaf cyffredin o opteg ffibr, ac mae'r rhain yn cynnwys:

- Telathrebu
– Rhwydweithiau ardal leol (LANs)
- Systemau rheoli diwydiannol
- Systemau afionig
- Systemau gorchymyn, rheoli a chyfathrebu milwrol

• Synhwyro - Gellir defnyddio opteg ffibr i drosglwyddo golau o ffynhonnell bell i ganfodydd i gael gwybodaeth am bwysau, tymheredd neu sbectrol. Gellir defnyddio'r ffibr hefyd yn uniongyrchol fel trawsddygiadur i fesur nifer o effeithiau amgylcheddol, megis straen, pwysau, ymwrthedd trydanol, a pH. Mae newidiadau amgylcheddol yn effeithio ar ddwysedd golau, cyfnod a/neu polareiddio mewn ffyrdd y gellir eu canfod ar ben arall y ffibr.

• Cyflenwi Pŵer - Gall ffibrau optegol ddarparu lefelau hynod o uchel o bŵer ar gyfer tasgau fel torri laser, weldio, marcio a drilio.

• Goleuo - Gall bwndel o ffibrau a gasglwyd ynghyd â ffynhonnell golau ar un pen oleuo ardaloedd sy'n anodd eu cyrraedd - er enghraifft, y tu mewn i'r corff dynol, ar y cyd ag endosgop. Hefyd, gellir eu defnyddio fel arwydd arddangos neu'n syml fel goleuo addurniadol.

 

Ffigur 1. Mae ffibr optegol yn cynnwys craidd, cladin a gorchudd.

 

Adeiladu

Mae ffibr optegol yn cynnwys tair elfen consentrig sylfaenol: y craidd, y cladin, a'r cotio allanol (Ffigur 1).

Mae'r craidd fel arfer wedi'i wneud o wydr neu blastig, er bod deunyddiau eraill yn cael eu defnyddio weithiau, yn dibynnu ar y sbectrwm trosglwyddo a ddymunir.

Y craidd yw'r rhan o'r ffibr sy'n trosglwyddo golau. Mae'r cladin fel arfer wedi'i wneud o'r un deunydd â'r craidd, ond gyda mynegai plygiant ychydig yn is (tua 1% yn is fel arfer). Mae'r gwahaniaeth mynegai hwn yn achosi adlewyrchiad mewnol cyfan i ddigwydd ar ffin y mynegai ar hyd y ffibr fel bod y golau'n cael ei drosglwyddo i lawr y ffibr ac nad yw'n dianc trwy'r waliau ochr.

 

 

Ffigur 2.Mae pelydryn o olau sy'n pasio o un defnydd i ddeunydd arall o fynegai plygiant gwahanol yn cael ei blygu neu ei blygu yn y rhyngwyneb.

Mae'r cotio fel arfer yn cynnwys un cot neu fwy o ddeunydd plastig i amddiffyn y ffibr rhag yr amgylchedd ffisegol. Weithiau ychwanegir gwain metelaidd at y cotio ar gyfer amddiffyniad corfforol pellach.

Mae ffibrau optegol fel arfer yn cael eu pennu yn ôl eu maint, a roddir fel diamedr allanol y craidd, y cladin a'r cotio. Er enghraifft, byddai 62.5/125/250 yn cyfeirio at ffibr gyda chraidd diam 62.5-µm diam, cladin diam 125-µm, a 0.{{8} } cotio allanol diamedr mm.

 

 

Mae yna 81 o gyflenwyr Ffibrau Ffibr Optig yn y Farchnad Ffotoneg

 

Egwyddorion

Nodweddir deunyddiau optegol gan eu mynegai plygiant, y cyfeirir ato fel n. Mynegai plygiant deunydd yw cymhareb cyflymder golau mewn gwactod i gyflymder golau yn y deunydd. Pan fydd pelydryn o olau yn mynd o un deunydd i'r llall gyda mynegai plygiant gwahanol, mae'r pelydryn yn cael ei blygu (neu ei blygu) wrth y rhyngwyneb (Ffigur 2).

Disgrifir plygiant gan gyfraith Snell:

llen_Ian_Ryw mynegeion plygiant y defnyddiau y mae'r trawst yn cael ei blygu trwyddynt aIaRyw onglau mynychder a phlygiant y trawst. Os yw'r ongl amlder yn fwy na'r ongl gritigol ar gyfer y rhyngwyneb (tua 82 gradd fel arfer ar gyfer ffibrau optegol), adlewyrchir y golau yn ôl i'r cyfrwng digwyddiad heb ei golli gan broses a elwir yn adlewyrchiad mewnol cyfan (Ffigur 3).

Ffigur 3.Mae cyfanswm adlewyrchiad mewnol yn caniatáu i olau aros y tu mewn i graidd y ffibr.

 

Gwyliwch ddiffiniad fideo o adlewyrchiad mewnol cyflawn.

Moddau

Pan gaiff golau ei arwain i lawr ffibr (gan fod microdonau'n cael eu harwain i lawr canllaw tonnau), mae sifftiau gwedd yn digwydd ar bob ffin adlewyrchol. Mae yna nifer arwahanol gyfyngedig o lwybrau i lawr y ffibr optegol (a elwir yn foddau) sy'n cynhyrchu sifftiau cyfnod adeiladol (mewn cyfnod ac felly ychwanegyn) sy'n atgyfnerthu'r trosglwyddiad. Oherwydd bod pob modd yn digwydd ar ongl wahanol i'r echelin ffibr wrth i'r trawst deithio ar hyd y darn, mae pob un yn teithio hyd gwahanol trwy'r ffibr o'r mewnbwn i'r allbwn. Dim ond un modd, y modd trefn sero, sy'n teithio hyd y ffibr heb adlewyrchiadau o'r waliau ochr. Gelwir hyn yn ffibr un modd. Mae nifer gwirioneddol y moddau y gellir eu lluosogi mewn ffibr optegol penodol yn cael ei bennu gan donfedd y golau a diamedr a mynegai plygiant craidd y ffibr.
 

Mae sawl achos o wanhau mewn ffibr optegol:

 

• Gwasgariad Rayleigh - Gall amrywiadau ar raddfa ficrosgopig ym mynegai plygiant y deunydd craidd achosi cryn wasgariad yn y trawst, gan arwain at golledion sylweddol o bŵer optegol. Mae gwasgariad Rayleigh yn dibynnu ar donfedd ac yn llai arwyddocaol ar donfeddi hirach. Dyma'r mecanwaith colli pwysicaf mewn ffibrau optegol modern, yn gyffredinol yn cyfrif am hyd at 90% o unrhyw golled a brofir.

 

• Amsugno - Mae dulliau gweithgynhyrchu presennol wedi lleihau'r amsugno a achosir gan amhureddau (dŵr yn y ffibr yn fwyaf nodedig) i lefelau isel iawn. O fewn y bandpass o drosglwyddo'r ffibr, mae colledion amsugno yn ddibwys.

• Plygu - Gall dulliau gweithgynhyrchu gynhyrchu troadau bach iawn yn y geometreg ffibr. Weithiau bydd y troadau hyn yn ddigon mawr i achosi'r golau o fewn y craidd i daro'r rhyngwyneb craidd/cladin ar lai na'r ongl gritigol fel bod golau'n cael ei golli i'r deunydd cladin. Gall hyn ddigwydd hefyd pan fydd y ffibr wedi'i blygu mewn radiws tynn (llai nag, dyweder, ychydig gentimetrau). Mae sensitifrwydd tro fel arfer yn cael ei fynegi yn nhermau colled dB/km ar gyfer radiws tro penodol a thonfedd.

 

 

Ffigur 4.Mae agorfa rifiadol yn dibynnu ar yr ongl y mae pelydrau'n mynd i mewn i'r ffibr ac ar ddiamedr craidd y ffibr.

 

Mathau o ffibr

Yn y bôn mae tri math o ffibr optegol: modd sengl, mynegai gradd amlfodd, a mynegai cam amlfodd. Fe'u nodweddir gan y ffordd y mae golau'n teithio i lawr y ffibr ac maent yn dibynnu ar donfedd y golau a geometreg fecanyddol y ffibr. Dangosir enghreifftiau o sut maent yn lluosogi golau yn Ffigur 5.

 

 

Mae ein cwmni'n arbenigo mewn cynhyrchu ffibrau / ceblau optegol plastig a phob math o gortynnau patsh ffibr optig, os oes gennych ddiddordeb, mae croeso i chi gysylltu â mi.