Optinio tinklo apžvalga

Optinis tinklas yra ryšio sistema, kuri naudoja šviesos signalus, o ne elektroninius, siųsdama informaciją tarp dviejų ar daugiau taškų. Taškai gali būti kompiuteriai biure, dideli miestų centrai ar net šalys pasaulinėje telekomunikacijų sistemoje. Optinius tinklus sudaro optiniai siųstuvai ir imtuvai, šviesolaidiniai kabeliai, optiniai jungikliai ir kiti optiniai komponentai. Optiniai ir elektroniniai tinklai gali būti įvairių formų. Tiesioginiai tinklai sukuria nuolatinius ryšius tarp dviejų ar daugiau taškų, kad bet kuri mazgų pora galėtų bendrauti tarpusavyje; „point to multipoint“ tinklai vienu metu transliuoja tuos pačius signalus daugeliui skirtingų mazgų; komutuojami tinklai, tokie kaip telefono sistema, apima jungiklius, kurie užmezga laikinus ryšius tarp mazgų porų. Pagrindiniai šių tinklų elementai yra šviesolaidiniai kabeliai, vadinamieji vamzdžiai, kurie perduoda signalus iš mazgo į mazgą, o jungikliai nukreipia juos į paskirties vietą.

Signalas

Optinis signalas susideda iš impulsų, gaunamų išjungiant ir įjungiant lazerio spindulį. Jo greitis priklauso nuo to, kaip greitai spindulį galima įjungti ir išjungti, ir nuo to, kiek impulsų ilgis pasiskirsto perdavimo metu. Šis efektas vadinamas dispersija. Dispersijos dydis priklauso nuo pluošto tipo, pluošto ilgio ir optinio signalo pobūdžio. Kuo didesnė dispersija, tuo sunkiau atskirti gretimus impulsus. Naudojant dabartinę technologiją, skirtingų tipų pluoštas gali būti derinamas, kad būtų sumažintas sklaidos efektas, leidžiantis perduoti 10 gigabitų per sekundę greičiu kelis tūkstančius kilometrų. Siekdami didesnio perdavimo greičio, mokslininkai tiria būdus, kaip aktyviai kompensuoti sklaidą.

Vienas pluoštas vienu metu gali perduoti daug atskirų signalų skirtingais šviesos bangos ilgiais, o tai vadinama bangos ilgio padalijimo multipleksavimu. Tai analogiška daugelio radijo ir televizijos signalų transliavimui oru skirtingais dažniais.

Kaip ir radijo stočių skaičių, maksimalų optinių kanalų skaičių riboja kiekvienam kanalui naudojama spektro dalis ir bendras turimo spektro kiekis. Įrenginiai, vadinami demultiplekseriais, atskiria optinius kanalus ir paskirsto juos į atskirus optinius imtuvus. Demultiplekseriai suskaido spektrą į labai siaurus gabalus, atskirdami kiekvieną optinį kanalą nuo gretimų.

Padauginus optinių kanalų skaičių iš duomenų perdavimo spartos kiekviename optiniame kanale, gaunamas bendras pluošto perdavimo pajėgumas. Laboratoriniais eksperimentais buvo perduota daugiau nei 10 trilijonų bitų (10 terabitų) per sekundę per daugiau nei 100 kilometrų pluošto. Tačiau komercinio perdavimo sparta paprastai neviršija kelių šimtų gigabitų per sekundę.

Norint pasiekti šį didelį duomenų perdavimo spartą ir kelis kanalus, reikia sudėtingų komponentų. Puslaidininkiniai lazeriai, generuojantys šviesos impulsus, naudojamus beveik visose šviesolaidinio ryšio sistemose, turi skleisti tik labai siaurą bangų ilgių diapazoną, kad apribotų sklaidą. Pluoštai taip pat skirti apriboti sklaidą.

Stiprintuvai

Aiškiausios optinės skaidulos gali perduoti signalus daugiau nei 100 kilometrų be stiprinimo – daug toliau nei variniai laidai. Kai signalas turi apimti didesnį atstumą, jis perduodamas per optinį stiprintuvą, kuris padaugina optinio signalo stiprumą. Plačiausiai naudojami optiniai stiprintuvai yra skaidulos, legiruotos erbio atomais – retųjų žemių elementu, kuris sugeria šviesos energiją iš išorinio siurblio lazerio. Tada erbio atomai išskiria tą energiją, kad sustiprintų silpnus optinius signalus visoje lazerio perduodamų bangų ilgių juostoje. Kruopščiai kontroliuojant, dešimtys optinio pluošto stiprintuvų gali perduoti signalus tūkstančius kilometrų per vandenyną.

Optiniai jungikliai

Vienas iš optinio tinklo iššūkių yra šviesos signalų perjungimas. Kai signalas pasiekia paskirties vietą, jis turi būti atskirtas nuo likusių kanalų. Norėdami nuleisti vieną signalą tarpiniame taške, optinis filtras atskiria tinkamą bangos ilgį nuo likusio. Tuo metu įranga taip pat gali pridėti naują signalą prie dabar neužimto ​​bangos ilgio.

Optiniai jungikliai gali veikti vienu bangos ilgiu arba visais bangos ilgiais, perduodamais per skaidulą. Fiksuotas filtras, kaip aprašytas aukščiau, gali būti pakeistas jungikliu, kuris pasirenka vieną iš kelių filtrų, kad nukreiptų norimą bangos ilgį į tarpinį tašką. Trečios rūšies jungiklis atskiria bangos ilgius į atskirus pluoštus, o judantis veidrodis nukreipia vieną ar daugiau bangos ilgių kita kryptimi. Kiti optiniai jungikliai tuo pačiu metu perjungia visus bangos ilgius, einančius per skaidulą; Vienas iš pavyzdžių yra šviesolaidžio išvesties veidrodis, kuris gali pakreipti tarp dviejų skirtingų padėčių, kad skaidulų pertrūkio atveju būtų nukreipti visi optiniai kanalai.

Ankstesni pavyzdžiai vadinami visiškai optiniais jungikliais, nes jie veikia šviesos signalais. Kitos klasės jungikliai konvertuoja optinius signalus į elektroninę formą, kurią galima perjungti elektroniniu būdu; gautas elektroninis signalas patenka į optinį siųstuvą, kad būtų sukurtas naujas optinis signalas. Tai vadinami optiniais-elektro-optiniais jungikliais.

Technologijoms toliau tobulėjant, optiniai tinklai turės konvertuoti signalus iš vieno bangos ilgio į kitą. Tai dabar galima padaryti naudojant opto-elektro-optinius bangos ilgio keitiklius, kurie paverčia įvesties optinį signalą į elektroninę formą, kad valdytų siųstuvą antruoju bangos ilgiu. Visiškai optiniai bangos ilgio keitikliai buvo demonstruoti laboratorijoje, tačiau dar nenaudojami praktinėse sistemose. Taip pat reikės lazerinių šaltinių, kuriuos galima sureguliuoti įvairiems bangų ilgiams; buvo įrodyta keletas tipų, o kai kurie yra komercinėje gamyboje.

paslėpti