Hvad gør fiberoptisk kabel?

Fiberoptiske kabler Send information som pulser af lys gennem strenge af glas eller plast. De tjener som rygraden i moderne telekommunikation, hvilket muliggør højhastighedsdataoverførsel over lange afstande med minimalt signaltab.

Kernefunktionalitet

Fiberoptik konverterer elektriske signaler til lys ved hjælp af en sender. Lys bevæger sig gennem kablet via total intern refleksion og hopper mellem kernen og beklædning. På destinationen konverterer en modtager lys tilbage til elektriske signaler.

Nøglekomponenter

• Kerne: tyndt glas/plastcenter bærer lys
• Beklædning: Det ydre lag, der reflekterer lys indad
• Bufferbelægning: Beskyttende plastikjakke
• Styrkemedlemmer: Forstærkning af fibre (f.eks. Kevlar)
• Yderjakke: Vejrbestandigt udvendigt

Tekniske specifikationer

Enkelt-mode fibre (9 um kerne) bærer infrarød laserlys (1310-1550nm) i afstande, der overstiger 100 km. Multimodefibre (50-62,5 um kerne) Brug LED-lyskilder til kortere kørsler (≤2 km).

Præstationssammenligning

Signal transmissionsmekanik

Lette impulser opretholder signalintegritet gennem total intern refleksion. Den kritiske vinkelberegning følger Snells lov: θ _c = synd ^-1 (n ₂ /n ₁ ), hvor n ₁ og n ₂ er brydningsindeks for kerne og beklædning.

Implementeringsscenarier

• Undersøiske kabler : 400 systemer, der spænder over 1,3 m km globalt
• Ftth (Fiber-til-hjemmet) : Direkte forbrugerforbindelser
• Datacentre : Spine-Leaf Architecture med 400 Gbps-links
• Industriel : EMI-resistent fabriksautomation

Begrænsninger og overvejelser

Installationsomkostninger overstiger kobber med 10-30%. Specialiseret udstyr, der kræves til splejsning (0,1 dB -tab pr. Splejsning). Minimum bøjningsradius (typisk 10-20 × kabeldiameter) forhindrer lyslækage.

Evolution -tidslinje

1977: Første kommercielle installation (Chicago)
1988: Tat-8 Transatlantic Cable (40.000 opkald samtidig)
2016: 4.000 km rekord (1 tbps enkeltkanal)
2023: Undervandssystemer, der opnår 24 tbps pr. Fiberpar

Fremtidig udvikling

Rumafdelingsmultiplexering ved hjælp af flerkore fibre (7 kerner demonstreret). Hul-core fibre, der reducerer latenstid til 3μs/km. Integration med kvantekryptografienetværk.

Teknisk dyb dykke

Fiberoptiske systemer gearing af bølgelængde-division multiplexing (WDM) for at øge kapaciteten. Tæt WDM (DWDM) understøtter op til 160 bølgelængder pr. Fiber, der hver bærer 100 Gbps. Signalregenerering forekommer gennem erbium-dopede fiberforstærkere (EDFA'er), der er fordelt med intervaller på 80-100 km, hvilket opretholder optisk amplifikation uden elektrisk konvertering. Ikke-lineære effekter som fire-bølgeblanding bliver signifikante ved effektniveauer, der overstiger 17dBm, hvilket kræver spredningsskiftede fiberdesign. Polarisation Mode Dispersion (PMD) -kompensation er kritisk for links ud over 40 km, der opererer ved 100 Gbps.

Materialevidenskab

Ultra-pure smeltet silica (SIO ₂ ) danner kernematerialet, hvor germanium doping øger brydningsindekset. Beklædning bruger fluor-dopet silica med 0,36% lavere brydningsindeks. Fremstilling involverer modificeret kemisk dampaflejring (MCVD), hvor gasser deponerer siliciumlag inde i præformrør ved 1900 ° C. Fibertegning forekommer ved 2000 ° C og trækker 10 km/min med diameter kontrolleret til ± 0,1 um.