Optiline ülekanne
Optiline side kasutab moduleeritud monokromaatilise valguse kiirt, et edastada teavet saatjast vastuvõtjani. Valgusspekter hõlmab elektromagnetilises spektris tohutut ulatust, ulatudes piirkonnast 10 terahertsist (10 4 gigahertsit) miljonini terahertsini (10 9).gigaherts). See sagedusvahemik hõlmab sisuliselt spektrit kaugest infrapunast (lainepikkus 0,3 mm) läbi kogu nähtava valguse kuni peaaegu ultraviolettkiirguseni (lainepikkus 0,0003 mikromeetrit). Sellistel kõrgetel sagedustel levivad optilised lainepikkused sobivad loomulikult kiire lairiba telekommunikatsiooni jaoks. Näiteks annab optilise kandja amplituudmodulatsioon infrapunakiirguse sagedusel 300 terahertsi nii vähe kui 1 protsenti, edastusriba laiusega, mis ületab kõrgeimat saadaolevat koaksiaalkaabli ribalaiust koefitsiendiga 1000 või rohkem.
Kiireks telekommunikatsiooniks vajalike optiliste meediumite praktiline kasutamine suurte vahemaade jaoks nõuab tugevat peaaegu monokromaatilist valguskiirt, mille võimsus on kontsentreeritud kitsalt soovitud optilise lainepikkuse ümber. Selline kandja poleks olnud võimalik ilma 1960. aastal esmakordselt demonstreeritud rubiinlaseri leiutamiseta, mis tekitab koherentse stimuleeritud emissiooni abil väga kitsa spektrijoone laiusega intensiivset valgust. Tänapäeval kasutatakse kiire ja pikamaa optiliseks suhtluseks pooljuht-sissepritse-laserdioode.
On olemas kahte tüüpi optilisi kanaleid: juhita vaba ruumi kanal, kus valgus levib vabalt atmosfääri kaudu, ja juhitav optiline kiudkanal, kus valgus levib läbi optilise lainejuhi.
Vaba ruumi kanal
Vaba ruumi optilise kanali kadumismehhanismid on praktiliselt identsed vaateväljaga mikrolaine raadiokanali mehhanismidega. Signaale halvendab kiirguse hajutamine, atmosfääri neeldumine ja atmosfääri hajutamine. Kiire hajutamist saab minimeerida, kollimeerides (paralleelselt) edastatud valguse koherentseks kitsaks kiiriks, kasutades saatja jaoks laservalgusallikat. Atmosfääri neeldumiskadusid saab minimeerida, valides ülekande lainepikkused, mis asuvad ühes madala kadudega aknast infrapuna, nähtava või ultraviolettpiirkonna piirkonnas. Atmosfäär põhjustab suuri neeldumiskadusid, kui optiline lainepikkus läheneb selliste gaasiliste koostisosade nagu hapnik (O 2), veeaur (H 2 O), süsinikdioksiid (CO 2) ja osoon (O 3) resonantslainepikkusele. Selgel päeval võib nähtava valguse nõrgenemine olla üks detsibell kilomeetri kohta või vähem, kuid märkimisväärseid hajumiskadusid võib põhjustada kõikumine atmosfääritingimustes, näiteks udus, udus, vihmas või õhutolmus.
Optiliste signaalide kõrge tundlikkus atmosfääritingimuste suhtes on takistanud vabaõhuruumi optiliste ühenduste arendamist väliskeskkondade jaoks. Siseruumides asuva vaba ruumi optilise saatja lihtne ja tuttav näide on käeshoitav infrapuna kaugjuhtimispult televiisori ja ülitäpse audiosüsteemi jaoks. Vaba ruumi optilised süsteemid on üsna levinud ka mõõtmis- ja kaugseirerakendustes, näiteks optilise ulatuse leidmine ja kiiruse määramine, tööstuslik kvaliteedikontroll ja laserkõrguse mõõtmise radar (tuntud kui LIDAR).
Kiudoptilised kanalid
Vastupidiselt juhtme edastamisele, kus elektrivool voolab läbi vaskjuhtme, levib optilise kiu ülekandes elektromagnetiline (optiline) väli mittejuhtivast dielektrikust koosneva kiu kaudu. Tänu suurele ribalaiusele, madalale sumbumisele, häirete häirekindlusele, madalale hinnale ja väikesele kaalule on optiline kiud muutumas keskmise kiirusega fikseeritud telekommunikatsiooniühenduste valikuteks. Kiudoptilised kaablid asendavad vasktraadiga kaableid nii pikamaarakendustes, nagu telefoni- ja kaabeltelevisiooni silmuste etteande- kui ka pakendiosad, ja lühimaarakendustes, näiteks arvutite kohtvõrgud (LAN) ja telefoni levitamine kodus, televisiooni- ja andmesideteenused. Näiteks standardiseeritud Bellcore OC-48 optiline kaabel, mida kasutatakse digiteeritud andmete, kõne- ja videosignaalide kanalite edastamiseks, töötab edastuskiirusega kuni 2,4 gigabiti (2,4 miljardit binaarset numbrit) sekundis ühe kiu kohta. See on kiirus, mis on piisav teksti edastamiseks kõigis trükitud Encyclopædia köites (2 gigabiti binaarandmeid) vähem kui ühe sekundiga.
Kiudoptiline sideühendus koosneb järgmistest elementidest: elektro-optiline saatja, mis muundab analoog- või digitaalteabe moduleeritud valguskiireks; valgust kandev kiud, mis ulatub ülekandeteele; ja optoelektrooniline vastuvõtja, mis muundab tuvastatud valguse elektrivooluks. Pikamaaühenduste (üle 30 km või 20 miili) korral on signaalivõimsuse sumbumise kompenseerimiseks tavaliselt vaja regeneratiivseid repiitreid. Varem kasutati tavaliselt hübriid-optilisi-elektroonilisi repiitreid; Neil oli optoelektrooniline vastuvõtja, elektrooniline signaalitöötlus ja elektro-optiline saatja signaali taastamiseks. Tänapäeval kasutatakse efektiivsete optiliste kordujatena erbiumiga legeeritud optilisi võimendiid.
Elektro-optilised saatjad
Elektrooptilise saatja efektiivsust määravad paljud tegurid, kuid kõige olulisemad on järgmised: spektraaljoone laius, mis on kandespektri laius ja on ideaalse monokromaatilise valgusallika jaoks null; sisestuskaotus - ülekantud energia hulk, mis ei kiudesse paaritu; saatja eluiga; ja maksimaalne töötav bitikiirus.
Kiudoptilistes lülides kasutatakse tavaliselt kahte tüüpi elektro-optilisi saatjaid - valgusdioodi (LED) ja pooljuhtlaserit. LED on lairiba valgusallikas, mida kasutatakse keskmise kiirusega ja lühikese vahekaugusega ühenduste jaoks, kus valguskiire hajutamine kaugele ei ole suur probleem. LED on odavam ja pikema tööeaga kui pooljuhtlaser. Pooljuhtlaser ühendab oma valgusväljundi optilise kiuga palju tõhusamalt kui LED, muutes selle pikemateks vahemikeks sobivaks ning sellel on ka kiirem tõusuaeg, võimaldades suuremat andmeedastuskiirust. Saadaval on laserdioodid, mis töötavad lainepikkustel 0,85, 1,3 ja 1,5 mikromeetri läheduses ning mille spektraaljoone laius on alla 0,003 mikromeetri. Need on võimelised edastama kiirust üle 10 gigabiti sekundis. On olemas LED-sid, mis on võimelised töötama laiemas kandja lainepikkuste vahemikus, kuid neil on tavaliselt suuremad sisestuskaod ja rea laius ületab 0,035 mikromeetrit.
Optoelektroonilised vastuvõtjad
Kaks kõige levinumat optiliste ühenduste optoelektrooniliste vastuvõtjate tüüpi on positiivse-sisemise-negatiivse (PIN) fotodiood ja laviini fotodiood (APD). Need optilised vastuvõtjad eraldavad põhiriba signaali moduleeritud optilisest kandesignaalist, teisendades langeva optilise energia elektrivooluks. PIN-fotodioodil on madal võimendus, kuid reageerimine on väga kiire; APD-l on suur võimendus, kuid aeglasem reageerimine.
![Rosenbergi lahe käsi "Luke" [1967]](https://images.thetopknowledge.com/img/entertainment-pop-culture/2/cool-hand-luke-film-rosenberg-1967.jpg "Rosenbergi lahe käsi \"Luke\" [1967]")
