L'invention de la fibre optique a conduit la révolution dans le domaine de la communication. S'il n'y a pas de fibre optique pour fournir des canaux à grande vitesse à haute capacité, Internet ne peut rester qu'au stade théorique. Si le 20e siècle était l'ère de l'électricité, alors le 21e siècle est l'ère de la lumière. Comment la lumière réalise-t-elle la communication? Apprenons la connaissance de base de la communication optique avec l'éditeur ci-dessous.
Partie 1. Connaissance de base de la propagation de la lumière
Comprendre les vagues légères
Les ondes légères sont en fait des ondes électromagnétiques, et dans l'espace libre, la longueur d'onde et la fréquence des ondes électromagnétiques sont inversement proportionnelles. Le produit des deux est égal à la vitesse de la lumière, c'est-à-dire:
Disposez les longueurs d'onde ou les fréquences des ondes électromagnétiques afin de former un spectre électromagnétique. Selon les différentes longueurs d'onde ou fréquences, les ondes électromagnétiques peuvent être divisées en région de rayonnement, région ultraviolette, région de lumière visible, région infrarouge, région micro-ondes, région radio-ondes et région des ondes longues. Les bandes utilisées pour la communication sont principalement la région infrarouge, la région micro-ondes et la région des ondes radio. L'image suivante vous aidera à comprendre la division des bandes de communication et les supports de propagation correspondants en quelques minutes.
Le protagoniste de cet article, «Fiber Optic Communication», utilise des ondes légères dans la bande infrarouge. En ce qui concerne ce point, les gens peuvent se demander pourquoi il doit être dans le groupe infrarouge? Ce problème est lié à la perte de transmission optique de matériaux de fibres optiques, à savoir le verre de silice. Ensuite, nous devons comprendre comment les fibres optiques transmettent la lumière.
Réfraction, réflexion et réflexion totale de la lumière
Lorsque la lumière est émise d'une substance à une autre, la réfraction et la réflexion se produisent à l'interface entre les deux substances, et l'angle de réfraction augmente avec l'angle de la lumière incidente. Comme le montre la figure ① → ②. Lorsque l'angle incident atteint ou dépasse un certain angle, la lumière réfractée disparaît et que toute la lumière incidente est réfléchie, ce qui est la réflexion totale de la lumière, comme indiqué dans ② → ③ sur la figure suivante.
Différents matériaux ont des indices de réfraction différents, donc la vitesse de propagation de la lumière varie dans différents milieux. L'indice de réfraction est représenté par n, n = c / v, où C est la vitesse dans le vide et V est la vitesse de propagation dans le milieu. Un milieu avec un indice de réfraction plus élevé est appelé milieu optiquement dense, tandis qu'un milieu avec un indice de réfraction plus faible est appelé milieu optiquement clairsemé. Les deux conditions de réflexion totale se produisent sont:
1. Transmission d'un milieu de milieu optiquement dense à un milieu optiquement clairsemé
2. L'angle incident est supérieur ou égal à l'angle critique de la réflexion totale
Afin d'éviter la fuite de signal optique et de réduire la perte de transmission, la transmission optique dans les fibres optiques se produit dans des conditions de réflexion totale.
Partie 2. Introduction aux supports de propagation optique (fibre optique)
Avec la connaissance de base de la propagation totale de la lumière de réflexion, il est facile de comprendre la structure de conception des fibres optiques. La fibre nue de fibre optique est divisée en trois couches: la première couche est le noyau, qui est situé au centre de la fibre et est composé de dioxyde de silicium de haute pureté, également connu sous le nom de verre. Le diamètre du noyau est généralement de 9 à 10 microns (monomode), 50 ou 62,5 microns (multimode). Le noyau de fibre a un indice de réfraction élevé et est utilisé pour transmettre la lumière. Deuxième revêtement de couche: situé autour du noyau de la fibre, également composé de verre de silice (avec un diamètre de généralement 125 microns). L'indice de réfraction du revêtement est faible, formant une condition de réflexion totale avec le noyau de fibre. La troisième couche de revêtement: la couche la plus externe est un revêtement en résine renforcé. Le matériau de la couche protectrice a une forte résistance et peut résister à de grands impacts, protégeant la fibre optique de l'érosion de la vapeur d'eau et de l'abrasion mécanique.
La perte de transmission à la fibre optique est un facteur très important affectant la qualité de la communication à la fibre optique. Les principaux facteurs provoquant une atténuation des signaux optiques comprennent la perte d'absorption des matériaux, la perte de diffusion pendant la transmission et d'autres pertes causées par des facteurs tels que la flexion des fibres, la compression et la perte d'amarrage.
La longueur d'onde de la lumière est différente et la perte de transmission dans les fibres optiques est également différente. Afin de minimiser la perte et d'assurer l'effet de transmission, les scientifiques se sont engagés à trouver la lumière la plus appropriée. La lumière dans la plage de longueurs d'onde de 1260 nm ~ 1360 nm a la plus petite distorsion du signal causée par la dispersion et la perte d'absorption la plus faible. Au début, cette gamme de longueurs d'onde a été adoptée comme bande de communication optique. Plus tard, après une longue période d'exploration et de pratique, les experts ont progressivement résumé une plage d'onde à faible perte (1260 nm ~ 1625 nm), qui convient le plus à la transmission des fibres optiques. Ainsi, les ondes légères utilisées dans la communication à fibre optique sont généralement dans la bande infrarouge.
Classification de la fibre optique
Fibre optique multimode: transmet plusieurs modes, mais la grande dispersion interdale limite la fréquence de transmission des signaux numériques, et cette limitation devient plus grave avec l'augmentation de la distance de transmission. Par conséquent, la distance de la transmission multimode à fibre optique est relativement courte, généralement seulement quelques kilomètres.
Fibre unique: avec un très petit diamètre de fibre, théoriquement un seul mode peut être transmis, ce qui le rend adapté à la communication à distance.
| Élément de comparaison | Fibre multimode | Fibre à mode unique |
| Coût de la fibre optique | coût élevé | faible coût |
| Exigences d'équipement de transmission | faibles exigences de l'équipement, faibles coûts d'équipement | Exigences élevées de l'équipement, exigences de source de lumière élevée |
| Atténuation | haut | faible |
| Longueur d'onde de transmission: 850 nm-1300 nm | 1260 nm-1640 nm | |
| Pratique à utiliser | Diamètre de noyau plus grand, facile à manipuler | connexion plus complexe à utiliser |
| Distance de transmission | réseau local | |
| (moins de 2 km) | réseau d'accès | Réseau moyen à longue distance |
| (Supérieur à 200 km) | ||
| Bande passante | Bande passante limitée | Bande passante presque illimitée |
| Conclusion | La fibre optique est plus chère, mais le coût relatif de l'activation du réseau est plus faible | Des performances plus élevées, mais un coût plus élevé d'établissement d'un réseau |
Partie 3. Principe de travail du système de communication en fibre optique
Système de communication en fibre optique
Les produits de communication couramment utilisés, tels que les téléphones mobiles et les ordinateurs, transmettent des informations sous forme de signaux électriques. Lors de la communication optique, la première étape consiste à convertir les signaux électriques en signaux optiques, à les transmettre à travers des câbles à fibre optique, puis à convertir les signaux optiques en signaux électriques pour atteindre le but de la transmission de l'information. Le système de communication optique de base se compose d'un émetteur optique, d'un récepteur optique et d'un circuit à fibre optique pour transmettre la lumière. Afin d'assurer la qualité de la transmission du signal à longue distance et d'améliorer la bande passante de transmission, les répéteurs optiques et les multiplexeurs sont généralement utilisés.
Vous trouverez ci-dessous une brève introduction au principe de travail de chaque composant du système de communication à fibre optique.
Émetteur optique:convertit les signaux électriques en signaux optiques, principalement composés de modulateurs de signal et de sources lumineuses.
Multiplexeur de signal:couple plusieurs signaux de support optique de différentes longueurs d'onde dans la même fibre optique pour la transmission, réalisant l'effet du doublement de la capacité de transmission.
Répéteur optique:Pendant la transmission, la forme d'onde et l'intensité du signal se détérioreront, il est donc nécessaire de restaurer la forme d'onde à la forme d'onde soignée du signal d'origine et d'augmenter l'intensité de la lumière.
Demultiplexeur de signal:Décomposez le signal multiplexé dans ses signaux individuels d'origine.
Récepteur optique:convertit le signal optique reçu en un signal électrique, principalement composé d'un photodétecteur et d'un démodulateur.
Partie 4. Avantages et applications de la communication optique
Avantages de la communication optique:
1. Distance de relais longue, économique et économique d'énergie
En supposant la transmission de 10 Gbit / s (10 milliards 0 ou 1 signaux par seconde), si une communication électrique est utilisée, le signal doit être relayé et ajusté tous les quelques centaines de mètres. Par rapport à cela, l'utilisation de la communication optique peut atteindre une distance de relais de plus de 100 kilomètres. Moins le signal est ajusté, plus le coût est bas. D'un autre côté, le matériau de la fibre optique est le dioxyde de silicium, qui a des réserves abondantes et un coût beaucoup plus faible que le fil de cuivre. Par conséquent, la communication optique a un effet économique et économique.
2. Transmission d'informations rapides et qualité de communication élevée
Par exemple, maintenant, lorsque vous parlez à des amis à l'étranger ou discutez en ligne, le son n'est pas aussi à la traîne qu'auparavant. À l'ère des télécommunications, la communication internationale repose principalement sur des satellites artificiels comme relais de transmission, entraînant des chemins de transmission plus longs et une arrivée de signal plus lente. Et la communication optique, à l'aide de câbles sous-marins, raccourcit la distance de transmission, ce qui rend la transmission d'informations plus rapidement. Par conséquent, l'utilisation de la communication optique peut réaliser une communication plus fluide avec à l'étranger.
3. Capacité anti-interférence forte et bonne confidentialité
La communication électrique peut ressentir des erreurs dues à des interférences électromagnétiques, entraînant une diminution de la qualité de la communication. Cependant, la communication optique n'est pas affectée par le bruit électrique, la rendant plus sûre et plus fiable. Et en raison du principe de réflexion totale, le signal est complètement confiné à la fibre optique pour la transmission, donc la confidentialité est bonne.
4. Capacité de transmission importante
Généralement, la communication électrique ne peut transmettre que 10 Gbit / s (10 milliards de 0 ou 1 signaux par seconde), tandis que la communication optique peut transmettre 1 Tbps (1 billion 0 ou 1 signaux) d'informations.
Application de la communication optique
Il y a de nombreux avantages à la communication optique, et il a été intégré dans tous les coins de nos vies depuis son développement. Des appareils tels que les téléphones mobiles, les ordinateurs et les téléphones IP qui utilisent Internet connectent tout le monde à leur région, à l'ensemble du pays et même au réseau de communication mondial. Par exemple, les signaux émis par les ordinateurs et les téléphones portables se rassemblent dans les stations de base des opérateurs de communication locaux et l'équipement des fournisseurs de réseaux, puis sont transmis à diverses parties du monde via des câbles à fibre optique dans les câbles sous-marins.
La réalisation d'activités quotidiennes telles que les appels vidéo, les achats en ligne, les jeux vidéo et la frénésie qui regardent tout s'appuient sur son soutien et son aide dans les coulisses. L'émergence de réseaux optiques a rendu notre vie plus confortable et pratique.
Heure du poste: mars 31-2025
