211service.com
Optiskā tīkla pārskats
Optiskais tīkls ir sakaru sistēma, kas izmanto gaismas signālus, nevis elektroniskus, lai nosūtītu informāciju starp diviem vai vairākiem punktiem. Punkti varētu būt datori birojā, lieli pilsētu centri vai pat valstis globālajā telekomunikāciju sistēmā. Optiskie tīkli ietver optiskos raidītājus un uztvērējus, optisko šķiedru kabeļus, optiskos slēdžus un citus optiskos komponentus. Optiskajiem un elektroniskajiem tīkliem var būt dažādi veidi. Punkts-punkts tīkli veido pastāvīgus savienojumus starp diviem vai vairākiem punktiem, lai jebkurš mezglu pāris varētu sazināties savā starpā; no punkta uz daudzpunktu tīkliem, kas vienlaikus pārraida vienus un tos pašus signālus uz daudziem dažādiem mezgliem; komutējamos tīklos, piemēram, telefonu sistēmā, ir iekļauti slēdži, kas veido pagaidu savienojumus starp mezglu pāriem. Šo tīklu pamatelementi ir optiskās šķiedras kabeļi — tā sauktās caurules —, kas pārraida signālus no mezgla uz mezglu ar slēdžiem, kas tos novirza uz galamērķi.
Signāls
Optiskais signāls sastāv no impulsu sērijas, kas rodas, izslēdzot un ieslēdzot lāzera staru. Tās ātrums ir atkarīgs no tā, cik ātri var ieslēgt un izslēgt staru kūli un cik lielā mērā impulsi pārraides laikā izplatās garumā, ko sauc par dispersiju. Izkliedes apjoms ir atkarīgs no šķiedras veida, šķiedras garuma un optiskā signāla rakstura. Jo lielāka izkliede, jo grūtāk ir atšķirt blakus esošos impulsus. Izmantojot pašreizējo tehnoloģiju, dažādu veidu šķiedras var apvienot, lai samazinātu izkliedes efektus, ļaujot pārraidīt ar 10 gigabitiem sekundē dažus tūkstošus kilometru. Lai sasniegtu ātrāku pārraides ātrumu, pētnieki pēta veidus, kā aktīvi kompensēt izkliedi.
Viena šķiedra var vienlaikus pārraidīt daudzus atsevišķus signālus dažādos gaismas viļņu garumos, ko sauc par viļņu garuma dalīšanas multipleksēšanu. Tas ir līdzīgs daudzu radio un televīzijas signālu pārraidīšanai pa gaisu dažādās frekvencēs.
Tāpat kā radio staciju skaitu, maksimālo optisko kanālu skaitu ierobežo katram kanālam izmantotā spektra daļa un kopējais pieejamā spektra apjoms. Ierīces, ko sauc par demultiplekseriem, atdala optiskos kanālus un sadala tos atsevišķos optiskajos uztvērējos. Demultiplekseri sadala spektru ļoti šauros gabalos, izolējot katru optisko kanālu no blakus esošajiem.
Reizinot optisko kanālu skaitu ar datu pārraides ātrumu katrā optiskajā kanālā, tiek iegūta šķiedras kopējā pārraides jauda. Laboratorijas eksperimenti ir pārraidījuši vairāk nekā 10 triljonus bitu (10 terabitus) sekundē caur vairāk nekā 100 kilometriem šķiedras. Tomēr komerciālās pārraides ātrums parasti nepārsniedz dažus simtus gigabitu sekundē.
Lai sasniegtu šos lielos datu pārraides ātrumus un vairākus kanālus, ir nepieciešami sarežģīti komponenti. Pusvadītāju lāzeriem, kas rada gaismas impulsus, ko izmanto gandrīz visās optiskās šķiedras sakaru sistēmās, ir jāizstaro tikai ļoti šaurs viļņu garumu diapazons, lai ierobežotu izkliedi. Šķiedras arī ir paredzētas, lai ierobežotu izkliedi.
Pastiprinātāji
Skaidrākās optiskās šķiedras var pārraidīt signālus vairāk nekā 100 kilometru attālumā bez pastiprināšanas — daudz tālāk nekā vara vadi. Ja signālam ir jāpārsniedz lielāks attālums, tas tiek nodots caur optisko pastiprinātāju, kas reizina optiskā signāla stiprumu. Visplašāk izmantotie optiskie pastiprinātāji ir šķiedras, kas leģētas ar erbija atomiem, retzemju elementu, kas absorbē gaismas enerģiju no ārējā sūkņa lāzera. Pēc tam erbija atomi atbrīvo šo enerģiju, lai pastiprinātu vājus optiskos signālus visā lāzera pārraidītā viļņu garuma joslā. Ar rūpīgu kontroli desmitiem optisko šķiedru pastiprinātāju virkne var pārraidīt signālus tūkstošiem kilometru pāri okeānam.
Optiskie slēdži
Viens no izaicinājumiem optiskajam tīklam ir gaismas signālu pārslēgšana. Kad signāls nonāk galamērķī, tas ir jāatdala no pārējiem kanāliem. Lai nomestu vienu signālu starppunktā, optiskais filtrs atdala pareizo viļņa garumu no pārējiem. Aprīkojums tajā brīdī var arī pievienot jaunu signālu tagad neaizņemtajam viļņa garumam.
Optiskie slēdži var darboties vienā viļņa garumā vai visos viļņu garumos, kas tiek pārraidīti caur šķiedru. Fiksētu filtru, tāpat kā iepriekš aprakstīto, var aizstāt ar slēdzi, kas izvēlas vienu no vairākiem filtriem, lai novirzītu vēlamo viļņa garumu uz starppunktu. Trešā veida slēdži atdala viļņu garumus atsevišķos staros, un kustīgs spogulis novirza vienu vai vairākus viļņu garumus citā virzienā. Citi optiskie slēdži vienlaikus pārslēdz visus viļņu garumus, kas iet caur šķiedru; Viens piemērs ir spogulis pie šķiedras izejas, kas var sasvērties starp divām dažādām pozīcijām, lai pārorientētu visus optiskos kanālus šķiedras pārtraukuma gadījumā.
Iepriekšējie piemēri tiek saukti par pilnībā optiskajiem slēdžiem, jo tie darbojas ar gaismas signāliem. Citas klases slēdži pārveido optiskos signālus elektroniskā formā, ko var pārslēgt elektroniski; iegūtais elektroniskais signāls pēc tam tiek ievadīts optiskajā raidītājā, lai ģenerētu jaunu optisko signālu. Tos sauc par opto-elektro-optiskajiem slēdžiem.
Tā kā tehnoloģija turpina attīstīties, optiskajiem tīkliem būs jāpārvērš signāli no viena viļņa garuma uz otru. To tagad var izdarīt ar opto-elektro-optiskajiem viļņa garuma pārveidotājiem, kas pārveido ieejas optisko signālu elektroniskā formā, lai vadītu raidītāju otrajā viļņa garumā. Pilnīgi optiskie viļņu garuma pārveidotāji ir demonstrēti laboratorijā, bet praktiskās sistēmās tos vēl neizmanto. Būs nepieciešami arī lāzera avoti, kurus var noregulēt uz daudziem dažādiem viļņu garumiem; ir demonstrēti vairāki veidi, un daži ir komerciāli ražoti.