Волоконно-оптическая связь


Передача информации на большие расстояния с высокой скоростью стала возможной благодаря использованию волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), в которых данные передаются в инфракрасном диапазоне. Мы используем ВОЛС для передачи больших объемов информации в светодиодных графических видео экранах.

Короткий ликбез по теории оптоволоконной связи

Современное оптоволокно, применяемое в оптоволоконных линях связи, это прозрачные стеклянные нити, свет по которым распространяется от одного конца до другого практически без потерь благодаря эффекту полного внутреннего отражения от поверхности такой нити. Затухание сигнала происходит в основном в результате рассеяния в материале волокна. Оптоволокно состоит из ядра, оптической и защитной оболочки. Ядро и оптическая оболочка обычно выполнены из стекла или из пластика, защитная оболочка - из пластика. Ядро проводит световой сигнал, а оптическая оболочка обеспечивает полное внутреннее отражение света на границе ядра и оболочки. Защитная оболочка требуется для защиты волокна от механических повреждений и воздействия окружающей среды. Диаметр ядра обычно составляет 125 мкм.

Многомодовое и одномодовое оптоволокно

Сегодня на рынке предлагается два вида оптоволокна: одномодовое (имеет одну траекторию распространения света) и многомодовое (траекторий несколько). Многомодовое волокно имеет большее затухание сигнала и используется на небольшие расстояния. Одномодовое волокно стоит дороже, но обеспечивает значительно большую дальность передачи.

Окна прозрачности оптического волокна

Окно прозрачности волокна - это область длин волн светового излучения, в котором волокно имеет наименьшее затухание сигнала.

  • Первое окно прозрачности 800-900 нм. Лазерные диоды и светодиоды на основе GaAs / AlGaAs используются для  передачи, кремниевые фотодиоды - для приема. Потери в этом окне достаточно высоки и оно подходит для связи на короткие расстояния. 
  • Второе окно прозрачности - 1,3 мкм. Потери гораздо ниже и это окно используется для передачи на большие расстояния.
  • Третье окно прозрачности - 1,5 мкм, которое широко используется. Потери в этой области самые низкие.

Второе и третье окна прозрачности используются чаще и классифицированы следующим образом:

Обозначение Русское наименование Английское наименование Диапазон длин волн
O основной Original 1260–1360 nm
E Расширенный Extended 1360–1460 nm
S Коротковолновый Short wavelength 1460–1530 nm
C Стандартный Conventional 1530–1565 nm
L Длинноволновый Long wavelength 1565–1625 nm
U Сверхдлинноволновый Ultra-long wavelengh 1625–1675 nm
Передатчики и приемники ВОЛС

В качестве передатчиков в системах волоконно-оптической связ используются полупроводниковые твердотельные излучатели, излучающие в ближнем или среднем диапазонах ИК излучения, также используется красная область видимого света. Используются светодиоды поверхностного и торцевого излучения, обычные лазеры и лазеры поверхностного излучения с вертикальным резонатором (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser - VCSEL), лазеры с резонатором Фабри - Перо и распределенной обратной связью.

В качестве приемников сигнала используются твердотельные InGaAs, GaAs фотодиоды - высокоскоростные пин фотодиоды. Приемник кроме фотодиода содержит усилитель с АРУ.

Трансивер оптический  Трансивер оптический  Трансивер оптический

Формат передачи информации в оптической линии связи

В технологии 100BaseFX, применяется кодирование данных по методу NRZI, при котором один бит передается за 1 такт, и каждые 4 бита полезной информации кодируются 5-битным символом, передаваемым за 5 тактов. Пятый символ добавляется для принудительной синхронизации канала, поскольку при передаче большой последовательности нулей (потенциальные коды) в линии отсутствуют перепады.

NRZI кодирование