Sut mae Ffibr yn Gweithio: Beth sy'n Cadw Golau mewn Ffibr?

Heddiw, mae cysylltedd ffibr cyflym wedi chwyldroi ein ffordd o fyw, gweithio a chyfathrebu. Mae'r galw byd-eang cynyddol am led band a dibynadwyedd system yn ysgogi mabwysiadu parhaus technolegau hyperscale, gyda rhwydweithiau ffibr cyfan graddadwy yn hwyluso llif data di-dor ar adegau o alw brig. Cyn ymchwilio i egwyddorion opteg ffibr, gadewch i ni edrych yn fyr ar fanteision trosglwyddo o seilwaith copr traddodiadol i dechnoleg ffibr fodern. O'i gymharu â chyflymder trosglwyddo data ceblau copr traddodiadol, gall ceblau ffibr ddarparu cyflymder trosglwyddo uwch. Wrth gwrs, dyma holl fanteision opteg ffibr. Yn wahanol i geblau copr traddodiadol, mae ffibr yn trosglwyddo data ar ffurf golau yn hytrach na thrydan, gan leihau problemau gwres mewn pibellau â gwifrau tynn a rhwydweithiau dwysedd uchel. Yn ogystal, gall ffibr sengl drosglwyddo'r signal am fwy na 100 cilomedr, tra bod y gwanhad signal yn y cebl copr yn digwydd tua 100 metr. Nid oes amheuaeth mai technoleg ffibr optig yw asgwrn cefn y byd cyflym, hwyrni, hyper-gysylltiedig yn y dyfodol. Er mwyn egluro sut mae opteg ffibr yn gweithio a phenderfynu beth sy'n cadw golau mewn opteg ffibr, bydd yr erthygl hon yn rhoi trosolwg byr o nodweddion sylfaenol technoleg opteg ffibr, gan ddwyn ynghyd y ffactorau, prosesau ac egwyddorion gwyddonol perthnasol sy'n sail i'r technolegau cyflenwol sy'n gyrru. rhagolygon cysylltedd ffibr optig yn y dyfodol.

Cebl optegol: Strwythur a chyfansoddiad

Mae cebl ffibr optig yn cynnwys tair cydran allweddol. Un yw'r craidd sy'n cario golau, ac yna'r cladin, ac yn olaf y gorchudd allanol amddiffynnol (a elwir hefyd yn wain). Mae gan bob cydran (neu haen silindrog) o gebl ffibr optig ddiben penodol o ran lluosogi data yn effeithlon fel signal optegol. Mae deall termau fel plygiant, indecs plygiant a chyfanswm adlewyrchiad mewnol yn helpu i ddeall swyddogaeth a defnydd y deunyddiau a ddefnyddir mewn ffibrau optegol.

Strwythur cebl ffibr optig: Mae'r signal optegol craidd yn mynd trwy'r craidd. Mae'r craidd yn cynnwys silicon deuocsid pur iawn (SiO2) a symiau bach iawn o "dopants" fel germanium, sy'n cael eu hychwanegu i addasu'r mynegai plygiannol ar gyfer y trosglwyddiad golau gorau posibl. Gellir defnyddio creiddiau o wahanol diamedrau at wahanol ddibenion. Er enghraifft, mae'r diamedr ffibr un modd cymharol gul (tua 8-10 micron fel arfer) yn cyfyngu ar drosglwyddo i un llwybr â ffocws, gan helpu i gynnal ffyddlondeb signal dros bellteroedd hir. Fel arall, mae angen diamedr o 50+ micron ar ffibrau aml-ddull sy'n cario signalau optegol amrywiol dros bellteroedd byr (ee, y tu mewn i adeiladau neu ar y campws).

P'un ai un modd neu aml-ddull, mae mynegai plygiant uchel y craidd o'i gymharu â'r cladin yn ffactor wrth gyflawni adlewyrchiad mewnol cyflawn. Cladin Mae cladin yn amgylchynu'r craidd. Mae ffibr clad dwbl a thriphlyg yn gwasanaethu cymwysiadau pŵer uchel arbenigol, megis systemau laser diwydiannol, tra bod ceblau ffibr un-clad yn gwasanaethu cymwysiadau bob dydd fel telathrebu a rhwydweithiau data. Prif bwrpas y cladin yw cyfyngu golau i'r craidd. Cyflawnir hyn trwy ddarparu mynegai plygiant is i gyflawni adlewyrchiad mewnol cyflawn. Nid yw'r haen allanol (neu'r cot) yn rhyngweithio'n uniongyrchol â golau sy'n mynd trwy'r craidd.

Yn lle hynny, mae'r haen allanol yn darparu cryfder mecanyddol ac amddiffyniad corfforol rhag ffactorau amgylcheddol a allai leihau mynegai plygiannol y deunydd y tu mewn i'r ffibr. Mae'r rhain yn cynnwys cymeriant dŵr sy'n gysylltiedig â'r tywydd a thymheredd eithafol, yn ogystal â thynnu, plygu a throelli wrth osod a symud. Yn y modd hwn, mae'r wain cebl cadarn yn helpu i sicrhau trosglwyddiad golau effeithlon a dibynadwy. Er mwyn deall yn well sut mae golau yn aros yn y ffibr, rhaid inni ddechrau cysylltu'r cysyniadau allweddol o gyfanswm adlewyrchiad mewnol, Angle beirniadol, a mynegai plygiannol.

Beth yw plygiant? Mae plygiant yn disgrifio'r newid yng nghyfeiriad golau wrth iddo basio trwy gyfrwng o wahanol ddwysedd. Er enghraifft, ystyriwch ddisgleirio golau fflach ar bowlen wydr fawr wedi'i llenwi â dŵr. Oherwydd bod golau uwchben y llinell ddŵr yn cael ei arsylwi trwy aer cymharol lai trwchus o'i gymharu â golau sy'n taro'r dŵr dwysach islaw, mae'n ymddangos bod Ongl y llwybr golau yn newid yn y pwynt mynediad. Pan fydd golau yn mynd trwy gyfrwng o wahanol ddwysedd, gelwir y newid yng nghyfeiriad golau yn blygiant (gweler Deddf Snell isod). Beth yw mynegai plygiannol? Gan barhau â'r enghraifft o ddisgleirio golau fflach i mewn i ddŵr, efallai y byddwn yn gofyn cwestiynau fel: "A yw golau bob amser yn plygiant ar yr un Ongl?" Yr ateb yw na. Mae golau'n cael ei blygu ar Ongl y gellir ei chyfrifo yn ôl y mynegai plygiannol. Trwy wybod, er enghraifft, mynegai plygiant dŵr ac aer, gellir nodi'r paramedrau optegol sy'n pennu'r Ongl plygiant mewn hafaliad sy'n dangos union Ongl y plygiant disgwyliedig ar dymheredd ystafell (mewn rhai achosion, mae tymheredd eithafol yn effeithio ar y dwysedd o'r cyfrwng) gael ei gymryd i ystyriaeth).

Sut mae'r mynegai plygiannol yn berthnasol i'r craidd a'r cladin?

Bydd golau sy'n symud o gyfrwng mwy trwchus i un llai trwchus yn gwyro oddi wrth y "normal" (hynny yw, llinell ddychmygol sy'n berpendicwlar i'r rhyngwyneb rhwng y ddau gyfrwng ar y pwynt mynediad). Gan fynd yn ôl at yr enghraifft flashlight, efallai y byddwn yn ystyried trochi'r golau fflach mewn dŵr fel bod yn rhaid i'r golau nawr deithio o'r dŵr dwysach i'r aer llai trwchus, gan ddynwared yr hyn sy'n digwydd pan fydd golau'n teithio trwy'r craidd ac i mewn i'r cladin. Bydd llywio Ongl trawst y flashlight y tu hwnt i'r "Angle critigol" yn adlewyrchu'r golau i'r dŵr. Yn yr un modd, rhaid i'r Ongl golau sy'n mynd trwy'r craidd fod yn fwy na'r Angle critigol, a rhaid i'r cladin ddarparu mynegai plygiannol is na'r craidd.

Ongl Critigol ac adlewyrchiad mewnol cyflawn Bydd golau yn profi adlewyrchiad mewnol cyflawn wrth ymledu o gyfrwng mwy dwys i gyfrwng llai dwys ar Ongl y tu hwnt i'r Ongl gritigol. Dyma lle mae'r golau'n cael ei adlewyrchu i'r cyfrwng cynradd dwysach ac nid yw'n mynd i mewn i'r cyfrwng eilaidd llai dwys. Mae deall egwyddorion plygiant, mynegai plygiant, Angle critigol, a chyfanswm adlewyrchiad mewnol yn galluogi peirianwyr i ddewis deunyddiau craidd a chladin ar gyfer y perfformiad ffibr gorau posibl.