Vad gör fiberoptisk kabel?

Fiberoptiska kablar Överför information som ljusspulser genom trådar eller plast. De fungerar som ryggraden i moderna telekommunikation, vilket möjliggör höghastighetsdataöverföring över långa avstånd med minimal signalförlust.

Kärnfunktionalitet

Fiberoptik omvandlar elektriska signaler till ljus med en sändare. Ljus rör sig genom kabeln via total intern reflektion och studsar mellan kärnan och beklädnaden. Vid destinationen konverterar en mottagare ljus tillbaka till elektriska signaler.

Nyckelkomponenter

• Kärna: Tunt glas/plastcentrum som bär ljus
• Beklädnad: yttre skikt som återspeglar ljus inåt
• Buffertbeläggning: Skyddande plastjacka
• Styrkemedlemmar: Förstärkande fibrer (t.ex. Kevlar)
• Yttre jacka: väderbeständig yttre

Tekniska specifikationer

Enstaka modefibrer (9 um kärna) bär infraröd laserljus (1310-1550 nm) för avstånd som överstiger 100 km. Multimodfibrer (50-62,5 um kärna) Använd LED-ljuskällor för kortare körningar (≤2 km).

Prestation jämförelse

Signalöverföringsmekanik

Ljuspulser upprätthåller signalintegritet genom total intern reflektion. Beräkningen av kritisk vinkel följer Snells lag: θ _c = synd ^-1 (n ₂ /n ₁ ), där n ₁ och n ₂ är brytningsindex för kärna och beklädnad.

Distributionsscenarier

• Undervattenskablar : 400 system som sträcker sig över 1,3 m km globalt
• Ftth (Fiber-to-the-home) : Direkta konsumentförbindelser
• Datacentra : Ryggradsarkitektur med 400 Gbps-länkar
• Industriell : EMI-resistent fabriksautomation

Begränsningar och överväganden

Installationskostnaderna överstiger koppar med 10-30%. Specialiserad utrustning som krävs för skarvning (0,1 dB förlust per skarv). Minsta böjradie (vanligtvis 10-20 × kabeldiameter) förhindrar lätt läckage.

Evolutionstidslinje

1977: First Commercial Installation (Chicago)
1988: TAT-8 Transatlantic Cable (40 000 samtal samtidigt)
2016: 4 000 km rekord (1 tbps enkelkanal)
2023: Subsea -system som uppnår 24 Tbps per fiberpar

Framtida utveckling

Multiplexering av utrymme-division med flera kärnfibrer (7 kärnor demonstrerade). Hollow-core fibrer minskar latensen till 3μs/km. Integration med kvantkryptografnätverk.

Teknisk djup dyk

Fiberoptiska system utnyttjar våglängds-division multiplexering (WDM) för att öka kapaciteten. Tät WDM (DWDM) stöder upp till 160 våglängder per fiber, var och en bär 100 Gbps. Signalregenerering sker genom Erbium-dopade fiberförstärkare (EDFA) med avstånd med 80-100 km intervall, vilket bibehåller optisk amplifiering utan elektrisk omvandling. Icke-linjära effekter som fyrvågsblandning blir betydande vid effektnivåer som överstiger 17dbm, vilket kräver dispersionsskiftade fiberkonstruktioner. Polarisationsläge Dispersion (PMD) -kompensation är avgörande för länkar utöver 40 km som arbetar vid 100 Gbps.

Materiell vetenskap

Ultra-pure smält kiseldioxid (SIO ₂ ) bildar kärnmaterialet, med germanium doping ökar brytningsindex. Beklädnad använder fluor-dopad kiseldioxid med 0,36% lägre brytningsindex. Tillverkning involverar modifierad kemisk ångavsättning (MCVD), där gaser avsätter kiselskikt inuti förformrör vid 1900 ° C. Fiberritning sker vid 2000 ° C och drar 10 km/min med diameter kontrollerad till ± 0,1 um.