Optisko šķiedru darbības princips ir balstīts uz kopējo gaismas iekšējo atstarošanu, ļaujot optiskajiem signāliem pārvietoties lielos attālumos bez zudumiem. Tālāk ir sniegts detalizēts skaidrojums par to, kā darbojas optiskās šķiedras.
1. Optiskās šķiedras pamatstruktūra
Optiskās šķiedras parasti sastāv no trim slāņiem:
Kodols: Šķiedras centrālā daļa, izgatavota no stikla vai plastmasas ar augstu laušanas koeficientu. Optiskais signāls galvenokārt izplatās caur serdi.
Apšuvums: ieskauj serdi, un tam ir zemāks refrakcijas indekss, lai novērstu gaismas izplūšanu no kodola.
Pārklājums: Aizsargkārta ārpus apšuvuma, kas galvenokārt aizsargā šķiedru no fiziskiem bojājumiem un vides faktoriem.
2. Pilnīgas iekšējās refleksijas princips
Optiskā signāla pārraides pamatprincips šķiedrās ir pilnīga iekšējā atstarošana. Kad gaisma virzās no kodola ar lielāku refrakcijas koeficientu uz apšuvumu ar zemāku refrakcijas koeficientu, ja krītošais leņķis ir lielāks par kritisko leņķi, gaisma neizplūst no kodola. Tā vietā tas pilnībā tiks atspoguļots atpakaļ kodolā pie saskarnes starp serdi un apšuvumu. Izmantojot virkni nepārtrauktu kopējo iekšējo atstarošanos, optisko signālu var pārraidīt lielos attālumos šķiedrā.
3. Gaismas izplatīšanās veidi
Atkarībā no šķiedras veida optiskie signāli var izplatīties divos galvenajos režīmos:
Viena režīma šķiedra: vienmoda šķiedrās serdes diametrs ir ļoti mazs (parasti 8-10 mikroni), ļaujot gaismai izplatīties vienā režīmā (ceļā). Viena režīma šķiedrām ir minimāla izkliede, tāpēc tās ir piemērotas tālsatiksmes, liela joslas platuma datu pārraidei, piemēram, metropoles zonas tīkliem (MAN) un plašā apgabala tīkliem (WAN).
Daudzrežīmu šķiedra: vairāku režīmu šķiedrās kodols ir platāks (parasti 50 vai 62,5 mikroni), ļaujot gaismai izplatīties vairākos režīmos (ceļos). Daudzrežīmu šķiedras ir piemērotas lietošanai nelielos attālumos, taču, tā kā gaismas signāli pārvietojas pa dažādiem ceļiem, tie var nonākt dažādos laikos, izraisot signāla izkropļojumus (modālu izkliedi). Tāpēc vairāku režīmu šķiedras parasti izmanto lokālajiem tīkliem (LAN) vai iekšējiem savienojumiem datu centros.
4. Signāla vājināšanās un izkliede
Lai gan optiskās šķiedras var efektīvi pārraidīt gaismas signālus, tās saskaras arī ar dažām problēmām, kas saistītas ar signāla vājināšanu un izkliedi:
Vājināšanās: gaismai ejot cauri šķiedrai, tā pakāpeniski vājinās, galvenokārt šķiedras piemaisījumu un izkliedes dēļ. Vājināšanās ierobežo pārraides attālumu, tāpēc tālsatiksmes pārraidēs signāla pastiprināšanai parasti izmanto optiskos pastiprinātājus (piemēram, ar erbiju leģētus šķiedru pastiprinātājus).
Izkliede: Izkliede attiecas uz dažādiem ātrumiem, ar kādiem dažādi gaismas viļņu garumi pārvietojas pa šķiedru, izraisot gaismas signāla izplatīšanos pārraides laikā. Izkliede ietekmē signāla kvalitāti, īpaši ātrgaitas sakaros, tāpēc šīs problēmas risināšanai ir nepieciešamas dispersijas kompensācijas metodes.
Optiskās šķiedras ierobežo gaismas signālus kodolā, izmantojot pilnīgu iekšējo atstarošanu, nodrošinot efektīvu datu pārraidi lielos attālumos. To lielais joslas platums, zemais vājināšanās un izturība pret traucējumiem padara tos par galveno pārraides līdzekli mūsdienu sakaru tīklos, ko plaši izmanto ātrgaitas internetā, tālsatiksmes sakaros un datu centru starpsavienojumos.
