현대 섬유-광섬유 통신 시스템은 일반적으로 포함하는 광학 전송기를 변환하는 전기적 신호로는 광 신호를 보내를 통해 광섬유 케이블을 포함하는 묶음의 여러 광학 섬유를 통해 라우팅되 지하철 도관 및 건물,여러 종류의 증폭기 및 광학 receiver 을 복구하는 신호로 전기적 신호입니다. 전송되는 정보는 전형적으로 컴퓨터,전화 시스템 및 케이블 텔레비전 회사에 의해 생성되는 디지털 정보이다.
TransmittersEdit
가장 일반적으로 사용되는 광학식 트랜스미터는 반도체 장치와 같은 발광 다이오드(Led)및 레이저 다이오드. 의 차이는 Led 와 레이저 다이오드는 Led 는 모순되는 동안,빛 레이저 다이오드를 생산하는 일관된 빛입니다. 에 사용하기 위해 광 통신,반도체 광학 전송기를 설계되어야 될 컴팩트한 효율적이고 신뢰성,운영하는 동안에는 최적의 파장 범위와 직접 변조에서 높은 주파수.
가장 간단한 형태로,LED 는 전계 발광이라고하는 현상 인 자발적 방출을 통해 빛을 방출하는 순방향 바이어스 된 p-n 접합입니다. 방출 된 빛은 30-60nm 의 비교적 넓은 스펙트럼 폭으로 일관성이 없습니다. LED 광 전송은 또한 비효율적이며 입력 전력의 약 1%또는 약 100 마이크로 와트만으로 결국 광섬유에 결합 된 발사 전력으로 변환됩니다. 그러나 비교적 단순한 설계로 인해 Led 는 저비용 애플리케이션에 매우 유용합니다.
통신 Led 는 가장 일반적으로 인듐 갈륨 비소 인화물(InGaAsP)또는 갈륨 비소(GaAs)로 만들어집니다. InGaAsP Led 는 GaAs Led 보다 긴 파장에서 작동하기 때문에(1.3 마이크로 미터 대 0.81-0.87 마이크로미터),그들의 산출 스펙트럼,에너지에 있는 동등물은 대략 1.7 의 요인에 의해 파장 점에서 더 넓은 그러나. 큰 스펙트럼의 폭 Led 은 높은 섬유산이 상당히 제한들의 조율을 거리의 제품(일반적인 측정의 유용성). Led 는 적합한 주로 로컬 영역 네트워크 응용 프로그램과 함께 비트 레이트의 10-100Mbit/s 과 전송거리의 몇 킬로미터입니다. Led 도 개발되었을 사용하는 여러 가지 양자 우물에서 빛을 내는 다른 파장은 넓은 스펙트럼에서 현재 사용을 위한 로컬 영역 WDM(파장-Division Multiplexing)네트워크입니다.
Today,LEDs 없는 주로 대체 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)장치,제공 속도 개선,전력 및 스펙트럼 속성에서 유사한 비용. 멀티 모드 광섬유에 잘 일반적인 VCSEL 장치 커플.
반도체 레이저 빛의 자극을 통해 배출량보다는 자발적인 배출하는 결과가 높은 출력 전원(~100mW)뿐만 아니라 다른 혜택과 관련된 자연의 일관된 빛입니다. 레이저의 출력은 상대적으로 방향성이있어 단일 모드 광섬유로 높은 커플 링 효율(~50%)을 허용합니다. 좁은 스펙트럼 폭은 또한 색채 분산의 효과를 감소시키기 때문에 높은 비트율을 허용한다. 또한,반도체 레이저는 짧은 재결합 시간 때문에 고주파에서 직접 변조 될 수 있습니다.
일반적으로 사용되는 클래스의 반도체 레이저를 송신기에서 사용되는 섬유 광학 포함 VCSEL(Vertical-Cavity Surface-방사 레이저),Fabry–Pérot 및 DFB(분산 피드백).
레이저 다이오드는 수시로 직접 변조,는 빛을 산출에 의해 제어되는 현재에 직접 적용됩니다. 에 대한 매우 높은 데이터 속도는 매우 긴 거리 링크,레이저 소스가 운영할 수 있습 지도,빛 조절에 의해 외부 장치,광학 변조기와 같은 전자 흡수 변조기 또는 Mach–Zehnder interferometer. 외부 변조 증가 달성 가능한 링크리에 의해 제거 레이저 처프는 넓혀 계획의 직접 변조 레이저 증가,색채 분산에서 섬유입니다. 매우 높은 대역폭을 효율성,일관성 변조하는 데 사용될 수 있 변화의 단계에 있는 빛 이외 진폭,의 사용이 가능하 QPSK,QAM,OFDM.
송수신기는 단일 하우징에 송신기와 수신기를 결합한 장치입니다(오른쪽 그림 참조).
광섬유는 기술의 최근 발전을 보았습니다. “이중 편광 구적 위상 시프트 키잉은 동일한 속도의 전통적인 광학 전송보다 4 배 많은 정보를 효과적으로 전송하는 변조 형식입니다.”
ReceiversEdit
주요 구성 요소의 광학기 photodetector 로 변환하는 전기로 빛을 사용하여 광전 효과가 있다. 통신용 1 차 광 검출기는 인듐 갈륨 비소로 만들어집니다. 광 검출기는 전형적으로 반도체 기반 포토 다이오드이다. 여러 유형의 포토 다이오드에는 p-n 포토 다이오드,p-i-n 포토 다이오드 및 눈사태 포토 다이오드가 포함됩니다. 금속-반도체금속(MSM)광검출기는 또한 사용으로 인해 자신의 적합성에 대한 회로의 통합에서 재생기 및 파장은 사단 멀티플렉서.
광학 전기 컨버터는 일반적으로 결합 transimpedance amplifier 및 제한하는 증폭기를 생산하는 디지털 신호를 전기 도메인에서 들어오는 광 신호할 수 있는 감쇠고 왜곡하는 동안 전달을 통한 채널입니다. 추가 신호 처리와 같은 시계에서 회복 데이터(CDR)에 의해 수행되 phase-locked loop 에도 사용할 수 있습니다 전에는 데이터가 전달된다.
일관성 수신기를 사용하여 로컬 오실레이터 레이저와 함께 쌍의 커플러 하이브리드 및 네 개의 검출기별로 양극화에 의해 다음,고속 Adc 및 디지털 신호 처리를 복구하는 데이터 변조 QPSK,QAM,또는 OFDM.
디지털 predistortionEdit
광통신 시스템을 송신기로 구성되어 있 digital-to-analog converter(DAC),드라이버 증폭기 및 Mach–Zehnder-Modulator. 의 배포를 더욱 높은 변조식(>4QAM)또는 더 높은 전송 속도(>32GBaud)감소 시스템의 성능으로 인해 선형 및 비선형 전송기는 효과. 이러한 효과 분류될 수 있다에서 선형 왜곡으로 인해 DAC 대역폭 제한하고 전송기 I/Q 기울뿐만 아니라 비선형에 의한 효과를 얻을 채도에서 운전자 증폭기 및 Mach–Zehnder modulator. Digital predistortion 을 방해 저하 효과할 수 있게 전송 속도를 56GBaud 과 변조 방식 같은 64QAM 및 128QAM 과 함께 상업적으로 사용할 수 있는 구성 요소입니다. 송신기 디지털 신호 프로세서 수행 digital predistortion 에서 입력 신호를 사용하여 역 송신기 모델을 업로드하기 전에 샘플 DAC.
오래된 디지털 predistortion 방법은 선형 효과 만 다루었습니다. 최근의 간행물은 또한 비선형 왜곡을 보상했습니다. Berenguer et al 은 독립적 인 Wiener 시스템으로 Mach–Zehnder 변조기를 모델링하고 DAC 및 드라이버 증폭기는 잘린 시간 불변 Volterra 시리즈에 의해 모델링됩니다. Khanna 등은 메모리 다항식을 사용하여 송신기 구성 요소를 공동으로 모델링했습니다. 두 접근법 모두에서 Volterra 시리즈 또는 메모리 다항식 계수는 간접 학습 아키텍처를 사용하여 발견됩니다. Duthel 등은 마하-Zehnder 변조기의 각 분기에 대해 상이한 극성 및 위상에서 여러 신호를 기록한다. 신호는 광학 필드를 계산하는 데 사용됩니다. 위상 및 구적법 필드의 교차 상관 관계는 타이밍 스큐를 식별합니다. 주파수 응답 및 비선형 효과는 간접 학습 아키텍처에 의해 결정됩니다.
섬유 케이블 typesEdit
광학 섬유 케이블로 구성되어 있의 핵심,클래드,그리고 버퍼(방어적인 외부 코팅),에서는 클래딩이 빛을 따라 핵심 방법을 사용하여 전체의 내부 반사입니다. 코어 및 클래딩(낮은 굴절률을 가짐)은 일반적으로 고품질의 실리카 유리로 만들어 지지만 둘 다 플라스틱으로 만들 수 있습니다. 연결하는 두 개의 광섬유에 의해 수행되 융합을 접합하거나 기계적인 접합과 필요한 특별한 기술과 상호 연결 기술로 미세한 정밀도를 맞추기 위해 필요한 섬유 코어 있습니다.
두 가지 주요 형태의 광섬유에서 사용되는섬유 통신을 포함한 다중 모드 광섬유 및 단일 모드 광섬유. 다중 모드 광섬유에는 더 큰 핵심(≥50 마이크로미터)수 있도록,더 적은 정확하고,저렴 송신기 및 수신기를 연결뿐만 아니라 저렴 커넥터가 있습니다. 그러나,다중 모드 광섬유는 다중 모드 왜곡을 도입하며,이는 종종 링크의 대역폭 및 길이를 제한한다. 더욱이,도펀트 함량이 높기 때문에,다중 모드 섬유는 일반적으로 비싸고 더 높은 감쇠를 나타낸다. 의 핵심 단일 모드 섬유는 더 작은(<10 마이크로미터)에 필요한 더 많은 비싼 구성 요소와 상호 연결 방법은,하지만 할 수 있습이 훨씬 더 높은 성능의 링크입니다. 단일 및 다중 모드 광섬유는 모두 다양한 등급으로 제공됩니다.
| MMF FDDI 62.5/125μm (1987) |
MMF OM1 62.5/125 µm (1989) |
MMF OM2 50/125 µm (1998) |
MMF OM3 50/125 µm (2003) |
MMF OM4 50/125 µm (2008) |
MMF OM5 50/125 µm (2016) |
SMF OS1 9/125 µm (1998) |
SMF OS2 9/125 µm (2000) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 160 MHz·km @ 850 nm |
200 MHz·km @ 850 nm |
500 MHz·km @ 850 nm |
1500 MHz·km @ 850 nm |
3500 MHz·km @ 850 nm |
3500 MHz·리 @850nm& 1850MHz·리 @950nm |
1dB/km @1300/ 1550nm |
0.4dB/km @1300/ 1550nm |
하기 위해 패키지로 섬유는 상업적으로 가능한 제품,그것은 일반적으로 방호 코팅을 사용하여 자외선(UV),가벼운 치료 아크릴 중합체,그때로 종결된 광섬유 연결관,그리고 마지막으로 조립으로 케이블이 있습니다. 그 후,그것은 놓여 수 있습니다 지상에서 실행 벽을 통해 건물의 배포이 aerially 와 유사한 방식으로 구리 케이블을 답니다. 이 섬유는 일단 배치되면 일반적인 트위스트 페어 와이어보다 유지 보수가 덜 필요합니다.
전문화된 케이블 사용을 위한 긴 거리의 해저의 데이터 전송,예를 들어,대서양 횡단 통신 케이블이 있습니다. 뉴(2011-2013)케이블을 운영하여 상업 기업(에메랄드 아틀란티스,하이버 니아 대서양)일반적으로 네 가닥의 섬유와 십자가 대서양(뉴욕-런던)에서 60–70ms. 비용을 각각의 케이블 이러한 대$300M in2011. 출처:크로니클 헤럴드.
또 다른 일반적인 관행은 장거리 송전 케이블 내에 많은 광섬유 스트랜드를 묶어주는 것입니다. 이 악용 전력 전송 권리의 방법으로,효과적으로 보장하는 전력 회사할 수 있습을 소유하고 통제하는 섬유를 모니터하기 위해 필요한 그것의 자신의 장치 및 라인,효과적으로 면역을 변경,단순화 배치의 스마트 그리드 기술입니다.
AmplificationEdit
전송 거리의 광섬유 통신 시스템은 전통적으로 한정에 의한 섬유 감쇠 및 섬유 왜곡. 광전자 중계기를 사용함으로써 이러한 문제가 제거되었습니다. 이러한 리피터 변환된 신호를 전기적 신호,다음 사용 송신기를 보내는 신호를 다시에 높은 강도상을 받았 따라서,스프레이건의 상담이 필요하신 경우에는 이전 세그먼트입니다. 현대 파장 분할 다중화 된 신호로 높은 복잡성 때문에. 그들이 약 20km(12mi)마다 한 번 설치해야한다는 사실을 포함하여,이 중계기의 비용은 매우 높습니다.
대안적인 접근법은 신호를 전기 도메인으로 변환 할 필요없이 광 신호를 직접 증폭하는 광 증폭기를 사용하는 것입니다. 하나의 일반적인 유형의 광 증폭기를 에르븀 도핑 된 광섬유 증폭기 또는 EDFA 라고합니다. 이러한에 의해 만들어진 도핑 길이의 섬유와 희토류 미네랄 에르븀 및 펌프와 빛 레이저로보다 짧은 파장은 통신 신호(일반적으로 980nm). EDFAs 는 1550nm 에서 itu C 대역에서 이득을 제공하며,이는 광섬유의 손실 최소값에 가깝습니다.
광 증폭기는 전기 중계기에 비해 몇 가지 중요한 장점이 있습니다. 첫째,광학적인 증폭기를 증폭할 수 있습니다 매우 넓은 밴드에 한 번 포함할 수 있는 수백 개의 개별적인 채널 할 필요가 없어,demultiplex DWDM 에서 신호를 각각 증폭기가 있습니다. 두 번째,광학적인 증폭기가 독립적으로 운영 데이터의 평가 및 변조 형식을 사용하는 여러 데이터 요금과 변조 방식이 공존하고 활성화로 업그레이드 데이터의 평가 시스템의 모든 것을 바꿀 필요 없이의 이 리피터입니다. 셋째,광 증폭기는 동일한 기능을 가진 중계기보다 훨씬 간단하므로 훨씬 더 안정적입니다. 전자 중계기는 여전히 파장 변환을위한 트랜스 폰더로 널리 사용되지만 광 증폭기는 새로운 설치에서 중계기를 크게 대체했습니다.
파장 분할 multiplexingEdit
파장-division multiplexing(WDM)의 기술 전송의 여러 채널을 통해 정보를 하나의 광섬유 전송하여 다중 빔 조명의 다른 파장을 통해 섬유,각 변조와 별도의 정보를 채널입니다. 이를 통해 광섬유의 사용 가능한 용량을 곱할 수 있습니다. 이를 위해서는 송신 장비의 파장 분할 멀티플렉서와 수신 장비의 디멀티플렉서(본질적으로 분광계)가 필요합니다. 배열 된 도파관 격자는 일반적으로 wdm 에서 다중화 및 역 다중화에 사용됩니다. 사용 WDM 기술 지금 상업적으로 사용할 수 있는 대역폭의 섬유로 나눌 수 있습으로 많은 160 개 채널을 지원합 비율의 범위에서 1.6Tbit/s.