Moderne fiberoptiske kommunikasjonssystemer omfatter generelt en optisk sender for å konvertere et elektrisk signal til et optisk signal for å sende gjennom den optiske fiber, en kabel som inneholder bunter av flere optiske fibre som er rutet gjennom underjordiske rør og bygninger, flere typer forsterkere, og en optisk mottaker for å gjenopprette signalet som et elektrisk signal. Informasjonen som overføres er vanligvis digital informasjon generert av datamaskiner, telefonsystemer og kabel-tv-selskaper.

TransmittersEdit

EN GBIC-modul (vist her med dekselet fjernet), er en optisk og elektrisk sender / mottaker. Den elektriske kontakten er øverst til høyre og de optiske kontaktene er nederst til venstre

de mest brukte optiske senderne er halvlederinnretninger som lysdioder (Lysdioder) og laserdioder. Forskjellen Mellom Lysdioder og laserdioder er At Lysdioder produserer usammenhengende lys, mens laserdioder produserer sammenhengende lys. For bruk i optisk kommunikasjon må halvlederoptiske sendere være konstruert for å være kompakte, effektive og pålitelige, mens de opererer i et optimalt bølgelengdeområde og moduleres direkte ved høye frekvenser.I sin enkleste form er EN LED et foroverforspent pn-kryss, som sender ut lys gjennom spontan utslipp, et fenomen som kalles elektroluminescens. Det utstrålede lyset er usammenhengende med en relativt bred spektralbredde på 30-60 nm. LED – lysoverføring er også ineffektiv, med bare ca 1% inngangseffekt, eller ca 100 mikrowatt, til slutt omgjort til lansert kraft som er koblet til optisk fiber. På grunn av deres relativt enkle design Er Lysdioder imidlertid svært nyttige for lave kostnader.Kommunikasjon Led Er oftest laget Av Indium gallium arsenid fosfid (InGaAsP) eller gallium arsenid (GaAs). Fordi InGaAsP Lysdioder operere på en lengre bølgelengde Enn GaAs Lysdioder (1.3 mikrometer vs. 0.81-0.87 mikrometer), deres utgangsspektrum, mens ekvivalent i energi er bredere i bølgelengde med en faktor på ca 1,7. Den store spektrumbredden På Lysdioder er gjenstand for høyere fiberdispersjon, noe som begrenser deres bithastighetsavstandsprodukt (et vanlig mål for nytte). Led er egnet primært for lokale-området-nettverk programmer med bithastigheter på 10-100 Mbit / s og overføring avstander på noen få kilometer. Lysdioder har også blitt utviklet som bruker flere kvantebrønner til å avgi lys på forskjellige bølgelengder over et bredt spekter og er for tiden i bruk for lokal-området WDM (Bølgelengde-Divisjon Multiplexing) nettverk.I Dag Har Lysdioder i stor grad blitt erstattet AV vcsel (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) enheter, som tilbyr forbedret hastighet, kraft og spektrale egenskaper, til en tilsvarende pris. Vanlige VCSEL-enheter par godt til multi mode fiber.en halvlederlaser avgir lys gjennom stimulert utslipp i stedet for spontan utslipp, noe som resulterer i høy utgangseffekt (~100 mW) samt andre fordeler knyttet til naturen av sammenhengende lys. Utgangen av en laser er relativt retningsbestemt, slik at høy koblingseffektivitet (~50%) i single-mode fiber. Den smale spektralbredden gir også høye bithastigheter siden det reduserer effekten av kromatisk dispersjon. Videre kan halvlederlasere moduleres direkte ved høye frekvenser på grunn av kort rekombinasjonstid.Vanlige klasser av halvlederlasersendere som brukes i fiberoptikk inkluderer VCSEL (Vertikal-Hulrom Overflateemitterende Laser), Fabry-Pé Og DFB (Distribuert Feed Back).Laserdioder moduleres ofte direkte, det vil si at lyseffekten styres av en strøm som påføres direkte på enheten. For svært høye datahastigheter eller svært lange avstandskoblinger kan en laserkilde drives kontinuerlig bølge, og lyset moduleres av en ekstern enhet, en optisk modulator, for eksempel en elektroabsorpsjonsmodulator eller mach-Zehnder interferometer. Ekstern modulering øker den oppnåelige koblingsavstanden ved å eliminere laser chirp, som utvider linjebredden av direkte modulerte lasere, og øker den kromatiske dispersjonen i fiberen. For svært høy båndbredde effektivitet, kan koherent modulering brukes til å variere fasen av lyset i tillegg til amplituden, slik at bruk AV QPSK, QAM, OG OFDM.

en transceiver er en enhet som kombinerer en sender og en mottaker i et enkelt hus (se bildet til høyre).Fiberoptikk Har sett nylige fremskritt innen teknologi. «Dual-polarization quadrature phase shift keying er et modulasjonsformat som effektivt sender fire ganger så mye informasjon som tradisjonelle optiske overføringer av samme hastighet.»

Mottakerrediger

hovedkomponenten i en optisk mottaker er en fotodetektor som konverterer lys til elektrisitet ved hjelp av den fotoelektriske effekten. De primære fotodetektorer for telekommunikasjon er laget Av Indium galliumarsenid. Fotodetektoren er vanligvis en halvlederbasert fotodiode. Flere typer fotodioder inkluderer p-n fotodioder, p-i-n fotodioder og lavine fotodioder. METALL-halvleder-metall (MSM) fotodetektorer brukes også på grunn av deres egnethet til kretsintegrasjon i regeneratorer og bølgelengdedivisjonsmultipleksere.Optisk-elektriske omformere er vanligvis kombinert med en transimpedansforsterker og en begrensende forsterker for å produsere et digitalt signal i det elektriske domenet fra det innkommende optiske signalet, som kan dempes og forvrenges mens de passerer gjennom kanalen. Videre signalbehandling som klokkegjenoppretting fra data (CDR) utført av en faselåst sløyfe kan også brukes før dataene sendes videre.Koherente mottakere bruker en lokal oscillatorlaser i kombinasjon med et par hybridkoblinger og fire fotodetektorer per polarisasjon, etterfulgt av høyhastighets Adcer og digital signalbehandling for å gjenopprette data modulert MED QPSK, QAM eller OFDM.

Digital predistortionEdit

en optisk kommunikasjonssystemsender består av en digital-til-analog omformer (DAC), en driverforsterker og En Mach–Zehnder-Modulator. Utplasseringen av høyere modulasjonsformater (> 4QAM) eller høyere Overføringshastigheter (> 32 GBaud) reduserer systemytelsen på grunn av lineære og ikke-lineære sendereffekter. Disse effektene kan kategoriseres i lineære forvrengninger på GRUNN AV dac båndbredde begrensning og sender i / Q skew samt ikke-lineære effekter forårsaket av gevinst metning i driveren forsterker og mach-Zehnder modulator. Digital predistortion motvirker nedverdigende effekter og muliggjør Overføringshastigheter på opptil 56 GBaud og modulasjonsformater SOM 64QAM OG 128QAM med de kommersielt tilgjengelige komponentene. Senderens digitale signalprosessor utfører digital predistortion på inngangssignalene ved hjelp av den inverse sendermodellen før du laster opp prøvene til DAC.

Eldre digitale predistortion metoder bare adressert lineære effekter. Nylige publikasjoner kompenserte også for ikke-lineære forvrengninger. Berenguer et al modeller Mach-Zehnder modulator som en uavhengig Wiener system og DAC og driveren forsterkeren er modellert av en avkortet, time-invariant Volterra serien. Khanna et al brukt et minne polynom å modellere senderen komponenter i fellesskap. I begge tilnærmingene Er Volterra-serien eller minnepolynom-koeffisientene funnet ved Hjelp Av Indirekte læringsarkitektur. Duthel et al poster for hver gren Av mach-Zehnder modulator flere signaler på forskjellig polaritet og faser. Signalene brukes til å beregne det optiske feltet. Krysskorrelerende felt i fase og kvadratur identifiserer tidsforskjellen. Frekvensresponsen og de ikke-lineære effektene bestemmes av den indirekte læringsarkitekturen.

Fiberkabel typesEdit

multi-modus optisk fiber i en underjordisk tjeneste pit

en optisk fiberkabel består av en kjerne, kledning og en buffer (et beskyttende ytre belegg), der kledningen styrer lyset langs kjernen ved hjelp av metoden for total intern refleksjon. Kjernen og kledningen (som har en lavere brytningsindeks) er vanligvis laget av høy kvalitet silikaglass, selv om de begge kan være laget av plast også. Tilkobling av to optiske fibre gjøres ved fusjonsspleising eller mekanisk spleising og krever spesielle ferdigheter og samtrafikksteknologi på grunn av den mikroskopiske presisjonen som kreves for å justere fiberkjernene.To hovedtyper av optisk fiber som brukes i optisk kommunikasjon inkluderer multi-modus optiske fibre og single-mode optiske fibre. En multi-modus optisk fiber har en større kjerne (≥50 mikrometer), slik at mindre presise, billigere sendere og mottakere kan koble til den, samt billigere kontakter. Imidlertid introduserer en multi-modus fiber multimode forvrengning, som ofte begrenser båndbredden og lengden på lenken. Videre, på grunn av sitt høyere dopantinnhold, er multi-modusfibre vanligvis dyre og utviser høyere demping. Kjernen i en enkeltmodusfiber er mindre (< 10 mikrometer) og krever dyrere komponenter og samtrafikkmetoder, men tillater mye lengre koblinger med høyere ytelse. Både single-og multi-mode fiber tilbys i forskjellige karakterer.

for å pakke fiber inn i et kommersielt levedyktig produkt, er det vanligvis beskyttende belagt ved hjelp av ultrafiolett (uv), lys-herdet akrylat polymerer, deretter avsluttet med optisk fiber kontakter, og til slutt montert i en kabel. Deretter kan den legges i bakken og deretter løpe gjennom veggene i en bygning og distribueres luft på en måte som ligner kobberkabler. Disse fibrene krever mindre vedlikehold enn vanlige tvunnet par ledninger når de er utplassert.

Spesialiserte kabler brukes for lang avstand subsea dataoverføring, f. eks transatlantisk kommunikasjonskabel. Nye (2011-2013) kabler drives av kommersielle bedrifter (Emerald Atlantis, Hibernia Atlantic) vanligvis har fire tråder av fiber og krysse Atlanterhavet (NYC-London) i 60-70ms. Kostnaden for hver slik kabel var ca $300m i 2011. kilde: The Chronicle Herald.En annen vanlig praksis er å pakke mange fiberoptiske tråder i langdistanse kraftoverføringskabel. Dette utnytter kraftoverføringsrettigheter effektivt, sikrer at et kraftselskap kan eie og kontrollere fiberen som kreves for å overvåke egne enheter og linjer, er effektivt immun mot manipulering og forenkler distribusjonen av smart grid-teknologi.

Forsterkningrediger

overføringsavstanden til et fiberoptisk kommunikasjonssystem har tradisjonelt vært begrenset av fiberdemping og fiberforvrengning. Ved å bruke opto-elektroniske repeatere har disse problemene blitt eliminert. Disse repeaterne konverterer signalet til et elektrisk signal, og bruker deretter en sender til å sende signalet igjen med høyere intensitet enn det som ble mottatt, og motvirker dermed tapet som påløper i forrige segment. På grunn av den høye kompleksiteten med moderne bølgelengde-divisjon multiplekserte signaler. inkludert det faktum at de måtte installeres omtrent en gang hver 20 km (12 mi), er kostnaden for disse repeaters svært høy.en alternativ tilnærming er å bruke optiske forsterkere som forsterker det optiske signalet direkte uten å måtte konvertere signalet til det elektriske domenet. En vanlig type optisk forsterker kalles EN ERBIUM-dopet fiberforsterker, ELLER EDFA. Disse er laget ved å dopere en lengde av fiber med det sjeldne jordmineralet erbium og pumpe det med lys fra en laser med kortere bølgelengde enn kommunikasjonssignalet (vanligvis 980 nm). EDFAs gir gevinst I ITU C-båndet ved 1550 nm, som er nær tapsminimum for optisk fiber.

Optiske forsterkere har flere betydelige fordeler i forhold til elektriske repeatere. For det første kan en optisk forsterker forsterke et veldig bredt bånd på en gang som kan inkludere hundrevis av individuelle kanaler, noe som eliminerer behovet for Å demultiplex DWDM-signaler ved hver forsterker. For det andre opererer optiske forsterkere uavhengig av datahastigheten og moduleringsformatet, slik at flere datahastigheter og modulasjonsformater kan eksistere sammen og muliggjør oppgradering av datahastigheten til et system uten å måtte erstatte alle repeaterne. For det tredje er optiske forsterkere mye enklere enn en repeater med samme evner og er derfor betydelig mer pålitelige. Optiske forsterkere har i stor grad erstattet repeatere i nye installasjoner, selv om elektroniske repeatere fortsatt er mye brukt som transpondere for bølgelengdekonvertering.Bølgelengde-divisjon multipleksing (Wdm) Er teknikken for å overføre flere kanaler med informasjon gjennom en enkelt optisk fiber ved å sende flere lysstråler med forskjellige bølgelengder gjennom fiberen, hver modulert med en egen informasjonskanal. Dette gjør at den tilgjengelige kapasiteten til optiske fibre kan multipliseres. Dette krever en bølgelengdedivisjonsmultiplekser i overføringsutstyret og en demultiplekser (i hovedsak et spektrometer) i mottaksutstyret. Arrayed waveguide gitter brukes ofte til multiplexing og demultiplexing I WDM. VED å bruke WDM-teknologi som nå er kommersielt tilgjengelig, kan båndbredden til en fiber deles inn i så mange som 160 kanaler for å støtte en kombinert bithastighet i området 1,6 Tbit / s.