光纖的工作原理/優(yōu)勢/弊端/尺寸

幾十年來，電子信號通過標(biāo)準(zhǔn)的“硬線”連接或使用具有許多缺點的不同類型的無線電鏈路非常成功地發(fā)送。

另一方面，光纖鏈路，無論是用于長距離的音頻或視頻鏈路，還是用于處理小距離，與普通有線電纜相比，都提供了一些明顯的優(yōu)勢。

光纖的工作原理

在光纖電路技術(shù)中，光纖鏈路用于通過具有高反射中心芯的電纜以光頻率的形式傳輸數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)。

在內(nèi)部，光纖由一個高反射的中心芯組成，它就像一個光導(dǎo)，通過在其反射壁上連續(xù)來回反射來傳遞光。

光鏈路通常包括電頻到光變頻器電路，其將數(shù)字或音頻信號轉(zhuǎn)換為光頻率。該光頻率通過強(qiáng)大的LED“注入”到光纖的一端。然后允許光通過光纜到達(dá)預(yù)定目的地，在那里由光電管和放大器電路接收，該電路將光頻率轉(zhuǎn)換回原始數(shù)字形式或音頻形式。

光纖的優(yōu)勢

光纖電路鏈路的一個主要優(yōu)點是它們對電氣干擾和雜散拾取具有完美的抗擾度。

可以設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的“電纜”鏈路來減少這個問題，但是完全消除這個問題可能非常具有挑戰(zhàn)性。

相反，光纜的非電氣特性有助于使電干擾變得無關(guān)緊要，除了可以在接收器端拾取的一些干擾，但這也可以通過有效屏蔽接收器電路來消除。

同樣，通過常規(guī)電纜路由的寬帶信號通常會消散電干擾，導(dǎo)致附近的無線電和電視信號受到干擾。

但同樣，在光纖電纜的情況下，它確實可以證明完全沒有電輻射，即使發(fā)射器單元可能會發(fā)出一些射頻輻射，使用基本的屏蔽策略將其封閉起來也相當(dāng)簡單。

由于這個優(yōu)點，包含許多光纜的系統(tǒng)彼此相鄰工作，沒有串?dāng)_的復(fù)雜性或問題。

當(dāng)然，光可能會從一根電纜泄漏到另一根電纜，但光纖電纜通常封裝在防光的外部套管中，可以理想地防止任何形式的漏光。

光纖鏈路中的這種強(qiáng)屏蔽確保了相當(dāng)安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸。

另一個優(yōu)點是光纖沒有火災(zāi)危險問題，因為不涉及電力或大電流。

我們還在整個鏈路中具有良好的電氣隔離，以確保接地回路的并發(fā)癥不會發(fā)展。通過適當(dāng)?shù)陌l(fā)射和接收電路，它非常適合光纖鏈路處理大量帶寬范圍。

寬帶鏈路也可以通過同軸電力電纜創(chuàng)建，盡管在寬帶寬應(yīng)用中，與同軸類型相比，現(xiàn)代光纜通常具有更低的損耗。

光纜通常纖細(xì)輕巧，并且不受氣候條件和幾種化學(xué)物質(zhì)的影響。這通常允許它們在荒涼的環(huán)境或不利的情況下快速應(yīng)用，在這些情況下，電纜，特別是同軸類型，結(jié)果證明非常無效。

弊

盡管光纖電路具有許多優(yōu)點，但也有一些缺點。

明顯的缺點是電信號不能直接傳輸?shù)焦饫|中，并且在某些情況下，重要的編碼器和解碼器電路的成本和遇到的問題往往非常不兼容。

使用光纖時要記住的關(guān)鍵一點是，它們通常具有指定的最小直徑，當(dāng)它們以更尖銳的曲線扭曲時，會在該彎曲處對電纜造成物理損壞，使其無用。

數(shù)據(jù)表中通常所說的“最小彎曲”半徑通常在大約 50 到 80 毫米之間。

在普通有線電源電纜中，這種彎曲的后果可能微不足道，但是對于光纖電纜來說，即使是很小的緊彎曲也會阻礙光信號的傳播，從而導(dǎo)致劇烈的損耗。

光纖基礎(chǔ)

雖然在我們看來，光纖電纜只是由玻璃絲組成，覆蓋在防光外部套管內(nèi)，但實際上情況比這要先進(jìn)得多。

如今，玻璃絲大多是聚合物的形式，而不是實際的玻璃，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置可能如下圖所示。在這里，我們可以看到具有高折射率的中心核心和折射率降低的外部屏蔽。

內(nèi)絲和外包層相互作用的折射使得光線可以通過有效地跨越電纜的墻壁到墻壁來穿過電纜。

正是這種光線在電纜壁上的反射，使電纜可以像光導(dǎo)一樣運(yùn)行，在拐角和曲線上平穩(wěn)地承載照明。

高階模式光傳播

光反射的角度由電纜的屬性和光的輸入角度決定。在上圖中可以看到光線通過“高階模式”傳播。

低階模式光傳播

但是，您會發(fā)現(xiàn)電纜的光線角度較淺，導(dǎo)致其在角度相當(dāng)寬的電纜壁之間反彈。這個較低的角度允許光線在每次反彈時以相對較遠(yuǎn)的距離通過電纜傳播。

這種形式的光傳輸稱為“低階模式”傳播。這兩種模式的實際意義在于，與在低階模式下傳播的光相比，在高階模式下通過電纜冒險的光需要明顯傳播得更遠(yuǎn)。這會弄臟通過電纜傳輸?shù)男盘?，從而縮小應(yīng)用的頻率范圍。

但是，這僅在極寬帶寬鏈路中相關(guān)。

單模電纜

我們還有“單模式”型電纜，它們僅用于啟用單傳播模式，但實際上并不需要使用本文中詳述的相對較窄帶寬技術(shù)的這種形式的電纜。您可能會進(jìn)一步遇到另一種名為“分級索引”電纜的電纜。

這實際上與前面討論的階梯折射率電纜非常相似，盡管存在從電纜中心附近的高折射率到靠近外部套管的減小值的漸進(jìn)式轉(zhuǎn)換。

這會導(dǎo)致光以與前面解釋的非常相似的方式穿過電纜，但光必須通過彎曲的路線（如下圖所示），而不是通過直線傳播。

光纖尺寸

光纜的典型尺寸為2.2毫米，內(nèi)光纖的平均尺寸約為1毫米。除了連接到相同匹配的電纜的許多系統(tǒng)之外，您還可以找到多個連接器，以便通過這種尺寸的電纜進(jìn)行連接。

普通連接器系統(tǒng)包括一個“插頭”，該“插頭”安裝在電纜的尖端上，并將其保護(hù)到“插座”端子上，該端子通常支架在電路板上，具有用于容納光電管（形成光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)射器或檢測器）的插槽。