Com funcionen realment els cables de comunicacions de fibra òptica?
En el seu lloc més bàsic, un cable de fibra òptica de comunicacions es compon de fils de vidre, com els fils, sobre el diàmetre dels cabells humans, cadascun dels quals pot transmetre missatges modulats sobre ones de llum a la velocitat de la llum. Ofereixen una amplada de banda més gran que el cable de fil de coure i s’han convertit en l’opció de satisfer les exigències d’edat d’Internet on s’han de distribuir grans quantitats de dades (per exemple, aplicacions de streaming) a milers de subscriptors, a quilòmetres de distància i instantàniament. Els cables de fibra òptica no només es troben en sistemes de comunicacions, sinó que també s’utilitzen en xarxes industrials, detecció i aplicacions aviòniques.
El primer pas per comprendre el funcionament de la fibra òptica és comprendre què passa quan envieu llum a l’aire o a l’aigua. La llum viatja com a onada. Quan passa per l’aire, l’onada perd una mica d’energia i es fa més estesa. El resultat és que el feix de llum es fa més ampli i menys intens. Aquesta pèrdua d’intensitat s’anomena atenuació.
Tanmateix, quan la llum entra a l’aigua, no perd energia. En lloc d'això, es doblega al voltant de les molècules d'aigua, facilitant la transmissió de la llum. L’aigua també alenteix la velocitat de la llum per un factor d’1/v2 on v és la velocitat de la llum a l’aigua. Això vol dir que la llum que viatja per l’aigua viatjarà més lluny que si viatgés per l’aire. Les fibres òptiques utilitzen aquests principis per portar dades d’un punt a un altre.
La majoria de les fibres òptiques que s’utilitzen consisteixen en fils de vidre (el nucli) de sílice pura envoltada de material de revestiment de sílice dopada. El nucli és tan petit que només un sol raig de llum a una longitud d’ona particular pot viatjar fins al final. Es diuen fibres d’un sol mode. En aquest disseny, la capa de revestiment té un índex de refracció inferior i actua com un mirall per mantenir el mode dins del nucli. Aquest fenomen es coneix com a reflexió interna total.
El rendiment de les fibres òptiques depèn del bé que puguin transmetre llum. Una forma de mesurar -ho és mesurant la pèrdua de retorn (també anomenada pèrdua d’inserció) de la fibra. La pèrdua de retorn es defineix com la relació entre la potència en la direcció cap endavant i la potència en sentit invers. Si la pèrdua de retorn és alta, es perdrà més llum quan es viatja per la fibra que si la pèrdua de retorn fos baixa.
Avantatges dels cables de fibra òptica
Les fibres òptiques tenen molts avantatges respecte als cables tradicionals de coure:
1. Rendiment de transmissió de gran velocitat
Els suports de fibra òptica transmet senyals a través de polsos de fotons i la seva velocitat de transmissió pot arribar a mil vegades la dels cables de coure (normalment 100+ GBPS), especialment adequat per a escenaris d’aplicació amb requisits estrictes en temps real com ara transmissió de medis de transmissió 4K/8K i serveis de computació en núvol. La fibra òptica d’un sol mode ha aconseguit una taxa de transmissió avançada d’1 petabit/s en entorns de laboratori.
2.
Gràcies a l’aplicació madura de la tecnologia de múltiple de divisió de longitud d’ona (WDM), una fibra òptica única pot portar simultàniament senyals òptiques de diferents longituds d’ona com C-Band (1530-1565 nm) i L-Band (1565-1625 nm). Mitjançant la tecnologia de multiplexació de divisió de longitud d’ona densa (DWDM), es poden aconseguir més de 96 canals de transmissió paral·lela de fibra d’una sola fibra, assolint teòricament centenars de capacitat d’amplada de banda del nivell TBPS.
3.Ultra-baixes característiques de transmissió de pèrdues
La fibra òptica de quars té un coeficient d'atenuació de 0. 2dB/km a la finestra de 1550nm. Amb la tecnologia de fibra dopada amb erbium (EDFA), pot aconseguir una distància de transmissió sense relleus de més de 100 km. En comparació, la pèrdua de cable de coure CAT6A és de 21,3dB per cada 100 metres a 100 MHz.
4. Característiques d’immunitat electromagnètica
La fibra òptica utilitza estructura de guies d’ona dielèctrica de sio₂ per transmetre senyals, que evita fonamentalment la interferència electromagnètica (EMI) i els problemes d’interferència de freqüència de ràdio (RFI) a què s’enfronten els cables de coure. Aquesta característica fa que sigui insubstituïble per al cablejat en entorns electromagnètics forts com ara subestacions d’alta tensió (majors o iguals a 500kV) i sales d’equips d’MRI mèdics.
5. Mecanisme de seguretat de transmissió
El risc de fuites d'informació del sistema de fibra òptica existeix principalment en els equips de terminació. No hi ha radiació electromagnètica durant la transmissió. La tecnologia OTDR pot supervisar l'anomalia de pèrdues òptiques al nivell de 0. 01DB en temps real. Segons l'estàndard NIST SP 800-53, la seguretat de la capa física del canal de fibra òptica arriba al nivell de protecció de la classe III, que supera amb escreix el nivell de classe I de cable de coure.
Tipus de cable de fibra òptica de comunicació
Hi ha 2 tipus bàsics de fibres, mode únic i multimode. La fibra òptica d’un sol mode és més petita en el diàmetre del nucli (8. 3-10 micres) i té avantatges en termes d’ample de banda i d’abast per a distàncies més llargues, mentre que les fibres òptiques multimode tenen diàmetres de nucli més grans (50 micres o més grans) i admeten fàcilment la majoria de les distàncies necessàries a les xarxes empresarials i del centre de dades, a un cost que normalment són les instal·lacions d’un sol mode.
La tecnologia de fibra òptica s’utilitza de moltes maneres en l’actualitat. S'utilitza per transmetre senyals de veu i vídeo, transport de dades de l'ordinador i per enviar informació a llargues distàncies.
Les fibres òptiques s’utilitzen per fabricar endoscopis que permeten als metges veure dins del cos humà i realitzar una cirurgia sense necessitat de procediments invasius del cuir cabellut. Les grans fibres de nucli poden transportar energia làser per facilitar l’eliminació de tatuatges, la neteja de monuments històrics i la potència de sistemes de defensa dirigits per làser.
La detecció de fibra òptica distribuïda (DFOS) permet utilitzar tota la longitud d’una fibra òptica com a dispositiu de detecció. Estructures com les canonades de combustible, els ponts i les ales d’avions poden tenir fibres òptiques incrustades a ells per detectar paràmetres com la tensió, la temperatura o el so i ajudar a garantir la seva integritat estructural.