Glasvezel: hoe werkt het? Waar wordt het voor gebruikt? En meer

Telecommunicatie, oftewel communicatie over lange afstanden, is mogelijk dankzij de verschillende beschikbare transmissielijnen. Een van de meest betrouwbare hiervan is glasvezel. Lees in dit artikel hoe glasvezel werkt en hoe het u in staat stelt om thuis en op kantoor internet te gebruiken en van vele andere voordelen te genieten.

Glasvezel

Optische vezel is een flexibel filament dat over het algemeen is gemaakt van silicium, hoewel er ook optische vezels zijn gemaakt van plastic. Het is een zeer delicaat materiaal, met een diameter die bijna lijkt op die van een haarstreng. Het is transparant, zodat het licht kan doorlaten zonder dat de frequentie van de ene kleur de andere vervormt.

Glasvezel kwam naar voren als een potentiële vervanging voor coaxkabel. Net als koperkabel wordt glasvezel gebruikt om gegevens tussen de twee uiteinden ervan te verzenden, waarbij licht als transportmiddel wordt gebruikt.

Tegenwoordig is glasvezel een van de meest gebruikte communicatiemechanismen. Dit komt omdat de informatie lange afstanden kan afleggen zonder dat er veel, of misschien geen versterkers nodig zijn, zodat het signaal niet verloren gaat. Het heeft ook een hogere bandbreedte of datasnelheid dan koperen kabels.

Onder andere waarom glasvezel wordt gebruikt om koperkabel te vervangen, is dat er minder demping van het signaal per kilometer afgelegde weg is. En een ander voordeel is dat glasvezel immuun is voor elektromagnetische interferentie, dus het is praktisch onmogelijk om de beveiliging te schenden.

Evenzo is het gebruikelijk om glasvezel voor verlichting te vinden. Dit komt doordat het op dit moment via de vezel mogelijk is geweest om het licht met de hoogste intensiteit te leveren van alle vormen van kunstlicht.

De structuur van een optische vezel bestaat uit een kern, de vezel zelf waar de informatie naartoe gaat. De kern is bedekt met een coating, die wordt gekenmerkt door een lagere reflectie-index dan de kern. Dit wordt gedaan met de bedoeling te voorkomen dat de lichtstraal die door de kern reist deze verlaat en de informatie verliest, dat wil zeggen, het is een manier om de informatie in de kern op te sluiten met behulp van het fenomeen reflectie.

Vervolgens wordt de voering omgeven door een mantel, en deze mantel van Kevlar. En tot slot een capuchon, meestal geel of oranje, die het type vezel identificeert. Beide dienen ter bescherming en mechanische stijfheid van de vezel, omdat de vezel anders extreem bros zou worden, zelfs meer dan hij al is.

Binnen de glasvezel kan meer dan één lichtstraal worden gestuurd, omdat er verschillende routes of mogelijke manieren zijn om dit te doen. Dit type optische vezel wordt multimode genoemd en de naam komt van wat het meerdere modi heeft om de lichtstralen tegelijkertijd te verzenden. In plaats daarvan gebruikt single-mode vezel een enkel lineair pad om de lichtstraal door te laten. Fysiek worden ze meestal onderscheiden door de kleur van hun kap, over het algemeen oranje voor multimode en geel voor singlemode.

Bij het splitsen van de optische vezel is het belangrijk om in gedachten te houden dat de uitlijning tussen de kernen uiterst nauwkeurig moet zijn, omdat er anders verliezen zouden zijn als gevolg van valse koppeling. Dit houdt in dat de verbindingen tussen optische vezels complexer zijn dan die in conventionele koperen kabels.

Geschiedenis van glasvezel

In glasvezel zijn er twee fundamentele elementen die vooruitgang hebben opgeleverd om de technologie te bereiken die we vandaag kennen in termen van gegevensoverdracht door licht. Die elementen zijn de optische vezel en het licht dat erin reist. In dit segment reizen we door de geschiedenis van glasvezel en hoe deze zich in de loop van de tijd heeft ontwikkeld.

In het oude Griekenland werd zonlicht dat door spiegels werd weerkaatst gebruikt om berichten te verzenden of het zicht van je vijanden te belemmeren. Ditzelfde systeem werd in 1792 door Claude Chappe toegepast om optische telegrafie toe te passen met torens en spiegels die over 200 km verspreid waren. Hij slaagde erin om in een recordtijd van 16 minuten een bericht te verzenden.

In 1910 waren Demetrius Hondros en Peter Debye de eersten die lichtopvang implementeerden in kabels van glas. Het is merkwaardig dat dit experiment zo lang duurde, want in het jaar 1820 bestonden de vergelijkingen die dit fenomeen vaststelden al.

Dit principe wordt de opsluiting van licht door breking genoemd. Onthoud dat breking een fenomeen is dat ervoor zorgt dat een lichtstraal van richting verandert wanneer deze van de ene transmissielijn naar de andere verandert met verschillende brekingsindices omdat ze verschillende dichtheden hebben.

In de jaren 1840 konden Jean-Daniel Collado en Jacques Babinet dit principe bewijzen. Evenzo merkte John Tyndall in 1870 op dat licht in water kan reizen en dat licht binnen dit medium wordt gebroken. Dankzij deze eerste stappen konden de studies worden uitgevoerd die het potentieel van glas als materiaal bij uitstek voor de transmissie van licht over lange afstanden zouden bevestigen. Aanvankelijk was de toepassing ervan voor de verlichting van waterfonteinen.

Later patenteerde John Logie, een Schotse ingenieur, een elektromechanisch systeem voor kleurentelevisie, waarbij gebruik werd gemaakt van staafjes van glas die licht doorlaten. Dit systeem was niet erg succesvol vanwege de demping die het had vanwege de gebruikte materialen en technieken, waardoor het voor licht niet mogelijk was om grote afstanden af te leggen. Ook had hun systeem geen optische koppelingen.

In 1952 kon de natuurkundige Narinder Singh Kapany, dankzij de eerdere studies van John Tyndall, de uitvinding van de optische vezel doen. Opgemerkt moet worden dat het in de jaren vijftig was toen het onderzoek naar glasvezel werd verdiept. In 1950 vervaardigde Basil Hirschovitz zelfs een semi-flexibele endoscoop met behulp van glasvezel. Hij slaagde erin om afbeeldingen te verzenden en deze endoscoop is een comfortabeler hulpmiddel voor operaties.

De Universiteit van Michigan stelt in haar versie van een semi-flexibele endoscoop het gebruik voor van een materiaal met een lagere brekingsindex dan de kern, in plaats van het gebruik van oliën of was zoals eerder werd gebruikt. Daarnaast werden er ook veel dunnere glasvezeldraden vervaardigd, zoveel als de dikte van een haar. Het licht werd echter gedempt of verloren na 9 meter reizen met deze optische vezel. Het was Charles K. Kao, die in zijn proefschrift presenteerde dat de maximale theoretische demping die optische vezels zouden moeten hebben 20 decibel was om de toepassing ervan mogelijk te maken.

Opnieuw verklaarde Charles K. Kao samen met George Hockham dat het mogelijk was vezels te vervaardigen met een hoger transparantiepercentage. Evenzo waren zij degenen die het gebruik van glasvezel voor de overdracht van telefoonberichten voorstelden in plaats van degenen die ervan overtuigd waren koperen kabels en elektriciteit te gebruiken.

Het was noodzakelijk om de optische vezel te verbeteren, die op dit moment een demping had van 100 dB / km, een kleine bandbreedte en een grote mechanische kwetsbaarheid. Om dit te bereiken, moesten onophoudelijke en diepgaande studies en onderzoeken worden uitgevoerd, waardoor het mogelijk werd om vast te stellen dat de oorzaak van dit niveau van lichtverlies de intrinsieke onzuiverheden waren die in het silicium of glas aanwezig waren.

Het was dankzij deze ontdekking dat vezels werden vervaardigd met een dempingsreductie tot 20 dB / km en met een grotere bandbreedte. Bovendien waren de kernen 100 µm dik, die bedekt waren met Naylondraad om de brekingsindexbasis te respecteren, maar die ook voor een grotere mechanische stijfheid konden zorgen, waardoor het onmogelijk werd om de vezel met de handen te breken.

Het werk van Kao en Hockman vormde de basis voor het onderzoek dat werd uitgevoerd door Robert Maurer, Donald Keck, Peter Schultz en Frank Zimar die de eerste optische vezel met onzuiverheden van titanium voorstelden en produceerden. Deze onzuiverheden werden opzettelijk in het silicium opgenomen om de breking in de vezel te vergroten. Deze vezel liet licht toe om in de optische vezel te reizen met slechts 17 dB / km demping. In datzelfde decennium van 1970 was het mogelijk om optische vezels te vervaardigen met slechts 0.5 dB/km verlies.

Een andere belangrijke vooruitgang in de transmissietechnologie voor lichtgegevens werd gemaakt door de natuurkundigen Morton B. Panish en Izuo Hayashi, die een halfgeleiderlaser ontwikkelden die continu kon werken zonder de temperatuur te verhogen. Samen ontwikkelden John MacChesney en andere medewerkers methoden voor vezelbereiding.

De eerste telefoontransmissie via de transmissielijn vond plaats op 22 april 1977 door het Noord-Amerikaanse bedrijf General Telephone and Electronics en bereikte een snelheid van 6 Mbit/s.

Tegen 1980 waren de vezels zo transparant dat ze signalen door een optische vezel konden sturen voor een pad van wel tweehonderdveertig kilometer voordat ze volledig verloren gingen. Deze vezels ontstonden toen onderzoekers zich realiseerden dat puur silicium zonder metaal alleen gemaakt kon worden met gereedschappen en onderdelen die stoom gebruikten. Dit verhinderde het ontstaan van inherente verontreinigingen in het productieproces.

AT&T diende zijn project voor een glasvezelsysteem op ongeveer 1980 mijl van elkaar in XNUMX in bij de Federal Communications Commission. Dit systeem zou door de steden Boston en Washington DC lopen en deze met elkaar verbinden. Vier jaar na de presentatie van dit project begon het systeem operationeel te worden. Deze kabel had een diameter van tien inch en kon tot tachtigduizend spraakkanalen leveren voor gelijktijdige telefoongesprekken.

De eerste optische vezel die transoceanisch werd geïnstalleerd, werd operationeel in 1988, de transparantie van de kern was zo onberispelijk dat het alleen nodig was om elke veertig mijl optische versterkers te plaatsen. Vervolgens zijn er meer van dit soort verbindingen gemaakt en zijn er uitgebreidere toeren gemaakt tussen steden en continenten.

Door al deze ontwikkelingen kon glasvezel de transparantie blijven verbeteren en kon het worden toegepast voor communicatie in de markt en niet alleen op experimenteel niveau. In feite slaagde General Telephone and Electronics er op 22 april 1977 in om de eerste succesvolle telefoontransmissie te maken met een snelheid van 6 Mbits / s, met behulp van glasvezel als transmissielijn.

Fabricageproces

Het was bij Bell Laboratories dat onafhankelijke methoden voor het vervaardigen van glasvezel werden ontwikkeld. Van daaruit zijn er vier processen voor het vervaardigen van glasvezel

MCVD (gemodificeerde chemische dampafzetting)

Deze methode is oorspronkelijk ontwikkeld door Corning Glass en aangepast door Bell Laboratories voor industriële toepassing. Ze bestaan uit een buis van zuiver kwarts, waarin siliciumdioxide wordt gemengd met andere elementen om het preparaat te dopen. Deze buis wordt vervolgens op een roterende draaibank geplaatst.

Vervolgens wordt het met een waterstof- en zuurstofbrander op temperaturen tot 1600 graden Celsius gebracht. Dit gebeurt door de draaibank te draaien terwijl de kwartsbuis over de gehele lengte wordt verwarmd. Op dit punt worden de additieven toegevoegd, die zullen bijdragen aan een betere brekingsindex in de kern, aan één uiteinde van de buis.

Door de continue onderwerping van de brander worden ook de volgende lagen erin verwerkt. Met deze techniek kan de kern worden gesynthetiseerd. Vervolgens wordt de brander op een temperatuur van 1800 graden Celsius gebracht, de temperatuur waardoor het kwarts zacht wordt en zo de voorvorm verkrijgt.

De preform verwijst naar de glazen staaf of buis die wordt gebruikt om glasvezel te maken. Dat wil zeggen, het is de vaste buis die na deze methode wordt verkregen. Meestal zijn de afmetingen iets meer dan 1 meter lang en 1 centimeter in diameter.

VAD (Damp Axiale Depositie)

Deze techniek is gebaseerd op die van Nippon Telefoon en Telegraaf. Het wordt veel gebruikt in Japan in die bedrijven die zich bezighouden met de productie van glasvezel. Er worden dezelfde basismaterialen gebruikt als bij de MCVD-methode, maar ze verschillen in het feit dat bij deze laatste alleen de kern werd geplaatst. Nu is de voering er ook nog eens bij geplaatst

Daarom is deze methode op het moment van doping wat delicater, aangezien Germaniumdioxide in een grotere verhouding in de kern moet worden opgenomen dan in de coating. Voor deze fabricage wordt een software gebruikt als een essentiële assistent waar de parameters worden vastgesteld.

Met een hulpglasstaaf of -buis begint het voorvormproces. Deze hulpbuis dient als ondersteuning. Het begint met het op een ordelijke manier opnemen van de verschillende materialen vanaf het uiteinde van de cilinder, waardoor de poreuze voorvorm wordt verkregen, die naarmate deze groeit, losraakt van de glazen hulpbuis.

Vervolgens wordt het instortingsproces uitgevoerd, dat bestaat uit het verhogen van de temperatuur tot 1700 graden Celsius om de verweking van het kwarts te bereiken. Dit wordt gedaan om van een inwendig holle poreuze voorvorm naar een solide, transparante cilinder te gaan.

Als we deze methode vergelijken met de vorige, heeft de VAD-methode het voordeel dat preforms met een grotere lengte en grotere diameter worden verkregen, en ook de energie-input wordt verminderd. Het nadeel is echter dat het veel geavanceerdere productieapparatuur vereist.

OVD (buiten dampafzetting)

Deze methode is ontwikkeld door Corning Glass Work. In dit geval begint uw grondstof bij een keramische substraatcilinder en de brander. De dampvormige chloriden worden op het brandervuur geplaatst en het vuur verwarmt de staaf. Op dit punt wordt de synthese van de voorvorm uitgevoerd. Deze procedure bestaat uit het drogen van de staaf door middel van gasvormig chloor, om het instortingsproces later op dezelfde manier uit te voeren als bij de vorige methode. Dit is hoe de kern en de bekleding worden gesynthetiseerd, waardoor de voorvorm wordt verkregen.

Een van de voordelen van deze methode is dat het mogelijk is om optische vezels te vervaardigen met een zeer lage demping en een goede kwaliteit, dankzij de optimalisatie van het droogproces. Deze optimalisatie laat toe om gladde profielen te verkrijgen zonder een belangrijke ringvormige structuur.

PCVD (plasma chemische dampafzetting)

Deze methode is ontwikkeld door het bedrijf Philips in Nederland. Evenzo wordt het gekenmerkt door zijn gladde profielen en zonder herkenbare ringvormige structuur. Het principe van deze foundation is gebaseerd op de oxidatie van Siliciumchloride en Germaniumchloride. Door deze chloriden te roesten, wordt een plasmatoestand bereikt, gevolgd door het doteringsproces van het interieur.

Voorgevormde rekfase

Ongeacht het type methode dat wordt gebruikt, is het bij al deze methoden gebruikelijk dat het rekproces van de voorvorm wordt uitgevoerd. Om het uitrekken van de voorvorm te bereiken, is het noodzakelijk om een open buisoven te hebben. In deze oven wordt de preform geplaatst en onderworpen aan temperaturen tot 2000 graden Celsius, dit om de preform zacht te maken en te kunnen manipuleren.

In dit proces wordt de diameter van de optische vezel bereikt, en het is van het grootste belang om een constante spanning te handhaven zodat de diameter over de lengte van de optische vezel niet varieert. De manier om ervoor te zorgen dat de kern dergelijke variaties in zijn diameter niet heeft, is door een constante uniforme spanning te handhaven. Bovendien moet de afwezigheid van convectiestromen in de oven worden gegarandeerd.

Evenzo is het uiterst belangrijk dat wanneer de voorvorm weer zacht wordt, het binnendringen van middelen die kunnen verontreinigen of microscheuren veroorzaken, wordt vermeden, wat zou leiden tot verlies van demping en zelfs breuk in de optische vezel.

Tijdens dit proces wordt ook kunststof aan de figuur toegevoegd, meestal is het een viskeus polymeer. Het belang van dit polymeer is dat het ervoor zorgt dat de optische vezel met hogere snelheden kan worden uitgerekt. Hierdoor ontstaat een uniforme, onzuiverheidsvrije laag rond de vezel. Ten slotte wordt deze bescherming gedroogd en uitgehard door middel van thermische processen of chemische reacties met ultraviolette straling.

Glasvezeltoepassingen

De vezel heeft een indrukwekkende veelzijdigheid, dus het kan worden toegepast in onder meer digitale communicatie, sieraden, sensoren, verlichting, decoraties. Hier zijn enkele van de meest voorkomende toepassingen van glasvezel en andere.

Glasvezelcommunicatie

De grootste schaal of omvang gebruik van glasvezel is voor telecommunicatie. Door zijn flexibiliteit is het mogelijk om meerdere draden te groeperen tot glasvezelkabels. Meestal zijn de vezels die hiervoor worden gebruikt gemaakt van kunststof of glas, en soms zelfs van beide materialen.

Glasvezelsensoren

Glasvezelsensoren kunnen worden onderscheiden tussen intrinsieke sensoren en extrinsieke sensoren. Intrinsieke sensoren verwijzen naar de figuur zelf als de sensor. Aan de andere kant is de vezel bij extrinsieke sensoren het middel voor het verzenden van de signalen die een sensor uitzendt naar een systeem dat deze signalen verwerkt.

Omdat er geen elektrische stroom in optische vezels circuleert, hebben ze een voordeel ten opzichte van elektrische sensoren. Zelfs het vezelgaren is op zichzelf een uitstekende sensor om onder andere vervormingen, temperatuur, atmosferische druk, vochtigheid, elektrische velden, magnetische velden, gassen, trillingen te meten.

Een andere toepassing van glasvezel bij de toepassing van aquatische microfoons voor de detectie van aardbevingen of golftoepassingen die door een sonar worden gegenereerd. Hiervoor zijn meer dan duizend sensoren gemaakt met glasvezel gebruikt om hydrofone systemen te creëren. Dit type systeem wordt voornamelijk gebruikt door de olie-industrie en defensieorganisaties en sommige landen. Evenzo creëerde het bedrijf Sennheiser uit Duitsland een microfoon die werkt met laserlicht en glasvezel.

In dezelfde zin worden glasvezelsensoren gebruikt die temperatuur en atmosferische druk meten in oliebronnen. Dit soort sensoren zijn bestand tegen extremere omstandigheden in vergelijking met sensoren gemaakt met halfgeleiders.

In de luchtvaart is er een gyroscoop gemaakt van glasvezel, evenals waterstofmicrosensoren.

Deze fotonische sensoren gemaakt van glasvezel bevatten over het algemeen vier fundamentele onderdelen, namelijk:

De sensor: is de transducer?
De ondervrager: wie zendt en ontvangt het signaal afkomstig van de optische vezel.
De optische kabel: het is de optische vezel;
Optische koppelaars, multiplexers, versterkers of schakelaars: de elementen die het optische en elektrische systeem helpen te koppelen zonder het signaal te verliezen, en die verschillende signalen van verschillende bronnen kunnen verwerken.

De werking of werking van dit systeem begint met het genereren van een optisch signaal gecreëerd door de ondervrager, dit om informatie op te vragen bij de ontvanger. Deze informatie gaat door de optische vezel van de sensor. Wanneer het overgaat tot het meten van omgevingscondities zoals gassen, atmosferische druk, temperatuur en andere factoren, is er een variatie in de intensiteit van het licht, of de golflengte wordt beïnvloed en daarom is er een verandering in.

Deze veranderingsvariatie, hetzij in de golflengte of in de intensiteit van het licht, wordt via de optische vezel weer teruggestuurd naar de ondervrager. Vervolgens wordt het variatiepercentage van deze veranderingen geschat. Door verschillende algoritmen en tools toe te passen, zoals opto-elektronische koppelaars, is het mogelijk om optische signalen om te zetten in elektronische signalen, zodat de elektrische systemen aan de uiteinden de informatie kunnen interpreteren, zoals een controle- of weergavesysteem.

Evenzo kunnen er, afhankelijk van de hoeveelheid dataverkeer, zoals die via een internetnetwerk gaan, optische multiplexers, optische schakelaars, optische versterkers of verschillende optische koppelaars op dezelfde manier zijn.

Evenzo kunnen glasvezelsensorsystemen worden geclassificeerd als punt of gedistribueerd.

Optische puntsensorsystemen

Dit type systeem maakt gebruik van gedistribueerde sensoren gedefinieerde posities binnen een sensornetwerk waarmee de parameters afzonderlijk kunnen worden bewaakt. Daarom maken puntsystemen het mogelijk om meer parameters tegelijk te meten. In tegenstelling tot gedistribueerde systemen kan de bewaking van puntensystemen tot 250 km beslaan.

Gedistribueerde optische sensorsystemen

In dit geval zijn de metingen en detecties van variatie van de optische parameter die de ondervrager ontvangt, afkomstig van de gegevens die zijn verkregen langs de gehele optische vezel. Dit biedt een voordeel, aangezien het een zone van een vezeloptische streng is die wordt gebruikt als de vertaler van het systeem. Het gedistribueerde optische systeem kan een bereik van 120 km overspannen.

Verlichting

De eerste toepassingen die glasvezel had waren juist de verlichting van ruimtes. Zelfs vandaag de dag bestaat deze toepassing nog steeds voor glasvezel. Dit komt door het feit dat de optische vezel het mogelijk maakt om gebieden te verlichten zonder warmte te genereren en zonder risico op kortsluiting, aangezien de optische vezel is ontworpen voor de transmissie van lichtstralen.

Het is zelfs mogelijk, door de frequentie aan te passen, de kleur van de verlichting te veranderen. Dit is bijvoorbeeld erg handig als er verlichting in een lamp wordt gebruikt, aangezien het mogelijk is om van kleur te veranderen zonder de lamp te hoeven wisselen.

Evenzo is het mogelijk om de verlichtingsgebieden uit te breiden, aangezien het mogelijk is om verschillende optische vezels op meerdere plaatsen te positioneren, met behulp van een enkele lichtbron.

Meer gebruik van glasvezel

Het wordt gebruikt als een golfgeleider voor lichtstralen die worden uitgestraald door medische of industriële apparatuur die gebieden moet verlichten waar de zichtlijn niet direct of gemakkelijk toegankelijk is.

We kunnen als voorbeeld de semi-flexibele endoscoop gebruiken die in de geneeskunde wordt gebruikt, die glasvezel gebruikt in combinatie met lenzen om het inwendige van de organen te kunnen visualiseren zonder dat er zeer invasieve operaties nodig zijn. In het geval van industrieën, om apparatuur zoals turbines te inspecteren.

In feite wordt glasvezel momenteel gebruikt als decoratieve elementen, zoals het geval is bij kerstbomen die optische vezels in hun takken hebben die de boom verlichten, en het is ook mogelijk om hun kleur te variëren.

Een ander voorbeeld van de toepassing in glasvezel is degene die wordt toegepast in bepaalde gebouwen, die natuurlijk licht van hun daken opvangen en dankzij glasvezel kan dit licht naar de interne ruimtes van het gebouw reizen.

En tot slot, vandaag is er een mengsel tussen beton en glasvezel dat resulteert in een doorschijnend beton. Dit materiaal is gemaakt door de architect Ron Losonczi en het verbazingwekkende van dit beton is dat het nog steeds de sterkte van beton kan hebben en bovendien de kwaliteit van glasvezel om licht door te laten.

Glasvezel kenmerken:

Optische vezel is een diëlektrische transmissielijn die werkt binnen het elektromagnetische spectrum in de optische band. In deze optische band kunnen we de kleuren vinden, maar er is ook de nabij-infraroodband en de infraroodband. In glasvezel wordt meestal een deel van deze frequenties gebruikt.

Elke glasvezelstreng heeft een kern in het midden van plastic of glas, dat wil zeggen silicium en germaniumoxide. Deze kern heeft een hoge brekingsindex en is bedekt met een coating met een lagere brekingsindex. Hierdoor kan het licht alleen door de kern reizen en niet naar buiten ontsnappen. Het is gebruikelijk dat deze coatinglaag is gemaakt van een polymeer of kunststof.

Dit verschil tussen brekingsindices die tussen de kern en de bekleding moeten bestaan, is te wijten aan de principes van breking van licht. Dit principe stelt dat wanneer een oppervlak met een bepaalde brekingsindex grenst aan een ander oppervlak met een lagere brekingsindex, het licht wordt gereflecteerd en, hoe groter het verschil tussen deze indices, hoe groter de invalshoek, dus er zal een totale interne reflectie zijn .

Bij optische vezels wordt het licht teruggekaatst of gereflecteerd in de kern, en deze reflectiehoeken zijn erg groot, dus het kan praktisch worden aangenomen dat het licht in een rechte lijn door het centrum reist, waardoor het op grote afstanden kan reizen zonder vervagen.

Glasvezelprestaties

De wetten van optische geometrie zijn de wetten die de werking en basisprincipes van de werking van optische vezels bepalen. De optische vezel wordt voornamelijk gereguleerd door de brekingswet volgens het principe van totale interne reflectie.

De lichtbundels worden doorgelaten door de kern van de optische vezel, ik heb het verschil in de brekingsindices gegeven, deze bundel kan niet door de bekleding gaan maar wordt er daadwerkelijk op gereflecteerd en blijft zich door de kern voortplanten.

Vervolgens presenteren we de voor- en nadelen van glasvezeltechnologie.

Voordelen

Het heeft een zeer grote bandbreedte, waardoor zeer hoge transmissiesnelheden mogelijk zijn
Het is een minimalistische technologie, dat wil zeggen, het neemt heel weinig ruimte in beslag.
Hij is licht, want hij weegt maar een paar gram per kilometer. In tegenstelling tot de elektrische kabel die zelfs 9 keer meer kan wegen dan glasvezel.
Het is volledig immuun voor elektromagnetische besmetting. Het heeft dus een transmissiekwaliteit die superieur is aan conventionele lijnen, omdat het niet wordt gestoord door bijvoorbeeld externe kortsluitingen of onweer.
Juist omdat het storingsvrij is, garandeert glasvezel een hoge mate van informatiebeveiliging. Dit komt omdat de enige manier om in het glasvezeltransmissiesysteem te komen, is door het te verzwakken en zelfs te onderbreken, waardoor het gemakkelijk detecteerbaar wordt.
Het veroorzaakt geen interferentie met andere systemen.
Het wordt niet beïnvloed door parasitaire signalen, dus in systemen zoals de metro, waar systemen zijn die de communicatie gemakkelijk kunnen verstoren, wordt glasvezel het alternatief bij uitstek.
De demping is aanzienlijk klein in vergelijking met conventionele kabels, dus het is mogelijk om lange afstanden af te leggen zonder dat actieve elementen zoals versterkers nodig zijn om het signaal te behouden.
Afhankelijk van de materialen waarmee de mantel en kap zijn vervaardigd, kan de optische vezel een goede mechanische weerstand hebben.
Het is bestand tegen corrosie.
Het heeft een systeem genaamd optische reflectrometrie waarmee u gemakkelijk zwakke punten of vezels langs de route kunt detecteren.

Nadelen

Omdat we alle voordelen van glasvezel presenteren, gaan we verder met het presenteren van de nadelen van deze technologie in vergelijking met andere transmissielijnen.

Hoge breekbaarheid van vezels.
Het vereist duurdere zend- en ontvangstapparatuur.
Verbindingen gemaakt met glasvezel zijn ingewikkelder, vooral in het veld, dus reparaties zijn moeilijker.
Omdat het geen elektriciteit kan verzenden, is het niet direct compatibel met eindsystemen, die over het algemeen elektronisch zijn.
Het kan geen zeer hoge vermogens overbrengen.
Het kan geen informatie optisch opslaan.
Het wordt beïnvloed door hoge of lage temperaturen, dus de mantel en coating moeten temperatuurbestendige materialen zijn.
Trillingen kunnen de gegevensoverdracht correct beïnvloeden.

Soorten glasvezel

Binnen de kern van de optische vezel zijn er verschillende paden die de lichtstraal kan volgen. Elk van deze paden wordt een voortplantingsmodus genoemd. Optische vezel kan worden geclassificeerd als multimode of singlemode vezel.

Multimode vezel

Multimode-vezel verwijst naar een vezel waarin licht door meer dan één pad of modus kan reizen. Een enkele streng multimode-vezel kan tot 1000 wijzen van voortplanting van de lichtstralen hebben. Dit houdt in dat de lichtstralen niet gelijktijdig aankomen. Dit type vezel wordt over het algemeen gebruikt over korte afstanden, ongeveer afstanden van minder dan 2 kilometer.

De brekingsindex van de kern van een multimode vezel is iets hoger dan de brekingsindex van de bekleding. Bovendien is de dikte van de kern van een multimode-vezel groter dan die van een singlemode-vezel, waardoor deze gemakkelijker kan worden aangesloten omdat deze niet zo'n exacte precisie vereist.

Multimode-vezel kan op zijn beurt worden ingedeeld in twee vormen, afhankelijk van het type brekingsindex van de kern, namelijk:

Stapindex : In dit geval is de brekingsindex constant over de gehele lengte van de kern, wat resulteert in een hoge modale dispersie.

Gegradueerde index : In dit geval is de kern opgebouwd uit verschillende materialen, waardoor de brekingsindex niet constant is over de gehele lengte van de vezel en er dus minder modale dispersie optreedt.

Evenzo geeft de norm die is vastgesteld in ISO 11801 de classificatie van multimode optische vezel aan volgens de bandbreedte en de te gebruiken lichtbron, om te zeggen of het multimode op laser of multimode op led-licht is.

OM1: Glasvezel 62.5 / 125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit/s), LED.
OM2: Glasvezel 50 / 125 µm, 1 Gigabit (1 Gbit/s), LED.
OM3: Glasvezel 50/125 µm, 10 Gigabit (300 m), Laser.

Singlemode vezel

Zoals we eerder hebben uitgelegd, wordt de term modus gebruikt om het aantal banen aan te geven dat de lichtbundels kunnen hebben. In single-mode glasvezel is er maar één modus waar licht doorheen kan. Dit betekent dan dat de diameter van de kern kleiner is. Evenzo reist licht theoretisch door het midden van de vezel, in tegenstelling tot multimode die tegen de wanden van de kern weerkaatst. Dit type glasvezel wordt voornamelijk gebruikt voor langeafstandsroutes.

Losse structuurkabel

Het is ook mogelijk om optische vezels te classificeren op basis van hun ontwerp, en er zijn ook twee soorten optische vezels volgens deze classificatie.

Dit type vezel kan zowel binnen als buiten worden toegepast en bestaat uit meerdere vezelstrengen die in groepen zijn verdeeld en die worden ingebracht in buizen die een centrale wapening omringen en die op hun beurt worden afgedekt door een beschermende mantel.

De term losse structuur komt van het feit dat de glasvezeldraden losjes in de buizen zitten waardoor ze worden geleid. Deze buis kan hol zijn of een hydrofoob materiaal aan de binnenkant hebben, zodat deze dient als bescherming voor de optische vezel tegen vocht.

Bovendien moest het los zitten, hierdoor kan de optische vezel worden geïsoleerd van de externe mechanische krachten die op de kabel worden uitgeoefend.

De middenbeugel is over het algemeen flexibel en geeft de kabel stevigheid. Het kan gemaakt zijn van metaal of diëlektrisch materiaal.

Strakke structuurkabel

Deze kabel heeft voornamelijk toepassingen voor het interieur van gebouwen, omdat hij flexibeler is en kleinere buigradii mogelijk maakt dan kabels met losse structuur.

Deze kabel bestaat uit de vereniging van verschillende glasvezelstrengen die afzonderlijk een mantel en een mantel hebben. Deze draden omringen een centraal stuk en deze hele set wordt op zijn beurt beschermd door een externe laag. De naam komt van het feit dat alle vezeldraden erg strak zijn, wat een goede fysieke ondersteuning biedt.

Glasvezelcomponenten

In een glasvezelcommunicatiesysteem zijn er enkele componenten die nodig zijn om de transmissie succesvol te laten zijn. Deze componenten omvatten onder andere optische zenders, optische detectoren, glasvezelconnectoren of -terminals.

optische zenders

Dit zijn de elementen die verantwoordelijk zijn voor het omzetten van de informatie of gegevens die afkomstig zijn van een elektronische bron naar optische gegevens of lichtstralen. Om dit te bereiken, gebruikt de zender elektronen met een bepaalde frequentie om te worden geëxciteerd in materialen zoals silicium, waarbij vaak lichtstralen worden gegenereerd, fotonen genaamd, in de vorm van energie. Fotonen zijn het elementaire kwantumdeeltje van licht. De zender heeft intern een modulator die de functie vervult van het omzetten van elektronische energie in optische energie.

Straalzenders

In optische zenders zijn er twee soorten zenders die optische signalen uitzenden, namelijk:

LEDs.

Het is een diode die licht uitstraalt, of Light Emitting Diode. Dit type lichtzender wordt voornamelijk gebruikt in multimode glasvezel vanwege het gebruiksgemak en de levensduur. Hoewel het belangrijk is op te merken dat dit type licht niet in staat is om lange afstanden af te leggen, wordt het dus gebruikt voor korte afstanden omdat ze de functie vervullen en de kosten verlagen.

Lasers

Het is de versterkte gestimuleerde spontane straling van licht. Het straalt zeer coherent licht uit en gebruikt halfgeleiders voor lichtemissie. laserlicht kan worden gebruikt in multimode-vezels en in single-mode-vezels, hoewel ze over het algemeen alleen in single-mode-vezels worden gebruikt, omdat hun circuits complexer en daarom duurder zijn. De levensduur van de laser, hoewel lang, ligt meestal onder het gemiddelde van de LED's.

Elektrische lichtstroomomvormers

Bij glasvezeltransmissies is het noodzakelijk om een element te hebben dat de aanwezigheid van fotonen detecteert. Meestal is het een fotodiode die verantwoordelijk is voor de omzetting van optische signalen naar elektronische signalen. Dit wordt bereikt door de aan- of afwezigheid van licht te vertalen naar signalen met hoogte- en dieptepunten of enen en nullen.

En ze worden ook toegepast voor het omgekeerde proces, dat wil zeggen om elektrische signalen om te zetten in optische signalen. Ook al is het mogelijk om licht om te zetten in elektrische signalen, en deze zenden een bepaald vermogen uit, het is niet voldoende om de eindapparatuur van stroom te voorzien. Deze eindapparatuur is meestal elektrisch, dus een alternatieve stroombron is bijna altijd vereist.

Zoals we eerder vermeldden, bestaan deze opto-elektrische omvormers meestal uit een fotodiode of een halfgeleider. Om de juiste werking van deze halfgeleiders te garanderen, moeten er bepaalde voorwaarden zijn, namelijk:

Als er geen licht is, mag de tegenstroom niet erg hoog zijn om zeer zwakke optische signalen te kunnen detecteren.
Het moet een grote bandbreedte hebben om reactiesnelheid te kunnen bieden.
De geluidsniveaus die door deze halfgeleiders worden gegenereerd, moeten minimaal zijn.

Op hun beurt zijn er twee soorten detectoren, PIN-fotodiodes en APD-lawinefotodiodes.

PIN-detectoren

Dit type detectoren bestaat uit een halfgeleider die is samengesteld uit drie lagen, de twee buitenste lagen zijn een van het type P en een van het type N en die in het midden is een intrinsieke halfgeleider. Dit is waar de naam van de pincode vandaan komt. Dit intrinsieke materiaal wordt in de praktijk meestal geplaatst als een verlengstuk van materiaal P of materiaal N.

APD-detectoren

Dit zijn lawinehalfgeleiders. Deze fotodiodes, wanneer er een sperspanning op wordt toegepast, genereren een stroomversterking. De werking van deze halfgeleider lawinedetectoren bestaat erin een elektron te laten reizen en een atoom te ontmoeten zodat het een ander elektron kan vrijgeven. De reden dat lawinehalfgeleiders worden gebruikt, is omdat dit verzonden elektron nodig is om voldoende energie te verwerken.

APD-detectoren kunnen worden ingedeeld in drie typen, afhankelijk van het materiaal waarvan ze zijn gemaakt:

Silicium detectoren

Dit soort detectoren hebben hoge prestaties en genereren een laag geluidsniveau. De voeding van dit type detectoren ligt binnen het bereik van 200 V tot 300 V

Germaniumdetectoren

Over het algemeen werkt het met golflengten binnen het bereik van 1000 en 1300 nm, hoewel de prestaties iets lager zijn.

Detectoren andere materialen

Deze detectoren zijn samengesteld uit materialen of chemicaliën die zich in de groepen III en V van het periodiek systeem bevinden.

Soorten glasvezelpolijsten:

De soorten polijsten zijn afhankelijk van de connectoren die zich aan de uiteinden van de optische vezel bevinden, ze kunnen worden geclassificeerd op basis van hun type polijsten. Dit type polijsten is afhankelijk van de manier waarop het is aangesloten.

Plat : door deze polijstmethode worden de uiteinden van de vezel glad en loodrecht op de as, dat wil zeggen volledig plat.

PC (Physical Contact) : De vezels eindigen in een convexe vorm, waardoor de kernen van beide vezels met elkaar in contact komen.

SPC (Super PC) : Deze is vergelijkbaar met de PSP, maar de randen zijn iets afgevlakt waardoor er een driehoekige vorm ontstaat zonder punt in het midden, en het geheel plat blijft.

UPC (Ultra PC): Dit is hetzelfde als SPC, maar de randen zijn verder opgetrokken, waardoor alleen het midden van de vezel plat is.

Verbeterde UPC: Dit is een verfijndere versie dan de vorige, dus het contact moet uiterst nauwkeurig zijn.

APC (Angled PC): Bij dit type polijsten wordt een profiel met een bepaalde hoek gecreëerd. Deze hoek zorgt voor een nauwkeuriger fysiek contact tussen de kernen van beide onderdelen.

Glasvezelconnectoren

Connectoren zijn de componenten waarmee glasvezelkabels kunnen worden aangesloten op eindapparatuur. Deze eindapparatuur heeft computercommunicatiepoorten voor glasvezelverbindingen. Afhankelijk van het type poort wordt een specifiek type connector gebruikt om de glasvezel aan te sluiten. Dit werkt vergelijkbaar met conventionele kabels; coaxkabels hebben bijvoorbeeld verschillende soorten connectoren, elk met een specifieke functie.

De soorten connectoren voor glasvezel zijn in het kort:

FC
FDDI
LC en MT-array
SC en SC-duplex
ST of BFOC

De connectoren die veel worden gebruikt in glasvezel, specifiek voor lokale netwerken, zijn de ST-, LC-, FC- en SC-connectoren.

Optische vezeldraden

Een glasvezelkabel bestaat uit de groep van meerdere optische vezels waardoor verschillende signalen worden gezien. Elke glasvezel kan grote hoeveelheden gegevens uit verschillende bronnen verzenden, dus een glasvezelkabel kan tegelijkertijd informatie van verschillende diensten verzenden.

Glasvezelkabels zijn het meest haalbare alternatief voor de vervanging van coaxkabels in de telecommunicatie-industrie en de elektronica-industrie. Zelfs een kabel met 8 optische vezels is nog steeds aanzienlijk kleiner dan conventionele kabels. Een glasvezelkabel heeft de capaciteit om de informatie te verzenden die gelijk is aan die van 60 koperkabels van 1623 paren of 4 coaxkabels van 8 buizen. Bovendien kan glasvezel informatie over grotere afstanden verzenden zonder dat er zoveel repeaters of versterkers hoeven te worden geplaatst als bij het gebruik van koperen kabels.

Het is ook belangrijk om het verschil in gewicht te benadrukken dat bestaat tussen de glasvezelkabel en de koperen kabel. Zo kan een 8-vezel glasvezelkabel slechts 30 kg per kilometer wegen, terwijl coaxkabel tot 45 kg per kilometer kan wegen. En evenzo maakt glasvezel een enkele rit van 2 tot 4 kilometer van elkaar mogelijk. In het geval van coaxkabels zijn alleen trajecten van 250 tot 300 meter mogelijk.

Het is echter ook waar dat optische vezels een extra coating en andere elementen nodig hebben die de installatie versterken. Dit wordt gedaan om het leggen niet in gevaar te brengen en in de toekomst kunnen breuken optreden vanwege hun kwetsbaarheid.

Kabelkenmerken:

Deze glasvezelkabels hebben verschillende functies. In de eerste plaats kunnen we vermelden dat het fungeert als een element dat de interne optische vezels beschermt, zodat ze geen schade of breuken oplopen die kunnen optreden tijdens de installatie van de kabel of tijdens de gebruiksduur, die doorgaans 20 jaar is .

Ten tweede verschaffen glasvezelkabels mechanische stijfheid aan de interne optische vezel, zodat deze bestand is tegen torsie-omstandigheden door trekcompressie en de omgevingsfactoren waaraan het kan worden blootgesteld. Daarom zijn er naast de kabel ook andere elementen verwerkt om de optische vezel te versterken en te isoleren van deze externe factoren en krachten waaraan deze wordt blootgesteld.

Deze kabels kunnen een ondergrondse, onderzeese of transoceanische of luchtinstallatie hebben. Een van de meest kritische punten van een systeem met glasvezelkabels is het moment van installatie en daarom worden bepaalde elementen gebruikt om de glasvezel te beschermen tegen beschadiging.

Ontwerp en elementen van glasvezelkabels

De rol die een glasvezelkabel zal spelen, is bepalend voor de structuur ervan. Maar zelfs wanneer ze voor verschillende functies kunnen worden toegepast, hebben alle glasvezelkabels veel elementen gemeen, namelijk de secundaire coating, de interne vezels, de elementen die bijdragen aan de versterking en structuur van de kabel, de mantel die alle vezelgarens en vochtisolerende materialen. Secundaire coatings kunnen worden onderverdeeld in drie soorten:

Nauwsluitende voering

Deze voering is over het algemeen een stevige ringvormige kroon die is gemaakt van nylon of polyester die de primaire voering bedekt. Daarom vergroot deze secundaire coating de uiteindelijke diameter van de optische vezel. De functie van deze coating is om bescherming te bieden tegen microbochten die in de optische vezel kunnen voorkomen. Hoewel deze coating beschermt tegen deze bochten, is het echter belangrijk om waakzaam te zijn bij het installeren van de glasvezel, omdat ze nog kunnen optreden op het moment van installatie.

Holle losse voering

Deze liner heeft een overmaatse ruimte, die bestaat uit een holle buis die is gemaakt van metaal en gecombineerd met kunststof. Dit maakt deze buis een hard materiaal, maar tegelijkertijd flexibel. Het doel van het maken van een overmaatse bekleding is dat het de optische vezel beschermt tegen trillingen, temperaturen en mechanische krachten.

Losse voering met vulling

Het is dezelfde coating als hierboven genoemd, maar aan de binnenkant wordt een materiaal geïntroduceerd dat vocht kan isoleren. Door een hydrofoob materiaal aan de binnenkant te introduceren, wordt voorkomen dat water de optische vezel bereikt. Naast bescherming tegen trillingen en andere omgevingsfactoren, is het ook bestand tegen bepaalde temperaturen. Het is gebruikelijk dat materialen worden gebruikt die zijn afgeleid van aardolie of siliconen.

Structurele elementen

Deze elementen zijn de structuren die als centrale geleider dienen voor het pad dat de optische vezel moet volgen. Optische vezel wordt ofwel langs deze structuur verdeeld of eromheen gevlochten. Over het algemeen hebben deze structuren kanalen of groeven die dienen als extra geleider voor de optische vezel.

Versterkende elementen

Zoals hun naam al aangeeft, is het hun missie om de glasvezelkabel extra te versterken om de trekkrachten waaraan de vezels kunnen worden blootgesteld zoveel mogelijk te isoleren en bovendien is er geen significante rek die zou kunnen kernrupturen veroorzaken. Naast bescherming tegen rek, beschermt het ook glasvezelkabels tegen knikken en trillingen. De meest gebruikte materialen voor wapeningsconstructies zijn Kevlar-glasvezel en staal, omdat het flexibele materialen zijn maar ook een stevigheid hebben.

schede

Alle glasvezelkabels hebben een mantel die meestal van plastic is gemaakt. Deze mantel is de buitenste laag van de glasvezelkabel en heeft als functie om de kern te beschermen tegen externe factoren, krachten en verschijnselen, zoals vochtigheid, temperatuur en trillingen.

De materialen waaruit onze hoezen zullen bestaan, variëren afhankelijk van hun installatie en toepassing, bijvoorbeeld de optische kabels die interoceanisch zijn, moeten bescherming bieden tegen vochtigheid, atmosferische druk en zelfs tegen haaienbeten. Als het een glasvezelkabel is die in de lucht wordt geïnstalleerd, dan moet de mantel de kern beschermen tegen trillingen en knikken die worden gegenereerd door de wind, maar ook tegen temperaturen en vochtigheid. Of als de installatie uiteindelijk ondergronds zal zijn, dan moet de afdekking iets zwaarder zijn om schokken en druk te weerstaan, bijvoorbeeld bij autoverkeer.

Splicing technieken

Het is gebruikelijk dat bij zeer grote runs, tot meer dan 120 kilometer, splitsingen tussen vezels moeten worden gemaakt, aangezien er nauwelijks een continue vezel is die deze lengte heeft. En zelfs in het geval van een breuk, is het noodzakelijk om dit soort reparaties uit te voeren.

De verschillende soorten splitsingen die er zijn, zijn de volgende:

Mechanische verbinding

Dit type las bestaat uit een soort huls waarin de twee vezels worden ingebracht en een mechanische draai wordt gemaakt om de twee kernen met elkaar te verbinden. Deze splitsingen worden over het algemeen gebruikt op tijdelijke basis of wanneer fusiesplitsing niet nodig wordt geacht. De verliezen die verband houden met deze splitsingstijd zijn in de orde van 0,5 dB.

Verbinden met lijmen

In dit geval wordt een speciale transparante lijm aangebracht waarmee de twee uiteinden van de vezel kunnen worden verbonden en deze verbinding wordt beschermd met een soort externe versterking. Het heeft verliezen van 0.2 dB, maar het is meestal niet erg betrouwbaar omdat de lijm de neiging kan hebben om weer af te pellen.

Fusion-splitsing

Een tool genaamd een fusion splicer wordt gebruikt waar meer delicaat en precisiewerk wordt gedaan. Bij dit werk moet de operator de vezel vooraf voorbereiden voordat de uiteinden in deze lasmachine worden ingevoerd. Deze tool heeft de mogelijkheid om te visualiseren of de uiteinden een vervuilend middel hebben of dat een fijnere polijsting nodig is, of dat er een betere uitlijning tussen de vezels moet zijn. Als aan al deze vereisten wordt voldaan, gaat het verder met het verwarmen van alleen dat gebied, waarbij de vezel smelt en zo de kernen verbindt. De verliezen van deze splitsing zijn 0.02 dB.

Verzwakking in glasvezelkabels

De term demping betekent de vermogensverliezen die optreden in de transmissielijn. De meeteenheid is de decibel (dB). In glasvezel zijn er verschillende redenen waarom demping optreedt in de kabel. Er zijn twee soorten verliezen, namelijk intrinsiek verlies of verlies en extrinsiek verlies.

Intrinsieke verzwakkingen zijn die die worden gegenereerd door de chemische samenstelling en andere factoren van de vervaardiging ervan. Dat wil zeggen, die oorzaken die deel uitmaken van de samenstelling van silicium en germanium en van de draadproductieprocessen. Hoezeer de processen ook kunnen blijven verbeteren, het zal niet mogelijk zijn om een vezelgaren te bereiken zonder verzwakking.

Aan de andere kant zijn extrinsieke dempingen die worden gegenereerd door externe factoren, zoals onzuiverheden, slechte verbindingen, onjuist polijsten van hun profielen, verbindingen, enz. Deze demping is of verliezen kunnen op hun beurt als volgt worden ingedeeld:

Absorptieverliezen

Dit type verzwakking treedt op wanneer er onzuiverheden in de vezel aanwezig zijn. Deze onzuiverheden absorberen of onderbreken de doorgang van licht. Deze absorptie zet licht meestal om in warmte-energie, waardoor verliezen van 1 tot 1000 dB / km ontstaan.

Verlies van Rayleigh

Wanneer de optische vezel wordt vervaardigd, is er een moment van afkoeling dat de vezel niet in een vloeibare en vaste toestand is, en het is mogelijk dat er een verkeerde spanning wordt uitgeoefend wanneer deze wordt uitgerekt, dit kan microscopische onregelmatigheden veroorzaken. Deze onregelmatigheden veroorzaken de diffractie van de lichtstralen wanneer ze er doorheen gaan.

Dispersies

Dispersie treedt op wanneer er een variatie is in de brekingsindex en daarom wordt het licht op een andere manier gebroken dan verwacht, dit gebeurt door microscheurtjes in de vezel, verontreinigende stoffen of intrinsieke redenen van de vezel.

Intermodale spreiding

Dit type verstrooiing treedt op wanneer er een verschil is in de voortplantingstijd van het licht wanneer ze verschillende routes nemen binnen de kern van de vezel. Het kan ook bekend zijn onder de naam modale dispersie. Dit type dispersie komt alleen voor in multimode vezels.

Chromatische dispersie van het materiaal: dit is het resultaat van de verschillende golflengten van licht die zich met verschillende snelheden door een bepaald medium voortplanten.

Chromatische spreiding van de golfgeleider: Het is een functie van de bandbreedte van het informatiesignaal en de configuratie van de gids is over het algemeen kleiner dan de vorige spreiding en kan daarom worden verwaarloosd.

stralingsverliezen

Deze verliezen ontstaan door knikken of bochten in de glasvezelkabel. Dit gebeurt meestal op het moment van installatie of wanneer er bochten optreden in het pad van de glasvezel.

Koppelverliezen

Bij het splitsen of bij aansluitpunten waar connectoren nodig zijn, zal er altijd demping zijn. Deze dempingen zijn meestal laag, maar niet verwaarloosbaar. Zoals wanneer er een onjuiste uitlijning is tussen de kernen, maar dit moet worden gecorrigeerd om de terugkeer van golven te voorkomen.

Glasvezel werkende ramen

Met deze werkvensters kunnen we profiteren van een deel van de infrarode lichtband van het elektromagnetische spectrum. In dit geval zijn het vensters waarin de golflengten in de orde van nanometers liggen. Bij verschillende gelegenheden is aangetoond dat bij het werken in deze werkvensters er minder demping is. Concreet zijn er drie vensters:

1e werkvenster: de golflengte is in de orde van negenhonderdtachtig nanometer.
2e werkvenster: in dit geval is de golflengte XNUMX nanometer.
3e werkvenster: de golflengte is in de orde van vijfhonderdvijftig nanometer. Dit laatste venster is verdeeld in de S-band, C-band en L-band.

Glasvezelverbindingen

Er zijn twee vormen van glasvezelverbindingen in een netwerksysteem. Deze topologieën zijn point-to-point-netwerken en point-to-multipoint-netwerken.

Point-to-point-netwerken zijn die waar een knooppunt wordt gegenereerd vanuit de bron van de informatie rechtstreeks naar de bedrijven, thuis of gebruikers die de service nodig hebben. Met andere woorden, er is geen tussenpersoon of ander knooppunt op het netwerk tussen de gebruiker en de dienst.

Point-to-multipoint-netwerken zijn netwerken die een splitter of optische scheiders nodig hebben, vergelijkbaar met die voor televisie waarmee we verschillende televisies kunnen aansluiten, zelfs als het kabelbedrijf alleen een coaxkabel levert. Vervolgens komt uit de emitter een optische vezel die het signaal via de optische splitters verdeelt over twee, vier, zes en maximaal acht gebruikers. In zeer brede netwerken wordt een van deze acht divisies genomen om een andere optische splitter in het netwerk op te nemen die nog eens 8 gebruikers kan voeden. Deze divisies hebben echter een limiet en vereisen versterkers op hun pad.

optische versterkers

Ze bestaan nog steeds uit optische vezels, maar tijdens het fabricageproces worden ze gedoteerd met verschillende chemische componenten, vooral zeldzame aardmetalen. Een van de meest gebruikte glasvezelversterkers is erbiumdoping.

Deze versterker wordt vaak gevonden als EDFA vanwege de afkorting in het Engels. Deze versterker werkt in het derde werkvenster, met name in de C-band en de L-band, maar kan ook in de S-band werken, maar daarvoor zijn andere middelen of extra chemische componenten nodig.

De versterking die het aan het optische signaal geeft, kan van vijftien tot veertig decibel zijn. Het bestaat meestal uit een optische vezel die is opgeslagen in een rechthoekige behuizing en kan tien tot zestig meter lang gedoteerde vezel hebben.

Overzicht

Glasvezel is een transmissiemedium dat gegevens door lichtstralen stuurt. De principes waarop de optische vezel is gebaseerd, liggen in de wetten van de optische geometrie, vooral in de brekingswet.

In het begin werden verschillende onderzoeken uitgevoerd die elkaar aanvullen totdat het mogelijk was om de optische vezel te ontwikkelen die vandaag bekend is. In deze onderzoeken werd vastgesteld dat de transparantie van de vezel of kerndraad essentieel was om demping te verminderen en de minimale verliezen te bereiken die vandaag de dag 0.02dB/Km zijn.

Veelgebruikte componenten van optische vezels zijn siliciumoxide en germanium. De bekledingscomponenten die de kern bedekken, zijn over het algemeen een soort plastic. Dan komt een mantel die mechanische stijfheid biedt die kan worden gemaakt van nylon of kevlar, en tot slot een plastic mantel die de hele kabel beschermt en de vezel isoleert van externe middelen.

Er zijn verschillende productiemethoden, namelijk:

MCVD (gemodificeerde chemische dampafzetting)
VAD (Damp Axiale Depositie)
OVD (buiten dampafzetting)
PCVD (plasma chemische dampafzetting)

Ongeacht het type methode dat wordt gebruikt, is het bij al deze methoden gebruikelijk dat het rekproces van de voorvorm wordt uitgevoerd.

De toepassingen van glasvezel zijn divers. In communicatie werden ze een van de middelen of transmissielijnen bij uitstek, vanwege hun grote bandbreedte en de transmissiesnelheid die het kan bereiken, en de betrouwbaarheid of veiligheid van de informatie die dit systeem biedt. In sensoren waarmee omstandigheden of parameters kunnen worden gedetecteerd, zoals: temperatuur, vochtigheid, atmosferische druk en zelfs voor sonarsystemen.

Het wordt ook gebruikt voor verlichting, zoals de flexibele endoscoop die glasvezel gebruikt als middel om het licht te geleiden om organen te verlichten en om op een comfortabelere manier minder ingrijpende of preciezere operaties uit te kunnen voeren. Evenzo voor decoratieve effecten zoals kerstbomen.

Het is mogelijk om de kleuren die een optische vezel weergeeft te veranderen door de golflengte of frequentie die erdoorheen gaat te variëren.

Enkele van de belangrijkste voordelen van glasvezel en het gebruik ervan zijn de bandbreedte, de transmissiesnelheid die de gegevens kunnen bereiken, elektromagnetische immuniteit, de vermindering van de bezette ruimte en het gewicht en een hoge informatiebeveiliging.

Aan de andere kant is het een meer geavanceerde technologie en dus duurder, de installatie en het onderhoud zijn complexer dan conventionele systemen, ze zijn extreem kwetsbaar en niet erg tolerant voor temperaturen, vochtigheid, trillingen en rek.

Er zijn twee soorten optica, afhankelijk van de hoeveelheid ruis of modi die ze kunnen verzenden.

Multimode-vezels zijn vezels die verschillende golflengten tegelijkertijd door verschillende modi kunnen sturen, vandaar hun naam. Vergeleken met singlemode-vezels hebben multimode-vezels een grotere kern en verschilt de brekingsindex tussen de kern en de bekleding, maar slechts in geringe mate. Dus de golven reizen in de kern en stuiteren tegen de wanden van de kern. Ze worden gebruikt voor korte afstandsroutes of netwerken. Het wordt meestal geïdentificeerd omdat de buitenmantel meestal oranje is.

Single-mode vezels zijn die met slechts één transmissiepad en hun kern is kleiner in vergelijking met multi-mode vezels. De wijze van transmissie is meestal de centrale as van de kern, omdat deze onder zeer grote hoeken stuitert. Ze zijn meestal anders dan multimode omdat ze een gele buitenmantel gebruiken.

Nu zijn er, volgens het ontwerp, ook twee typen. Optische vezels met een losse structuur zijn die waarin de vezeloptische strengen zich losjes in de buizen bevinden waardoor ze worden geleid. Deze buis kan hol zijn of een hydrofoob materiaal aan de binnenkant hebben, zodat deze dient als bescherming voor de optische vezel tegen vocht.

Daarentegen bestaan kabels met een strakke structuur uit het samenvoegen van verschillende glasvezelstrengen die afzonderlijk zijn bedekt met een mantel en een mantel. Deze draden omringen een centraal stuk en deze hele set wordt op zijn beurt beschermd door een externe laag.

In een glasvezelcommunicatiesysteem zijn er enkele componenten die nodig zijn om de transmissie succesvol te laten zijn. Onder deze componenten bevinden zich optische zenders zoals LED's of lasers, opto-elektrische converters die verantwoordelijk zijn voor het omzetten van elektrische signalen in optische signalen om door de vezel te worden verzonden en later om de ontvangen optische signalen weer om te zetten in elektrische signalen.

Er zijn ook de optische detectoren die:

PIN
APD
silicium
Germanio
Andere materialen

De soorten polijsten zijn afhankelijk van de connectoren die zich aan de uiteinden van de optische vezel bevinden, ze kunnen worden geclassificeerd op basis van hun type polijsten.

Plano
PC (fysiek contact)
SPC (Super-pc)
UPC (ultra-pc)
Verbeterde UPC
APC (Hoekige pc)

De connectoren zijn de elementen waarmee de optische vezel op de eindapparatuur kan worden aangesloten. De connectoren die veel worden gebruikt in glasvezel, specifiek voor lokale netwerken, zijn de ST-, LC-, FC- en SC-connectoren.

Mechanische splitsing: dit type splitsing bestaat uit een soort huls waarin de twee vezels worden ingebracht en een mechanische twist wordt gemaakt om de twee kernen met elkaar te verbinden. De verliezen die verband houden met deze splitsingstijd zijn in de orde van 0,5 dB.

Splicing met lijm: in dit geval wordt een speciale transparante lijm aangebracht waarmee de twee uiteinden van de vezel kunnen worden verbonden en deze verbinding wordt beschermd met een soort externe wapening. Het heeft verliezen van 0.2 dB, maar het is meestal niet erg betrouwbaar omdat de lijm de neiging heeft om weer af te pellen.

Fusion splicing: De splicer heeft de mogelijkheid om te visualiseren of de uiteinden een vervuilend middel hebben of dat een fijnere polijsting nodig is, of dat er een betere uitlijning tussen de vezels moet zijn. Vervolgens gaat het verder met het verwarmen van alleen dat gebied, waarbij de vezel smelt en zo de kernen verbindt. De verliezen van deze splitsing zijn 0.02 dB.

Er zijn elementen die ondersteuning bieden in de structuur en versteviging van de glasvezelkabel. De structurele elementen die dienen als centrale geleider voor het pad dat de optische vezel moet volgen. Optische vezel wordt ofwel langs deze structuur verdeeld of eromheen gevlochten. Over het algemeen hebben deze structuren kanalen of groeven die dienen als extra geleider voor de optische vezel.

De versterkingselementen zorgen voor extra versterking van de glasvezelkabel om deze te isoleren van de trekkrachten waaraan deze kan worden blootgesteld en bovendien is er geen significante rek die breuken in de kernen zou kunnen veroorzaken.

Bij extrinsieke dempingen zijn er verschillende oorzaken, namelijk:

Absorptieverliezen
Verlies van Rayleigh
Dispersies
stralingsverliezen
Koppelverliezen

Conclusies

Optische vezel is een transmissielijn die vandaag de dag een grotere snelheid en efficiëntie bij de overdracht van gegevens mogelijk heeft gemaakt. Hoewel het een technologie is die een lange weg moet gaan om conventionele systemen te kunnen vervangen, is het soms nog steeds de beste optie voor communicatie.

Glasvezel is echter een duur type technologie in vergelijking met conventionele systemen omdat er optische apparatuur en gereedschappen voor nodig zijn die doorgaans duurder zijn. Ook vereist het een passende opleiding om met glasvezel te kunnen werken. Bovendien is de installatie ervan meestal een zeer delicaat proces en de aanwezigheid van breuken in de vezel kan aanzienlijke verliezen veroorzaken als deze niet op tijd wordt behandeld. Daarnaast moet er nog bepaalde apparatuur ontwikkeld worden zodat de techniek en het systeem volledig optisch zijn, aangezien er bijvoorbeeld nog geen optische geheugens zijn.

Het is gebruikelijk dat glasvezelnetwerken back-upsystemen hebben zoals ring of dubbele ring, waardoor bij deze incidenten de informatie in een andere richting kan reizen, om te voorkomen dat de service voor een lange periode wordt onderbroken terwijl de situatie is opgelost.

Glasvezelsystemen zijn zeer betrouwbaar omdat het praktisch onmogelijk is om het netwerk te doorbreken zonder te worden gedetecteerd of zonder de gegevensoverdracht te onderbreken. Daarom is het gebruikelijk om glasvezels onder water te zien installeren tussen geallieerde landen, waar ze gevoelige en geheime informatie doorgeven.

Wat onderscheidt glasvezel van andere media in datasnelheid en transmissiecapaciteit. Bovendien garandeert het minimaal verlies van informatie vanwege het feit dat het zeer weinig demping heeft in het hoofdelement, waardoor het niet nodig is om zoveel restauratie- en versterkingsapparatuur in het systeem te installeren. Omdat informatie met de snelheid van het licht reist, is het mogelijk geweest om een aanzienlijke migratie van grote bedrijven naar dit soort technologie te zien.