광학 데이터 통신

전압 신호를 통해 (이진) 디지털 정보를 보내는 현대적인 대안은 광학(빛) 신호를 사용하는 것입니다. 디지털 회로(고전압/저전압)의 전기 신호는 LED 또는 고체 레이저를 사용하여 개별 광학 신호(빛이 나거나 없음)로 변환될 수 있습니다. 마찬가지로, 광 신호는 게이트 회로의 입력에 도입하기 위한 포토다이오드 또는 포토트랜지스터를 사용하여 전기적 형태로 다시 변환될 수 있습니다.

광학 형태로 디지털 정보를 전송하는 것은 단순히 먼 거리에 있는 광검출기에 레이저를 조준함으로써 야외에서 수행될 수 있지만 온도 역전 층, 먼지, 비, 안개 및 기타 장애물의 형태로 빔과 간섭이 나타날 수 있습니다. 중대한 엔지니어링 문제:

야외 광 데이터 전송의 문제를 피하는 한 가지 방법은 광 펄스를 초순수 유리 섬유로 보내는 것입니다. 유리 섬유 전기 신호를 괴롭히는 인덕턴스, 커패시턴스 및 외부 간섭과 관련된 모든 관련 문제를 완전히 피할 수 있다는 이점이 있는 구리선이 전자를 전도하는 것처럼 빛의 빔을 "전도"합니다. 광섬유는 전체 내부 반사율이라는 현상에 의해 광섬유 코어 내에 포함된 광선을 유지합니다. .

광섬유는 두 개의 초순수 유리 층으로 구성되며 각 층은 약간 다른 굴절률을 가진 유리로 만들어집니다. , 또는 "구부리는" 능력 빛. 한 가지 유형의 유리가 중앙 유리 코어 주위에 동심원으로 층을 이루면 중앙 코어로 유입된 빛이 섬유 외부로 빠져나갈 수 없고 코어 내에서만 이동하도록 제한됩니다.

이러한 유리 층은 매우 얇으며 외부 "클래딩"은 일반적으로 125미크론(1미크론 =100만분의 1미터 또는 10 ^-6 미터) 직경. 이 얇음은 섬유에 상당한 유연성을 제공합니다. 섬유를 물리적 손상으로부터 보호하기 위해 일반적으로 얇은 플라스틱 코팅을 제공하고 플라스틱 튜브 내부에 놓고 인장 강도를 위해 케블라 섬유로 감싸고 전선 절연과 유사한 플라스틱 외피를 제공합니다. 전선과 마찬가지로 광섬유는 동일한 외피 내에서 함께 묶어 단일 케이블을 형성하는 경우가 많습니다.

광섬유는 거의 모든 면에서 구리선의 데이터 처리 성능을 능가합니다. 그들은 전자기 간섭에 완전히 영향을 받지 않으며 매우 높은 대역폭을 가지고 있습니다. 그러나 특정 약점이 없는 것은 아닙니다.

광섬유에서 Microbending의 효과

광섬유의 한 가지 약점은 마이크로벤딩으로 알려진 현상입니다. . 이것은 섬유가 반경의 너무 작은 주위로 구부러져 빛이 클래딩을 통해 내부 코어를 빠져나가게 하는 곳입니다.

마이크로벤딩은 빛의 손실로 인한 신호강도 감소로 이어질 뿐만 아니라, 의도적으로 급격한 굴곡 외부에 배치된 광센서가 광섬유를 통해 전송되는 디지털 데이터를 가로챌 수 있다는 보안 취약점을 구성합니다.

광섬유 모드

광섬유 고유의 또 다른 문제는 다중 광 경로 또는 모드로 인한 신호 왜곡입니다. , 섬유의 길이에 따라 다른 거리를 가집니다. 광원에서 빛이 방출되면 광자(빛 입자)가 모두 정확히 같은 경로를 이동하지 않습니다. 이 사실은 직선 빔을 따르지 않는 모든 광원에서 명백히 명백하지만 레이저와 같은 장치에서도 마찬가지입니다.

단일 모드

광섬유 코어가 충분히 작게 만들어지면(직경이 약 5마이크론), 조명 모드는 길이가 하나인 단일 경로로 제한됩니다. 단일 모드의 빛만 허용하도록 설계된 광섬유를 단일 모드 광섬유라고 합니다. 단일 모드 광섬유는 긴 케이블에서 발생하는 펄스 스트레칭 문제를 피하기 때문에 장거리(수 마일 이상) 네트워크에 선택되는 광섬유입니다. 물론 단점은 하나의 빛 모드에서만 단일 모드 광섬유가 다중 모드 광섬유만큼 전도되지 않는다는 것입니다. 장거리에서 이것은 광출력을 높이기 위해 "중계기" 장치의 필요성을 악화시킵니다.

다중 모드 광섬유

광섬유 코어의 직경이 충분히 크면 광자가 이동하는 여러 경로를 지원하며, 각 경로는 광섬유의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 약간 다른 길이를 갖습니다.

펄스 스트레칭

광섬유를 통해 더 짧은 경로를 사용하는 LED에서 방출되는 광 펄스는 더 긴 경로를 사용하는 광 펄스보다 더 빨리 감지기에 도달합니다. 그 결과 펄스 스트레칭이라고 하는 구형파의 상승 및 하강 에지가 왜곡됩니다. . 이 문제는 전체 섬유 길이가 증가함에 따라 더 악화됩니다.