과학 기술의 급속한 발전으로 광섬유는 통신, 전자, 전력 분야로 확대되어 유망한 신기초 소재가되었습니다. 함께 제공되는 광섬유 기술은 참신함과 편의성으로 사람들에게 유리합니다.
완벽한 전력 전송 기능
미국의 Larian Corporation은 전력 전송 기능을 완성하기 위해 광섬유를 성공적으로 사용하여 전력 분야에서 새로운 길을 열었습니다. 그들은 전송 단에서 반도체 레이저 다이오드를 사용하여 전기 에너지를 광섬유로 전송하기 위해 레이저 광으로 변환하고 태양 전지를 수신단 장치로 사용합니다. 이 장치는 300 마이크론 두께의 갈륨 비소를 절연 기판으로 사용하고 20 마이크론 두께의 태양 전지로 덮여 있습니다. 금도금 에어 브리지로 직렬로 연결된 6 개의 독립적 인 영역으로 나뉩니다. 광섬유에서 전달 된 레이저 빛이 태양 전지에 닿으면 빛 에너지는 즉시 전기 에너지가됩니다. 각 영역에서 생성 된 전압은 정확히 1V이며, 직렬로 연결된 6 개의 영역은 6V의 전압을 가지므로 대부분의 센서의 제어 회로에 충분합니다.
널리 쓰이는
레이저 다이오드의 전력이 지속적으로 증가하고 완전한 전력 전송 시스템을 갖춘 경우, 광섬유 전력 전송은 군사, 산업, 상업 및 기타 측면에서 널리 사용될 수 있습니다. 컴퓨터, 전자 장비, 신호 처리 및 이미지 기술을 전문으로하는 프랑스' s Bogen 연구소는 광섬유에서 왜곡없는 전송을 달성하기 위해 광 솔리톤과 짧은 펄스를 사용합니다. 이 기술은 광 케이블을 따라 여러 개의 재생 장치를 필요로하지 않고도 색 분산 및 비선형 효과 문제를 해결할 수 있습니다. 작업 할 때 100km 정도마다 앰프를 설치하면됩니다. 고독한 잔물결은 서로 간섭하지 않고 서로 통과 할 수 있습니다. 이 신기술은 6450 ~ 12,900km 범위의 잠수함 잠수함에 사용되어 통신 문제를 해결할 수 있다고합니다. 미국 통신 보안 전문가가 개발 한 비정규 반송파 신호 광섬유 통신 기술은 오늘날&# 39의 점점 더 만연하고 정교한 도청자를 처리하도록 특별히 설계되었습니다. 이 기술은 먼저 음성과 같은 유용한 정보를 디지털 펄스 신호로 변환 한 다음 이러한 디지털 펄스 신호를 인코딩하고 불규칙하게 변하는 임의의 마이크로파 캐리어에서 변조합니다. 전송할 때 레이저 전송 장치는 정보를 전달하는 불규칙한 반송파 신호를 광섬유 통신 시스템을 통해 수신기로 전송합니다. 수신기의 레이저 수신기는 특수 기술을 사용하여 송신 레이저 장치와 동기화하고 동적으로 조정하며 최종적으로 불규칙한 반송파에서 유용한 신호를 복조하는 작업을 완료합니다. 이 기술을 사용하면 도청기가 더 이상 유용하지 않으며 혼란스러운 소음 만들을 수 있습니다. 호주 Pauline은 최근 섬유 하나와 레이저 하나로 트럭 무게를 측정 할 수있는 섬유 무게 측정 저울을 개발했습니다. 이러한 종류의 섬유 스케일은 매우 특별한 저항 특성을 가진 광섬유를 사용합니다. 압력이나 장력이 가해지면 광섬유가 약간 변형되어 레이저의 특성이 변경됩니다. 이때 탐지기는 즉시이 변화를 학습하여 전기 신호 변화로 변환합니다. 이것은 악기의 디스플레이 패널에 반영됩니다. 광섬유는 유리로 만들어져 있기 때문에 내습 성과 복사 저항이 있습니다. 더 중요한 것은 설치 및 유지 관리가 쉽다는 것입니다. 도시 지역, 공장, 공항 및 활주로, 창고 및 항구의 주요 도로에 설치하는 데 적합합니다. 24 시간 연속 작업. 따라서 계량 이외에도 모니터링 역할을 수행 할 수 있으며 정확도는 기존 전자 장치보다 훨씬 높습니다.
플라스틱 광섬유
미국 저널의 최근 보고서에 따르면, 매사추세츠 주 보스턴 광섬유에서 개발 한 플라스틱 광섬유는 현재 표준 구리 와이어보다 전송 속도가 30 배 빠르며 유리 섬유보다 가볍고 유연하며 저렴합니다. . 이러한 종류의 광섬유는 광섬유에서 빛의 굴절이나 점핑 모드를 사용하여 더 높은 전송 속도에 도달하고 100m 내에서 초당 3 메가 비트의 속도로 데이터를 전송할 수 있습니다. 현재 전 세계적으로 370,000km의 해저 광 케이블이 설치되었습니다. 이 길이는 지구를 거의 10 번 돌 수 있습니다. 더욱이, 레이저는 양단에 사용되기 때문에, 신호 증폭을위한 리피터는 더 이상 전송 중에 필요하지 않아서 비용 및 호출 비용을 크게 감소시킬 것이다. 보고서에 따르면 유럽과 미국을 연결하는 세계' 최대 용량의 해저 광케이블이 곧 개통 될 예정입니다. 세계를 연결하는 해저 통신용 광케이블이 깔려 있습니다. 이 프로젝트는 20 세기의 통신 분야에서 가장 웅장한 프로젝트이며 전세계 30 개 국제 통신 조직의 지원을받습니다. 대서양을 건너 지중해를 건너 홍해와 인도양을지나 말라카 해협을 건너 태평양으로 들어갑니다. 총 길이는 약 320,000 킬로미터로 175 개 국가와 지역에 연결되며 240 만 건의 전화를 걸거나 수십만 개의 압축 이미지를 동시에 전송할 수 있습니다. 전체 프로젝트 비용은 140 억 달러이며 2003 년에 완료 될 것으로 예상됩니다.
구성 원리
광섬유 기술은 일반적으로 광 신호 송신단, 광 신호를 송신하는데 사용되는 광섬유 및 광 신호 수신단의 세 부분으로 구성된다.
광 신호 전송 단의 기능은 전송 될 전기 신호를 전기 광학 변환 장치를 통해 광 신호로 변환하는 것이다. 현재, 송신단 전기 광학 변환 장치는 일반적으로 발광 다이오드 또는 반도체 레이저 튜브를 사용한다. 발광 다이오드의 출력 광 출력은 상대적으로 낮고 신호 변 조율은 상대적으로 낮지 만 가격은 저렴합니다. 그것의 출력 광 전력과 구동 전류는 기본적으로 특정 범위 내에서 선형이며, 이는 근거리, 저속 및 아날로그 신호 전송에 더 적합합니다. 다이오드의 출력 전력이 크고 신호 변 조율이 높지만 가격이 상대적으로 높으며 장거리, 고속, 디지털 신호 전송에 적합합니다. 광섬유의 기능은 송신단에서 광 신호를 광 신호의 수신단으로 가능한 한 적은 감쇠 및 왜곡으로 전송하는 것이다. 현재 광섬유는 일반적으로 근적외선 대역에서 사용됩니다. 광 신호 수신단의 기능은 광전 변환 장치를 통해 광 신호를 대응하는 전기 신호로 복원하는 것이다. 광전 변환 장치는 일반적으로 반도체 포토 다이오드 또는 애벌랜치 포토 다이오드를 사용한다. 광섬유 전송 시스템을 구성하는 광원의 발광 파장은 전송 섬유의 저손실 윈도우의 파장 대역 및 광전 검출 장치의 피크 응답 대역과 일치해야한다. 전송 끝 전기 광학 변환 장치는 0.84&의 중앙 방출 파장을 채택합니다; 마이크로; m 고휘도 근적외선 반도체 발광 다이오드, 전송 섬유는 다중 모드 석영 섬유를 채택하고, 수신 끝 광전 변환 장치는 0.8& 마이크로; m-0.9& 마이크로; m 실리콘 포토 다이오드의 피크 응답 파장. 각 부분은 아래에서 추가로 소개됩니다.
접이식 광 신호 송신기
시스템에 사용 된 LED의 구동 및 변조 회로는 그림 2에 나와있다. 신호 변조는 광도 변조 방법을 채택하고, 광도 조정 전위차계는 LED를 통해 흐르는 정적 구동 전류를 조정하기 위해 보내지며, 이에 따라 LED의 발광 전력 변경, 설정된 정적 구동 전류 조정 범위는 0-20mA이며, 구동 전류가 작을 때 패널 광 전송 강도 구동 디스플레이 값 0-2000 단위의 디스플레이 값에 해당합니다. 방출 다이오드 방출 전력과 구동 전류는 기본적으로 선형이며 오디오 신호는 커패시터, 저항 네트워크 및 연산 증폭기에 의해 분리 된 후 다른 연산 증폭기의 음의 입력 단자에 연결되고 빛의 정적 구동 전류와 중첩됩니다. 상기 발광 다이오드가 상기 오디오 신호에 따라 변하는 광 신호를 보낸 다음, 광섬유 커플러 Th를 통해 발광 다이오드를 만드는 것 광 신호는 전송 섬유에 결합된다. 전송 가능한 신호 주파수의 최저값은 커패시터 및 저항 네트워크에 의해 결정될 수 있으며 시스템의 저주파수 응답은 20Hz보다 크지 않습니다.
접이식 광 신호 수신기
도 2는 광 신호 수신단의 동작 원리도이다. 송신 광섬유는 광섬유 커플러를 통해 송신단으로부터 광전 변환 장치 포토 다이오드로 광 신호를 결합시킨다. 포토 다이오드는 광 신호를 이에 비례하는 전류 신호로 변환한다. 다이오드는 사용시 역 바이어스되어야하며 광전류 신호는 연산 증폭기의 전류-전압 변환에 의해 이에 비례하는 전압 신호로 변환됩니다. 전압 신호에 포함 된 오디오 신호는 오디오 전력 증폭기에 연결되어 스피커가 커패시터와 저항을 통해 소리를 내도록 구동합니다. 포토 다이오드의 주파수 응답은 일반적으로 높으며 시스템의 고주파 응답은 주로 연산 증폭기의 응답 주파수에 따라 달라집니다.
전송 섬유
현재, 광통신에 사용되는 광섬유는 일반적으로 실리카 섬유를 사용한다. 그것은 큰 굴절률 n2를 가진 코어 내부에 작은 굴절률 n1을 가진 클래딩 층으로 덮여 있습니다. 빛은 코어와 클래딩 사이의 인터페이스에 완전히 분산됩니다. 반사는 섬유의 코어에서 전파되도록 제한됩니다. 그림 5에서 볼 수 있듯이 광섬유는 실제로 일종의 유전체 도파관입니다. 광은 광섬유에 고정되며 광섬유를 따라서 만 전달 될 수 있습니다. 광섬유의 코어 직경은 일반적으로 수 미크론 내지 수백 미크론이다. 투과광 모드에 따라, 그것은 다중 모드 섬유 및 단일 모드 섬유로 분할 될 수 있고, 섬유 굴절률 분포의 상이한 방식에 따라 굴절률 단계 유형 및 굴절률 등급 섬유로 분할 될 수있다. 굴절률 계단 형 섬유는 두 개의 원형 대칭 동축 매체를 포함하며, 둘 다 질감이 균일하지만 굴절률이 다릅니다. 외층의 굴절률은 내층의 굴절률보다 낮습니다.
구배 지수 섬유는 굴절률이 섬유의 단면을 따라 구배되는 일종의 섬유이다. 굴절률을 변경하는 목적은 다양한 모드의 그룹 속도를 유사하게하여 모달 분산을 줄이고 통신 대역폭을 증가시키는 것입니다. 다중 모드 굴절률 단계 형 섬유는 각 모드 전송의 서로 다른 그룹 속도로 인해 모드 간 분산을 생성하며 전송 대역폭은 제한됩니다. 다중 모드 굴절률 등급 광섬유는 특수 굴절률 분포로 인해 신호 전송 대역폭을 증가시켜 각 모드 전송의 그룹 속도를 동일하게 만듭니다. 단일 모드 광섬유는 단일 광 모드 만 전송하는 광섬유이며 단일 모드 광섬유는 가장 높은 신호 대역폭을 전송할 수 있습니다. 현재, 단일 모드 광섬유는 주로 장거리 광 통신에 사용됩니다.
실리카 섬유의 주요 기술 지표에는 감쇠 특성, 개구 수 및 분산이 포함됩니다. 수치 조리개 : 수치 조리개는 광원, 검출기 및 기타 광학 장치와 결합 된 섬유의 특성을 나타냅니다. 그 크기는 광섬유가 빛을 모으는 능력을 반영합니다. 도 5에 도시 된 바와 같이, 고체 각도 2θmax 내에서 광섬유의 단 부면에 입사되는 광은 전송 될 광섬유의 내부 인터페이스에서 완전히 반사되고, 광섬유의 외부면에서 입사되는 광은 외부로 전달된다. 2θmax 범위는 광섬유의 내부 인터페이스가 전반사를 생성하지 않지만 클래딩으로 전달되어 즉시 감쇠됩니다. 광섬유의 개구 수는 NA = Sinθmax로 정의되며, 그 값은 일반적으로 0.1과 0.6 사이이고, 상응하는 θmax는 90과 330 사이이며, 멀티 모드 광섬유는 큰 개구 수를 가지며, 단일 모드 광섬유의 개구 수는 비교적 작은 크기이므로 일반적으로 단일 모드 광섬유는 광원으로 LD 반도체 레이저가 필요합니다.
