|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
LỊCH SỬ CÔNG NGHỆ, CÔNG NGHỆ, ĐỐI TƯỢNG QUA CHÚNG TÔI
Đường truyền cáp quang. Lịch sử phát minh và sản xuất
Cẩm nang / Lịch sử của công nghệ, kỹ thuật, các đối tượng xung quanh chúng ta Đường truyền (truyền) cáp quang là một hệ thống cáp quang bao gồm các phần tử thụ động và chủ động, được thiết kế để truyền thông tin trong phạm vi quang học (thường là cận hồng ngoại).
Vào thế kỷ 20, nhân loại chứng kiến bước nhảy vọt về sự phát triển của các loại hình thông tin liên lạc, đặc biệt là điện thoại, phát thanh và truyền hình. Nhờ họ, cũng như nhờ sự ra đời của hệ thống liên lạc không gian vệ tinh, con người hiện đại đã có được cơ hội mà các thế hệ trước không thể tiếp cận được để liên lạc với những nơi xa xôi và xa xôi nhất trên hành tinh, để nhìn, nghe và biết về mọi thứ đang xảy ra trên thế giới. Tuy nhiên, với tất cả những ưu điểm của các loại hình giao tiếp truyền thống, mỗi loại hình này cũng có một số nhược điểm, chúng ngày càng trở nên nhạy cảm hơn khi khối lượng thông tin được truyền đi tăng lên. Bất chấp những công nghệ mới nhất có thể nén đáng kể thông tin truyền qua cáp, đường dây điện thoại đường trục vẫn thường xuyên bị quá tải. Điều tương tự cũng có thể nói về đài phát thanh và truyền hình, trong đó tín hiệu thông tin được truyền bằng sóng điện từ: số lượng kênh truyền hình và đài phát thanh, chương trình phát thanh và dịch vụ ngày càng tăng đã dẫn đến sự xuất hiện của sự can thiệp lẫn nhau, đến một tình huống gọi là “không khí đông đúc.” Đây là một trong những động lực thúc đẩy sự phát triển của dải sóng vô tuyến có bước sóng ngày càng ngắn hơn. Được biết: sóng dùng để phát sóng càng ngắn thì càng có thể đặt được nhiều đài phát thanh trong một phạm vi nhất định mà không bị nhiễu lẫn nhau (điều này dễ dàng nhận thấy bằng cách xoay cài đặt đài: nếu trên sóng dài chúng ta chỉ bắt được một vài đài phát thanh. , thì trên các sóng ngắn và cực ngắn đã có hàng chục và hàng trăm đài phát thanh như vậy, theo đúng nghĩa đen là chúng “ngồi trên từng milimet”). Một nhược điểm khác của các hình thức liên lạc truyền thống là việc sử dụng sóng phát ra trong không gian trống để truyền thông tin thường không có lợi. Rốt cuộc, năng lượng rơi vào một khu vực nhất định ở mặt trước của sóng như vậy sẽ giảm khi mặt sóng tăng lên. Đối với sóng cầu (nghĩa là sóng lan truyền đều theo mọi hướng từ nguồn), độ suy giảm tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách từ nguồn sóng đến máy thu. Kết quả là, trong kỹ thuật vô tuyến hiện đại, một lượng tiền khổng lồ được chi cho việc cách ly và khuếch đại tín hiệu hữu ích. Một bức tranh hoàn toàn khác sẽ xảy ra nếu thông tin được gửi theo một chùm hoặc chùm hẹp, có định hướng. Những tổn thất sẽ ít hơn nhiều. Những thiếu sót được liệt kê cho thấy nhân loại đang đứng trước một cuộc cách mạng quan trọng trong hệ thống thông tin liên lạc, điều này sẽ dẫn đến thực tế là trong thế kỷ 21, quang điện tử, vốn không có tất cả những thiếu sót này, sẽ trở thành loại hình chính của nó. Người ta hy vọng rằng trong những thập kỷ đầu tiên của thế kỷ tới, tất cả các hệ thống điện thoại, truyền hình và máy tính mới sẽ được kết nối bằng cáp quang sử dụng bức xạ laser làm vật mang thông tin. Kỷ nguyên của truyền thông quang học hiện đại bắt đầu vào năm 1960 với việc tạo ra tia laser đầu tiên. Việc phát minh ra tia laser nói chung đã làm nảy sinh hy vọng khắc phục nhanh chóng và dễ dàng các vấn đề về “sự đông đúc vô cùng”. Trên thực tế, việc sử dụng sóng micron của ánh sáng khả kiến cho nhu cầu liên lạc thay vì sóng vô tuyến centimet và milimet đã tạo cơ hội mở rộng gần như vô hạn khối lượng thông tin truyền đi. Ví dụ, hệ thống liên lạc bằng laser helium-neon có băng thông có thể chứa đồng thời khoảng một triệu kênh truyền hình. Tuy nhiên, những thí nghiệm đầu tiên đã xua tan những ảo tưởng màu hồng. Hóa ra bầu khí quyển của trái đất hấp thụ và tán xạ rất tích cực bức xạ quang học và tia laser (nếu chùm tia truyền trực tiếp qua không khí) chỉ có thể được sử dụng cho nhu cầu liên lạc trong một khoảng cách rất ngắn (trung bình không quá 1 km) Tất cả những nỗ lực đã không thành công trong việc vượt qua khó khăn này. Đây là trường hợp xảy ra vào năm 1966, hai nhà khoa học Nhật Bản, Kao và Hokema, đã đề xuất sử dụng sợi thủy tinh dài, tương tự như những sợi đã được sử dụng trong nội soi và các lĩnh vực khác, để truyền tín hiệu ánh sáng. Bài báo của họ đã đặt nền móng cho truyền thông cáp quang. Tác dụng của hướng dẫn ánh sáng dựa trên là gì? Nó được biết rõ từ quang học: nếu bạn hướng một chùm ánh sáng từ môi trường đậm đặc hơn đến môi trường kém đậm đặc hơn (ví dụ, từ nước hoặc thủy tinh vào không khí), thì một phần đáng kể của nó sẽ bị phản xạ trở lại từ ranh giới của hai môi trường. . Hơn nữa, góc tới của chùm tia càng nhỏ thì phần quang thông bị phản xạ càng lớn. Thông qua thử nghiệm, có thể chọn một góc nông sao cho toàn bộ ánh sáng bị phản xạ và chỉ một phần không đáng kể của nó truyền từ môi trường đậm đặc hơn sang môi trường ít đậm đặc hơn. Trong trường hợp này, ánh sáng dường như bị bao bọc trong một môi trường đậm đặc và lan truyền trong đó, lặp lại tất cả những khúc cua của nó. Hiệu ứng “ngăn chặn ánh sáng” này có thể được quan sát thấy trong ví dụ về sự truyền ánh sáng bên trong một dòng nước mà nó không thể thoát ra ngoài, liên tục phản xạ từ ranh giới của nước và không khí. Việc truyền tín hiệu ánh sáng qua sợi thủy tinh quang học cũng xảy ra theo cách tương tự. Khi đi vào đó, chùm sáng lan ra nhiều hướng khác nhau. Các tia tới lệch một góc nhỏ so với mặt phân cách của hai môi trường thì bị phản xạ hoàn toàn khỏi môi trường đó. Nhờ đó, lớp vỏ giữ chúng chắc chắn, cung cấp kênh cản sáng để truyền tín hiệu với tốc độ gần như tốc độ ánh sáng.
Trong các vật dẫn ánh sáng lý tưởng, được làm bằng vật liệu hoàn toàn trong suốt và đồng nhất, sóng ánh sáng sẽ truyền đi mà không bị suy yếu, nhưng hầu như tất cả các vật dẫn ánh sáng thực ít nhiều đều hấp thụ và phân tán mạnh mẽ sóng điện từ do độ mờ và tính không đồng nhất của chúng. (Sự hấp thụ xuất hiện bên ngoài khi làm nóng sợi; sự tán xạ là khi một số bức xạ rời khỏi sợi.) Kính trông rất trong suốt trong cửa sổ, hộp trưng bày và ống nhòm thực sự không hề đồng nhất. Điều này có thể dễ dàng nhận thấy bằng cách nhìn qua phần cuối của tấm kính. Trong trường hợp này, màu xanh lục nhạt của nó ngay lập tức hiện rõ. Nghiên cứu cho thấy màu sắc này là do một lượng nhỏ sắt và đồng có trong thủy tinh gây ra. Ngay cả những loại kính tinh khiết nhất được chế tạo cho thấu kính thiên văn và nhiếp ảnh cũng chứa một lượng lớn tạp chất màu. Trong các ống dẫn ánh sáng đầu tiên được làm từ thủy tinh như vậy, tổn thất năng lượng rất cao (hơn 1% ánh sáng đưa vào nó bị mất trên 50 m ống dẫn ánh sáng). Tuy nhiên, ngay cả với chất lượng này, người ta vẫn có thể tạo ra các thiết bị có thể truyền ánh sáng qua các kênh cong, quan sát bề mặt bên trong của các khoang kim loại, nghiên cứu trạng thái của các cơ quan nội tạng trong cơ thể con người, v.v. Nhưng những sợi như vậy ít được sử dụng để tạo đường truyền thông trung kế. Phải mất khoảng một thập kỷ để tạo ra các mẫu sợi quang trong phòng thí nghiệm có khả năng truyền 1% năng lượng ánh sáng được đưa vào chúng trên quãng đường 1 km. Nhiệm vụ tiếp theo là chế tạo cáp dẫn ánh sáng từ sợi quang như vậy, phù hợp cho sử dụng thực tế và phát triển các nguồn và máy thu bức xạ. Dây dẫn ánh sáng sợi quang đơn giản nhất là một sợi điện môi mỏng trong suốt. Sóng ánh sáng truyền đi truyền theo các góc nhỏ đến trục của ống dẫn ánh sáng và chịu phản xạ toàn phần từ bề mặt của nó. Nhưng một bộ dẫn ánh sáng như vậy chỉ có thể được sử dụng trong phòng thí nghiệm, vì bề mặt không được bảo vệ của kính trong điều kiện bình thường dần dần bị bao phủ bởi các hạt bụi, nhiều khuyết tật phát triển trên đó: các vết nứt nhỏ, bất thường vi phạm các điều kiện phản xạ toàn phần bên trong của ánh sáng bên trong sợi có khả năng hấp thụ và tán xạ tia rất mạnh. Tổn thất bổ sung đáng kể xảy ra tại các điểm tiếp xúc giữa đèn dẫn sáng và các giá đỡ đỡ cáp không được bảo vệ.
Một sự thay đổi căn bản trong tình hình có liên quan đến việc tạo ra sợi quang hai lớp. Các vật dẫn ánh sáng như vậy bao gồm một lõi dẫn ánh sáng được bọc trong một lớp vỏ trong suốt, chiết suất của nó nhỏ hơn chiết suất của lõi. Nếu độ dày của lớp vỏ trong suốt vượt quá một số bước sóng của tín hiệu ánh sáng truyền qua thì cả bụi và tính chất của môi trường bên ngoài lớp vỏ này đều không ảnh hưởng đáng kể đến quá trình truyền sóng ánh sáng trong sợi hai lớp. Các dây dẫn ánh sáng này có thể được phủ một lớp vỏ polyme và biến thành cáp dẫn ánh sáng phù hợp cho các ứng dụng thực tế. Nhưng để làm được điều này, cần phải tạo ra sự hoàn thiện cao độ giữa ranh giới giữa khu dân cư và lớp vỏ trong suốt. Công nghệ đơn giản nhất để chế tạo vật dẫn ánh sáng là một thanh lõi thủy tinh được lắp vào một ống thủy tinh vừa khít với chiết suất thấp hơn. Cấu trúc này sau đó được làm nóng. Năm 1970, Corning Glass lần đầu tiên phát triển các thanh dẫn ánh sáng bằng thủy tinh phù hợp để truyền tín hiệu ánh sáng trên khoảng cách xa. Và đến giữa những năm 70, các ống dẫn ánh sáng đã được tạo ra từ thủy tinh thạch anh siêu tinh khiết, cường độ ánh sáng chỉ giảm một nửa ở khoảng cách 6 km. (Có thể thấy mức độ trong suốt của loại kính như vậy từ ví dụ sau: nếu bạn tưởng tượng rằng kính quang học siêu tinh khiết dày 10 km được lắp vào một cửa sổ, thì nó sẽ truyền ánh sáng giống như kính cửa sổ thông thường dày cm!)
Ngoài bộ dẫn ánh sáng, hệ thống truyền thông cáp quang còn có bộ phát quang (trong đó tín hiệu điện đến đầu vào hệ thống được chuyển đổi thành xung quang) và bộ thu quang (nhận tín hiệu quang và chuyển đổi thành xung điện). . Nếu đường dây dài, các bộ lặp cũng hoạt động trên đường dây đó - chúng nhận và khuếch đại tín hiệu truyền đi. Trong các thiết bị đưa bức xạ vào sợi quang, các thấu kính có đường kính rất nhỏ và tiêu cự hàng trăm và hàng chục micron được sử dụng rộng rãi. Nguồn bức xạ có thể có hai loại: laser và điốt phát sáng, hoạt động như máy tạo sóng mang. Tín hiệu truyền đi (có thể là chương trình phát sóng truyền hình, cuộc trò chuyện qua điện thoại, v.v.) được điều chế và đặt chồng lên sóng mang giống như trường hợp trong kỹ thuật vô tuyến. Tuy nhiên, việc truyền tải thông tin bằng kỹ thuật số sẽ hiệu quả hơn nhiều. Trong trường hợp này, một lần nữa, thông tin nào được truyền theo cách này không quan trọng: cuộc trò chuyện qua điện thoại, văn bản in, âm nhạc, chương trình truyền hình hoặc hình ảnh của một bức tranh. Bước đầu tiên để chuyển đổi tín hiệu sang dạng số là xác định giá trị của nó tại các khoảng thời gian cụ thể, quá trình này được gọi là lấy mẫu thời gian của tín hiệu. Người ta đã chứng minh (cả về mặt toán học và thực tế) rằng nếu khoảng T nhỏ hơn ít nhất 2 lần so với tần số cao nhất có trong phổ của tín hiệu được truyền thì tín hiệu này sau đó có thể được khôi phục từ dạng rời rạc mà không có bất kỳ biến dạng nào. Nghĩa là, thay vì tín hiệu liên tục, không ảnh hưởng đến thông tin được truyền đi, một tập hợp các xung rất ngắn có thể được cung cấp, chỉ khác nhau về biên độ của chúng. Nhưng không cần thiết phải truyền những xung lực này theo đúng hình thức này. Vì chúng đều có hình dạng giống nhau và bị dịch chuyển tương đối với nhau trong cùng khoảng thời gian T nên không thể truyền toàn bộ tín hiệu mà chỉ có thể truyền giá trị biên độ của nó. Trong ví dụ của chúng tôi, biên độ được chia thành tám mức. Điều này có nghĩa là giá trị của mỗi xung có thể được hiểu là một số trong mã nhị phân. Giá trị của số này được truyền qua đường truyền thông. Vì chỉ cần hai chữ số để truyền mỗi số nhị phân - 0 và 1, nên nó rất đơn giản: 0 tương ứng với sự vắng mặt của tín hiệu và 1 tương ứng với sự hiện diện của tín hiệu. Trong ví dụ của chúng tôi, việc truyền mỗi chữ số mất 1/3 T. Tín hiệu truyền đi được khôi phục theo thứ tự ngược lại. Việc gửi tín hiệu ở dạng kỹ thuật số rất thuận tiện vì nó hầu như loại bỏ mọi biến dạng và nhiễu.
Hệ thống thông tin quang học vẫn còn tương đối đắt tiền, điều này hạn chế việc áp dụng rộng rãi, nhưng chắc chắn rằng đây chỉ là trở ngại tạm thời. Ưu điểm và ưu điểm của nó quá rõ ràng nên chắc chắn nó phải được sử dụng rộng rãi trong tương lai. Trước hết, cáp quang có khả năng chống nhiễu rất tốt và rất nhẹ. Một khi công nghệ sản xuất hàng loạt của chúng được làm chủ, chúng có thể rẻ hơn nhiều so với các loại cáp điện hiện đang được sử dụng vì nguyên liệu thô để sản xuất chúng đã rẻ hơn nhiều. Nhưng ưu điểm quan trọng nhất của chúng là chúng có thông lượng khổng lồ - trong một đơn vị thời gian, lượng thông tin khổng lồ như vậy có thể được truyền qua chúng mà không thể truyền đi bằng bất kỳ phương thức liên lạc nào hiện được biết đến. Tất cả những phẩm chất này sẽ cung cấp cho các đường truyền cáp quang những ứng dụng đa diện, chủ yếu trong các đơn vị máy tính (chúng tôi đã tích lũy được nhiều kinh nghiệm trong việc tạo ra các vi mạch sử dụng các dẫn hướng ánh sáng cực nhỏ; tốc độ của các vi mạch như vậy nhanh hơn khoảng 1000 lần so với các vi mạch thông thường), trong truyền hình cáp; sau đó sẽ thay thế cáp điện thoại trên đường dây chính và tạo ra cáp truyền hình; Trong tương lai, dự kiến tất cả các mạng này sẽ được hợp nhất thành một mạng thông tin duy nhất. Ở nhiều nước phát triển (và chủ yếu ở Mỹ), nhiều đường dây liên lạc điện thoại đã được thay thế bằng cáp quang. Việc tạo ra các mạng cáp quang đô thị đang được thực hiện. Vì vậy, vào năm 1976, một hệ thống liên lạc điện thoại cáp quang kỹ thuật số của thành phố đã được lắp đặt tại thành phố lớn Atlanta của Mỹ. Tác giả: Ryzhov K.V.
▪ Laser
Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng
15.04.2024 Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global
15.04.2024 Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm
14.04.2024
▪ Mô-đun DC-DC P6CU biệt lập với bảo vệ ngắn mạch ▪ Catapult-railgun cho máy bay chiến đấu ▪ Tai nghe over-ear không dây Baseus D03 ▪ Kỷ lục nhiệt độ thấp cho các thiết bị lượng tử
▪ phần của trang web Ổn áp. Lựa chọn các bài viết ▪ bài viết Chúng tôi pskopskie. biểu thức phổ biến ▪ bài viết Ai đã vẽ phiên bản khỏa thân của Mona Lisa? đáp án chi tiết ▪ Bài viết Những nguyên tắc cơ bản về đảm bảo an toàn lao động ▪ bài Tính toán mạch khuếch đại có hồi tiếp. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện ▪ bài Cắt đường sức từ. thí nghiệm vật lý
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela 
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này