光データ通信

電圧信号を介して（バイナリ）デジタル情報を送信する代わりの最新の方法は、光（光）信号を使用することです。デジタル回路からの電気信号（高/低電圧）は、LEDまたは固体レーザーを使用して個別の光信号（光または光なし）に変換できます。同様に、光信号は、ゲート回路の入力に導入するためのフォトダイオードまたはフォトトランジスタを使用して、電気的な形式に戻すことができます。

光学形式でのデジタル情報の送信は、離れた場所にある光検出器にレーザーを向けるだけで、屋外で行うことができますが、温度逆転層、ほこり、雨、霧、およびその他の障害物の形でのビームとの干渉が存在する可能性があります重要なエンジニアリングの問題：

屋外の光データ伝送の問題を回避する1つの方法は、光パルスを超高純度のグラスファイバーに送ることです。 グラスファイバー 銅線が電子を伝導するのと同じように光線を「伝導」し、インダクタンス、静電容量、および電気信号を悩ます外部干渉のすべての関連する問題を完全に回避するという利点があります。光ファイバは、 全反射として知られる現象によって光ビームをファイバコア内に閉じ込めます。 。

光ファイバは2層の超高純度ガラスで構成されており、各層はわずかに異なる 屈折率のガラスでできています。 、または「曲げる」能力 ライト。中央のガラスコアの周りに同心円状に層状になっている1つのタイプのガラスでは、中央のコアに導入された光はファイバーの外側に逃げることはできませんが、コア内を移動するように制限されます。

これらのガラスの層は非常に薄く、外側の「クラッド」は通常125ミクロン（1ミクロン=100万分の1メートル、つまり10 ^-6 ）です。 メートル）直径。この薄さは繊維にかなりの柔軟性を与えます。繊維を物理的損傷から保護するために、通常、薄いプラスチックコーティングが施され、プラスチックチューブの内側に配置され、引張強度のためにケブラーファイバーで包まれ、電線の絶縁と同様のプラスチックの外側シースが与えられます。電線と同様に、光ファイバーは同じシース内に束ねられて1本のケーブルを形成することがよくあります。

光ファイバは、ほぼすべての点で銅線のデータ処理性能を上回っています。それらは電磁干渉の影響を完全に受けず、非常に高い帯域幅を持っています。ただし、特定の弱点がないわけではありません。

光ファイバーにおけるマイクロベンディングの効果

光ファイバの弱点の1つは、 マイクロベンディングとして知られる現象です。 。これは、ファイバーが半径の小さすぎる周りに曲がっており、光がクラッドを通って内核から逃げる場所です：

マイクロベンディングは、失われた光による信号強度の低下につながるだけでなく、鋭いベンドの外側に意図的に配置された光センサーがファイバーを介して送信されるデジタルデータを傍受する可能性があるというセキュリティ上の弱点を構成します。

光ファイバーのモード

光ファイバに固有のもう1つの問題は、複数の光路またはモードによる信号の歪みです。 、ファイバーの長さ全体で異なる距離を持ちます。光源から光が放出されると、フォトン（光の粒子）がすべてまったく同じ経路を進むわけではありません。この事実は、直線ビームに適合しない光源では明らかに明らかですが、レーザーなどのデバイスでも当てはまります。

シングルモード

ファイバーコアを十分に小さくすると（直径約5ミクロン）、光モードは1つの長さの単一の経路に制限されます。シングルモードの光のみを許可するように設計されたファイバは、シングルモードファイバと呼ばれます。シングルモードファイバは、長いケーブルで発生するパルスストレッチの問題を回避するため、長距離（数マイル以上）のネットワークに最適なファイバです。もちろん、欠点は、光のモードが1つしかない場合、シングルモードファイバはマルチモードファイバほど導通しないことです。長距離では、これにより、光パワーを高めるための「リピーター」ユニットの必要性が悪化します。

マルチモードファイバー

光ファイバコアの直径が十分に大きい場合、光子が移動するための複数の経路をサポートします。これらの経路のそれぞれは、ファイバの一端から他端までの長さがわずかに異なります。

パルスストレッチ

ファイバを通るより短い経路をとるLEDによって放出される光パルスは、より長い経路をとる光パルスよりも早く検出器に到達します。その結果、パルスストレッチと呼ばれる、方形波の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジの歪みが発生します。 。この問題は、ファイバー全体の長さが長くなるにつれて悪化します。