Lysleder

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi

Nærbillede af uindpakkede optiske fibre ledende synligt hvidt lys.

Her præsenteres 3 forskellige optiske fiber typer med deres fordele og ulemper. Det første glasbaserede fibre har en ydre diameter på 0,380 mm - og de 2 sidste kendte og udbredte fibre har en diameter på 0,125 mm, hvilket er det samme som 125 um.
Øverste: Den lysledende kerne i fiberet er 0,2 mm (200um). Fordelen ved denne "store" kerne er at det er lettere at få sendt lys ind i den. Almindelige lysdiodechips kan anvendes. Fibre med dette design kaldes multi-mode fibre (MMF).
Midterste: Den lysledende kerne i fiberet er mellem 50-100um (typisk 50um eller 62,5um, ca. tykkelsen af et stykke papir). Fordelen ved denne kerne er, at det er forholdsvis let at få sendt lys ind i den. Almindelige lysdiodechips kan anvendes, men tolerancerne er små. Fibre med dette design kaldes multi-mode fibre (MMF).
Nederste: Den lysledende kerne i fiberet er mellem 8-10um (ca. 10 kerner svarer til tykkelsen af et stykke papir). Fordelen ved denne kerne er at lysflanker kun tværes lidt ud langs fiberens længde. Ulempen er at det er "svært" at få sendt lys ind i den. Almindelige lysdiodechips kan normalt ikke anvendes, så diodelaserchips anvendes i stedet. Tolerancerne er meget små. Fibre med dette design kaldes single-mode fibre (SMF).

Et typisk lyslederkabel med et single-mode fiber stærkt forstørret, visende diametrene af de forskellige komponentlag. Buffer består i mange tilfælde af et stærkt fiberbundt. Jacket består normalt af blød plast.

Fotografi af et fotonisk fiber som pga. ulinearitet ændrer lysets bølgelængde ned langs fiberen.^[1]

En Lysleder eller et optisk fiber lavet af glas eller plastik designet til at guide lys langs det indre af fiberens kerne.

Lysledere anvendes først og fremmest til telekommunikation - og i visse sensorer.

Lyslederes anvendelse indenfor telekommunikation skyldes lysledernes lave optiske tab ved de anvendte lysbølgelængder og for lysledere med tynde kerner (ca. 10um i diameter) kan signaler med store båndbredder sendes ca. 350-1000 km med normal digital amplitudemodulation ^[2] - og mere end 4.000 km med adaptive specielt designede pulser der udbreder sig som solitoner ned gennem fiberen. ^[3] ^[4] En solitons egenskab er, at pulsens form ikke tværes ud, uanset tilbagelagt afstand. Begge uden signalregenerering og signalforstærkning.

En enkel lysleder kan overføre flere lysbølgelængder og kan på denne måde overføre n*(10Gbit/s). F.eks. vil 320 passende valgte lysbølgelængder kunne overføre 3.200 Gbit/s. ^[5]

Elektriske koaksialkabler og parsnoede kabler klarer normalt kun 100 meter uden signalregenerering og signalforstærkning af store båndbredder på f.eks. 10Gbit/s.

[redigér] Historie

Lyslederes principielle lys-guidende effekt blev først demonstreret af Daniel Colladon og Jaques Babinet i 1840'erne. ^[6] I 1952 udførte fysikeren Narinder Singh Kapany eksperimenter som ledte til opfindelsen af den optiske fiber, baseret på Tyndall's tidligere forskning; moderne optiske fibre, hvor glasfiberen er overtrukket med en gennemsigtig overtræk for at lave den refraktive overgang dukkede op senere i årtiet. ^[6]

I 1965 foreslog Charles K. Kao og George A. Hockham fra det Britiske firma Standard Telephones and Cables at optiske fibres dæmpning blev forårsaget af urenheder, som kunne fjernes. De spekulerede i at optiske fibre kunne blive et anvendeligt medium for kommunikation, hvis dæmpningen kunne reduceres til under 20 dB per kilometer (Hecht, 1999, p. 114). Dette dæmpningsmål blev nået i 1970, af forskerne Robert D. Maurer, Donald Keck, Peter C. Schultz og Frank Zimar, der arbejdede for det amerikanske glasmager Corning Glass Works, nu Corning Inc.. De demonstrerede et optisk fiber med en optisk dæmpning på 17 dB per kilometer af "forurenet" Siliciumbaseret glas med titanium. Et par år senere producerede de et fiber med kun 4 dB/km ved anvendelse af germaniumoxider som kerne-"forurening". Disse lave dæmpninger bebudede optiske fibres anvendelse til telekommunikation og muliggjorde internettet. Idag er optiske fibres dæmpning langt mindre end elektriske kobberkabler, hvilket ledte til fiberforbindelser på op til 500 - 800 km uden repeater.

Stub
Denne artikel er kun påbegyndt. Hvis du ved mere om emnet, kan du hjælpe Wikipedia ved at udvide den.

[redigér] Kilder/referencer

↑ 2004-05-24, Sciencedaily: Tightly Focused Laser Light Generates Nonlinear Effects And Rainbow Of Color Citat: "..."supercontinuum generation in nonlinear fibers." The phenomenon can be observed in a new class of optical fibers, called photonic crystal fibers. PCFs consist of a tiny solid glass core surrounded by a cladding, or casing, that contains air holes along the length of the fiber...As the IR light propagates, or spreads, through a 1-meter-long fiber, the light appears, first orange, then yellow and finally green...The visible lightwaves emerge from the fiber as white light, which contains all the colors of the spectrum..."
↑ Webarchive backup: telecommagazine.com: March 2001, Ultralong-Haul DWDM: The Big Tradeoff Citat: "...Today's optical networks use electrical regenerators approximately every 500 km along installed fiber, but they are expensive and power consuming..."
↑ williamson-labs.com: The Revolution. Optical Fibers, Optical Recording, and the ultimate, Optical Computing Citat: "...Data transport using Soliton Pulses in Dispersion-Shifted Fiber Single Fiber: Errorless data transmission: 50 Gb/s, at over 19,000 km, No Repeaters. This technology is no longer a laboratory oddity, but has been in place and Growing for the last > 6 years..."
↑ Webarchive backup: marconi.com: The Soliton Story Citat: "...At the heart of its pioneering work are “dispersion managed solitons” — a concept that has already enabled world-record transmission distances — a standard fiber carrying 10 Gbit/s across 16,000 km, for example, and 40 Gbit/s carried over 1,000 km...Solitons are essentially “stable pulses” that travel without changing their shape...Conventional optical networks lose 25 dB to 30 dB of signal per span between amplifiers, restricting a total span to around 1,000 km. Marconi SOLSTIS' goal is to achieve far longer distances with the same amplifier span, or enable longer spans over the original distance..."
↑ 2001, prnewswire.co.uk: Corvis announces industry-leading 3.2 terabits per second optical transport system Citat: "...CorWave LR is a dense-wavelength-division-multiplexing (DWDM) transmission system that can transport up to 320 STM-64 (10 Gbps) wavelengths for up to 800 km or 160 STM-64 (10 Gbps) wavelengths in each direction for up to 2,000 km...CorWave XL and CorWave XF ¾ Repeaterless terrestrial or undersea festoon links used to build, expand and link national and regional networks. CorWave XL and XF can transmit up to 800 gigabits per fibre for distances as long as 350 km, eliminating the use of in-line amplifiers..."
↑ ^6,0 ^6,1 Bates, Regis J (2001). Optical Switching and Networking Handbook. New York: McGraw-Hill. Side p10. ISBN 0-07-137356-X.