Was macht Glasfaserkabel?

Glasfaserkabel Senden Sie Informationen als LiChtimpuls durch Glas- oder Kunststoffstränge. Sie dienen als Rückgrat der modernen Telekommunikation und ermöglichen die Übertragung von Hochgeschwindigkeitsdaten über große Entfernungen mit minimalem Signalverlust.

Kernfunktionalität

Glasfaser wandeln elektrische Signale mit einem Sender in Licht um. Das Licht wandert durch die gesamte interne Reflexion durch das Kabel und hüpft zwischen Kern und Verkleidung. Am Ziel wandelt ein Empfänger Licht in elektrische Signale zurück.

Schlüsselkomponenten

• Kern: Dünnes Glas/Kunststoffmitte mit Licht tragen
• Verkleidung: Außenschicht reflektiert das Licht nach innen
• Pufferbeschichtung: Schutzplastikmantel
• Stärke Mitglieder: Verstärkung von Fasern (z. B. Kevlar)
• Außenmantel: Wetterbeständiges Äußeres

Technische Spezifikationen

Einmodusfasern (9 um Kern) tragen Infrarotlaserlicht (1310-1550 nm) für Entfernungen von mehr als 100 km. Multimode-Fasern (50-62,5 uM Kern) verwenden LED-Lichtquellen für kürzere Läufe (≤ 2 km).

Leistungsvergleich

Signalübertragungsmechanik

Leichte Impulse halten die Signalintegrität durch totale interne Reflexion bei. Die Berechnung des kritischen Winkels folgt dem Snell -Gesetz: θ _c = Sünde ^-1 (N ₂ /N ₁ ), wo n ₁ und n ₂ sind Brechungsindizes von Kern und Verkleidung.

Bereitstellungsszenarien

• Unterwasserkabel : 400 Systeme über 1,3 m weltweit über 1,3 m
• Ftth (Glasfaser-zu-Häuser) : Direkte Verbraucherverbindungen
• Rechenzentren : Architektur für Wirbelsäulenblatt mit 400-Gbit / s-Links
• Industriell : EMI-resistente Fabrikautomatisierung

Einschränkungen und Überlegungen

Die Installationskosten überschreiten Kupfer um 10-30%. Spezialisierte Geräte, die zum Spleißen erforderlich sind (0,1 dB Verlust pro Spleiß). Der minimale Biegungsradius (typischerweise 10-20 × Kabeldurchmesser) verhindert leichte Leckage.

Evolution Timeline

1977: Erste kommerzielle Installation (Chicago)
1988: TAT-8 Transatlantic Cable (40.000 Anrufe gleichzeitig)
2016: 4.000 km Rekord (1Tbit / s Einkanal)
2023: Unterwassersysteme, die 24 tbit / s pro Faserpaar erzielen

Zukünftige Entwicklungen

Space-Division-Multiplexing unter Verwendung von Multi-Core-Fasern (7 Kerne demonstriert). Hohlkernfasern reduzieren die Latenz auf 3 μs/km. Integration mit Quantenkryptographie -Netzwerken.

Technischer Tauchgang

Glasfasersysteme nutzen die Wellenlänge-Division-Multiplexing (WDM), um die Kapazität zu erhöhen. Dichte WDM (DWDM) unterstützt bis zu 160 Wellenlängen pro Faser, die jeweils 100 Gbit / s tragen. Die Signalregeneration erfolgt durch Erbium-dotierte Faserverstärker (EDFAs), die in Intervallen von 80 bis 100 km verteilt sind und die optische Amplifikation ohne elektrische Umwandlung aufrechterhalten. Nichtlineare Effekte wie das Mischen mit vier Wellen werden bei Leistungsniveaus von mehr als 17 dBm signifikant, was sich dispergierende Faserdesigns erfordern. Die PMD -Kompensation (Polarisationsmodus Dispersion) ist für Verbindungen über 40 km von 100 Gbit / s von entscheidender Bedeutung.

Materialwissenschaft

Ultra-Pure Fused Silica (SiO ₂ ) bildet das Kernmaterial, wobei Germanium -Doping zunehmend Brechungsindex zunimmt. Die Verkleidung verwendet Fluor-dotiertes Siliciumdioxid mit einem niedrigeren Brechungsindex von 0,36%. Die Herstellung umfasst modifizierte chemische Dampfablagerung (MCVD), bei der Gase Siliziumschichten in Vorformröhren bei 1900 ° C ablegen. Die Faserzeichnung tritt bei 2000 ° C auf und zieht 10 km/min mit einem Durchmesser kontrolliert auf ± 0,1 µm.