光ファイバーによる情報の変換・伝達の原理
長距離にわたる情報の伝送を目的とした現代の通信回線は、多くの場合、単なる光回線です。これは、この技術の効率がかなり高く、たとえばインターネットへのブロードバンド アクセスを提供する手段として長年にわたって実証されてきたためです。 。
ファイバー自体は、ガラスのコアと、そのコアよりも屈折率の低いシースで囲まれた構造で構成されています。線路に沿って情報を伝送する役割を担う光ビームは、ファイバのコアに沿って伝播し、途中でクラッドで反射するため、伝送線路の外には出ません。
ビームフォーミング光源は通常、 ダイオードまたは半導体レーザー一方、ファイバー自体は、コアの直径と屈折率分布に応じて、シングルモードまたはマルチモードになります。
通信回線の光ファイバーは電子通信手段よりも優れており、長距離にわたるデジタルデータの高速かつロスレス伝送が可能です。
原則として、光回線は独立したネットワークを形成したり、既存のネットワーク（光ファイバーのレベルで物理的に、または論理的に結合された光ファイバーハイウェイのセクション）をデータ伝送プロトコルのレベルで結合したりすることができます。
光回線を介したデータ伝送の速度は、たとえば、最新の電気通信構造で長年使用されている 10 ギガビット イーサネット標準など、数百ギガビット/秒で測定できます。
光ファイバーが発明されたのは 1970 年と考えられています。コーニング社の科学者ピーター シュルツ、ドナルド ケック、ロバート マウラーが低損失の光ファイバーを発明し、電話信号を伝送するためのケーブル システムを複製する可能性を開いたのです。リピーターなしで使用されます。開発者は、ソースから 1 キロメートルの距離で光信号パワーの 1% を節約できるワイヤーを作成しました。
これがテクノロジーの転換点でした。回線は当初、数百の位相の光を同時に伝送するように設計されましたが、その後、長距離にわたって信号の完全性を維持できる高性能を備えた単相ファイバーが開発されました。単相ゼロオフセット ファイバは、1983 年から現在に至るまで最も人気のあるファイバ タイプです。
光ファイバーを介してデータを送信するには、まず信号を電気から光に変換し、次に回線に伝送し、受信機で再び電気に変換する必要があります。デバイス全体はトランシーバーと呼ばれ、光学部品だけでなく電子部品も含まれます。
したがって、光回線の最初の要素は光送信機です。一連の電気データを光ストリームに変換します。送信機には、同期パルス シンセサイザーを備えたパラレル/シリアル コンバーター、ドライバー、光信号源が含まれています。
光信号のソースには、レーザー ダイオードまたは LED を使用できます。従来の LED は通信システムでは使用されません。レーザーダイオードを直接変調するためのバイアス電流と変調電流はレーザードライバーによって供給され、光は光コネクタを介してファイバーに供給されます。 光ケーブル.
回線の反対側では、信号とタイミング信号が光受信機 (主にフォトダイオード センサー) によって検出され、電気信号に変換されて増幅され、送信された信号が再構築されます。特に、シリアル データ ストリームをパラレルに変換できます。
プリアンプは、フォトダイオード センサーからの非対称電流を電圧に変換し、その後増幅して差動信号に変換する役割を果たします。データ同期および回復チップは、受信したデータ ストリームからクロック信号とそのタイミングを回復します。
時分割マルチプレクサは、最大 10 Gb/s のデータ転送速度を実現します。そのため、現在、光システムを介したデータ伝送速度には次の規格があります。
波長分割多重化と波長分割多重化を使用すると、複数の多重化されたデータ ストリームが同じチャネル上で送信される場合に、データ伝送密度をさらに高めることができますが、各ストリームには独自の波長があります。
シングルモード ファイバの外側コア直径は約 8 ミクロンと比較的小さいです。このようなファイバーは、特定のファイバーの特性に対応して、特定の周波数のビームがファイバーを通過して伝播することを可能にします。ビームが単独で移動すると、モード間分散の問題がなくなり、回線のパフォーマンスが向上します。
材料の密度分布は、勾配または階段状になる場合があります。勾配分布により、より高いスループットが可能になります。シングルモード技術はマルチモードよりも薄く、高価ですが、現在電気通信で使用されているシングルモード技術です。
マルチモードファイバーを使用すると、異なる角度で複数の送信ビームを同時に伝播できます。コアの直径は通常 50 または 62.5 μm であるため、光放射の導入が容易になります。トランシーバーの価格はシングルモードのものよりも安価です。
これは、小規模ホーム ネットワークやローカル エリア ネットワークに非常に適したマルチモード ファイバーです。モード間分散の現象は、マルチモード ファイバーの主な欠点と考えられています。そのため、この有害な現象を軽減するために、光線が放物線状の経路に沿って伝播し、光路の差が小さくなるように、屈折率が傾斜したファイバーが特別に開発されました。 。いずれにしても、シングルモード テクノロジーのパフォーマンスは依然として高いままです。