O que o cabo de fibra óptica faz?

Cabos de fibra óptica Transmitir informações como pulsos de luz através de fios de vidro ou plástico. Eles servem como espinha dorsal das telecomunicações modernas, permitindo a transferência de dados de alta velocidade em longas distâncias com perda mínima de sinal.

Funcionalidade central

A fibra óptica converte sinais elétricos em luz usando um transmissor. A luz viaja pelo cabo através da reflexão interna total, saltando entre o núcleo e o revestimento. No destino, um receptor converte a luz de volta em sinais elétricos.

Componentes -chave

• Núcleo: Centro de vidro/plástico fino transportando luz
• revestimento: camada externa refletindo a luz para dentro
• revestimento de buffer: jaqueta de plástico protetora
• Membros de força: Fibras de reforço (por exemplo, Kevlar)
• Jaqueta externa: exterior resistente ao clima

Especificações técnicas

As fibras de modo único (núcleo de 9 µm) transportam luz laser infravermelha (1310-1550nm) para distâncias superiores a 100 km. As fibras multimodo (núcleo de 50-62,5 µm) usam fontes de luz LED para execuções mais curtas (≤2km).

Comparação de desempenho

Mecânica de transmissão de sinal

Os pulsos de luz mantêm a integridade do sinal através da reflexão interna total. O cálculo do ângulo crítico segue a lei de Snell: θ _c = pecado ^-1 (n ₂ /n ₁ ), onde n ₁ e n ₂ são índices refrativos de núcleo e revestimento.

Cenários de implantação

• Cabos submarinos : 400 sistemas que abrangem 1,3 m km globalmente
• Ftth (Fibra para casa) : Conexões diretas do consumidor
• Data centers : Arquitetura de folhas de coluna com links de 400 Gbps
• Industrial : Automação de fábrica resistente à EMI

Limitações e considerações

Os custos de instalação excedem o cobre em 10 a 30%. Equipamento especializado necessário para a emenda (perda de 0,1dB por emenda). O raio mínimo de dobra (normalmente 10-20 × diâmetro do cabo) evita vazamento de luz.

Linha do tempo da evolução

1977: Primeira instalação comercial (Chicago)
1988: TAT-8 Cabo transatlântico (40.000 chamadas simultaneamente)
2016: recorde de 4.000 km (canal único de 1 Tbps)
2023: Sistemas submarinos atingindo 24 Tbps por par de fibras

Desenvolvimentos futuros

Multiplexação de divisão espacial usando fibras multi-core (7 núcleos demonstrados). Fibras de núcleo oco reduzindo a latência para 3μs/km. Integração com redes de criptografia quântica.

Dive profundo técnico

Os sistemas de fibra óptica alavancam a multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) para aumentar a capacidade. O denso WDM (DWDM) suporta até 160 comprimentos de onda por fibra, cada um carregando 100 Gbps. A regeneração do sinal ocorre através de amplificadores de fibra dopados com erbio (EDFAs) espaçados em intervalos de 80 a 100 km, mantendo a amplificação óptica sem conversão elétrica. Efeitos não lineares, como a mistura de quatro ondas, tornam-se significativos nos níveis de potência superiores a 17dBM, exigindo projetos de fibras com mudança de dispersão. A compensação de dispersão do modo de polarização (PMD) é fundamental para links além de 40 km operando a 100 Gbps.

Ciência do material

Sílica fundida ultra-pura (SIO ₂ ) forma o material central, com o doping de germânio aumentando o índice de refração. O revestimento usa sílica dopada com fluorina com índice de refração 0,36% menor. A fabricação envolve a deposição de vapor químico modificado (MCVD), onde os gases depositam camadas de silício dentro dos tubos de pré -forma a 1900 ° C. O desenho de fibra ocorre a 2000 ° C, puxando 10 km/min com diâmetro controlado para ± 0,1 µm.