211service.com
Overzicht van optische netwerken
Een optisch netwerk is een communicatiesysteem dat lichtsignalen gebruikt in plaats van elektronische om informatie tussen twee of meer punten te verzenden. De punten kunnen computers in een kantoor zijn, grote stedelijke centra of zelfs landen in het wereldwijde telecommunicatiesysteem. Optische netwerken omvatten optische zenders en ontvangers, glasvezelkabels, optische schakelaars en andere optische componenten. Optische en elektronische netwerken kunnen verschillende vormen aannemen. Point-to-point-netwerken maken permanente verbindingen tussen twee of meer punten, zodat elk paar knooppunten met elkaar kan communiceren; point-to-multipoint-netwerken zenden dezelfde signalen tegelijkertijd uit naar veel verschillende knooppunten; geschakelde netwerken zoals het telefoonsysteem bevatten schakelaars die tijdelijke verbindingen maken tussen paren knooppunten. De basisbouwstenen van deze netwerken zijn glasvezelkabels - de zogenaamde buizen - die signalen van knooppunt naar knooppunt transporteren, met schakelaars die ze naar hun bestemming leiden.
Het signaal
Een optisch signaal bestaat uit een reeks pulsen die geproduceerd worden door een laserstraal aan en uit te zetten. De snelheid hangt af van hoe snel de straal kan worden in- en uitgeschakeld en hoeveel de pulsen zich tijdens de transmissie in lengte verspreiden, een effect dat dispersie wordt genoemd. De hoeveelheid dispersie hangt af van het type vezel, de vezellengte en de aard van het optische signaal. Hoe meer spreiding, hoe moeilijker het is om onderscheid te maken tussen aangrenzende pulsen. Met de huidige technologie kunnen verschillende soorten vezels worden gecombineerd om dispersie-effecten te verminderen, waardoor transmissie met 10 gigabit per seconde voor een paar duizend kilometer mogelijk is. Om hogere transmissiesnelheden te bereiken, onderzoeken onderzoekers manieren om dispersie actief te compenseren.
Een enkele vezel kan veel afzonderlijke signalen tegelijkertijd uitzenden op verschillende golflengten van licht, een techniek die multiplexing met golflengteverdeling wordt genoemd. Dit is analoog aan het uitzenden van veel radio- en televisiesignalen door de lucht op verschillende frequenties.
Net als het aantal radiostations, wordt het maximale aantal optische kanalen beperkt door het deel van het spectrum dat voor elk kanaal wordt gebruikt en de totale hoeveelheid beschikbare spectrum. Apparaten die demultiplexers worden genoemd, scheiden de optische kanalen en verdelen ze over afzonderlijke optische ontvangers. Demultiplexers snijden het spectrum in zeer smalle brokken, waarbij elk optisch kanaal wordt geïsoleerd van aangrenzende.
Vermenigvuldiging van het aantal optische kanalen met de datasnelheid op elk optisch kanaal geeft de totale transmissiecapaciteit van een vezel. Laboratoriumexperimenten hebben meer dan 10 biljoen bits (10 terabit) per seconde door meer dan 100 kilometer glasvezel verzonden. Commerciële transmissiesnelheden zijn echter doorgaans niet hoger dan enkele honderden gigabits per seconde.
Om deze hoge datasnelheden en meerdere kanalen te bereiken, zijn geavanceerde componenten nodig. Halfgeleiderlasers - die de lichtpulsen genereren die in bijna alle glasvezelcommunicatiesystemen worden gebruikt - mogen slechts een zeer smal golflengtebereik uitstralen om dispersie te beperken. Vezels zijn ook ontworpen om dispersie te beperken.
versterkers
De helderste optische vezels kunnen signalen van meer dan 100 kilometer zonder versterking verzenden - veel verder dan koperdraden. Wanneer het signaal een grotere afstand moet overspannen, wordt het door een optische versterker geleid, die de sterkte van het optische signaal vermenigvuldigt. De meest gebruikte optische versterkers zijn vezels die zijn gedoteerd met atomen van erbium, een zeldzaam aardelement dat lichtenergie absorbeert van een externe pomplaser. De erbiumatomen geven die energie vervolgens vrij om zwakke optische signalen te versterken over de hele golflengteband die de laser uitzendt. Met zorgvuldige controle kan een reeks van tientallen optische vezelversterkers signalen duizenden kilometers over de oceaan verzenden.
optische schakelaars
Een uitdaging voor optische netwerken is het schakelen van lichtsignalen. Wanneer een signaal op zijn bestemming aankomt, moet het worden gescheiden van de rest van de kanalen. Om één signaal op een tussenliggend punt te laten vallen, scheidt een optisch filter de juiste golflengte van de rest. Apparatuur op dat punt kan ook een nieuw signaal toevoegen aan de nu onbezette golflengte.
Optische schakelaars kunnen werken op een enkele golflengte of op alle golflengten die door een vezel worden uitgezonden. Een vast filter, zoals hierboven beschreven, zou kunnen worden vervangen door een schakelaar die een van de verschillende filters selecteert om de gewenste golflengte naar het tussenpunt om te leiden. Een derde soort schakelaar scheidt de golflengten in afzonderlijke bundels en een bewegende spiegel stuurt een of meer van de golflengten in een andere richting. Andere optische schakelaars schakelen tegelijkertijd alle golflengten die door een vezel gaan; een voorbeeld is een spiegel aan de vezeluitgang die tussen twee verschillende posities kan kantelen om alle optische kanalen om te leiden in het geval van een vezelbreuk.
De voorgaande voorbeelden worden volledig optische schakelaars genoemd omdat ze op lichtsignalen werken. Een andere klasse schakelaars zet optische signalen om in een elektronische vorm die elektronisch kan worden geschakeld; het resulterende elektronische signaal wordt vervolgens ingevoerd in een optische zender om een nieuw optisch signaal te genereren. Dit worden opto-elektro-optische schakelaars genoemd.
Naarmate de technologie vordert, zullen optische netwerken signalen van de ene golflengte naar de andere moeten converteren. Dit kan nu worden gedaan met opto-elektro-optische golflengteconverters die het optische ingangssignaal omzetten in elektronische vorm om een zender op de tweede golflengte aan te sturen. In het laboratorium zijn volledig optische golflengteomvormers gedemonstreerd, maar in de praktijk worden ze nog niet gebruikt. Er zijn ook laserbronnen nodig die op veel verschillende golflengten kunnen worden afgestemd; verschillende soorten zijn gedemonstreerd, en sommige zijn in commerciële productie.