Optik iletim
Optik iletişim, vericiden alıcıya bilgi taşımak için modüle edilmiş tek renkli ışık demeti kullanır. Işık spektrumu 10 terahertz (10 bölgesine uzanan, elektromanyetik spektrumda çok büyük bir aralığı içine 4, 1 milyon terahertz (10 GHz) 9gigahertz). Bu frekans aralığı esasen uzak kızılötesinden (0,3 mm dalga boyu) tüm görünür ışıklardan yakın ultraviyole (0.0003-mikrometre dalga boyu) spektrumunu kapsar. Bu yüksek frekanslarda yayılan optik dalga boyları, yüksek hızlı geniş bantlı telekomünikasyon için doğal olarak uygundur. Örneğin, 300 terahertz'e yakın kızılötesi frekansta yüzde 1 kadar az bir optik taşıyıcının genlik modülasyonu, mevcut en yüksek koaksiyel kablo bant genişliğini 1.000 veya daha fazla faktör aşan bir iletim bant genişliği verir.
Büyük mesafelerde yüksek hızlı telekomünikasyon için optik ortamın pratik olarak kullanılması, neredeyse tek renkli güçlü bir ışık demeti gerektirir, gücü dar bir şekilde istenen optik dalga boyu etrafında yoğunlaşır. Böyle bir taşıyıcı, ilk olarak 1960 yılında gösterilen, uyumlu uyarılmış emisyon işlemi ile çok dar spektral çizgi genişliğine sahip yoğun ışık üreten yakut lazerin icadı olmadan mümkün olmazdı. Günümüzde, yarı iletken enjeksiyon lazer diyotları yüksek hızlı, uzun mesafeli optik iletişim için kullanılmaktadır.
İki tür optik kanal vardır: ışığın atmosferde serbestçe yayıldığı kılavuzsuz boş alan kanalı ve ışığın optik bir dalga kılavuzundan yayıldığı yönlendirilmiş fiber optik kanal.
Boş alan kanalı
Boş alan optik kanalındaki kayıp mekanizmaları, görüş açısı mikrodalga radyo kanalındaki mekanizmalarla hemen hemen aynıdır. Sinyaller ışın sapması, atmosferik absorpsiyon ve atmosferik saçılma ile bozulur. Işın sapması, bir verici için bir lazer ışık kaynağı kullanılarak iletilen ışığın uyumlu bir dar ışına toplanması (paralel hale getirilmesi) ile en aza indirilebilir. Atmosferik absorpsiyon kayıpları, kızılötesi, görünür veya ultraviyole bölgesindeki düşük kayıplı “pencerelerden” birinde bulunan iletim dalga boyları seçilerek en aza indirilebilir. Optik dalga, oksijen (O gibi gaz halindeki bileşenlerin rezonant dalga boylarında yaklaştıkça atmosfer yüksek emme kayıpları empoze 2), su buharı (H 2 O), karbon dioksit (CO 2) ve ozon (O 3). Açık bir günde, görünür ışığın zayıflaması kilometre başına bir desibel veya daha az olabilir, ancak pus, sis, yağmur veya havadaki toz gibi atmosfer koşullarındaki herhangi bir değişkenlikten önemli saçılma kayıpları neden olabilir.
Optik sinyallerin atmosfer koşullarına karşı yüksek hassasiyeti, dış ortamlar için boş alan optik bağlantılarının geliştirilmesini engellemiştir. Bir kapalı boş alan optik vericisinin basit ve tanıdık bir örneği, televizyon ve yüksek kaliteli ses sistemleri için el tipi kızılötesi uzaktan kumandadır. Serbest alan optik sistemleri, optik menzil bulma ve hız belirleme, endüstriyel kalite kontrol ve lazer altimetri radarı (LIDAR olarak bilinir) gibi ölçüm ve uzaktan algılama uygulamalarında da oldukça yaygındır.
Fiber optik kanallar
Bir elektrik akımının bir bakır iletkenden aktığı tel iletiminin aksine, fiber optik iletimde bir elektromanyetik (optik) alan iletken olmayan bir dielektrikten yapılmış bir fiberden yayılır. Yüksek bant genişliği, düşük zayıflama, parazit bağışıklığı, düşük maliyet ve hafifliği nedeniyle, fiber optik sabit, yüksek hızlı dijital telekomünikasyon bağlantıları için tercih edilen ortam haline gelmektedir. Optik fiber kablolar, telefon ve kablo televizyon döngülerinin besleyici ve gövde kısımları gibi uzun mesafeli uygulamalarda ve bilgisayarlar için yerel alan ağları (LAN) ve telefonun ev dağıtımı gibi kısa mesafeli uygulamalarda bakır tel kabloları takviye eder, televizyon ve veri hizmetleri. Örneğin, sayısallaştırılmış veri, ses ve video sinyallerinin kanallandırılması için kullanılan standart Bellcore OC-48 optik kablo, fiber başına saniyede 2,4 gigabite (2,4 milyar ikili basamak) kadar iletim hızında çalışır. Bu, yazdırılan Encyclopædia'nın (2 gigabit ikili veri) tüm ciltlerindeki metni bir saniyeden daha kısa sürede iletmek için yeterli bir hızdır.
Bir optik fiber iletişim bağlantısı aşağıdaki elemanlardan oluşur: analog veya dijital bilgiyi modüle edilmiş bir ışık demetine dönüştüren bir elektro-optik verici; iletim yolunu kapsayan bir ışık taşıyan lif; ve tespit edilen ışığı elektrik akımına dönüştüren bir optoelektronik alıcı. Uzun mesafeli bağlantılar için (30 km veya 20 milden fazla), sinyal gücünün zayıflamasını dengelemek için genellikle rejeneratif tekrarlayıcılar gerekir. Geçmişte, yaygın olarak hibrid optik-elektronik tekrarlayıcılar kullanılıyordu; bunlar bir optoelektronik alıcı, elektronik sinyal işleme ve sinyali yenilemek için bir elektro-optik vericiye sahipti. Günümüzde, erbium katkılı optik amplifikatörler verimli tüm optik tekrarlayıcılar olarak kullanılmaktadır.
Elektro-optik vericiler
Bir elektro-optik vericinin verimliliği birçok faktör tarafından belirlenir, ancak en önemlisi şunlardır: taşıyıcı spektrumun genişliği olan ve ideal bir monokromatik ışık kaynağı için sıfır olan spektral çizgi genişliği; fibere bağlanmayan iletilen enerji miktarı olan ekleme kaybı; verici ömrü; ve maksimum çalışma bit hızı.
Fiber optik bağlantılarda yaygın olarak iki tür elektro-optik verici kullanılır: ışık yayan diyot (LED) ve yarı iletken lazer. LED, ışık huzmesinin mesafe boyunca dağılımının önemli bir sorun olmadığı orta hızlı, kısa açıklıklı bağlantılar için kullanılan geniş hat genişliğinde bir ışık kaynağıdır. LED maliyeti düşüktür ve yarı iletken lazere göre daha uzun kullanım ömrüne sahiptir. Bununla birlikte, yarı iletken lazer, ışık çıkışını optik fiberden LED'e göre çok daha verimli bir şekilde birleştirerek daha uzun açıklıklar için daha uygun hale getirir ve daha yüksek veri iletim hızlarına izin vererek daha hızlı bir “yükselme” süresine sahiptir. 0,85, 1,3 ve 1,5 mikrometre civarında dalga boylarında çalışan ve 0,003 mikrometreden daha az spektral çizgi genişliğine sahip lazer diyotlar mevcuttur. Saniyede 10 gigabitten fazla iletim yapabilirler. Daha geniş bir taşıyıcı dalga boyu aralığında çalışabilen LED'ler mevcuttur, ancak genellikle daha yüksek yerleştirme kayıpları ve 0.035 mikrometreyi aşan çizgi genişlikleri vardır.
Optoelektronik alıcılar
Optik bağlantılar için en yaygın iki optoelektronik alıcı türü pozitif-iç-negatif (PIN) fotodiyot ve çığ fotodiyodudur (APD). Bu optik alıcılar, temel optik gücü elektrik akımına dönüştürerek modüle edilmiş bir optik taşıyıcı sinyalden temel bant sinyalini çıkarır. PIN fotodiyodu düşük kazançlı ancak çok hızlı tepki veriyor; APD yüksek kazançlı ancak yavaş yanıtlıdır.
