Tip:
Highlight text to annotate it
X
Fiberoptisk kabler
Hvordan de virker, og hvordan ingenører bruger dem til at sende signaler
Serie #3 Engineerguy Videoer
Jeg finder det her en fascinerende genstand: Det er et fiberobtisk kabel til et stereoanlæg.
Hvis jeg lyser ned i kablet, med den her laser diode, guider det lyset ud i den anden ende.
Disse kabler er brugt til at forbinde vores verden idag,
og de er i stand til at overføre information på tværs af lande og oceaner,
men først, lad mig vise dig hvordan det virker.
Jeg har en spand, jeg har modificeret med et vindue foran.
Og på den anden side, har jeg puttet en prop i det hold her
Jeg har en flaske propylenglycol med en lille smule creamer i
Et ring stativ
Og selvfølgelig, en laserdiode
Hold nu øje med den her prop når jeg slukker lyset
Det er fantastisk
Lyset følger væsken hele vejen ned i spanden
Fantastisk
Den gør det her pga. fuldstændig intern reflektion
I det øjeblik lyset rammer strømmen bliver det reflekteret så snart
det rammer fladen mellem luft og væske
Du kan se den første reflektion her, og den anden og den tredje
Dette sker fordi der er en forskel mellem indexet af brydning i guide materialet
i dette tilfælde propylenglycol
og det ydre
i dette tilfælde ilt
Hver gang lys rammer en overlade kan det enten blive
absoberet af materialet,
reflekteret fra det
eller gå igennem det
det er hvad vi kalder brydning
Det er nemmere at se fra toppen
Reflektion og brydning kan godt ske på samme tid,
men hvis en lysbølge rammer overfladen ved en vinkel der er større en den kritiske vinkel
vil den blive fuldstændig refkleteret og ikke brudt
I forhold til dette propylenglycol og luft system, så længe
at bølge rammer overfladen ved en vinkel større en 44,35 grader
målt fra det normale vil den fortsætte
ned ad strømmen via. den totale interne reflektion
For at lave samme effect i et fiberoptisk kabel laver ingenører en midte af som regel rent siliciumdioxid
og en yderside ved navn \"cladding\"
som de også typisk laver af siliciumdioxid,
men med stykker af bor eller germanium for at nedsætte dets index af reflektion
En et procents forskel er nok til at få et fiber til at virke
For at lave et så langt, tydt stykke af glas, har ingenørerne vøret nødt til at varme en stor glas \"preform\".
Centret er det rene centrum glas, og ydersiden er \"claddingen\"
Derefter enten drager eller trækker de et fiber ved at vikle det på et hjul
der øger hastigheden op til 1600 meter per minut
Disse træktårne er typisk flere etager høje
Højden tillader fibrene at nedkøle før de bliver spændt på en trommel
En af de største ingenørresultater var
det første hav fiberoptiske kabel
Det hed TAT-8 og gik fra Tuckerton, New Jersey
fulgte havbunden over 3,500 miles intil det delte sig til
Widemouth, England og Penmarch, Frankrig.
Ingenører designede kablet forsigtigt så det kunne overleve på havbunden.
I centrum ligger kernen.
På mindre end en tiendedel af en tomme i diameter indehold kablet seks optiske fibre
der var viklet rundt om en central stål wire.
De indlejrede dette i en elastomer for at støtte fibrene;
derefter omgang de det med ståltråde, og så forseglede de det
i en kobber cylinder for at beskytte det fra vand
Det endelige kabel var minde end en tomme i diameter,
alligevel kunne det håndtere ca 40,000 samtidige telefonsamtaler
Det grundlæggende for hvordan de sender information igennem et fiberoptisk kabel er meget simpelt
You kunne have en arrangeret en kode med nogen i den anden ende
måske ville vi bruge Morse kode
og jeg ville bare blokere laseren så personen i den ende ser
blink der former en besked
For at transmittere et analogt signal som fx. stemmer fra et telefonopkald, bruger ingenørerne pulskodemodulation
Vi tager et analogt signal og deler det op i sektioner
og sætter vi bølgens højde eller amplitude sammen efter bedste evne
Vi vil gøre dette til et digitalt sigan,
hvilket betyder diskrete værdier af højde og ikke bare enhver værdi
For eksempel, jeg vil bruge fire stykker
hvilket betyder jeg har 16 mulige værdier for højde
Så de første fire sektioner af signalet kunne blive sat sammen af
cirka 10, 12, 14 og 15.
Så tager vi hver en sektion, og konverterer dens aplityde til en serie af etter og nuller
Den første værdi af ti bliver så til, 1-0-1-0
Det kan vi gøre for alle sektioner af kurven.
Nu, istedet for at kigge på den grønne bølgeform
eller de blå søjler,
kan vi tænke på signalet som en serie af
etter og nuller organiseret af tid
Og det er den sekvens vi kan sende igenne et fiberoptisk kabel.
Et lysglimt for et, et, og ingenting for et nul
Selvfølgelig, den eksakte metode til kodning er kendt ved modtagerenden,
så det er et trivielt stykke arbejde at skylle dekryptere beskeden
Nu, du undrer dig måske over hvordan laser kan rejse næsten 4000 mil
over oceaner
Det gør det ikke uden noget hjælp fordi lyset ville undslippe fra siden af fibrene.
Kig tilbage på vores propylenglycol strøm.
Her er hvordan lyset dæmpes mens det bevæger sig
Du kan her se en smal stråle i spanden
Der bliver en smule brede når den rammer strømmen
og derefter bliver den større og større for hver reflektion
Det er fordi ilten er ujævn
og de stråler som strålen er lavet af rammer ved forskellige vinkler
Når den strøle rammer den anden relfektion har disse individuelle stråler divigeret mere,
når strålen rammer den tredje relfektion er der mange stråler der er væk fordi
de ikke længere er ved den kritiske vinkel og derfor kan forsvinde ud af siden af strømmen
Her sker det efter et par tommer
men i et kabel som TAT-8 rejser signalet slående
50 kilometer for det skal forstærkes
Det er fuldstændigt fantastisk.
Jeg er Bill Hammack, \"The Engineer Guy\".