Truyền quang
Truyền thông quang học sử dụng một chùm ánh sáng đơn sắc được điều chế để mang thông tin từ máy phát đến máy thu. Phổ ánh sáng trải rộng một dải cực lớn trong phổ điện từ, kéo dài từ vùng 10 terahertz (10 4 gigahertz) đến 1 triệu terahertz (10 9gigahertz). Dải tần số này về cơ bản bao trùm phổ từ hồng ngoại xa (bước sóng 0,3 mm) qua tất cả ánh sáng khả kiến đến gần tia cực tím (bước sóng 0,0003 micromet). Tuyên truyền ở tần số cao như vậy, bước sóng quang là tự nhiên phù hợp cho viễn thông băng rộng tốc độ cao. Ví dụ, điều chế biên độ của sóng mang quang ở tần số gần hồng ngoại 300 terahertz chỉ bằng 1 phần trăm mang lại băng thông truyền vượt quá băng thông cáp đồng trục có sẵn cao nhất với hệ số 1.000 trở lên.
Khai thác thực tế phương tiện quang học cho viễn thông tốc độ cao trên khoảng cách lớn đòi hỏi một chùm ánh sáng mạnh gần như đơn sắc, công suất của nó tập trung hẹp quanh một bước sóng quang mong muốn. Một chất mang như vậy sẽ không thể thực hiện được nếu không phát minh ra laser ruby, lần đầu tiên được chứng minh vào năm 1960, nó tạo ra ánh sáng cực mạnh với độ rộng vạch phổ rất hẹp bằng quá trình phát xạ kích thích kết hợp. Ngày nay, điốt laser bán dẫn được sử dụng cho truyền thông quang học tốc độ cao, đường dài.
Hai loại kênh quang tồn tại: kênh không gian tự do không có điều kiện, nơi ánh sáng tự do truyền qua khí quyển và kênh sợi quang dẫn hướng, nơi ánh sáng truyền qua ống dẫn sóng quang.
Kênh không gian trống
Các cơ chế mất trong kênh quang không gian tự do gần như giống hệt với các cơ chế trong kênh vô tuyến vi sóng tầm nhìn. Tín hiệu bị suy giảm do sự phân kỳ chùm tia, sự hấp thụ khí quyển và sự tán xạ khí quyển. Sự phân kỳ chùm tia có thể được giảm thiểu bằng cách đối chiếu (tạo song song) ánh sáng truyền thành chùm hẹp kết hợp bằng cách sử dụng nguồn sáng laser cho máy phát. Có thể giảm thiểu tổn thất hấp thụ khí quyển bằng cách chọn các bước sóng truyền nằm trong một trong những cửa sổ có mức độ tổn thất thấp ở vùng hồng ngoại, nhìn thấy hoặc tia cực tím. Bầu khí quyển gây ra tổn thất hấp thụ cao khi bước sóng quang tiến gần đến bước sóng cộng hưởng của các thành phần khí như oxy (O 2), hơi nước (H 2 O), carbon dioxide (CO 2) và ozone (O 3). Vào một ngày đẹp trời, sự suy giảm của ánh sáng khả kiến có thể là một decibel mỗi km hoặc ít hơn, nhưng tổn thất tán xạ đáng kể có thể được gây ra bởi bất kỳ sự thay đổi nào trong điều kiện khí quyển, như sương mù, sương mù, mưa hoặc bụi trong không khí.
Độ nhạy cao của tín hiệu quang với điều kiện khí quyển đã cản trở sự phát triển của các liên kết quang không gian tự do cho môi trường ngoài trời. Một ví dụ đơn giản và quen thuộc của máy phát quang không gian tự do trong nhà là điều khiển từ xa hồng ngoại cầm tay cho truyền hình và hệ thống âm thanh độ trung thực cao. Các hệ thống quang học không gian tự do cũng khá phổ biến trong các ứng dụng đo lường và viễn thám, chẳng hạn như tìm phạm vi quang học và xác định vận tốc, kiểm soát chất lượng công nghiệp và radar đo độ cao bằng laser (được gọi là LIDAR).
Kênh cáp quang
Trái ngược với truyền dẫn dây, trong đó một dòng điện chạy qua một dây dẫn đồng, trong truyền dẫn sợi quang, một trường điện từ (quang) truyền qua một sợi làm từ một chất điện môi không dẫn điện. Do băng thông cao, độ suy giảm thấp, khả năng chống nhiễu, chi phí thấp và trọng lượng nhẹ, cáp quang đang trở thành phương tiện được lựa chọn cho các liên kết viễn thông kỹ thuật số tốc độ cao cố định. Cáp sợi quang đang thay thế cáp dây đồng trong cả hai ứng dụng đường dài, chẳng hạn như bộ cấp nguồn và phần thân của các vòng lặp điện thoại và truyền hình cáp và các ứng dụng khoảng cách ngắn, như mạng cục bộ (LAN) cho máy tính và phân phối điện thoại tại nhà, truyền hình và dịch vụ dữ liệu. Ví dụ, cáp quang Bellcore OC-48 tiêu chuẩn, được sử dụng để truyền dữ liệu số hóa, tín hiệu thoại và video, hoạt động với tốc độ truyền lên tới 2,4 gigabits (2,4 tỷ chữ số nhị phân) mỗi giây trên mỗi sợi. Đây là tốc độ đủ để truyền văn bản trong tất cả các tập của Encyclopædia đã in (2 gigabits dữ liệu nhị phân) trong chưa đầy một giây.
Một liên kết truyền thông sợi quang bao gồm các yếu tố sau: một máy phát quang điện, chuyển đổi thông tin tương tự hoặc kỹ thuật số thành một chùm ánh sáng được điều chế; một sợi mang ánh sáng, kéo dài đường truyền; và một máy thu quang điện tử, chuyển đổi ánh sáng phát hiện thành dòng điện. Cho các liên kết đường dài (lớn hơn 30 km, hoặc 20 dặm), bộ lặp tái sinh thường được yêu cầu để bù đắp sự suy giảm của sức mạnh tín hiệu. Trong quá khứ, các bộ lặp quang-điện tử lai thường được sử dụng; những thiết bị này có bộ thu quang điện tử, xử lý tín hiệu điện tử và bộ phát quang điện để tái tạo tín hiệu. Ngày nay, các bộ khuếch đại quang pha tạp erbium được sử dụng như các bộ lặp quang tất cả hiệu quả.
Máy phát quang điện
Hiệu quả của một máy phát quang điện được xác định bởi nhiều yếu tố, nhưng quan trọng nhất là: độ rộng vạch phổ, là độ rộng của phổ sóng mang và bằng 0 đối với nguồn sáng đơn sắc lý tưởng; tổn thất chèn, là lượng năng lượng truyền không kết hợp với sợi; tuổi thọ máy phát; và tốc độ bit hoạt động tối đa.
Hai loại máy phát quang điện thường được sử dụng trong các liên kết sợi quang, là diode phát sáng (LED) và laser bán dẫn. Đèn LED là nguồn sáng có chiều rộng rộng được sử dụng cho các liên kết nhịp ngắn, tốc độ trung bình, trong đó sự phân tán của chùm sáng qua khoảng cách không phải là vấn đề chính. Đèn LED có chi phí thấp hơn và có tuổi thọ dài hơn so với laser bán dẫn. Tuy nhiên, laser bán dẫn kết hợp công suất ánh sáng của nó với sợi quang hiệu quả hơn nhiều so với đèn LED, khiến nó phù hợp hơn với thời gian dài hơn và nó cũng có thời gian tăng tốc nhanh hơn, cho phép tốc độ truyền dữ liệu cao hơn. Điốt laser có sẵn hoạt động ở bước sóng trong khoảng gần 0,85, 1,3 và 1,5 micromet và có độ rộng vạch phổ nhỏ hơn 0,003 micromet. Chúng có khả năng truyền với tốc độ trên 10 gigabit mỗi giây. Đèn LED có khả năng hoạt động trong phạm vi bước sóng sóng mang rộng hơn tồn tại, nhưng chúng thường có tổn thất chèn cao hơn và độ rộng đường dây vượt quá 0,035 micromet.
Máy thu quang
Hai loại máy thu quang điện tử phổ biến nhất cho các liên kết quang là photodiode âm-dương (PIN) dương và photodiode avalanche (APD). Các máy thu quang này trích xuất tín hiệu băng cơ sở từ tín hiệu sóng mang được điều chế bằng cách chuyển đổi nguồn quang tới thành dòng điện. Photodiode PIN có mức tăng thấp nhưng đáp ứng rất nhanh; APD có mức tăng cao nhưng đáp ứng chậm hơn.
