Concepto de 'frecuencia' en cable frente a frecuencia electromagnética en cable de fibra óptica

Question

Estoy teniendo problemas para entender el concepto de 'frecuencia' de una señal en un sentido eléctrico en un alambre vs el concepto de "frecuencia" en la electromagnético sentido en un cable de fibra óptica. Son estos la misma cosa? La electricidad viaja a través de un cable que no es el mismo concepto físico como la onda electromagnética viaja a través de un cable de fibra óptica, a la derecha?

Hacer los tratamos de la misma cuando se calcula el límite de Shannon? I. e. voy a ver el rango de las frecuencias ópticas (longitudes de onda) que puede ser transmitida a través de una fibra óptica y compararlo con la gama de frecuencias eléctricas que pueden ser transmitidos a través de un alambre, y compararlos?

¿Cómo generar los pulsos de luz comparar para la codificación de señales con los cambios de voltaje?

Answer 1

Estrictamente hablando, James Clerk Maxwell son todos la misma cosa. Descartando extraño cuántica, la brujería, las ecuaciones de Maxwell aplicadas con rigor el trabajo de la DC a los rayos cósmicos, es sólo que utilizamos normalmente aproximaciones al tratar con diferentes cortes del espectro.

En general, hay tres rangos de frecuencia que nos enfrentamos en la electrónica:

1. Baja frecuencia: donde podemos asumir que las longitudes de onda de las señales son mucho más grandes que las estructuras que utilizamos para transmitir y de los dispositivos que utilizamos para procesar. En este caso, la señal permanece generalmente confinados para el conductor, y nosotros también no tiene que preocuparse acerca de las reflexiones en los circuitos.

2. De Radio frecuencia y microondas: Hay esencialmente dos casos aquí. A partir de unos pocos MHz hasta 1 GHz o así, las longitudes de onda están en la misma escala que las longitudes de conductor utilizamos para transportar alrededor de ellos. En este caso, tenemos que empezar a preocuparse de las reflexiones y en la aplicación de nuestra línea de transmisión de ecuaciones. Curiosamente, las señales que intervienen en el extremo superior de la escala no viajes en el conductor - por ejemplo, una señal en el cable coaxial es predominantemente viaja como una onda en el espacio entre el núcleo y la vaina. Esta es la razón por la elección de material de revestimiento puede cambiar de un cable factor de velocidad. Por encima de 1 ghz o así (microondas escala), las cosas empiezan a ponerse más molesto, debido a que su longitud de onda comienza a acercarse a la escala de los dispositivos que utilice para procesar la señal. Esto normalmente requiere graves FEM modelado de dirección.

3. La frecuencia óptica: una Vez que las frecuencias obtener lo suficiente, las longitudes de onda son tan pequeños que podemos empezar a utilizar óptica aproximaciones como la ley de Snell. En esta escala, la transmisión es en realidad más fácil de RF cálculos de sabios, pero la ingeniería que entra en el dispositivo de la ingeniería es mucho más difícil.

Todos los tres casos anteriores de acuerdo con las ecuaciones de Maxwell, que sólo tiene que utilizar su propio simplificaciones cuando sea necesario.

EDIT: estoy totalmente perdido la segunda parte de su pregunta. Supongo que sí, teóricamente podría modular la luz hasta el límite de shannon, pero la electrónica para lograr que no existen y nunca podría existir debido a la física de los desafíos involucrados. La mayoría de los sistemas de fibra usar algo que se llama Multiplexación por División de longitud de Onda. Esencialmente, cada canal se le asigna una longitud de onda (color) y, a continuación, pulsado para codificar una señal digital. De esta manera, usted puede empacar muchos canales en una sola fibra. Usted puede pensar en esto como la fibra equivalente a la multiplexión por división de frecuencia. Previamente, una sola longitud de onda, pero la invención de la magia negra dispositivo llamado un Erbium Doped Fiber Amplifier hecho WDM posible.

Answer 2

La frecuencia en el cable es la tasa a la cual los electrones son empujados hacia atrás y adelante. La frecuencia en una de las comunicaciones ópticas sentido tiene dos significados. La primera es la frecuencia de la luz, que en todos los sistemas normales no cambia. El segundo es la frecuencia a la que la luz es modulada on/off. Como para el análisis electromagnético en la óptica caso, es la frecuencia de la luz es lo que cuenta. La luz es tratada como una onda electromagnética para analizar la difracción y reflexión y absorción.

La corriente en un alambre es a menudo llamado un fenómeno de la mar de electrones libres en el metal. En un cable óptico supongo que se podría pensar en el mar de los fotones como el medio para transportar la información.

Puede haber más de una frecuencia o color de la luz y están separados por filtros o poco rejillas de difracción. Del mismo modo no puede haber más de una frecuencia en un alambre que están separados por los filtros en un receptor.

Para el límite de Shannon, no es el mismo. Max frecuencia para el cable, máx de conmutación de la tasa para el cable óptico. (Dado un límite teórico de detección, como la detección de los fotones, se puede pensar en ellos como el mismo. De lo contrario, es la máxima velocidad de modulación. Pero que me acaba de pasar por encima de mi cabeza, así que estoy seguro de que un experto en comunicaciones le paso.)

Answer 3

Vale la pena señalar que en casi todos los sentidos, de la óptica de la transmisión de señales codificadas depende en primer lugar el desarrollo de un eléctricamente la señal codificada para impulsar la salida de un LED o un diodo láser. La gran ventaja de la fibra óptica vienen de la base de la propiedad de la luz que, a condición de que dos ondas se encuentran en diferentes longitudes de onda, que no interactúan unos con otros.

A menudo es conveniente pensar en la tensión de la fuente de presión, de esta manera, usted puede ver que hay realmente sólo una instantánea en el punto de información de seguimiento, y que es lo que la corriente o el voltaje de la presión en la línea en cualquier momento dado. A partir de ahí, computacional magia y una buena sincronización de la señal puede meter en lugar de un poco de información utilizable en ese único punto de información. Aunque, finalmente, llegamos a lo que el actual estado-of-the-art límite no es de lo rápido que se puede extraer de la señal, además de manera significativa.

Si queremos pasar más, entonces, de fibra óptica multiplexores entran en juego. Cada entrada en el multiplexor pasa una por separado, haz coherente en una sola línea de vidrio de alta calidad. Un demultiplexor en el otro lado se rompe de nuevo, aparte de las diferentes señales, sobre la cual computacional de la hechicería entonces se puede realizar en razonable de los bloques. Cada canal escupe una réplica exacta de la señal eléctrica de la creación de la luz original, y no hay dos canales interferido con cada uno de los otros. Y, podríamos cubrir mucho, mucho más largas distancias antes de necesitar un repetidor de algún tipo.

Es fácil confundirse. La frecuencia de la señal eléctrica se convirtió en la frecuencia de la intensidad de la señal de luz. Que la luz de la señal se produce a una longitud de onda que no tiene nada que ver con la frecuencia de su estado, o de su intensidad.

Answer 4

1) la frecuencia de La luz es la misma cosa que la frecuencia de una señal eléctrica

2) El concepto físico de la luz no es el mismo que el concepto físico de la electricidad. La luz no tiene ningún resto de masa. Los electrones tienen masa, incluso cuando estacionaria. El campo eléctrico alrededor de un alambre, que tiene una frecuencia y una longitud de onda y transmite la potencia, es el campo cercano, y se obliga a los electrones, que están atados a la cuerda. Sin embargo, los dos están relacionados (hay una teoría del campo unificado), y la Frecuencia es una de las cosas que no es sólo relativa, pero de la misma.

3) Sí, se puede calcular un límite de Shannon para la fibra óptica, la misma que se puede para la radio o el teléfono reglamento. Usted puede medir un piso de ruido (de pérdidas) y límites de frecuencia (establecido por las características del material) y una amplitud de límite (de cuando la fibra se pone tan caliente que derrite). Usted podría hacer lo mismo para un pedazo de alambre. Pero normalmente Shannon límites son establecidos por el reglamento o por la interoperabilidad. Cuando usted no tiene que, se está diseñando un precio/función de trade-off, no a un límite de Shannon.

4) Para Shannon límites, la modulación de la luz es la misma como la modulación de voltaje. Usted puede hacer que al cambiar el voltaje de Encendido y Apagado, o "la generación de los pulsos de luz'. Si tienes más ancho de banda y rango dinámico (y más dinero), es posible que desee probar un más complejo esquema de codificación, con diferente frecuencia y fase diferente, la polarización y la amplitud.

Una vez que usted comience a hablar acerca de fotones individuales (que probablemente se encontrará cuando usted consigue el ruido de la planta baja lo suficiente), el comportamiento de su sistema será más difícil de describir, pero el resultado final es el mismo.

NOTA: he respondido a su pregunta acerca de los cables ópticos. Como he tratado de dejar claro, los límites de los Cables de fibra Óptica no son los límites de los dispositivos electrónicos conectados a él. Y aquí hay una buena discusión de hace un par de años sobre la parte superior del límite de potencia real de cable de fibra óptica: http://www.iotpe.com/IJTPE/IJTPE-2010/IJTPE-Issue5-Vol2-No4-Dec2010/15-IJTPE-Issue5-Vol2-No4-Dec2010-pp85-91.pdf. La tecnología ha evolucionado desde entonces, y hay varias empresas que ofrecen fotónicos de energía a través de la fibra.