光網路教程

光網路是利用光訊號編碼傳輸資訊的通訊媒介。這些網路被廣泛應用於各種通訊和電信系統。

光網路涉及多個區域網 (LAN) 或廣域網 (WAN) 中的光通訊。光網路的功能依賴於光放大器、雷射器或 LED 以及波分複用等裝置，以有效地傳輸大量資料。光網路中使用的電纜稱為光纖電纜。

在現代網際網路和電信網路中，由於光網路技術具有極高的頻寬和速度，因此被廣泛使用。

本教程旨在解釋光纖的結構特徵及其在網路中的連線。還將探討光網路的特性以及利用光源和器件的光學和網路系統中的最新發展。

什麼是光網路？

光網路是一種使用光纖技術進行資料通訊或傳輸的通訊網路。光纖網路利用光纖電纜和光訊號作為其基本機制，透過網路傳送資料和訊號。其中，光纖電纜主要由三部分組成：傳輸光訊號的核心、保持光訊號在電纜內傳輸的光學玻璃包層以及保護光纖的塗層。

在光網路中，透過網路傳輸的資料會多次在電子訊號和光訊號之間進行轉換。光網路提供了一種經濟高效且高速的方式，用於在超長距離上傳輸語音和資料訊號。

為什麼要使用光網路？

以下是推動現代通訊系統採用光網路的一些主要原因：

• 光網路提供非常高的頻寬，並允許同時傳輸海量資料。
• 光網路在用於長途通訊時訊號損耗極小。
• 光網路對電磁干擾的免疫力非常高。因此，光網路在高電磁區域和高壓電力線旁提供可靠的資料通訊。
• 光網路提供高度安全的資料傳輸，因為它們很難被竊取。
• 光網路易於擴充套件，只需升級端點裝置（如發射器或接收器）即可。
• 由於維護成本低和更高的能源效率，光網路從長遠來看具有成本效益。
• 光網路與人工智慧 (AI)、物聯網 (IoT)、虛擬現實 (VR) 等新興技術相容。

光網路的組成部分

一個典型的光網路包含以下關鍵元件：

光纖

它是由玻璃或塑膠纖維製成的圓柱形非導電波導，透過全內反射原理傳輸光訊號。它為訊號傳輸提供了物理介質。

在光網路中，以下兩種型別的光纖被廣泛使用：

• 單模光纖 - 單模光纖只能傳輸單模光。它通常在 1300 nm 到 1550 nm 的波長範圍內工作。它具有最小的色散，因此適用於長達數百公里的長距離通訊。
• 多模光纖 - 多模光纖可以同時傳輸多種模式的光。這種光纖的工作波長範圍在 850 nm 到 1300 nm 之間。由於它存在模態色散，因此僅適用於短距離通訊。

光源

在光網路中，光源的主要功能是將資訊訊號從電訊號轉換為光訊號，以便透過光纖電纜傳輸。大多數光網路中通常使用以下兩種型別的光源：

• 雷射器 (受激輻射光放大) - 用於產生高功率的相干光束。主要用於長距離、高速光網路。
• LED (發光二極體) - 用於產生低功率的非相干光束。適用於短距離光網路，其中低成本是主要考慮因素。

複用器和解複用器

在光網路中，複用器 (mux) 和解複用器 (demux) 用於提高光纖的容量。這是透過在單個光纖上提供多個數據信道來實現的。複用器用於將多種波長的光組合到一根光纖中，而解複用器用於將多種波長的光從光纖中分離出來。

光開關

光開關用於光網路中動態路由和切換訊號傳輸路徑。這些開關可在無需將光訊號轉換為電訊號的情況下，在埠之間路由光訊號。

光分路器

光分路器是一種將單束光分成多束光流的器件。這允許在光網路中將訊號分配到多個目的地。

環行器

光環行器是一種用於分離在光纖中沿相反方向傳播的光訊號的器件。它允許使用同一光網路進行雙向通訊，並有助於將其他元件整合到網路中。

光放大器

它是光網路中另一個重要的元件，因為它使長距離光通訊變得可靠。在光網路中，光放大器用於直接放大光訊號（即提高光訊號的功率），而無需將其轉換為電訊號。

波分複用器

波分複用器是一種專門設計用於光網路的複用器，用於透過一根光纖同時傳輸多種波長的光。該裝置的主要目的是最大限度地利用光纖的容量。

光網路的應用

如今，光網路在各個領域都有應用。下面列舉了一些突出光網路應用的例子：

• 光網路正作為當今高速電信系統的骨幹。它們被用於提供即時通訊（如語音和視訊會議）、透過網際網路連線多個城市和國家等。
• 光網路還用於資料中心，為伺服器和儲存系統之間提供高速連線。
• 光網路用於為家庭、辦公室和企業提供超高速網際網路連線。
• 在醫療保健領域，光網路用於在 MRI、CT、醫學影像、遠端手術系統等先進醫療技術中進行即時資料傳輸。
• 在媒體和廣播領域，光網路能夠實現高畫質/全高畫質/超高畫質畫質的直播和媒體流傳輸。
• 光網路還用於即時傳輸高頻交易資料，並確保高安全性。
• 光網路透過互聯城市中的系統來實現智慧城市的理念，用於物聯網和即時監控。
• 光網路還在增強軍事行動的安全性，併為國防系統提供強大的通訊鏈路。

您將在光網路中學習什麼

在本光網路教程中，我們詳細解釋了以下主題：

• 光網路 - 簡介 - 本章概述了光網路和光網際網路，以及它們在現代通訊系統中的作用。
• 融合網路 - 本節討論融合網路的概念，如當今的網路、下一代網路、光傳輸網路等。
• 光資料網路 - 在本章中，您將學習光資料網路的概念及其關鍵元件。
• 光器件 - 本章解釋了各種光網路裝置，如光ADM、調製器、隔離器、濾波器等。
• 單跳和多跳網路 - 在本章中，您將瞭解單跳和多跳網路。它還將解釋不同的網路拓撲。
• 光網路 - WDM 技術 - 本節解釋了光網路中的波分複用 (WDM)。
• 光網路 - ROADM - 在本章中，您將學習可重構光分插複用器 (ROADM) 的元件、架構和工作原理。

誰應該學習光網路？

本教程專為對學習使用光源的網路概念感興趣的讀者而設計。對於以下任何人士來說，它也是關於光網路的寶貴資源：

• 課程大綱中包含光網路的本科生或研究生。
• 在光網路和光纖通訊領域工作的專業技術人員或工程師。

學習光網路的先決條件

本光網路教程專為絕對初學者設計，無需具備該主題的預備知識。但是，如果讀者瞭解基本的網路概念，會發現本教程更容易理解。對數字網路和數字通訊系統有一定的瞭解將是一個優勢。

關於光網路的常見問題

本節旨在簡要回答一些與光網路相關的最常見問題 (FAQ)。

什麼是光網路？

光網路是一種用於資料傳輸的通訊網路，它使用光纖和光訊號。光網路的工作原理基於光的全內反射，該原理使光訊號能夠在長距離內保持在光纖電纜內。

光網路的四個組成部分是什麼？

光網路的四個主要元件如下：

• 光纖電纜 - 將光訊號從一個點傳輸到另一個點。
• 光發射機 - 將電訊號轉換為光訊號並傳輸到光纖。
• 光放大器 - 放大光訊號以補償衰減。
• 光接收機 - 從光纖電纜接收光訊號並將其轉換為電訊號。

光網路中使用哪些協議？

光網路中使用的一些主要協議包括：

• SONET - 代表同步光網路。這是一種標準化的協議，用於光網路中透過長距離傳輸大量資料。
• SDH - 代表同步數字體系。它是光網路中另一個重要的協議，允許在超長距離傳輸大量資料。它主要用於國際行業。

• OTN − 它代表光傳輸網路（Optical Transport Network）。它用於透過光網路傳輸資料。OTN以其內建的即時延遲測量功能而聞名。

光網路的重要特性有哪些？

光網路的關鍵特性包括以下幾點：高速和長距離資料傳輸、即時資料通訊且延遲極小、更高的頻寬容量以及不易受損耗和干擾等影響。