kako radi optički internet tema je koja pokazuje da fizika nije samo skup formula iz udžbenika. Iza uređaja koji svakodnevno koristimo nalaze se električno i magnetno polje, energija, talasi, toplota i osobine materijala. U nastavku je princip rada objašnjen jasno, ali fizički tačno.
Podaci koji putuju kao svetlosni impulsi
Optičko vlakno ima jezgro okruženo omotačem drugačijeg indeksa prelamanja. Predajnik pretvara električni digitalni signal u svetlosne impulse, a prijemnik ih ponovo pretvara u električni signal.
Koji fizički princip omogućava rad uređaja?
Na granici jezgra i omotača svetlost se pri odgovarajućem uglu totalno reflektuje i ostaje vođena duž vlakna. Informacija se kodira promenama intenziteta, faze ili drugih osobina svetlosti, a više kanala može koristiti različite talasne dužine.
Indeks prelamanja: n = c/v; Snellov zakon: n₁ sin α = n₂ sin β.
Veličine i jedinice:
n – indeks prelamanja, c – brzina svetlosti u vakuumu (m/s), v – brzina u sredini (m/s), α i β – uglovi upada i prelamanja.
Kako uređaj radi – korak po korak
- Laser ili svetleća dioda proizvodi brze svetlosne impulse.
- Optički modulator kodira digitalne podatke u svetlost.
- Vlakno vodi svetlost totalnom refleksijom uz male gubitke.
- Fotodioda na prijemu pretvara svetlost u električne signale koje mrežna oprema obrađuje.
Primer iz svakodnevnog života
Internet paket naveden u megabitima u sekundi opisuje brzinu prenosa podataka, ne brzinu kretanja svetlosti. Kašnjenje zavisi i od udaljenosti, rutiranja i obrade u uređajima.
Odakle nastaju gubici energije?
Svetlost slabi zbog apsorpcije, rasejanja, spojeva i preoštrih savijanja. Na velikim rastojanjima koriste se optička pojačala ili regeneracija signala.
Najčešća zabluda
Zabluda: Podaci kroz optiku putuju brzinom svetlosti u vakuumu.
Objašnjenje: Svetlost se u staklu kreće sporije nego u vakuumu. Dodatno kašnjenje stvaraju dužina putanje i mrežna oprema.
Bezbedna upotreba
Ne gledajte u kraj aktivnog optičkog vlakna jer infracrvena svetlost može biti nevidljiva, a ipak štetna za oko. Ne savijajte kabl ispod preporučenog poluprečnika i ne otvarajte priključke bez potrebe.
Mali ogled ili provera bez posebne opreme
Posmatrajte mlaz vode iz providne flaše uz bočno osvetljenje baterijskom lampom i primetite kako se svetlost delimično vodi zakrivljenim mlazom. Ogled izvodite bez lasera i dalje od električnih uređaja.
Povezivanje sa gradivom fizike
Optički internet povezuje pravolinijsko prostiranje svetlosti, prelamanje, totalnu refleksiju, brzinu talasa i digitalno kodiranje.
Pitanja za proveru znanja
- Koja pojava zadržava svetlost u jezgru?
- Da li se svetlost u staklu kreće brže nego u vakuumu?
- Zašto oštro savijanje povećava gubitke?
Odgovori
1) Totalna refleksija. 2) Ne, sporije. 3) Deo svetlosti više ne ispunjava uslove za vođenje i izlazi iz jezgra.
Česta pitanja
Da li optički kabl provodi električnu struju?
Samo stakleno vlakno ne prenosi signal električnom strujom, već svetlošću, mada kabl i oprema mogu sadržati druge elemente.
Zašto je optika pogodna za velike brzine?
Svetlost ima veoma visoku nosivu frekvenciju, mali gubitak u vlaknu i omogućava istovremene kanale različitih talasnih dužina.
Zaključak
Optičko vlakno vodi ogromnu količinu podataka pomoću svetlosti i totalne refleksije. Iza brzog interneta stoje osnovni zakoni geometrijske i talasne optike.
Ako želite da fiziku razumete kroz primere, formule i zadatke, pogledajte formule iz fizike i rešene zadatke na sajtu Fizičarenje.