Tip:
Highlight text to annotate it
X
Glasvezelkabels
Hoe ze werken en hoe ingenieurs ze gebruiken om signalen te verzenden
Serie #3 engineerguy videos
Ik vind dit een fascinerend stukje technologie: het is een glasvezelkabel voor een radio
Ik schijn met deze laserstraal in de kabel en het licht wordt naar het andere einde geleid.
Deze kabels worden gebruikt voor verbindingen over de hele wereld,
en kunnen informatie versturen doorheen landen en oceanen,
maar ik zal eerst uitleggen hoe ze werken.
Ik heb een emmer waar ik vanvoren een gat in gemaakt heb.
En aan de andere kant heb ik een stop in dit gat gestopt.
Ik heb een fles propyleenglycol
Een houder.
En natuurlijk een laser pointer.
Let nu goed op de stop wanneer ik het licht doof.
Dat is mooi.
Het licht volgt de stroom van de vloeistof doorheen de emmer.
Verbazingwekkend.
Dit gebeurt door totale interne reflectie.
Wanneer het licht de straal binnengaat wordt het gereflecteerd
van zodra het de scheiding tussen vloeistof en water bereikt.
Je kan duidelijk de eerste reflectie, de tweede en daarna de derde reflectie zien.
Dit gebeurt omdat de vloeistof en de lucht een verschillende brekingsindex hebben
hier propyleenglycol
en aan de buitenkant
lucht in dit geval.
Wanneer een lichstraal invalt op een oppervlak kan het ofwel
geabsorbeerd worden door het materiaal,
gereflecteerd worden
of er doorheen gaan
Dit laatste noemen we refractie.
Dit is makkelijker te zien vanuit een bovenaanzicht.
Reflectie en refractie kunnen tegelijkertijd optreden,
maar als een lichstraal invalt onder een hoek groter dan de kritische hoek
dan zal de straal volledige worden gereflecteerd worden en treedt er geen refractie op.
Voor dit geval met propyleenglycol en lucht gebeurt dit zolang
een lichstraal invalt op het oppervlak onder een hoek groter dan 44,35 graden
gemeten ten opzichte van de normaal
Om dit zelfde effect te verkrijgen in een glasvezel kabel gebruiken ingenieurs een kern van glas, vaak pure siliciumdioxide
en een buitenste laag die \"bekleding\" wordt genoemd
en die ook vaak van silicumdioxide wordt gemaakt,
maar dan met kleine hoeveelheden boor en germanium om de brekingsindex te verkleinen.
Een verschil van één procent is genoeg om een glasvezel kabel te doen werken.
Om zulke lange, dunne draden te maken, wordt een grote glasvorm verhit.
De binnenkant is de kern van puur glas en de buitenkant is de bekleding.
Vervolgens maakt men dan een lange draad door het gesmolten glas op een wiel te draaien
tegen snelheden tot 1600 meter per seconde.
Deze machines zijn vaak tientallen meters hoog
De hoogte zorgt ervoor dat de glasvezel kan afkoelen voordat hij op een rol wordt gedraaid
Het aanleggen van de eerste glasvezel kabel
die de oceaan overbrugde, was een grote verwezenlijking.
De kabel werd de \"TAT-8\" genoemd en begon in Tuckerton, New Jersey
om vervolgens 5600 km over de oceaanbodem af te leggen
en uiteindelijk terug aan land te komen in Widemouth in Engeland en Penmarch in Frankrijk.
De kabel werd speciaal ontworpen om te kunnen werken op de bodem van de oceaan.
In het midden bevindt zich de kern.
De kabel had een diameter van minder dan een vierde van een centimeter en bevatte zes glasvezeldraden
die een centrale stalen draad omringden.
Dit geheel werd beschermd door een elastisch materiaal
omring door stalen verstevigingskabels en
tenslotte omsloten met een koperen behuizing om de kabel te beschermen tegen water.
De gehele kabel had een diameter van minder dan 2.5 cm,
en kon 40.000 telefoongesprekken gelijktijdig afhandelen
De manier waarop informatie over een glasvezelkabel wordt verzonden is zeer simpel.
Stel dat ik heb afgesproken met de persoon aan het andere eind van de kabel om
bijvoorbeeld Morse code te gebruiken
dan kan ik de laserstraal bedekken
en zo het bericht in Morse code versturen.
Om een analoog signaal door de kabel te verzenden, zoals bijvoorbeeld een stem in een telefoongesprek, gebruikt men pulsecodemodulatie.
We verdelen een analoog signaal in stukken
en we benaderen de geluidssterkte of amplitude van het signaal zo goed mogelijk.
We willen een digitaal signaal verkrijgen,
dus hebben we de geluidsterkte nodig op discrete tijdstippen, niet op elk tijdstip.
Ik gebruik bijvoorbeeld 4 bits
dit betekent dat we 16 verschillende mogelijkheden hebben in geluidssterkte.
De eerste vier stukken van het signaal kunnen dan benaderd worden door
de waarden 10, 12, 14 en 15.
We nemen vervolgens de geluidssterkte van elk stuk en zetten deze om in éénen en nullen.
De eerste waarde van 10 wordt dan 1-0-1-0.
Dit doen we voor elke stukje van de curve.
Nu kijken we niet langer naar de vorm van de groene curve
of de hoogte van de blauwe balkjes
in plaats daarvan kunnen we het signaal bekijken als een geordende reeks van
éénen en nullen.
En het is deze reeks die we door een glasvezelkabel verzenden.
Een flits voor een één en niets voor een nul.
Natuurlijk is de techniek van de codering ook bekend aan het andere einde van de kabel,
zodat het slechts een kleine moeite is om het signaal te ontcijferen.
Je vraagt je misschien af hoe een laserstraal bijna 6000 km kan afleggen
doorheen de oceaan.
Dit gebeurt niet zomaar want een deel van het licht ontsnapt uit de glasvezelkabel.
Laten we terugkeren naar onze straal vloeistof
Hier zien we duidelijk hoe de lichstraal verzwakt.
In de emmer zie je een zeer dunne straal licht,
die een beetje breder wordt wanneer ze de vloeistof binnenkomt.
Nadat de lichstraal voor de eerste keer wordt gereflecteerd is ze nog breder.
Dit komt omdat het oppervlak tussen de vloeistof en de lucht niet effen is
waardoor de individuele lichstralen onder verschillende hoeken reflecteren.
Wanneer de straal voor de tweede keer wordt gereflecteerd divergeren de individuele lichstralen nog meer
en bij de derde reflectie vallen de lichtstralen niet langer in onder de kritische hoek
waardoor ze de vloeistof kunnen verlaten.
Hier gebeurt dit al na enkele centimeters,
maar in een kabel zoals de TAT-8 kunnen de lichstralen
50 kilometer afleggen voordat ze moeten worden versterkt.
Ongelooflijk.
Ik ben Bill Hammack, de engineer guy.