Базавая канцэпцыя валаконна-аптычнай сувязі.
Аптычнае валакно - гэта дыэлектрычны аптычны хвалявод, хваляводная структура, якая блакуе святло і распаўсюджвае святло ў восевым кірунку.
Вельмі тонкае валакно з кварцавага шкла, сінтэтычнай смалы і г.д.
Аднамодавае валакно: стрыжань 8-10 мкм, абалонка 125 мкм
Шматмодавае валакно: стрыжань 51 мкм, абалонка 125 мкм
Спосаб перадачы аптычных сігналаў з дапамогай аптычных валокнаў называецца валаконна-аптычнай сувяззю.
Светлавыя хвалі ставяцца да катэгорыі электрамагнітных хваль.
Дыяпазон даўжынь хваль бачнага святла складае 390-760 нм, частка больш за 760 нм - гэта інфрачырвонае святло, а частка, меншая за 390 нм, - ультрафіялетавае святло.
Працоўнае акно светлавой хвалі (тры камунікацыйныя вокны):
Дыяпазон даўжынь хваль, які выкарыстоўваецца ў валаконна-аптычнай сувязі, знаходзіцца ў блізкай інфрачырвонай вобласці
Кароткахвалевая вобласць (бачнае святло, аранжавае святло няўзброеным вокам) 850 нм аранжавае святло
Вобласць даўжынь хваль (вобласць нябачнага святла) 1310 нм (тэарэтычная мінімальная кропка дысперсіі), 1550 нм (тэарэтычная мінімальная кропка згасання)
Будова валакна і класіфікацыя
1.Будова валакна
Ідэальная структура валакна: стрыжань, абалонка, пакрыццё, абалонка.
Ядро і абалонка зроблены з кварцавага матэрыялу, а механічныя ўласцівасці адносна далікатныя і лёгка разбураюцца. Такім чынам, звычайна дадаюцца два пласта пакрыцця, адзін тып смалы і адзін пласт нейлону, каб гнуткія характарыстыкі валакна адпавядалі патрабаванням практычнага прымянення праекта.
2.Класіфікацыя аптычных валокнаў
(1) Валакно дзеліцца ў адпаведнасці з размеркаваннем паказчыка праламлення папярочнага перасеку валакна: яно дзеліцца на валакно ступеністага тыпу (аднастайнае валакно) і градуяванае валакно (неаднастайнае валакно).
Выкажам здагадку, што паказчык праламлення стрыжня роўны n1, а паказчык праламлення абалонкі роўны n2.
Для таго каб стрыжань мог прапускаць святло на вялікія адлегласці, неабходнай умовай для пабудовы аптычнага валакна з'яўляецца n1>n2
Размеркаванне паказчыка праламлення аднастайнага валакна з'яўляецца пастаяннай
Закон размеркавання паказчыка праламлення неаднароднага валакна:
Сярод іх △ – адносная розніца паказчыкаў праламлення
Α—паказчык праламлення, α=∞—ступенчатае размеркаванне паказчыка праламлення, α=2—квадратычнае размеркаванне паказчыка праламлення (градуяванае валакно). Гэта валакно параўноўваецца з іншымі класіфікаванымі валокнамі. Мінімальная аптымальная дысперсія рэжыму.
(1) У залежнасці ад колькасці рэжымаў, якія перадаюцца ў стрыжні: падзяляецца на шматмодавае валакно і аднамодавае валакно
Узор тут адносіцца да размеркавання электрамагнітнага поля святла, якое перадаецца ў аптычным валакне. Розныя размеркаванні поля - гэта розны рэжым.
Аднамодавы (у валакне перадаецца толькі адзін рэжым), шматмодавы (у валакне адначасова перадаюцца некалькі рэжымаў)
У цяперашні час з-за ўзрастаючых патрабаванняў да хуткасці перадачы і павелічэння колькасці перадач сталічная сетка развіваецца ў напрамку высокай хуткасці і вялікай ёмістасці, таму большасць з іх - аднамодавыя ступенчатыя валакна. (Характарыстыкі перадачы самі па сабе лепшыя, чым шматмодавае валакно)
(2) Характарыстыкі аптычнага валакна:
①Характарыстыкі страт аптычнага валакна: светлавыя хвалі перадаюцца ў аптычным валакне, і аптычная магутнасць паступова памяншаецца па меры павелічэння адлегласці перадачы.
Прычыны страты валакна ўключаюць: страты сувязі, страты на паглынанне, страты на рассейванне і страты на выгіб.
Страты сувязі - гэта страты, выкліканыя сувяззю паміж валакном і прыладай.
Страты на паглынанне выкліканы паглынаннем светлавой энергіі валаконнымі матэрыяламі і прымешкамі.
Страты ад рассейвання падзяляюцца на рэлееўскае рассейванне (нераўнамернасць паказчыка праламлення) і хваляводнае рассейванне (нераўнамернасць матэрыялу).
Страты на выпраменьванне пры выгібе - гэта страты, выкліканыя выгібам валакна, што прыводзіць да рэжыму выпраменьвання, выкліканага выгібам валакна.
②Характарыстыкі дысперсіі аптычнага валакна: розныя частотныя кампаненты ў сігнале, які перадаецца па аптычным валакне, маюць розныя хуткасці перадачы, і фізічная з'ява скажэнняў, выкліканая пашырэннем імпульсу сігналу пры дасягненні тэрмінала, называецца дысперсіяй.
Дысперсія падзяляецца на мадальную дысперсію, матэрыяльную дысперсію і хвалеводную дысперсію.
Асноўныя кампаненты валаконна-аптычных сістэм сувязі
Даслаць частку:
Выхад сігналу імпульснай мадуляцыі электрычным перадатчыкам (электрычным тэрміналам) пасылаецца на аптычны перадатчык (сігнал, які пасылаецца праграмна кіраванымперамыкачапрацоўваецца, форма сігналу фармуецца, зваротная карціна змяняецца ... у прыдатны электрычны сігнал і адпраўляецца на аптычны перадатчык)
Асноўная роля аптычнага перадатчыка - пераўтварэнне электрычнага сігналу ў аптычны сігнал, які падаецца ў валакно.
Прыёмная частка:
Пераўтварэнне аптычных сігналаў, якія перадаюцца па аптычных валокнах, у электрычныя
Апрацоўка электрычнага сігналу аднаўляецца да зыходнага імпульсна-мадуляванага сігналу і адпраўляецца на электрычны тэрмінал (электрычны сігнал, пасланы аптычным прыёмнікам, апрацоўваецца, форма хвалі фармуецца, зваротная карціна інвертуецца... адпаведны электрычны сігнал адпраўляецца назад у праграмуемыперамыкач)
Частка перадачы:
Аднамодавае валакно, аптычны рэтранслятар (электрычны рэгенератыўны рэтранслятар (узмацненне аптыка-электрычна-аптычнага пераўтварэння, затрымка перадачы будзе большай, схема прыняцця рашэння аб імпульсе будзе выкарыстоўвацца для фарміравання формы сігналу і сінхранізацыі), эрбіевы валаконны ўзмацняльнік (завяршае ўзмацненне на аптычным узроўні, без фармавання сігналу)
(1) Аптычны перадатчык: гэта аптычны прыёмаперадатчык, які рэалізуе электрычнае/аптычнае пераўтварэнне. Ён складаецца з крыніцы святла, драйвера і модулятора. Функцыя заключаецца ў мадуляцыі светлавой хвалі ад электрычнай машыны да светлавой хвалі, выпраменьванай крыніцай святла, каб стаць прыглушанай хваляй, а затым злучыць мадуляваны аптычны сігнал з аптычным валакном або аптычным кабелем для перадачы.
(2) Аптычны прыёмнік: гэта аптычны прыёмаперадатчык, які рэалізуе аптычнае/электрычнае пераўтварэнне. Карысная мадэль складаецца з схемы выяўлення святла і аптычнага ўзмацняльніка, і функцыя заключаецца ў пераўтварэнні аптычнага сігналу, які перадаецца па аптычным валакне або аптычным кабелі, у электрычны сігнал з дапамогай аптычнага дэтэктара, а затым узмацнення слабога электрычнага сігналу ў дастатковы ўзровень праз ланцуг узмацнення для адпраўкі сігналу. Прыёмны канец электрычнай машыны ідзе.
(3) Валаконна/кабель: валакно або кабель утвараюць шлях перадачы святла. Функцыя заключаецца ў перадачы прыглушанага сігналу, пасланага перадаючым канцом, на аптычны дэтэктар прыёмнага канца пасля перадачы на вялікую адлегласць праз аптычнае валакно або аптычны кабель для выканання задачы перадачы інфармацыі.
(4) Аптычны рэтранслятар: складаецца з фотадэтэктара, крыніцы святла і схемы рэгенерацыі рашэння. Ёсць дзве функцыі: адна - кампенсаваць згасанне аптычнага сігналу, які перадаецца па аптычным валакне; іншы - фармаваць імпульс скажэнні формы хвалі.
(5) Пасіўныя кампаненты, такія як валаконна-аптычныя раздымы, муфты (няма неабходнасці падаваць энергію асобна, але прылада па-ранейшаму са стратамі): таму што даўжыня валакна або кабеля абмежавана працэсам выцягвання валакна і ўмовамі канструкцыі кабеля, і даўжыня валакна таксама абмежаваная (напрыклад, 2 км). Такім чынам, можа ўзнікнуць праблема, калі некалькі аптычных валокнаў злучаны ў адну валаконна-аптычную лінію. Такім чынам, злучэнне паміж аптычнымі валокнамі, злучэнне і спалучэнне аптычных валокнаў і аптычных прыёмаперадатчыкаў, а таксама выкарыстанне пасіўных кампанентаў, такіх як аптычныя злучальнікі і муфты, незаменныя.
Перавага валаконна-аптычнай сувязі
Прапускная здольнасць перадачы, вялікая ёмістасць сувязі
Нізкія страты перадачы і вялікая адлегласць рэле
Моцныя антыэлектрамагнітныя перашкоды
(Акрамя бесправадной сувязі: бесправадныя сігналы маюць шмат эфектаў, перавагі шматшляхоўнага праходжання, эфекты ценяў, заміранне Рэлея, эфекты Доплера
У параўнанні з кааксіяльным кабелем: аптычны сігнал большы, чым кааксіяльны кабель, і мае добрую канфідэнцыяльнасць)
Частата светлавой хвалі вельмі высокая, у параўнанні з іншымі электрамагнітнымі хвалямі, перашкоды невялікія.
Недахопы аптычнага кабеля: дрэнныя механічныя ўласцівасці, яго лёгка зламацца (палепшыць механічныя характарыстыкі, паўплывае на ўстойлівасць да перашкод), яго зборка займае шмат часу і залежыць ад геаграфічных умоў.