Предимства на оптичната комуникация:
● Голям комуникационен капацитет
● Голямо разстояние на релето
● Няма електромагнитни смущения
● Богати ресурси
● Леко тегло и малък размер
Кратка история на оптичните комуникации
Преди повече от 2000 години фаровете-светлини, семафори
1880, оптичен телефон-безжична оптична комуникация
1970 г., оптични комуникации
● През 1966 г., „бащата на оптичните влакна“, д-р Гао Йонг за първи път предложи идеята за комуникация с оптични влакна.
● През 1970 г. Lin Yanxiong от института Bell Yan представлява полупроводников лазер, който може да работи непрекъснато при стайна температура.
● През 1970 г. Kapron на Corning направи загуба от 20dB/km влакно.
● През 1977 г., първата търговска линия на Чикаго от 45Mb/s.
Електромагнитен спектър
Разделяне на комуникационните ленти и съответните предавателни среди
Пречупване/отражение и пълно отражение на светлината
Тъй като светлината се движи по различен начин в различните вещества, когато светлината се излъчва от едно вещество към друго, на границата между двете вещества възниква пречупване и отражение. Освен това ъгълът на пречупената светлина варира в зависимост от ъгъла на падащата светлина. Когато ъгълът на падащата светлина достигне или надвиши определен ъгъл, пречупената светлина ще изчезне и цялата падаща светлина ще се отрази обратно. Това е пълното отражение на светлината. Различните материали имат различни ъгли на пречупване за една и съща дължина на вълната на светлината (т.е. различните материали имат различни индекси на пречупване), а едни и същи материали имат различни ъгли на пречупване за различни дължини на вълната на светлината. Комуникацията с оптични влакна се основава на горните принципи.
Разпределение на отражателната способност: Важен параметър за характеризиране на оптичните материали е индексът на пречупване, който е представен от N. Съотношението на скоростта на светлината C във вакуум към скоростта на светлината V в материала е индексът на пречупване на материала.
N = C / V
Коефициентът на пречупване на кварцовото стъкло за комуникация с оптични влакна е около 1,5.
Структура на влакната
Голите влакна обикновено се разделят на три слоя:
Първият слой: централното стъклено ядро с висок индекс на пречупване (диаметърът на ядрото обикновено е 9-10μm, (единичен режим) 50 или 62,5 (многомодов).
Вторият слой: средата е облицовката от силициево стъкло с нисък индекс на пречупване (диаметърът обикновено е 125μм).
Третият слой: най-външният е покритие от смола за подсилване.
1) сърцевина: висок индекс на пречупване, използва се за предаване на светлина;
2) Облицовъчно покритие: нисък индекс на пречупване, образуващо състояние на пълно отражение със сърцевината;
3) Защитен кожух: Има висока якост и може да издържи на големи удари, за да защити оптичното влакно.
3 mm оптичен кабел: оранжев, MM, многомодов; жълт, SM, едномодов
Размер на влакното
Външният диаметър обикновено е 125um (средно 100um на косъм)
Вътрешен диаметър: единичен режим 9um; многомодов 50 / 62.5um
Числова апертура
Не цялата светлина, падаща върху крайната страна на оптичното влакно, може да бъде предадена от оптичното влакно, а само падаща светлина в определен диапазон от ъгли. Този ъгъл се нарича числова апертура на влакното. По-голямата цифрова апертура на оптичното влакно е благоприятно за свързване на оптичното влакно. Различните производители имат различни цифрови апертури.
Вид влакна
Според начина на предаване на светлината в оптичното влакно, той може да бъде разделен на:
Multi-Mode (съкращение: MM); Еднорежимен (съкращение: SM)
Многомодово влакно: Централното стъклено ядро е по-дебело (50 или 62,5μm) и може да предава светлина в множество режими. Въпреки това, неговата междурежимна дисперсия е голяма, което ограничава честотата на предаване на цифрови сигнали и ще стане по-сериозна с увеличаване на разстоянието.Например: 600MB / KM влакно има само 300MB честотна лента при 2KM. Следователно разстоянието на предаване на многомодовото влакно е сравнително кратко, обикновено само няколко километра.
Едномодово влакно: Централното стъклено ядро е сравнително тънко (диаметърът на ядрото обикновено е 9 или 10μm) и може да предава светлина само в един режим. Всъщност това е един вид стъпаловидно оптично влакно, но диаметърът на сърцевината е много малък. На теория само директната светлина от единична пътека на разпространение може да навлезе във влакното и да се разпространи направо в сърцевината на влакното. Пулсът на влакното е едва разтегнат.Следователно неговата междумодова дисперсия е малка и подходяща за отдалечена комуникация, но хроматичната му дисперсия играе основна роля. По този начин едномодовото влакно има по-високи изисквания за спектралната ширина и стабилността на източника на светлина, т.е. спектралната ширина е тясна и стабилността е добра. .
Класификация на оптичните влакна
По материал:
Стъклени влакна: сърцевината и облицовката са направени от стъкло, с малка загуба, дълго разстояние на предаване и висока цена;
Силиконово оптично влакно с гумено покритие: сърцевината е стъкло, а обвивката е пластмаса, която има сходни характеристики със стъклените влакна и по-ниска цена;
Пластмасово оптично влакно: И сърцевината, и обвивката са пластмасови, с големи загуби, кратко разстояние на предаване и ниска цена. Използва се предимно за домакински уреди, аудио и предаване на изображения на къси разстояния.
Според прозореца на оптималната честота на предаване: конвенционално едномодово влакно и едномодово влакно с изместена дисперсия.
Конвенционален тип: Фабриката за производство на оптични влакна оптимизира честотата на предаване на оптични влакна на една дължина на вълната на светлината, като 1300nm.
Тип с изместване на дисперсията: Производителят на оптични влакна оптимизира честотата на предаване на влакната на две дължини на вълната на светлината, като например: 1300nm и 1550nm.
Рязка промяна: Коефициентът на пречупване на сърцевината на влакното спрямо стъклената обвивка е рязък. Има ниска цена и висока междумодова дисперсия. Подходящ за нискоскоростна комуникация на къси разстояния, като индустриален контрол. Едномодовото влакно обаче използва тип мутация поради малката междумодова дисперсия.
Градиентно влакно: индексът на пречупване на сърцевината на влакното към стъклената обвивка постепенно намалява, което позволява на светлината с висок режим да се разпространява в синусоидална форма, което може да намали дисперсията между режимите, да увеличи честотната лента на влакното и да увеличи разстоянието за предаване, но цената е влакното с по-висок режим е предимно градирано влакно.
Общи спецификации на влакна
Размер на влакното:
1) Диаметър на едномодовото ядро: 9 / 125μм, 10 / 125μm
2) Външен диаметър на облицовката (2D) = 125μm
3) Външен диаметър на покритието = 250μm
4) Пигтейл: 300μm
5) Многомодов: 50 / 125μm, европейски стандарт; 62,5 / 125μм, американски стандарт
6) Индустриални, медицински и нискоскоростни мрежи: 100 / 140μм, 200 / 230μm
7) Пластмаса: 98 / 1000μm, използвани за управление на автомобили
Затихване на влакната
Основните фактори, които причиняват затихване на влакната, са: присъщи, огъване, притискане, примеси, неравности и задник.
Вътрешна: Това е присъщата загуба на оптичното влакно, включително: Релеево разсейване, присъща абсорбция и др.
Огъване: Когато влакното е огънато, светлината в част от влакното ще се загуби поради разсейване, което ще доведе до загуба.
Притискане: загуба, причинена от леко огъване на влакното при изстискване.
Примеси: Примесите в оптичното влакно абсорбират и разпръскват светлината, предавана във влакното, причинявайки загуби.
Нееднороден: Загубата, причинена от неравномерния индекс на пречупване на влакнестия материал.
Докинг: Загуби, генерирани по време на докинг на влакна, като например: различни оси (изискването за коаксиалност на едномодовото влакно е по-малко от 0,8μm), крайната повърхност не е перпендикулярна на оста, крайната повърхност е неравна, диаметърът на челната сърцевина не съвпада и качеството на снаждане е лошо.
Тип оптичен кабел
1) Според методите на полагане: самоносещи надземни оптични кабели, тръбопроводни оптични кабели, бронирани оптични кабели и подводни оптични кабели.
2) Според структурата на оптичния кабел има: тръбен оптичен кабел, оптичен кабел с усукани слоеве, оптичен кабел със здраво захващане, лентов оптичен кабел, неметален оптичен кабел и разклоняем оптичен кабел.
3) Според предназначението: оптични кабели за комуникация на дълги разстояния, външни оптични кабели за къси разстояния, хибридни оптични кабели и оптични кабели за сгради.
Свързване и терминиране на оптични кабели
Свързването и терминирането на оптични кабели са основните умения, които персоналът по поддръжката на оптични кабели трябва да владее.
Класификация на технологията за свързване на оптични влакна:
1) Технологията на свързване на оптични влакна и технологията на свързване на оптичен кабел са две части.
2) Краят на оптичния кабел е подобен на свързването на оптичния кабел, с изключение на това, че операцията трябва да е различна поради различните материали на конектора.
Тип връзка с влакна
Връзката с оптичен кабел обикновено може да бъде разделена на две категории:
1) Фиксирана връзка на оптично влакно (известен като мъртъв конектор). Обикновено използвайте сплайсър за сливане на оптични влакна; използва се за директна глава на оптичен кабел.
2) Активният конектор на оптичното влакно (известен като жив конектор). Използвайте подвижни съединители (известни като разхлабени съединения). За оптичен джъмпер, свързване на оборудване и др.
Поради непълнотата на крайната страна на оптичното влакно и неравномерността на натиска върху крайната страна на оптичното влакно, загубата на снаждане на оптичното влакно от един разряд все още е сравнително голяма и методът на сливане на вторичен разряд сега се използва. Първо загрейте и изпразнете крайната повърхност на влакното, оформете крайната повърхност, отстранете праха и отломките и направете крайното налягане на влакното равномерно чрез предварително загряване.
Метод за наблюдение за загуба на връзка с оптични влакна
Има три метода за наблюдение на загубата на оптична връзка:
1. Монитор на сплайсъра.
2. Мониторинг на светлинен източник и оптичен мощностномер.
3. Метод на измерване на OTDR
Метод на работа на връзка с оптични влакна
Операциите за свързване на оптични влакна обикновено се разделят на:
1. Обработка на краищата на влакната.
2. Свързваща инсталация на оптично влакно.
3. Снаждане на оптично влакно.
4. Защита на конектори за оптични влакна.
5. Има пет стъпки за оставащата тава с влакна.
Обикновено свързването на целия оптичен кабел се извършва съгласно следните стъпки:
Стъпка 1: много добра дължина, отворете и оголете оптичния кабел, отстранете обвивката на кабела
Стъпка 2: Почистете и отстранете петролната паста за пълнене в оптичния кабел.
Стъпка 3: Свържете влакното на сноп.
Стъпка 4: Проверете броя на сърцевините на влакната, извършете сдвояване на влакна и проверете дали етикетите на цвета на влакната са правилни.
Стъпка 5: Укрепете сърдечната връзка;
Стъпка 6: Различни двойки спомагателни линии, включително двойки бизнес линии, двойки контролни линии, екранирани заземяващи линии и т.н. (ако гореспоменатите двойки линии са налични.
Стъпка 7: Свържете влакното.
Стъпка 8: Защитете конектора за оптични влакна;
Стъпка 9: складиране на инвентара на оставащото влакно;
Стъпка 10: Завършете свързването на обвивката на оптичния кабел;
Стъпка 11: Защита на оптични конектори
Загуба на фибри
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB / км
1550 nm: 0,2 ~ 0,3 dB / км
850 nm: 2,3 до 3,4 dB/Km
Загуба на точка на сливане на оптични влакна: 0,08 dB / точка
Точка на снаждане на влакна 1 точка / 2 км
Общи съществителни влакна
1) Затихване
Затихване: загуба на енергия при предаване на светлина в оптично влакно, едномодово влакно 1310nm 0,4 ~ 0,6dB/km, 1550nm 0,2 ~ 0,3dB/km; пластмасово многомодово влакно 300dB / km
2) Дисперсия
Дисперсия: Ширината на честотната лента на светлинните импулси се увеличава след преминаване на определено разстояние по влакното. Това е основният фактор, ограничаващ скоростта на предаване.
Междумодова дисперсия: Среща се само в многомодови влакна, тъй като различните видове светлина се движат по различни пътища.
Дисперсия на материала: Различните дължини на вълните на светлината се разпространяват с различни скорости.
Вълноводна дисперсия: Това се случва, защото светлинната енергия се движи с малко по-различни скорости, докато преминава през сърцевината и обвивката. При едномодовото влакно е много важно да се промени дисперсията на влакното чрез промяна на вътрешната структура на влакното.
Тип влакна
Точката на нулева дисперсия на G.652 е около 1300 nm
Точката на нулева дисперсия на G.653 е около 1550 nm
G.654 влакно с отрицателна дисперсия
G.655 влакно с изместена дисперсия
Влакно с пълна вълна
3) разпръскване
Поради несъвършената основна структура на светлината се причинява загуба на светлинна енергия и предаването на светлина в този момент вече няма добра насоченост.
Основни познания за оптична система
Въведение в архитектурата и функциите на основна оптична система:
1. Изпращащ модул: преобразува електрическите сигнали в оптични;
2. Предавателна единица: среда, пренасяща оптични сигнали;
3. Приемно устройство: приема оптични сигнали и ги преобразува в електрически;
4. Свържете устройството: свържете оптичното влакно към източника на светлина, откриване на светлина и други оптични влакна.
Често срещани типове конектори
Тип край на съединителя
Съединител
Основната функция е да разпространява оптични сигнали. Важни приложения са в мрежи от оптични влакна, особено в локални мрежи и в устройства за мултиплексиране по дължина на вълната.
основна структура
Съединителят е двупосочно пасивно устройство. Основните форми са дърво и звезда. Съединителят съответства на сплитера.
WDM
WDM—Wavelength Division Multiplexer предава множество оптични сигнали в едно оптично влакно. Тези оптични сигнали имат различни честоти и различни цветове. Мултиплексорът WDM свързва множество оптични сигнали в едно и също оптично влакно; демултиплексиращият мултиплексор е за разграничаване на множество оптични сигнали от едно оптично влакно.
Мултиплексор с разделяне на дължина на вълната (легенда)
Дефиниция на импулси в цифрови системи:
1. Амплитуда: Височината на импулса представлява енергията на оптичната мощност в оптичната система.
2. Време на нарастване: времето, необходимо на импулса да се повиши от 10% до 90% от максималната амплитуда.
3. Време на спад: времето, необходимо на импулса да спадне от 90% до 10% от амплитудата.
4. Ширина на импулса: Ширината на импулса при 50% амплитудна позиция, изразена във времето.
5. Цикъл: специфичното време на импулса е работното време, необходимо за завършване на цикъл.
6. Коефициент на изчезване: Съотношението на 1 мощност на сигнална светлина към 0 мощност на сигнална светлина.
Дефиниция на общи единици в комуникацията с оптични влакна:
1.dB = 10 log10 (Pout / Pin)
Pout: изходна мощност; Pin: входна мощност
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), което е широко използвана единица в комуникационното инженерство; обикновено представлява оптичната мощност с 1 миливат като еталон;
пример:–10dBm означава, че оптичната мощност е равна на 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)