Основна концепция за комуникация с оптични влакна.
Оптичното влакно е диелектричен оптичен вълновод, вълноводна структура, която блокира светлината и разпространява светлината в аксиална посока.
Много фино влакно от кварцово стъкло, синтетична смола и др.
Едномодово влакно: сърцевина 8-10um, обвивка 125um
Многомодово влакно: сърцевина 51um, обвивка 125um
Комуникационният метод за предаване на оптични сигнали с помощта на оптични влакна се нарича комуникация с оптични влакна.
Светлинните вълни принадлежат към категорията на електромагнитните вълни.
Диапазонът на дължината на вълната на видимата светлина е 390-760 nm, частта, по-голяма от 760 nm, е инфрачервена светлина, а частта, по-малка от 390 nm, е ултравиолетова светлина.
Работен прозорец за светлинни вълни (три комуникационни прозореца):
Диапазонът на дължината на вълната, използван във влакнесто-оптичната комуникация, е в близката инфрачервена област
Област с къса дължина на вълната (видима светлина, която е оранжева светлина с просто око) 850 nm оранжева светлина
Област с дълга дължина на вълната (област на невидима светлина) 1310 nm (теоретична минимална точка на дисперсия), 1550 nm (теоретична минимална точка на затихване)
Структура и класификация на влакната
1. Структурата на влакното
Идеалната структура на влакната: сърцевина, облицовка, покритие, кожух.
Сърцевината и обвивката са направени от кварцов материал, а механичните свойства са относително крехки и лесни за счупване. Следователно обикновено се добавят два слоя покривен слой, един тип смола и един слой от найлонов тип, така че гъвкавото представяне на влакното да достигне изискванията за практическо приложение на проекта.
2.Класификация на оптичните влакна
(1) Влакното се разделя според разпределението на индекса на пречупване на напречното сечение на влакното: разделя се на влакно от стъпаловиден тип (еднородно влакно) и градуирано влакно (нееднородно влакно).
Да приемем, че сърцевината има индекс на пречупване n1, а индексът на пречупване на обвивката е n2.
За да може сърцевината да предава светлина на дълги разстояния, необходимото условие за конструиране на оптичното влакно е n1>n2
Разпределението на индекса на пречупване на еднородно влакно е константа
Законът за разпределение на индекса на пречупване на неравномерно влакно:
Сред тях △ – относителна разлика в индекса на пречупване
Α—коефициент на пречупване, α=∞—влакно със стъпаловидно разпределение на индекса на пречупване, α=2—влакно с квадратично разпределение на индекса на пречупване (степенно влакно). Това влакно се сравнява с други градирани влакна. Дисперсията на режима е минимална оптимална.
(1) Според броя на режимите, предавани в ядрото: разделено на многомодово влакно и едномодово влакно
Моделът тук се отнася до разпределението на електромагнитно поле от светлина, предавано в оптично влакно. Различните разпределения на полето са различен режим.
Единичен режим (само един режим се предава във влакното), многомодов (няколко режима се предават едновременно във влакното)
Понастоящем, поради нарастващите изисквания към скоростта на предаване и увеличаващия се брой предавания, мрежата на градския район се развива в посока на висока скорост и голям капацитет, така че повечето от тях са едномодови стъпаловидни влакна. (Самите характеристики на предаване са по-добри от многомодовото влакно)
(2) Характеристики на оптичното влакно:
①Характеристики на загуба на оптично влакно: Светлинните вълни се предават в оптичното влакно и оптичната мощност постепенно намалява с увеличаване на разстоянието на предаване.
Причините за загуба на влакна включват: загуба на свързване, загуба на абсорбция, загуба на разсейване и загуба на радиация при огъване.
Загубата на свързване е загубата, причинена от свързването между влакното и устройството.
Загубите на абсорбция се причиняват от абсорбцията на светлинна енергия от влакнести материали и примеси.
Загубата от разсейване се разделя на разсейване на Rayleigh (неравномерност на индекса на пречупване) и разсейване по вълновод (неравномерност на материала).
Загубата на радиация при огъване е загубата, причинена от огъването на влакното, което води до режима на излъчване, причинен от огъването на влакното.
②Дисперсионни характеристики на оптичното влакно: Различните честотни компоненти в сигнала, предаван от оптичното влакно, имат различни скорости на предаване и физическият феномен на изкривяване, причинено от разширяване на импулса на сигнала при достигане на терминала, се нарича дисперсия.
Дисперсията се разделя на модална дисперсия, материална дисперсия и вълноводна дисперсия.
Основни компоненти на оптични комуникационни системи
Изпратете част:
Изходният сигнал за импулсна модулация от електрическия предавател (електрически терминал) се изпраща към оптичния предавател (сигналът, изпратен от програмно управляванияпревключвателсе обработва, формата на вълната се оформя, обратната страна на модела се променя... в подходящ електрически сигнал и се изпраща към оптичния предавател)
Основната роля на оптичния предавател е да преобразува електрически сигнал в оптичен сигнал, който е свързан към влакното.
Получаваща част:
Преобразуване на оптични сигнали, предавани през оптични влакна, в електрически сигнали
Обработката на електрическия сигнал се възстановява до оригиналния импулсно модулиран сигнал и се изпраща към електрическия терминал (електрическият сигнал, изпратен от оптичния приемник, се обработва, формата на вълната се оформя, обратната страна на модела се обръща... подходящият електрически сигнал е изпратен обратно към програмируемияпревключвател)
Трансмисионна част:
Едномодово влакно, оптичен ретранслатор (електрически регенеративен ретранслатор (усилване на оптично-електрическо-оптично преобразуване, закъснението при предаване ще бъде по-голямо, веригата за решаване на импулса ще се използва за оформяне на формата на вълната и синхронизиране), усилвател с легирани влакна с ербий (завършва усилването на оптично ниво, без оформяне на формата на вълната)
(1) Оптичен предавател: Това е оптичен приемо-предавател, който реализира електрическо/оптично преобразуване. Състои се от източник на светлина, драйвер и модулатор. Функцията е да се модулира светлинната вълна от електрическата машина към светлинната вълна, излъчвана от светлинния източник, за да се превърне в затъмнена вълна и след това да се свърже модулираният оптичен сигнал към оптичното влакно или оптичния кабел за предаване.
(2) Оптичен приемник: е оптичен приемо-предавател, който реализира оптично/електрическо преобразуване. Полезният модел се състои от верига за откриване на светлина и оптичен усилвател, а функцията е да преобразува оптичния сигнал, предаван от оптичното влакно или оптичния кабел, в електрически сигнал от оптичния детектор и след това да усили слабия електрически сигнал до достатъчно ниво през усилващата верига, за да бъде изпратено към сигнала. Приемният край на електрическата машина отива.
(3) Влакно/кабел: Влакното или кабелът съставляват пътя на предаване на светлината. Функцията е да предава затъмнения сигнал, изпратен от предаващия край към оптичния детектор на приемащия край след предаване на дълги разстояния през оптичното влакно или оптичния кабел, за да завърши задачата за предаване на информация.
(4) Оптичен повторител: състои се от фотодетектор, източник на светлина и верига за регенериране на решение. Има две функции: едната е да компенсира затихването на оптичния сигнал, предаван в оптичното влакно; другият е да оформи импулса на изкривяването на формата на вълната.
(5) Пасивни компоненти като конектори за оптични влакна, съединители (няма нужда да се захранва отделно, но устройството все още е със загуби): Тъй като дължината на влакното или кабела е ограничена от процеса на изтегляне на влакното и условията на конструкцията на кабела, и дължината на влакното също е ограничена (напр. 2 км). Поради това може да има проблем, че множество оптични влакна са свързани в една линия от оптични влакна. Следователно връзката между оптичните влакна, връзката и свързването на оптични влакна и оптични приемо-предаватели и използването на пасивни компоненти като оптични съединители и съединители са незаменими.
Превъзходството на комуникацията с оптични влакна
Честотна лента на предаване, голям комуникационен капацитет
Ниски загуби при предаване и голямо релейно разстояние
Силни анти-електромагнитни смущения
(Отвъд безжичните: безжичните сигнали имат много ефекти, многостранни предимства, ефекти на сенките, избледняване на Релей, Доплерови ефекти
В сравнение с коаксиален кабел: оптичният сигнал е по-голям от коаксиалния кабел и има добра поверителност)
Честотата на светлинната вълна е много висока, в сравнение с други електромагнитни вълни, смущенията са малки.
Недостатъци на оптичния кабел: лоши механични свойства, лесен за счупване (подобрява механичните характеристики, ще окаже влияние върху устойчивостта на смущения), изграждането му отнема много време и се влияе от географските условия.