Prednosti komunikacije optičkim vlaknima:
● Veliki komunikacioni kapacitet
● Velika udaljenost releja
● Bez elektromagnetnih smetnji
● Bogati resursi
● Mala težina i mala veličina
Kratka istorija optičkih komunikacija
Prije više od 2000 godina, svjetionici, semafori
1880, optički telefon-bežična optička komunikacija
1970, komunikacije optičkim vlaknima
● Godine 1966, „otac optičkih vlakana“, dr Gao Yong je prvi predložio ideju komunikacije optičkim vlaknima.
● Godine 1970., Lin Yanxiong Instituta Bell Yan je bio poluprovodnički laser koji je mogao kontinuirano raditi na sobnoj temperaturi.
● 1970. godine, Corningov Kapron je napravio gubitak od 20dB/km vlakna.
● 1977. godine, prva komercijalna linija u Čikagu od 45Mb/s.
Elektromagnetski spektar
Podjela komunikacijskog pojasa i odgovarajući prijenosni medij
Refrakcija / refleksija i totalna refleksija svjetlosti
Budući da svjetlost putuje različito u različitim supstancama, kada se svjetlost emituje iz jedne supstance u drugu, dolazi do prelamanja i refleksije na granici između dvije supstance. Štaviše, ugao prelomljene svetlosti varira sa uglom upadne svetlosti. Kada ugao upadne svjetlosti dostigne ili prijeđe određeni ugao, prelomljena svjetlost će nestati, a sva upadna svjetlost će se reflektirati natrag. Ovo je potpuna refleksija svjetlosti. Različiti materijali imaju različite uglove prelamanja za istu talasnu dužinu svetlosti (to jest, različiti materijali imaju različite indekse prelamanja), a isti materijali imaju različite uglove prelamanja za različite talasne dužine svetlosti. Komunikacija optičkim vlaknima temelji se na gore navedenim principima.
Raspodjela reflektivnosti: Važan parametar za karakterizaciju optičkih materijala je indeks prelamanja, koji je predstavljen sa N. Odnos brzine svjetlosti C u vakuumu i brzine svjetlosti V u materijalu je indeks prelamanja materijala.
N = C / V
Indeks prelamanja kvarcnog stakla za komunikaciju optičkim vlaknima je oko 1,5.
Struktura vlakana
Gola vlakna vlakna općenito se dijele u tri sloja:
Prvi sloj: središnja staklena jezgra s visokim indeksom prelamanja (promjer jezgre je općenito 9-10μm, (single mod) 50 ili 62,5 (multimode).
Drugi sloj: sredina je obloga od silicijum stakla sa niskim indeksom loma (promjer je općenito 125μm).
Treći sloj: krajnji je sloj smole za ojačanje.
1) jezgro: visok indeks prelamanja, koji se koristi za prenos svetlosti;
2) Obloga obloge: nizak indeks prelamanja, formirajući stanje totalne refleksije sa jezgrom;
3) Zaštitna jakna: Ima veliku čvrstoću i može izdržati velike udare kako bi zaštitila optičko vlakno.
3mm optički kabl: narandžasti, MM, multi-mode; žuta, SM, single-mode
Veličina vlakana
Vanjski prečnik je općenito 125um (prosječno 100um po dlaci)
Unutrašnji prečnik: single mode 9um; multimode 50 / 62.5um
Numerički otvor blende
Optičko vlakno ne može prenijeti svu svjetlost koja pada na krajnju stranu optičkog vlakna, već samo upadnu svjetlost unutar određenog raspona uglova. Ovaj ugao se naziva numerički otvor vlakna. Veći numerički otvor optičkog vlakna je povoljan za spajanje optičkog vlakna. Različiti proizvođači imaju različite numeričke otvore.
Vrsta vlakana
Prema načinu prijenosa svjetlosti u optičko vlakno, može se podijeliti na:
Multi-Mode (skraćenica: MM); Single-Mode (skraćenica: SM)
Višemodno vlakno: središnja staklena jezgra je deblja (50 ili 62,5μm) i može prenositi svjetlost na više načina. Međutim, njegova međumodna disperzija je velika, što ograničava frekvenciju odašiljanja digitalnih signala, a sa povećanjem udaljenosti postaje sve ozbiljnija.Na primjer: 600MB / KM vlakno ima samo 300MB propusnog opsega na 2KM. Stoga je udaljenost prijenosa višemodnih vlakana relativno kratka, uglavnom samo nekoliko kilometara.
Jednomodno vlakno: središnja staklena jezgra je relativno tanka (promjer jezgre je općenito 9 ili 10μm), i može prenositi svjetlost samo u jednom načinu rada. U stvari, to je vrsta optičkog vlakna stepenastog tipa, ali je prečnik jezgre vrlo mali. U teoriji, samo direktnom svjetlu jedne putanje širenja dozvoljeno je da uđe u vlakno i da se širi ravno u jezgru vlakna. Puls vlakana se jedva rasteže.Stoga je njegova međumodna disperzija mala i pogodna za daljinsku komunikaciju, ali njena kromatska disperzija igra glavnu ulogu. Na ovaj način jednomodno vlakno ima veće zahtjeve za spektralnom širinom i stabilnošću izvora svjetlosti, odnosno širina spektra je uska, a stabilnost dobra. .
Klasifikacija optičkih vlakana
po materijalu:
Staklena vlakna: Jezgro i obloga su napravljeni od stakla, sa malim gubicima, velikom razdaljinom prenosa i visokim troškovima;
Silikonsko optičko vlakno prekriveno gumom: jezgro je staklo, a obloga je plastična, koja ima slične karakteristike kao staklena vlakna i nižu cijenu;
Plastična optička vlakna: I jezgro i omotač su plastični, sa velikim gubicima, kratkom udaljenosti prijenosa i niskom cijenom. Uglavnom se koristi za kućne aparate, audio i prijenos slike na kratke udaljenosti.
Prema optimalnom prozoru frekvencije prijenosa: konvencionalno jednomodno vlakno i jednomodno vlakno sa pomjeranjem disperzije.
Konvencionalni tip: Kuća za proizvodnju optičkih vlakana optimizira frekvenciju prijenosa optičkih vlakana na jednoj talasnoj dužini svjetlosti, kao što je 1300 nm.
Tip sa pomeranjem disperzije: Proizvođač optičkih vlakana optimizuje frekvenciju prenosa vlakana na dve talasne dužine svetlosti, kao što su: 1300nm i 1550nm.
Nagla promjena: Indeks prelamanja jezgre vlakana na staklenu oblogu je nagla. Ima nisku cijenu i visoku međumodnu disperziju. Pogodno za komunikaciju na kratkim udaljenostima i malim brzinama, kao što je industrijska kontrola. Međutim, jednomodno vlakno koristi tip mutacije zbog male disperzije među modovima.
Gradijentno vlakno: indeks prelamanja jezgre vlakna na staklenu oblogu postupno se smanjuje, dozvoljavajući svjetlosti visokog moda da se širi u sinusoidalnom obliku, što može smanjiti disperziju između modova, povećati propusni opseg vlakana i povećati udaljenost prijenosa, ali je cijena Vlakna višeg moda su uglavnom gradirana vlakna.
Uobičajene specifikacije vlakana
Veličina vlakana:
1) Jednostruki prečnik jezgra: 9 / 125μm, 10/125μm
2) Vanjski prečnik obloge (2D) = 125μm
3) Spoljni prečnik premaza = 250μm
4) Pigtail: 300μm
5) Multimode: 50 / 125μm, evropski standard; 62,5 / 125μm, američki standard
6) Industrijske, medicinske i mreže niske brzine: 100/140μm, 200/230μm
7) Plastika: 98 / 1000μm, koristi se za kontrolu automobila
Slabljenje vlakana
Glavni faktori koji uzrokuju slabljenje vlakana su: unutrašnja, savijanje, stiskanje, nečistoće, neravnine i stražnji dio.
Unutarnji: To je inherentni gubitak optičkog vlakna, uključujući: Rayleighovo raspršenje, intrinzičnu apsorpciju itd.
Savijanje: Kada je vlakno savijeno, svjetlo u dijelu vlakna će se izgubiti zbog raspršivanja, što rezultira gubitkom.
Stiskanje: gubitak uzrokovan blagim savijanjem vlakna kada se stisne.
Nečistoće: Nečistoće u optičkom vlaknu apsorbiraju i rasipaju svjetlost koja se prenosi u vlaknu, uzrokujući gubitke.
Neujednačeno: Gubitak uzrokovan neujednačenim indeksom prelamanja materijala vlakana.
Priključivanje: Gubitak koji nastaje tokom spajanja vlakana, kao što su: različite ose (zahtjev za koaksijalnost jednomodnih vlakana je manji od 0,8μm), krajnja strana nije okomita na osu, krajnja strana je neravna, prečnik jezgra se ne poklapa, a kvalitet spajanja je loš.
Vrsta optičkog kabla
1) Prema načinu polaganja: samonosivi nadzemni optički kablovi, cevovodni optički kablovi, blindirani ukopani optički kablovi i podmorski optički kablovi.
2) Prema strukturi optičkog kabla, razlikuju se: optički kabl u snopu, slojevito upredeni optički kabl, optički kabl čvrstog držanja, trakasti optički kabl, nemetalni optički kabl i optički kabl koji se može razgranati.
3) Prema nameni: optički kablovi za komunikaciju na daljinu, spoljni optički kablovi za kratke udaljenosti, hibridni optički kablovi i optički kablovi za zgrade.
Spajanje i završetak optičkih kablova
Povezivanje i završetak optičkih kablova su osnovne veštine koje osoblje za održavanje optičkih kablova mora savladati.
Klasifikacija tehnologije povezivanja optičkih vlakana:
1) Tehnologija povezivanja optičkih vlakana i tehnologija povezivanja optičkog kabla su dva dijela.
2) Kraj optičkog kabla je sličan spoju optičkog kabla, osim što bi rad trebao biti drugačiji zbog različitih materijala konektora.
Vrsta optičke veze
Povezivanje optičkih kablova se generalno može podeliti u dve kategorije:
1) Fiksno povezivanje optičkih vlakana (poznato kao mrtvi konektor). Općenito koristite uređaj za spajanje optičkih vlakana; koristi se za direktnu glavu optičkog kabla.
2) Aktivni konektor optičkog vlakna (poznatiji kao konektor pod naponom). Koristite konektore koji se mogu ukloniti (poznati kao labavi spojevi). Za kratkospojnik, priključak opreme itd.
Zbog nepotpunosti krajnje strane optičkog vlakna i neujednačenosti pritiska na krajnju stranu optičkog vlakna, gubitak spoja optičkog vlakna jednim pražnjenjem je još uvijek relativno velik, a metoda fuzije sekundarnog pražnjenja se sada koristi. Prvo, prethodno zagrijte i ispraznite krajnju stranu vlakna, oblikujte čeonu stranu, uklonite prašinu i ostatke i učinite krajnji pritisak vlakna ujednačenim predgrijavanjem.
Metoda praćenja gubitka veze optičkih vlakana
Postoje tri metode za praćenje gubitka optičke veze:
1. Monitor na aparatu za spajanje.
2. Monitoring izvora svjetlosti i optičkog mjerača snage.
3. OTDR metoda mjerenja
Način rada optičkog povezivanja
Operacije povezivanja optičkim vlaknima općenito se dijele na:
1. Rukovanje krajnjim površinama vlakana.
2. Konekcijska instalacija optičkih vlakana.
3. Spajanje optičkih vlakana.
4. Zaštita konektora optičkih vlakana.
5. Postoji pet koraka za preostalu ladicu za vlakna.
Općenito, povezivanje cijelog optičkog kabla se izvodi prema sljedećim koracima:
Korak 1: dosta dobre dužine, otvorite i skinite optički kabl, uklonite omotač kabla
Korak 2: Očistite i uklonite pastu za punjenje nafte u optičkom kablu.
Korak 3: Složite vlakna u snop.
Korak 4: Provjerite broj jezgara vlakana, izvršite uparivanje vlakana i provjerite da li su oznake boje vlakana ispravne.
Korak 5: Ojačajte vezu srca;
Korak 6: Različiti parovi pomoćnih linija, uključujući parove poslovnih linija, parove kontrolnih linija, zaštićene uzemljene vodove, itd. (ako su dostupni gore navedeni parovi linija.
Korak 7: Povežite vlakno.
Korak 8: Zaštitite konektor optičkog vlakna;
Korak 9: skladištenje zaliha preostalog vlakna;
Korak 10: Završite povezivanje omotača optičkog kabla;
Korak 11: Zaštita optičkih konektora
Gubitak vlakana
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB / km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3 dB / km
850 nm: 2,3 do 3,4 dB/km
Gubitak tačke fuzije optičkih vlakana: 0,08dB/poen
Tačka spajanja vlakana 1 bod / 2 km
Uobičajene imenice vlakana
1) Slabljenje
Slabljenje: gubitak energije kada se svjetlost prenosi u optičko vlakno, single-mode vlakno 1310nm 0,4 ~ 0,6dB / km, 1550nm 0,2 ~ 0,3dB / km; plastična multimodna vlakna 300dB/km
2) Disperzija
Disperzija: Širina pojasa svjetlosnih impulsa se povećava nakon putovanja određene udaljenosti duž vlakna. To je glavni faktor koji ograničava brzinu prijenosa.
Disperzija među modovima: Javlja se samo u multimodnim vlaknima, jer različiti modovi svjetlosti putuju različitim putevima.
Disperzija materijala: različite talasne dužine svetlosti putuju različitim brzinama.
Disperzija talasovoda: Ovo se dešava zato što svetlosna energija putuje malo drugačijim brzinama dok putuje kroz jezgro i omotač. Kod jednomodnih vlakana vrlo je važno promijeniti disperziju vlakna promjenom unutrašnje strukture vlakna.
Tip vlakna
G.652 nulta tačka disperzije je oko 1300nm
G.653 nulta tačka disperzije je oko 1550nm
G.654 vlakna negativne disperzije
G.655 vlakno sa pomjeranjem disperzije
Puno talasno vlakno
3) rasipanje
Zbog nesavršene osnovne strukture svjetlosti dolazi do gubitka svjetlosne energije, a prijenos svjetlosti u ovom trenutku više nema dobru usmjerenost.
Osnovno poznavanje sistema optičkih vlakana
Uvod u arhitekturu i funkcije osnovnog optičkog sistema:
1. Jedinica za slanje: pretvara električne signale u optičke signale;
2. Jedinica za prijenos: medij koji prenosi optičke signale;
3. Prijemna jedinica: prima optičke signale i pretvara ih u električne signale;
4. Povežite uređaj: povežite optičko vlakno na izvor svjetlosti, detekciju svjetla i druga optička vlakna.
Uobičajeni tipovi konektora
Tip krajnjeg dijela konektora
Spojnica
Glavna funkcija je distribucija optičkih signala. Važne primjene su u mrežama s optičkim vlaknima, posebno u lokalnim mrežama i u uređajima za multipleksiranje s podjelom valova.
osnovna struktura
Spojnica je dvosmjerni pasivni uređaj. Osnovni oblici su drvo i zvijezda. Spojnica odgovara razdjelniku.
WDM
WDM—Multiplekser s podjelom valova prenosi više optičkih signala u jednom optičkom vlaknu. Ovi optički signali imaju različite frekvencije i različite boje. WDM multiplekser je za spajanje više optičkih signala u isto optičko vlakno; multiplekser za demultipleksiranje je da razlikuje više optičkih signala iz jednog optičkog vlakna.
Multiplekser s podjelom valova (Legenda)
Definicija impulsa u digitalnim sistemima:
1. Amplituda: Visina impulsa predstavlja energiju optičke snage u sistemu optičkih vlakana.
2. Vrijeme porasta: vrijeme potrebno da puls poraste od 10% do 90% maksimalne amplitude.
3. Vrijeme pada: vrijeme potrebno da puls padne sa 90% na 10% amplitude.
4. Širina impulsa: Širina impulsa na poziciji amplitude 50%, izražena u vremenu.
5. Ciklus: određeno vrijeme pulsa je radno vrijeme potrebno za završetak ciklusa.
6. Omjer izumiranja: Odnos 1 snage signalnog svjetla prema 0 snage signalnog svjetla.
Definicija uobičajenih jedinica u komunikaciji optičkim vlaknima:
1.dB = 10 log10 (Pout / Pin)
Pout: izlazna snaga; Pin: ulazna snaga
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), što je široko korištena jedinica u komunikacijskom inženjerstvu; obično predstavlja optičku snagu sa 1 milivatom kao referentnom;
primjer:–10dBm znači da je optička snaga jednaka 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)