Výhody optické komunikace:
● Velká komunikační kapacita
● Dlouhá přenosová vzdálenost
● Žádné elektromagnetické rušení
● Bohaté zdroje
● Nízká hmotnost a malé rozměry
Stručná historie optických komunikací
Před více než 2000 lety, majáky, semafory
1880, optický telefon-bezdrátová optická komunikace
1970, komunikace z optických vláken
● V roce 1966, „Otec optických vláken“, Dr. Gao Yong poprvé navrhl myšlenku komunikace pomocí optických vláken.
● V roce 1970 byl Lin Yanxiong z Bell Yan Institute polovodičový laser, který mohl pracovat nepřetržitě při pokojové teplotě.
● V roce 1970 Corningův Kapron zaznamenal ztrátu 20 dB/km vlákna.
● V roce 1977 byla v Chicagu první komerční linka 45 Mb/s.
Elektromagnetické spektrum
Rozdělení komunikačních pásem a odpovídající přenosová média
Lom / odraz a úplný odraz světla
Protože se světlo v různých látkách šíří různě, při vyzařování světla z jedné látky do druhé dochází na rozhraní mezi těmito dvěma látkami k lomu a odrazu. Kromě toho se úhel lomu světla mění s úhlem dopadajícího světla. Když úhel dopadajícího světla dosáhne nebo překročí určitý úhel, lomené světlo zmizí a veškeré dopadající světlo se odrazí zpět. Toto je úplný odraz světla. Různé materiály mají různé úhly lomu pro stejnou vlnovou délku světla (to znamená, že různé materiály mají různé indexy lomu) a stejné materiály mají různé úhly lomu pro různé vlnové délky světla. Komunikace optických vláken je založena na výše uvedených principech.
Distribuce odrazivosti: Důležitým parametrem pro charakterizaci optických materiálů je index lomu, který je reprezentován N. Poměr rychlosti světla C ve vakuu k rychlosti světla V v materiálu je index lomu materiálu.
N = C/V
Index lomu křemenného skla pro komunikaci optických vláken je asi 1,5.
Struktura vláken
Holé vlákno se obecně dělí do tří vrstev:
První vrstva: středové skleněné jádro s vysokým indexem lomu (průměr jádra je obecně 9-10μm, (jeden režim) 50 nebo 62,5 (multi režim).
Druhá vrstva: uprostřed je plášť z křemičitého skla s nízkým indexem lomu (průměr je obecně 125μm).
Třetí vrstva: vnější je pryskyřičný povlak pro vyztužení.
1) jádro: vysoký index lomu, používá se k přenosu světla;
2) Povlak povlaku: nízký index lomu, vytvářející podmínky úplného odrazu s jádrem;
3) Ochranná bunda: Má vysokou pevnost a odolá velkým nárazům, aby chránila optické vlákno.
3mm optický kabel: oranžový, MM, multimode; žlutá, SM, single-mode
Velikost vlákna
Vnější průměr je obecně 125 um (průměrně 100 um na vlas)
Vnitřní průměr: single mode 9um; multimode 50/62,5um
Numerická clona
Ne všechno světlo dopadající na koncovou plochu optického vlákna může být přenášeno optickým vláknem, ale pouze dopadající světlo v určitém rozsahu úhlů. Tento úhel se nazývá numerická apertura vlákna. Větší numerická apertura optického vlákna je výhodná pro dokování optického vlákna. Různí výrobci mají různé numerické apertury.
Druh vlákna
Podle způsobu přenosu světla v optickém vláknu jej lze rozdělit na:
Multi-Mode (zkratka: MM); Single-Mode (zkratka: SM)
Multimode vlákno: Středové skleněné jádro je silnější (50 nebo 62,5μm) a může přenášet světlo ve více režimech. Jeho mezirežimový rozptyl je však velký, což omezuje frekvenci vysílání digitálních signálů a s rostoucí vzdáleností bude závažnější.Například: 600 MB / KM vlákno má pouze 300 MB šířku pásma při 2 km. Proto je přenosová vzdálenost vícevidového vlákna relativně krátká, obecně jen několik kilometrů.
Jednovidové vlákno: Středové skleněné jádro je relativně tenké (průměr jádra je obecně 9 nebo 10μm) a může přenášet světlo pouze v jednom režimu. Ve skutečnosti je to druh optického vlákna krokového typu, ale průměr jádra je velmi malý. Teoreticky je dovoleno, aby do vlákna vstoupilo pouze přímé světlo z jediné cesty šíření a šířilo se přímo v jádru vlákna. Puls vlákna je sotva natažený.Proto je jeho mezirežimový rozptyl malý a vhodný pro vzdálenou komunikaci, ale hlavní roli hraje jeho chromatický rozptyl. Tímto způsobem má jednovidové vlákno vyšší požadavky na spektrální šířku a stabilitu světelného zdroje, to znamená, že spektrální šířka je úzká a stabilita dobrá. .
Klasifikace optických vláken
Podle materiálu:
Skleněné vlákno: Jádro a plášť jsou vyrobeny ze skla, s malou ztrátou, dlouhou přenosovou vzdáleností a vysokými náklady;
Silikonové optické vlákno potažené pryží: jádro je skleněné a plášť je plastový, který má podobné vlastnosti jako skleněné vlákno a nižší cenu;
Plastové optické vlákno: Jádro i plášť jsou plastové, s velkou ztrátou, krátkou přenosovou vzdáleností a nízkou cenou. Většinou se používá pro domácí spotřebiče, audio a přenos obrazu na krátkou vzdálenost.
Podle okna optimální přenosové frekvence: konvenční jednovidové vlákno a disperzně posunuté jednovidové vlákno.
Konvenční typ: Výrobní dům optických vláken optimalizuje přenosovou frekvenci optických vláken na jedné vlnové délce světla, jako je 1300nm.
Typ s posunutým rozptylem: Výrobce optických vláken optimalizuje přenosovou frekvenci vláken na dvou vlnových délkách světla, jako jsou: 1300nm a 1550nm.
Náhlá změna: Index lomu jádra vlákna vůči skleněnému plášti je náhlý. Má nízkou cenu a vysoký mezirežimový rozptyl. Vhodné pro nízkorychlostní komunikaci na krátkou vzdálenost, jako je průmyslové řízení. Jednovidové vlákno však používá typ mutace kvůli malému rozptylu mezi režimy.
Gradientové vlákno: index lomu jádra vlákna ke skleněnému plášti se postupně snižuje, což umožňuje šíření světla s vysokým režimem v sinusové formě, což může snížit rozptyl mezi režimy, zvýšit šířku pásma vlákna a zvýšit přenosovou vzdálenost, ale náklady jsou vyšší. Vlákno s vyšším režimem je většinou tříděné vlákno.
Společné specifikace vláken
Velikost vlákna:
1) Průměr jádra pro jeden režim: 9/125μm, 10/125μm
2) Vnější průměr pláště (2D) = 125μm
3) Vnější průměr povlaku = 250μm
4) Pigtail: 300μm
5) Multimode: 50/125μm, evropská norma; 62,5 / 125μm, americký standard
6) Průmyslové, lékařské a nízkorychlostní sítě: 100/140μm, 200/230μm
7) Plast: 98/1000μm, používá se pro ovládání automobilů
Útlum vláken
Hlavní faktory, které způsobují útlum vláken, jsou: vlastní, ohyb, mačkání, nečistoty, nerovnosti a zadek.
Vnitřní: Je to inherentní ztráta optického vlákna, včetně: Rayleighova rozptylu, vnitřní absorpce atd.
Ohyb: Když je vlákno ohnuto, světlo v části vlákna se ztratí v důsledku rozptylu, což má za následek ztrátu.
Mačkání: ztráta způsobená mírným ohnutím vlákna při jeho ždímání.
Nečistoty: Nečistoty v optickém vláknu pohlcují a rozptylují světlo přenášené ve vláknu a způsobují ztráty.
Nestejnoměrné: Ztráta způsobená nerovnoměrným indexem lomu vláknitého materiálu.
Dokování: Ztráta generovaná během dokování vláken, jako jsou: různé osy (požadavek na koaxiální souosost jednovidového vlákna je menší než 0,8μm), čelní plocha není kolmá k ose, čelní plocha je nerovná, průměr tupého jádra neodpovídá a kvalita spojování je špatná.
Typ optického kabelu
1) Podle způsobů pokládky: samonosné nadzemní optické kabely, potrubní optické kabely, pancéřované podzemní optické kabely a podmořské optické kabely.
2) Podle struktury optického kabelu se jedná o: svazkový trubkový optický kabel, vrstvený kroucený optický kabel, pevný optický kabel, páskový optický kabel, nekovový optický kabel a rozvětvený optický kabel.
3) Podle účelu: optické kabely pro dálkovou komunikaci, venkovní optické kabely na krátké vzdálenosti, hybridní optické kabely, optické kabely pro budovy.
Připojení a ukončení optických kabelů
Připojení a zakončení optických kabelů jsou základní dovednosti, které musí pracovníci údržby optických kabelů ovládat.
Klasifikace technologie připojení optických vláken:
1) Technologie připojení optického vlákna a technologie připojení optického kabelu jsou dvě části.
2) Konec optického kabelu je podobný jako u připojení optického kabelu, s tím rozdílem, že provoz by měl být odlišný kvůli různým materiálům konektorů.
Typ připojení vlákna
Připojení optickým kabelem lze obecně rozdělit do dvou kategorií:
1) Pevné připojení optického vlákna (běžně známé jako mrtvý konektor). Obecně používejte svářečku optických vláken; používá se pro přímou hlavu optického kabelu.
2) Aktivní konektor optického vlákna (běžně známý jako živý konektor). Použijte odnímatelné konektory (běžně známé jako volné spoje). Pro propojku vláken, připojení zařízení atd.
Vzhledem k neúplnosti koncové plochy optického vlákna a nerovnoměrnosti tlaku na koncovou plochu optického vlákna je ztráta spoje optického vlákna jedním výbojem stále poměrně velká a metoda sekundární fúze výboje se nyní používá. Nejprve předehřejte a vybijte koncovou stranu vlákna, vytvarujte koncovou stranu, odstraňte prach a nečistoty a předehřátím vyrovnejte koncový tlak vlákna.
Metoda monitorování ztráty spojení optických vláken
Existují tři způsoby monitorování ztráty připojení optických vláken:
1. Sledujte svářečku.
2. Monitorování světelného zdroje a měřič optického výkonu.
3.Metoda měření OTDR
Provozní způsob připojení optických vláken
Operace připojení optických vláken se obecně dělí na:
1. Manipulace s čelními plochami vláken.
2. Instalace připojení optického vlákna.
3. Spojování optického vlákna.
4. Ochrana konektorů optických vláken.
5. Pro zbývající zásobník vláken existuje pět kroků.
Obecně se připojení celého optického kabelu provádí podle následujících kroků:
Krok 1: hodně dobré délky, otevřete a odizolujte optický kabel, odstraňte plášť kabelu
Krok 2: Vyčistěte a odstraňte ropnou plnicí pastu v optickém kabelu.
Krok 3: Svažte vlákno.
Krok 4: Zkontrolujte počet jader vláken, proveďte párování vláken a zkontrolujte, zda jsou barevné štítky vláken správné.
Krok 5: Posílení spojení srdce;
Krok 6: Různé pomocné páry linek, včetně párů obchodních linek, párů řídicích linek, stíněných zemnících linek atd. (pokud jsou výše uvedené páry linek k dispozici.
Krok 7: Připojte vlákno.
Krok 8: Chraňte konektor optického vlákna;
Krok 9: inventarizace zbývajícího vlákna;
Krok 10: Dokončete připojení pláště optického kabelu;
Krok 11: Ochrana konektorů optických vláken
Ztráta vlákniny
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB / Km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3 dB / Km
850 nm: 2,3 až 3,4 dB/Km
Ztráta tavného bodu optického vlákna: 0,08 dB / bod
Bod spojování vláken 1 bod / 2 km
Obecná vláknová podstatná jména
1) Útlum
Útlum: ztráta energie při přenosu světla v optickém vláknu, jednovidové vlákno 1310nm 0,4 ~ 0,6dB / km, 1550nm 0,2 ~ 0,3dB / km; plastové multimódové vlákno 300dB/km
2) Rozptyl
Rozptyl: Šířka pásma světelných pulsů se zvýší po ujetí určité vzdálenosti podél vlákna. Je to hlavní faktor omezující přenosovou rychlost.
Mezirežimová disperze: Vyskytuje se pouze ve vícevidových vláknech, protože různé režimy světla se pohybují po různých drahách.
Materiálová disperze: Různé vlnové délky světla se šíří různými rychlostmi.
Disperze vlnovodu: K tomu dochází, protože světelná energie se pohybuje mírně odlišnými rychlostmi, když prochází jádrem a pláštěm. U jednovidového vlákna je velmi důležité změnit disperzi vlákna změnou vnitřní struktury vlákna.
Typ vlákna
Bod nulového rozptylu G.652 je kolem 1300nm
Bod nulového rozptylu G.653 je kolem 1550nm
Negativní disperzní vlákno G.654
Vlákno G.655 s posunutou disperzí
Plnovlnné vlákno
3) rozptyl
Kvůli nedokonalé základní struktuře světla dochází ke ztrátě světelné energie a prostup světla v této době již nemá dobrou směrovost.
Základní znalost systému optických vláken
Úvod do architektury a funkcí základního optického systému:
1. Vysílací jednotka: převádí elektrické signály na optické signály;
2. Přenosová jednotka: médium přenášející optické signály;
3. Přijímací jednotka: přijímá optické signály a převádí je na elektrické signály;
4. Připojte zařízení: připojte optické vlákno ke zdroji světla, detekci světla a dalším optickým vláknům.
Běžné typy konektorů
Typ čelní strany konektoru
Spojka
Hlavní funkcí je distribuce optických signálů. Důležité aplikace jsou v sítích s optickými vlákny, zejména v lokálních sítích a v zařízeních pro multiplexování vlnových délek.
základní struktura
Spojka je obousměrné pasivní zařízení. Základní tvary jsou strom a hvězda. Spojka odpovídá rozbočovači.
WDM
WDM—Multiplexer s vlnovou délkou přenáší více optických signálů v jednom optickém vláknu. Tyto optické signály mají různé frekvence a různé barvy. WDM multiplexer má spojit více optických signálů do stejného optického vlákna; demultiplexní multiplexor má rozlišovat více optických signálů z jednoho optického vlákna.
Multiplexer s vlnovou délkou (Legenda)
Definice impulsů v digitálních systémech:
1. Amplituda: Výška pulsu představuje energii optického výkonu v systému optických vláken.
2. Doba náběhu: doba potřebná k tomu, aby pulz vzrostl z 10 % na 90 % maximální amplitudy.
3. Doba pádu: doba potřebná k poklesu pulzu z 90 % na 10 % amplitudy.
4. Šířka pulsu: Šířka pulsu v poloze 50% amplitudy, vyjádřená v čase.
5. Cyklus: Čas specifický pro pulz je pracovní doba potřebná k dokončení cyklu.
6. Poměr zhasnutí: Poměr 1 výkonu signálního světla k 0 výkonu signálního světla.
Definice společných jednotek v komunikaci optických vláken:
1,dB = 10 log10 (Pout / Pin)
Pout: výstupní výkon; Pin: vstupní napájení
2. dBm = 10 log10 (P / 1 mw), což je široce používaná jednotka v komunikační technice; obvykle představuje optický výkon s 1 miliwatt jako referenční;
příklad:–10dBm znamená, že optický výkon se rovná 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)