Základní koncept komunikace optických vláken.
Optické vlákno je dielektrický optický vlnovod, struktura vlnovodu, která blokuje světlo a šíří světlo v axiálním směru.
Velmi jemné vlákno z křemenného skla, syntetické pryskyřice atd.
Jednovidové vlákno: jádro 8-10um, plášť 125um
Multimode vlákno: jádro 51um, plášť 125um
Komunikační způsob přenosu optických signálů pomocí optických vláken se nazývá komunikace optických vláken.
Světelné vlny patří do kategorie elektromagnetických vln.
Rozsah vlnových délek viditelného světla je 390-760 nm, část větší než 760 nm je infračervené světlo a část menší než 390 nm je ultrafialové světlo.
Pracovní okno světelných vln (tři komunikační okna):
Rozsah vlnových délek používaný v optické komunikaci je v blízké infračervené oblasti
Oblast s krátkou vlnovou délkou (viditelné světlo, což je oranžové světlo pouhým okem) 850nm oranžové světlo
Oblast dlouhé vlnové délky (oblast neviditelného světla) 1310 nm (teoretický minimální bod rozptylu), 1550 nm (teoretický minimální bod zeslabení)
Struktura a klasifikace vláken
1.Struktura vlákna
Ideální struktura vlákna: jádro, plášť, povlak, plášť.
Jádro a plášť jsou vyrobeny z křemenného materiálu a mechanické vlastnosti jsou poměrně křehké a snadno se rozbijí. Proto se obecně přidávají dvě vrstvy potahové vrstvy, jeden typ pryskyřice a jedna vrstva nylonového typu, takže flexibilní výkon vlákna dosahuje praktických aplikačních požadavků projektu.
2.Klasifikace optických vláken
(1) Vlákno se dělí podle rozdělení indexu lomu průřezu vlákna: dělí se na vlákno stupňovitého typu (uniformní vlákno) a tříděné vlákno (nestejnoměrné vlákno).
Předpokládejme, že jádro má index lomu n1 a index lomu pláště je n2.
Aby jádro mohlo přenášet světlo na velké vzdálenosti, je nutnou podmínkou pro konstrukci optického vlákna n1>n2
Distribuce indexu lomu jednotného vlákna je konstantní
Zákon rozdělení indexu lomu nerovnoměrného vlákna:
Mezi nimi △ – rozdíl relativního indexu lomu
Α—index lomu, α=∞—vlákno stupňovitého typu s distribucí indexu lomu, α=2—vlákno se čtvercovým právem rozdělení indexu lomu (odstupňované vlákno). Toto vlákno je ve srovnání s jinými tříděnými vlákny. Režim minimální disperze optimální.
(1) Podle počtu režimů přenášených v jádře: rozděleno na vícevidové vlákno a jednovidové vlákno
Vzor zde odkazuje na rozložení elektromagnetického pole světla přenášeného v optickém vláknu. Různá rozložení pole jsou odlišný režim.
Single mode (ve vláknu je přenášen pouze jeden režim), multimode (ve vláknu je současně přenášeno více režimů)
V současné době se metropolitní síť v důsledku zvyšujících se požadavků na přenosovou rychlost a zvyšujícího se počtu přenosů rozvíjí směrem k vysoké rychlosti a velké kapacitě, takže většina z nich jsou jednovidová stupňovitá vlákna. (Samotné přenosové charakteristiky jsou lepší než multimodové vlákno)
(2) Vlastnosti optického vlákna:
①Ztrátové charakteristiky optického vlákna: Světelné vlny se přenášejí v optickém vláknu a optická síla se postupně snižuje s rostoucí přenosovou vzdáleností.
Mezi příčiny ztráty vlákna patří: ztráta vazby, ztráta absorpce, ztráta rozptylem a ztráta záření ohybem.
Coupling loss je ztráta způsobená spojením mezi vláknem a zařízením.
Absorpční ztráty jsou způsobeny absorpcí světelné energie vláknitými materiály a nečistotami.
Ztráta rozptylem se dělí na Rayleighův rozptyl (nerovnoměrnost indexu lomu) a rozptyl vlnovodu (nerovnost materiálu).
Ztráta záření ohybem je ztráta způsobená ohybem vlákna vedoucí k režimu záření způsobenému ohybem vlákna.
② Charakteristiky rozptylu optického vlákna: Různé frekvenční složky v signálu přenášeném optickým vláknem mají různé přenosové rychlosti a fyzikální jev zkreslení způsobený rozšířením signálového pulsu při dosažení terminálu se nazývá disperze.
Disperze se dělí na modální disperzi, materiálovou disperzi a vlnovodnou disperzi.
Základní komponenty optických komunikačních systémů
Odeslat část:
Výstup signálu pulzní modulace z elektrického vysílače (elektrického terminálu) je odeslán do optického vysílače (signál odesílaný programem řízenýmpřepínačse zpracuje, tvar vlny se vytvaruje, inverzní vzor se změní... na vhodný elektrický signál a odešle se do optického vysílače)
Primární úlohou optického vysílače je převádět elektrický signál na optický signál, který je připojen k vláknu.
Přijímací část:
Převod optických signálů přenášených optickými vlákny na elektrické signály
Zpracování elektrického signálu se obnoví na původní pulzně modulovaný signál a odešle se do elektrického terminálu (elektrický signál odeslaný optickým přijímačem je zpracován, tvar vlny je tvarován, inverzní vzor je invertován… příslušný elektrický signál je poslal zpět do programovatelnéhopřepínač)
Část převodovky:
Jednovidové vlákno, optický opakovač (elektrický regenerativní opakovač (zesílení opticko-elektricko-optické konverze, přenosové zpoždění bude větší, pro tvarování průběhu a časování bude použit rozhodovací obvod pulzu), erbiem dopovaný vláknový zesilovač (dokončuje zesílení na optické úrovni, bez tvarování vlny)
(1) Optický vysílač: Je to optický transceiver, který realizuje elektrickou/optickou konverzi. Skládá se ze zdroje světla, driveru a modulátoru. Funkcí je modulovat světelnou vlnu z elektrického stroje na světelnou vlnu vyzařovanou světelným zdrojem, aby se stala tlumenou vlnou, a poté spojit modulovaný optický signál s optickým vláknem nebo optickým kabelem pro přenos.
(2) Optický přijímač: je optický transceiver, který realizuje optickou/elektrickou konverzi. Užitný vzor se skládá z obvodu detekce světla a optického zesilovače a jeho funkcí je převést optický signál přenášený optickým vláknem nebo optickým kabelem na elektrický signál optickým detektorem a poté zesílit slabý elektrický signál na dostatečná úroveň přes zesilovací obvod, aby byla odeslána do signálu. Přijímací konec elektrického stroje jde.
(3) Vlákno/kabel: Vlákno nebo kabel tvoří cestu přenosu světla. Funkcí je přenést tlumený signál vysílaný vysílajícím koncem do optického detektoru přijímacího konce po přenosu na velkou vzdálenost optickým vláknem nebo optickým kabelem, aby se dokončil úkol přenosu informace.
(4) Optický opakovač: skládá se z fotodetektoru, světelného zdroje a rozhodovacího regeneračního obvodu. Existují dvě funkce: jedna je kompenzovat útlum optického signálu přenášeného v optickém vláknu; druhým je tvarování pulzu zkreslení tvaru vlny.
(5) Pasivní komponenty, jako jsou konektory z optických vláken, spojky (není třeba dodávat energii samostatně, ale zařízení je stále ztrátové): Protože délka vlákna nebo kabelu je omezena procesem tažení vlákna a podmínkami konstrukce kabelu a délka vlákna je také Limit (např. 2 km). Proto může nastat problém, že v jedné lince optických vláken je spojeno více optických vláken. Proto je nepostradatelné spojení mezi optickými vlákny, spojení a spojení optických vláken a optických transceiverů a použití pasivních komponentů, jako jsou optické konektory a vazební členy.
Převaha komunikace optických vláken
Šířka přenosového pásma, velká komunikační kapacita
Nízká přenosová ztráta a velká vzdálenost relé
Silné antielektromagnetické rušení
(Víc než bezdrátové: bezdrátové signály mají mnoho efektů, vícecestné výhody, stínové efekty, Rayleighovo slábnutí, Dopplerovy efekty
Ve srovnání s koaxiálním kabelem: optický signál je větší než koaxiální kabel a má dobrou důvěrnost)
Frekvence světelné vlny je velmi vysoká, ve srovnání s jinými elektromagnetickými vlnami je interference malá.
Nevýhody optického kabelu: špatné mechanické vlastnosti, snadno se zlomí (zlepší mechanické vlastnosti, bude mít vliv na odolnost proti rušení), dlouho se buduje a je ovlivněn geografickými podmínkami.