Grundlæggende koncept for optisk fiberkommunikation.
En optisk fiber er en dielektrisk optisk bølgeleder, en bølgelederstruktur, der blokerer lys og udbreder lys i den aksiale retning.
Meget fine fibre lavet af kvartsglas, syntetisk harpiks mv.
Single mode fiber: kerne 8-10um, beklædning 125um
Multimode fiber: kerne 51um, beklædning 125um
Kommunikationsmetoden til at transmittere optiske signaler ved hjælp af optiske fibre kaldes optisk fiberkommunikation.
Lysbølger hører til kategorien elektromagnetiske bølger.
Bølgelængdeområdet for synligt lys er 390-760 nm, delen større end 760 nm er infrarødt lys, og delen mindre end 390 nm er ultraviolet lys.
Lysbølge arbejdsvindue (tre kommunikationsvinduer):
Bølgelængdeområdet, der bruges i fiberoptisk kommunikation, er i det nær-infrarøde område
Kortbølgelængdeområde (synligt lys, som er et orange lys med det blotte øje) 850nm orange lys
Langbølgelængdeområde (usynligt lysområde) 1310 nm (teoretisk minimumspredningspunkt), 1550 nm (det teoretiske minimumsdæmpningspunkt)
Fiberstruktur og klassificering
1.Fiberens struktur
Den ideelle fiberstruktur: kerne, beklædning, belægning, kappe.
Kernen og beklædningen er lavet af kvartsmateriale, og de mekaniske egenskaber er relativt skrøbelige og nemme at bryde. Derfor tilføjes generelt to lag belægningslag, en harpikstype og et lag af nylontype, så fiberens fleksible ydeevne når projektets praktiske anvendelseskrav.
2.Klassificering af optiske fibre
(1) Fiberen er opdelt i overensstemmelse med brydningsindeksfordelingen af fiberens tværsnit: den er opdelt i en trintype fiber (ensartet fiber) og en graderet fiber (uensartet fiber).
Antag, at kernen har et brydningsindeks på n1, og at beklædningens brydningsindeks er n2.
For at gøre det muligt for kernen at transmittere lys over lange afstande, er den nødvendige betingelse for at konstruere den optiske fiber n1>n2
Brydningsindeksfordelingen af en ensartet fiber er en konstant
Brydningsindeksfordelingsloven for uensartede fibre:
Blandt dem, △ – relativ brydningsindeksforskel
Α—brydningsindeks, α=∞—trin-type brydningsindeksfordelingsfiber, α=2—firkanteret brydningsindeksfordelingsfiber (en gradueret fiber). Denne fiber sammenlignes med andre sorterede fibre.Mode spredning minimum optimal.
(1) Ifølge antallet af modi transmitteret i kernen: opdelt i multimode fiber og single mode fiber
Mønsteret her refererer til fordelingen af et elektromagnetisk felt af lys transmitteret i en optisk fiber. Forskellige feltfordelinger er forskellige tilstande.
Enkelttilstand (kun én tilstand transmitteres i fiberen), multimode (flere tilstande transmitteres samtidigt i fiberen)
På nuværende tidspunkt, på grund af de stigende krav til transmissionshastigheden og det stigende antal transmissioner, udvikler hovedstadsnetværket sig i retning af høj hastighed og stor kapacitet, så de fleste af dem er single mode stepped fibre. (Overførselsegenskaberne i sig selv er bedre end multimode fiber)
(2) Karakteristika for optisk fiber:
①Tabskarakteristika for optisk fiber: Lysbølger transmitteres i den optiske fiber, og den optiske effekt falder gradvist, efterhånden som transmissionsafstanden øges.
Årsagerne til fibertab omfatter: koblingstab, absorptionstab, spredningstab og tab af bøjningsstråling.
Koblingstab er tabet forårsaget af koblingen mellem fiberen og enheden.
Absorptionstab er forårsaget af absorption af lysenergi af fibermaterialer og urenheder.
Spredningstabet er opdelt i Rayleigh-spredning (uensartet brydningsindeks) og bølgelederspredning (materialeujævnheder).
Bøjningsstrålingstabet er tabet forårsaget af bøjningen af fiberen, der fører til strålingstilstanden forårsaget af bøjningen af fiberen.
②Dispersionskarakteristika for optisk fiber: Forskellige frekvenskomponenter i signalet, der transmitteres af den optiske fiber, har forskellige transmissionshastigheder, og det fysiske fænomen med forvrængning forårsaget af signalimpulsudvidelse, når de når terminalen, kaldes spredning.
Dispersionen er opdelt i modal dispersion, materialedispersion og bølgelederdispersion.
Grundlæggende komponenter i optiske fiberkommunikationssystemer
Send del:
Pulsmodulationssignalet udsendt af den elektriske sender (elektrisk terminal) sendes til den optiske sender (signalet sendt af den programstyredeskiftebehandles, bølgeformen formes, det omvendte af mønsteret ændres... til et passende elektrisk signal og sendes til den optiske sender)
Den primære rolle for en optisk sender er at konvertere et elektrisk signal til et optisk signal, der kobles ind i fiberen.
Modtagende del:
Konvertering af optiske signaler transmitteret gennem optiske fibre til elektriske signaler
Behandlingen af det elektriske signal genoprettes til det oprindelige pulsmodulerede signal og sendes til den elektriske terminal (det elektriske signal, der sendes af den optiske modtager, behandles, bølgeformen formes, det omvendte af mønsteret inverteres... det passende elektriske signal er sendt tilbage til det programmerbareskifte)
Transmissionsdel:
Single-mode fiber, optisk repeater (elektrisk regenerativ repeater (optisk-elektrisk-optisk konverteringsforstærkning, transmissionsforsinkelse vil være større, pulsbeslutningskredsløb vil blive brugt til at forme bølgeformen og timing), erbium-doteret fiberforstærker (fuldfører forstærkningen på det optiske niveau uden bølgeformning)
(1) Optisk sender: Det er en optisk transceiver, der realiserer elektrisk/optisk konvertering. Den består af en lyskilde, en driver og en modulator. Funktionen er at modulere lysbølgen fra den elektriske maskine til lysbølgen, der udsendes af lyskilden, for at blive en dæmpet bølge, og derefter koble det modulerede optiske signal til den optiske fiber eller det optiske kabel til transmission.
(2) Optisk modtager: er en optisk transceiver, der realiserer optisk/elektrisk konvertering. Brugsmodellen er sammensat af et lysdetekteringskredsløb og en optisk forstærker, og funktionen er at konvertere det optiske signal transmitteret af den optiske fiber eller det optiske kabel til et elektrisk signal fra den optiske detektor og derefter forstærke det svage elektriske signal til et tilstrækkeligt niveau gennem forstærkerkredsløbet til at blive sendt til signalet. Den modtagende ende af den elektriske maskine går.
(3) Fiber/kabel: Fiber eller kabel udgør lysets transmissionsvej. Funktionen er at transmittere det dæmpede signal, der sendes af den transmitterende ende, til den optiske detektor i den modtagende ende efter langdistancetransmission gennem den optiske fiber eller det optiske kabel for at fuldføre opgaven med at transmittere information.
(4) Optisk repeater: består af en fotodetektor, en lyskilde og et beslutningsregenereringskredsløb. Der er to funktioner: den ene er at kompensere for dæmpningen af det optiske signal, der transmitteres i den optiske fiber; den anden er at forme pulsen af bølgeformsforvrængningen.
(5) Passive komponenter såsom fiberoptiske konnektorer, koblere (det er ikke nødvendigt at forsyne strøm separat, men enheden er stadig med tab): Fordi længden af fiberen eller kablet er begrænset af fibertrækkeprocessen og kabelkonstruktionsforholdene, og længden af fiberen er også Limit (f.eks. 2 km). Derfor kan der være et problem, at en flerhed af optiske fibre er forbundet i en optisk fiberlinje. Derfor er forbindelsen mellem optiske fibre, forbindelsen og koblingen af optiske fibre og optiske transceivere og brugen af passive komponenter såsom optiske konnektorer og koblere uundværlige.
Overlegenheden af optisk fiberkommunikation
Transmissionsbåndbredde, stor kommunikationskapacitet
Lavt transmissionstab og stor relæafstand
Stærk anti-elektromagnetisk interferens
(Ud over trådløse: trådløse signaler har mange effekter, multipath-fordele, skyggeeffekter, Rayleigh-fading, Doppler-effekter
Sammenlignet med koaksialkabel: optisk signal er større end koaksialkabel og har god fortrolighed)
Frekvensen af lysbølgen er meget høj, sammenlignet med andre elektromagnetiske bølger er interferensen lille.
Ulemper ved optisk kabel: dårlige mekaniske egenskaber, let at bryde, (forbedrer den mekaniske ydeevne, vil have indflydelse på interferensmodstanden), det tager lang tid at bygge og påvirkes af geografiske forhold.