Grundkonzept der Glasfaserkommunikation.
Eine optische Faser ist ein dielektrischer optischer Wellenleiter, eine Wellenleiterstruktur, die Licht blockiert und Licht in axialer Richtung ausbreitet.
Sehr feine Faser aus Quarzglas, Kunstharz etc.
Singlemode-Faser: Kern 8–10 µm, Mantel 125 µm
Multimode-Faser: Kern 51 µm, Mantel 125 µm
Die Kommunikationsmethode zur Übertragung optischer Signale mithilfe von Glasfasern wird als Glasfaserkommunikation bezeichnet.
Lichtwellen gehören zur Kategorie der elektromagnetischen Wellen.
Der Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts beträgt 390–760 nm, der Anteil größer als 760 nm ist Infrarotlicht und der Anteil kleiner als 390 nm ist ultraviolettes Licht.
Lichtwellen-Arbeitsfenster (drei Kommunikationsfenster):
Der bei der Glasfaserkommunikation genutzte Wellenlängenbereich liegt im nahen Infrarotbereich
Kurzwelliger Bereich (sichtbares Licht, das mit bloßem Auge orangefarbenes Licht ist) 850 nm orangefarbenes Licht
Langwelliger Bereich (unsichtbarer Lichtbereich) 1310 nm (theoretischer minimaler Dispersionspunkt), 1550 nm (theoretischer minimaler Dämpfungspunkt)
Faserstruktur und Klassifizierung
1. Die Struktur der Faser
Der ideale Faseraufbau: Kern, Mantel, Mantel, Mantel.
Der Kern und die Umhüllung bestehen aus Quarzmaterial und die mechanischen Eigenschaften sind relativ zerbrechlich und leicht zu brechen. Daher werden im Allgemeinen zwei Schichten Beschichtungsschicht, eine Harzart und eine Schicht Nylonart hinzugefügt, damit die flexible Leistung der Faser den praktischen Anwendungsanforderungen des Projekts entspricht.
2.Klassifizierung von Lichtwellenleitern
(1) Die Faser wird entsprechend der Brechungsindexverteilung des Faserquerschnitts unterteilt: Sie wird in eine Stufenfaser (gleichmäßige Faser) und eine abgestufte Faser (ungleichmäßige Faser) unterteilt.
Nehmen Sie an, dass der Kern einen Brechungsindex von n1 und der Brechungsindex des Mantels n2 hat.
Damit der Kern Licht über große Entfernungen übertragen kann, ist die notwendige Bedingung für den Aufbau der optischen Faser n1>n2
Die Brechungsindexverteilung einer gleichmäßigen Faser ist eine Konstante
Das Brechungsindexverteilungsgesetz einer ungleichmäßigen Faser:
Darunter △ – relative Brechungsindexdifferenz
Α – Brechungsindex, α=∞ – Stufentyp-Brechungsindexverteilungsfaser, α=2 – quadratische Brechungsindexverteilungsfaser (eine abgestufte Faser). Diese Faser wird mit anderen abgestuften Fasern verglichen. Die Modendispersion ist minimal optimal.
(1) Entsprechend der Anzahl der im Kern übertragenen Moden: unterteilt in Multimode-Faser und Singlemode-Faser
Das Muster bezieht sich hier auf die Verteilung eines elektromagnetischen Lichtfeldes, das in einer optischen Faser übertragen wird. Unterschiedliche Feldverteilungen sind ein unterschiedlicher Modus.
Singlemode (nur ein Modus wird in der Faser übertragen), Multimode (mehrere Modi werden gleichzeitig in der Faser übertragen)
Aufgrund der steigenden Anforderungen an die Übertragungsrate und der zunehmenden Anzahl von Übertragungen entwickelt sich das Stadtgebietsnetz derzeit in Richtung hoher Geschwindigkeit und großer Kapazität, sodass es sich bei den meisten davon um Singlemode-Stufenfasern handelt. (Die Übertragungseigenschaften selbst sind besser als bei Multimode-Fasern)
(2) Eigenschaften von Glasfasern:
①Verlusteigenschaften von Glasfasern: Lichtwellen werden in der Glasfaser übertragen, und die optische Leistung nimmt mit zunehmender Übertragungsentfernung allmählich ab.
Zu den Ursachen für Faserverluste gehören: Kopplungsverlust, Absorptionsverlust, Streuverlust und Biegestrahlungsverlust.
Der Kopplungsverlust ist der Verlust, der durch die Kopplung zwischen der Faser und dem Gerät verursacht wird.
Absorptionsverluste entstehen durch die Absorption von Lichtenergie durch Fasermaterialien und Verunreinigungen.
Der Streuverlust wird in Rayleigh-Streuung (Ungleichmäßigkeit des Brechungsindex) und Wellenleiterstreuung (Materialungleichmäßigkeit) unterteilt.
Der Biegestrahlungsverlust ist der durch die Biegung der Faser verursachte Verlust, der zu dem durch die Biegung der Faser verursachten Strahlungsmodus führt.
②Dispersionseigenschaften von Glasfasern: Unterschiedliche Frequenzkomponenten im von der Glasfaser übertragenen Signal haben unterschiedliche Übertragungsgeschwindigkeiten, und das physikalische Phänomen der Verzerrung, das durch die Verbreiterung des Signalimpulses beim Erreichen des Terminals verursacht wird, wird als Dispersion bezeichnet.
Die Dispersion wird in Modaldispersion, Materialdispersion und Wellenleiterdispersion unterteilt.
Grundkomponenten von Glasfaserkommunikationssystemen
Teil senden:
Das vom elektrischen Sender (elektrischer Anschluss) ausgegebene Pulsmodulationssignal wird programmgesteuert an den optischen Sender gesendet (das von ihm gesendete Signal).schaltenwird verarbeitet, die Wellenform wird geformt, die Umkehrung des Musters wird umgewandelt … in ein geeignetes elektrisches Signal und an den optischen Sender gesendet)
Die Hauptaufgabe eines optischen Senders besteht darin, ein elektrisches Signal in ein optisches Signal umzuwandeln, das in die Faser eingekoppelt wird.
Empfangsteil:
Umwandlung optischer Signale, die über optische Fasern übertragen werden, in elektrische Signale
Durch die Verarbeitung des elektrischen Signals wird das ursprüngliche pulsmodulierte Signal wiederhergestellt und an den elektrischen Anschluss gesendet (das vom optischen Empfänger gesendete elektrische Signal wird verarbeitet, die Wellenform wird geformt, die Umkehrung des Musters wird invertiert ... das entsprechende elektrische Signal wird angezeigt). zurück an die programmierbare gesendetschalten)
Übertragungsteil:
Singlemode-Faser, optischer Repeater (elektrischer regenerativer Repeater (optisch-elektrische-optische Umwandlungsverstärkung, Übertragungsverzögerung wird größer, Impulsentscheidungsschaltung wird zur Formung der Wellenform und des Timings verwendet), Erbium-dotierter Faserverstärker (vervollständigt die Verstärkung). auf optischer Ebene, ohne Wellenformung)
(1) Optischer Sender: Es handelt sich um einen optischen Transceiver, der eine elektrische/optische Umwandlung realisiert. Es besteht aus einer Lichtquelle, einem Treiber und einem Modulator. Die Funktion besteht darin, die Lichtwelle von der elektrischen Maschine in die von der Lichtquelle emittierte Lichtwelle zu modulieren, um eine gedimmte Welle zu werden, und dann das modulierte optische Signal zur Übertragung an die Glasfaser oder das optische Kabel zu koppeln.
(2) Optischer Empfänger: ist ein optischer Transceiver, der eine optische/elektrische Umwandlung realisiert. Das Gebrauchsmuster besteht aus einer Lichterkennungsschaltung und einem optischen Verstärker. Die Funktion besteht darin, das von der Glasfaser oder dem optischen Kabel übertragene optische Signal durch den optischen Detektor in ein elektrisches Signal umzuwandeln und dann das schwache elektrische Signal zu verstärken ein ausreichender Pegel durch die Verstärkerschaltung, um an das Signal gesendet zu werden. Das Empfangsende der elektrischen Maschine geht.
(3) Glasfaser/Kabel: Glasfaser oder Kabel bilden den Übertragungsweg des Lichts. Die Funktion besteht darin, das vom Sendeende gesendete gedimmte Signal nach der Fernübertragung über die Glasfaser oder das optische Kabel an den optischen Detektor des Empfangsendes zu übertragen, um die Aufgabe der Informationsübertragung abzuschließen.
(4) Optischer Repeater: Besteht aus einem Fotodetektor, einer Lichtquelle und einer Entscheidungsregenerationsschaltung. Es gibt zwei Funktionen: Eine besteht darin, die Dämpfung des in der Glasfaser übertragenen optischen Signals zu kompensieren. Die andere besteht darin, den Impuls der Wellenformverzerrung zu formen.
(5) Passive Komponenten wie Glasfaserstecker, Koppler (keine separate Stromversorgung erforderlich, aber das Gerät ist immer noch verlustbehaftet): Weil die Länge der Faser oder des Kabels durch den Faserziehprozess und die Kabelkonstruktionsbedingungen begrenzt ist Die Länge der Faser ist ebenfalls begrenzt (z. B. 2 km). Daher kann es ein Problem geben, dass mehrere optische Fasern in einer optischen Faserleitung verbunden sind. Daher sind die Verbindung zwischen Lichtwellenleitern, die Verbindung und Kopplung von Lichtwellenleitern und optischen Transceivern sowie die Verwendung passiver Komponenten wie optischer Steckverbinder und Koppler unverzichtbar.
Die Überlegenheit der Glasfaserkommunikation
Übertragungsbandbreite, große Kommunikationskapazität
Geringer Übertragungsverlust und großer Relaisabstand
Starke antielektromagnetische Interferenz
(Über WLAN hinaus: Drahtlose Signale haben viele Effekte, Mehrwegevorteile, Schatteneffekte, Rayleigh-Fading, Doppler-Effekte
Im Vergleich zu Koaxialkabeln: Das optische Signal ist größer als bei Koaxialkabeln und weist eine gute Vertraulichkeit auf.)
Die Frequenz der Lichtwelle ist sehr hoch, im Vergleich zu anderen elektromagnetischen Wellen ist die Interferenz gering.
Nachteile von optischen Kabeln: schlechte mechanische Eigenschaften, leicht zu brechen (verbessert die mechanische Leistung, wirkt sich auf die Störfestigkeit aus), der Aufbau dauert lange und wird von den geografischen Bedingungen beeinflusst.