Ventajas de la comunicación por fibra óptica:
● Gran capacidad de comunicación
● Larga distancia de relevo
● Sin interferencias electromagnéticas
● Recursos ricos
● Peso ligero y tamaño pequeño
Una breve historia de las comunicaciones ópticas
Hace más de 2.000 años, las balizas luminosas, los semáforos
1880, comunicación óptica telefónica-inalámbrica óptica.
1970, comunicaciones por fibra óptica.
● En 1966, el “padre de la fibra óptica”, el Dr. Gao Yong propuso por primera vez la idea de la comunicación por fibra óptica.
● En 1970, Lin Yanxiong del Instituto Bell Yan desarrolló un láser semiconductor que podía funcionar de forma continua a temperatura ambiente.
● En 1970, Kapron de Corning registró una pérdida de fibra de 20 dB/km.
● En 1977, primera línea comercial de Chicago de 45Mb/s.
Espectro electromagnético
División de bandas de comunicación y medios de transmisión correspondientes.
Refracción/reflexión y reflexión total de la luz
Debido a que la luz viaja de manera diferente en diferentes sustancias, cuando la luz se emite de una sustancia a otra, la refracción y la reflexión ocurren en la interfaz entre las dos sustancias. Además, el ángulo de la luz refractada varía con el ángulo de la luz incidente. Cuando el ángulo de la luz incidente alcanza o excede un cierto ángulo, la luz refractada desaparecerá y toda la luz incidente se reflejará hacia atrás. Este es el reflejo total de la luz. Diferentes materiales tienen diferentes ángulos de refracción para la misma longitud de onda de luz (es decir, diferentes materiales tienen diferentes índices de refracción) y los mismos materiales tienen diferentes ángulos de refracción para diferentes longitudes de onda de luz. La comunicación por fibra óptica se basa en los principios anteriores.
Distribución de reflectividad: un parámetro importante para caracterizar los materiales ópticos es el índice de refracción, que está representado por N. La relación entre la velocidad de la luz C en el vacío y la velocidad de la luz V en el material es el índice de refracción del material.
norte = c / v
El índice de refracción del vidrio de cuarzo para comunicación por fibra óptica es de aproximadamente 1,5.
Estructura de fibra
La fibra desnuda generalmente se divide en tres capas:
La primera capa: el núcleo central de vidrio de alto índice de refracción (el diámetro del núcleo es generalmente de 9 a 10μm, (modo único) 50 o 62,5 (multimodo).
La segunda capa: el medio es el revestimiento de vidrio de sílice de bajo índice de refracción (el diámetro es generalmente 125μmetro).
La tercera capa: la más externa es un revestimiento de resina como refuerzo.
1) núcleo: alto índice de refracción, utilizado para transmitir luz;
2) Revestimiento de revestimiento: bajo índice de refracción, formando una condición de reflexión total con el núcleo;
3) Chaqueta protectora: Tiene alta resistencia y puede soportar grandes impactos para proteger la fibra óptica.
Cable óptico de 3 mm: naranja, MM, multimodo; amarillo, SM, monomodo
Tamaño de fibra
El diámetro exterior es generalmente de 125 um (promedio de 100 um por cabello).
Diámetro interior: modo único 9um; multimodo 50/62,5 um
Apertura numérica
A través de la fibra óptica no puede transmitirse toda la luz que incide sobre el extremo de la fibra óptica, sino sólo la luz que incide dentro de un determinado rango de ángulos. Este ángulo se llama apertura numérica de la fibra. Para el acoplamiento de la fibra óptica es ventajosa una mayor apertura numérica de la fibra óptica. Los diferentes fabricantes tienen diferentes aperturas numéricas.
tipo de fibra
Según el modo de transmisión de la luz en la fibra óptica, se puede dividir en:
Multimodo (abreviatura: MM); Monomodo (abreviatura: SM)
Fibra multimodo: El núcleo de vidrio central es más grueso (50 o 62,5μm) y puede transmitir luz en múltiples modos. Sin embargo, su dispersión entre modos es grande, lo que limita la frecuencia de transmisión de señales digitales y se volverá más grave a medida que aumenta la distancia.Por ejemplo: la fibra de 600MB/KM tiene solo 300MB de ancho de banda a 2KM. Por lo tanto, la distancia de transmisión de la fibra multimodo es relativamente corta, generalmente de sólo unos pocos kilómetros.
Fibra monomodo: el núcleo de vidrio central es relativamente delgado (el diámetro del núcleo es generalmente de 9 o 10μm), y sólo puede transmitir luz en un modo. De hecho, es una especie de fibra óptica escalonada, pero el diámetro del núcleo es muy pequeño. En teoría, sólo la luz directa de una única ruta de propagación puede entrar en la fibra y propagarse directamente en el núcleo de la fibra. El pulso de la fibra apenas se estira.Por tanto, su dispersión entre modos es pequeña y adecuada para la comunicación remota, pero su dispersión cromática juega un papel importante. De esta manera, la fibra monomodo tiene requisitos más altos para el ancho espectral y la estabilidad de la fuente de luz, es decir, el ancho espectral es estrecho y la estabilidad es buena. .
Clasificación de fibras ópticas.
Por materiales:
Fibra de vidrio: el núcleo y el revestimiento están hechos de vidrio, con pequeñas pérdidas, larga distancia de transmisión y alto costo;
Fibra óptica de silicona recubierta de caucho: el núcleo es de vidrio y el revestimiento es de plástico, que tiene características similares a la fibra de vidrio y menor costo;
Fibra óptica de plástico: tanto el núcleo como el revestimiento son de plástico, con grandes pérdidas, corta distancia de transmisión y bajo precio. Se utiliza principalmente para electrodomésticos, audio y transmisión de imágenes a corta distancia.
Según la ventana de frecuencia de transmisión óptima: fibra monomodo convencional y fibra monomodo de dispersión desplazada.
Tipo convencional: la casa de producción de fibra óptica optimiza la frecuencia de transmisión de la fibra óptica en una única longitud de onda de luz, como 1300 nm.
Tipo de dispersión desplazada: el productor de fibra óptica optimiza la frecuencia de transmisión de la fibra en dos longitudes de onda de luz, como: 1300 nm y 1550 nm.
Cambio abrupto: el índice de refracción del núcleo de fibra con respecto al revestimiento de vidrio es abrupto. Tiene bajo costo y alta dispersión entre modos. Adecuado para comunicaciones de corta distancia y baja velocidad, como control industrial. Sin embargo, la fibra monomodo utiliza un tipo de mutación debido a la pequeña dispersión entre modos.
Fibra gradiente: el índice de refracción del núcleo de fibra al revestimiento de vidrio se reduce gradualmente, lo que permite que la luz de modo alto se propague en forma sinusoidal, lo que puede reducir la dispersión entre modos, aumentar el ancho de banda de la fibra y aumentar la distancia de transmisión, pero el costo es La fibra de modo superior es principalmente fibra graduada.
Especificaciones de fibra comunes
Tamaño de fibra:
1) Diámetro del núcleo monomodo: 9/125μm, 10 / 125μm
2) Diámetro del revestimiento exterior (2D) = 125μm
3) Diámetro del revestimiento exterior = 250μm
4) Coleta: 300μm
5) Multimodo: 50/125μm, norma europea; 62,5 / 125μm, estándar americano
6) Redes industriales, médicas y de baja velocidad: 100 / 140μmetros, 200 / 230μm
7) Plástico: 98/1000μm, utilizado para el control de automóviles
Atenuación de fibra
Los principales factores que provocan la atenuación de la fibra son: intrínseco, flexión, compresión, impurezas, desniveles y tope.
Intrínseca: Es la pérdida inherente de la fibra óptica, incluyendo: dispersión de Rayleigh, absorción intrínseca, etc.
Doblar: cuando la fibra se dobla, la luz en parte de la fibra se perderá debido a la dispersión, lo que provocará una pérdida.
Exprimido: pérdida producida por una ligera flexión de la fibra al ser exprimida.
Impurezas: Las impurezas en una fibra óptica absorben y dispersan la luz transmitida en la fibra, provocando pérdidas.
No uniforme: La pérdida causada por el índice de refracción desigual del material de fibra.
Acoplamiento: Pérdida generada durante el acoplamiento de fibra, como: diferentes ejes (el requisito de coaxialidad de fibra monomodo es inferior a 0,8μm), la cara del extremo no es perpendicular al eje, la cara del extremo es desigual, el diámetro del núcleo a tope no coincide y la calidad del empalme es deficiente.
Tipo de cable óptico
1) Según los métodos de tendido: cables ópticos aéreos autoportantes, cables ópticos de tuberías, cables ópticos enterrados blindados y cables ópticos submarinos.
2) Según la estructura del cable óptico, existen: cable óptico de tubo agrupado, cable óptico trenzado en capas, cable óptico de sujeción hermética, cable óptico de cinta, cable óptico no metálico y cable óptico ramificable.
3) Según su finalidad: cables ópticos para comunicación a larga distancia, cables ópticos para exterior para corta distancia, cables ópticos híbridos y cables ópticos para edificación.
Conexión y terminación de cables ópticos.
La conexión y terminación de cables ópticos son las habilidades básicas que debe dominar el personal de mantenimiento de cables ópticos.
Clasificación de la tecnología de conexión de fibra óptica:
1) La tecnología de conexión de fibra óptica y la tecnología de conexión de cable óptico son dos partes.
2) El extremo del cable óptico es similar a la conexión del cable óptico, excepto que la operación debe ser diferente debido a los diferentes materiales del conector.
Tipo de conexión de fibra
La conexión de cables de fibra óptica generalmente se puede dividir en dos categorías:
1) Conexión fija de fibra óptica (comúnmente conocida como conector muerto). Generalmente utilice una empalmadora por fusión de fibra óptica; Utilizado para la cabeza directa del cable óptico.
2) El conector activo de fibra óptica (comúnmente conocido como conector vivo). Utilice conectores removibles (comúnmente conocidos como uniones sueltas). Para puente de fibra, conexión de equipos, etc.
Debido a que la cara del extremo de la fibra óptica está incompleta y la presión no es uniforme en la cara del extremo de la fibra óptica, la pérdida de empalme de la fibra óptica por una descarga sigue siendo relativamente grande y el método de fusión de descarga secundaria ahora se usa. Primero, precaliente y descargue la cara del extremo de la fibra, dé forma a la cara del extremo, elimine el polvo y los residuos y uniforme la presión del extremo de la fibra mediante el precalentamiento.
Método de monitoreo de pérdida de conexión de fibra óptica.
Existen tres métodos para monitorear la pérdida de conexión de fibra:
1. Monitorear en la empalmadora.
2. Monitoreo de fuente de luz y medidor de potencia óptica.
3.Método de medición OTDR
Método de operación de conexión de fibra óptica.
Las operaciones de conexión de fibra óptica generalmente se dividen en:
1. Manipulación de los extremos de las fibras.
2. Instalación de conexión de fibra óptica.
3. Empalme de fibra óptica.
4. Protección de conectores de fibra óptica.
5. Hay cinco pasos para la bandeja de fibra restante.
Generalmente la conexión de todo el cable óptico se realiza según los siguientes pasos:
Paso 1: una buena longitud, abra y pele el cable óptico, retire la funda del cable
Paso 2: Limpiar y retirar la pasta de relleno de petróleo del cable óptico.
Paso 3: agrupa la fibra.
Paso 4: Verifique la cantidad de núcleos de fibra, realice el emparejamiento de fibras y verifique si las etiquetas de colores de las fibras son correctas.
Paso 5: Fortalecer la conexión del corazón;
Paso 6: Varios pares de líneas auxiliares, incluidos pares de líneas comerciales, pares de líneas de control, líneas de tierra blindadas, etc. (si los pares de líneas mencionados anteriormente están disponibles).
Paso 7: conecta la fibra.
Paso 8: Proteja el conector de fibra óptica;
Paso 9: almacenamiento del inventario de la fibra restante;
Paso 10: Complete la conexión de la cubierta del cable óptico;
Paso 11: Protección de conectores de fibra óptica
Pérdida de fibra
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB/Km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3 dB/Km
850 nm: 2,3 a 3,4 dB/Km
Pérdida del punto de fusión de fibra óptica: 0,08 dB/punto
Punto de empalme de fibra 1 punto/2km
Sustantivos comunes de fibra
1) atenuación
Atenuación: pérdida de energía cuando la luz se transmite en fibra óptica, fibra monomodo 1310 nm 0,4 ~ 0,6 dB/km, 1550 nm 0,2 ~ 0,3 dB/km; Fibra plástica multimodo 300dB/km.
2) Dispersión
Dispersión: el ancho de banda de los pulsos de luz aumenta después de viajar una cierta distancia a lo largo de la fibra. Es el principal factor que limita la velocidad de transmisión.
Dispersión intermodo: ocurre solo en fibras multimodo, porque diferentes modos de luz viajan por caminos diferentes.
Dispersión material: Diferentes longitudes de onda de luz viajan a diferentes velocidades.
Dispersión de la guía de ondas: esto ocurre porque la energía de la luz viaja a velocidades ligeramente diferentes a medida que viaja a través del núcleo y el revestimiento. En la fibra monomodo, es muy importante cambiar la dispersión de la fibra cambiando la estructura interna de la fibra.
Tipo de fibra
El punto de dispersión cero G.652 es de alrededor de 1300 nm
El punto de dispersión cero G.653 es de alrededor de 1550 nm
Fibra de dispersión negativa G.654
Fibra de dispersión desplazada G.655
Fibra de onda completa
3) dispersión
Debido a la estructura básica imperfecta de la luz, se produce la pérdida de energía luminosa y la transmisión de la luz en este momento ya no tiene buena directividad.
Conocimientos básicos del sistema de fibra óptica.
Introducción a la arquitectura y funciones de un sistema básico de fibra óptica:
1. Unidad de envío: convierte señales eléctricas en señales ópticas;
2. Unidad de transmisión: medio que transporta señales ópticas;
3. Unidad receptora: recibe señales ópticas y las convierte en señales eléctricas;
4. Conecte el dispositivo: conecte la fibra óptica a la fuente de luz, detección de luz y otras fibras ópticas.
Tipos de conectores comunes
Tipo de cara del extremo del conector
Acoplador
La función principal es distribuir señales ópticas. Las aplicaciones importantes se encuentran en redes de fibra óptica, especialmente en redes de área local y en dispositivos de multiplexación por división de longitud de onda.
estructura básica
El acoplador es un dispositivo pasivo bidireccional. Las formas básicas son árbol y estrella. El acoplador corresponde al divisor.
WDM
WDM—El multiplexor por división de longitud de onda transmite múltiples señales ópticas en una fibra óptica. Estas señales ópticas tienen diferentes frecuencias y diferentes colores. El multiplexor WDM sirve para acoplar múltiples señales ópticas en la misma fibra óptica; El multiplexor demultiplexor sirve para distinguir múltiples señales ópticas de una fibra óptica.
Multiplexor por división de longitud de onda (Leyenda)
Definición de pulsos en sistemas digitales:
1. Amplitud: la altura del pulso representa la energía de potencia óptica en el sistema de fibra óptica.
2. Tiempo de subida: el tiempo necesario para que el pulso suba del 10% al 90% de la amplitud máxima.
3. Tiempo de caída: el tiempo necesario para que el pulso caiga del 90% al 10% de la amplitud.
4. Ancho de pulso: El ancho del pulso en la posición de amplitud del 50%, expresado en tiempo.
5. Ciclo: el tiempo específico del pulso es el tiempo de trabajo requerido para completar un ciclo.
6. Relación de extinción: la relación entre 1 potencia de luz de señal y 0 potencia de luz de señal.
Definición de unidades comunes en comunicación por fibra óptica:
1.dB = 10 log10 (Pout/Pin)
Puchero: potencia de salida; Pin: potencia de entrada
2. dBm = 10 log10 (P/1mw), que es una unidad muy utilizada en ingeniería de comunicaciones; suele representar la potencia óptica con 1 milivatio como referencia;
ejemplo:–10dBm significa que la potencia óptica es igual a 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P/1uw)