Kuituoptisen viestinnän edut:
● Suuri viestintäkapasiteetti
● Pitkä releetäisyys
● Ei sähkömagneettisia häiriöitä
● Runsaat resurssit
● Kevyt ja pieni koko
Optisen viestinnän lyhyt historia
Yli 2000 vuotta sitten, majakka-valot, semaforit
1880, optinen puhelin-langaton optinen viestintä
1970, valokuituviestintä
● Vuonna 1966 "optisen kuidun isä", tohtori Gao Yong ehdotti ensimmäisen kerran ajatusta valokuituviestinnästä.
● Vuonna 1970 Bell Yan Instituten Lin Yanxiong oli puolijohdelaser, joka pystyi toimimaan jatkuvasti huoneenlämmössä.
● Vuonna 1970 Corningin Kapronin kuituhäviö oli 20 dB/km.
● Vuonna 1977 Chicagon ensimmäinen kaupallinen linja 45 Mb / s.
Sähkömagneettinen spektri
Viestintäkaistajako ja vastaavat siirtovälineet
Valon taittuminen / heijastus ja kokonaisheijastus
Koska valo kulkee eri aineissa eri tavalla, kun valoa säteilee yhdestä aineesta toiseen, tapahtuu taittumista ja heijastusta kahden aineen rajapinnassa. Lisäksi taittuneen valon kulma vaihtelee tulevan valon kulman mukaan. Kun tulevan valon kulma saavuttaa tai ylittää tietyn kulman, taittunut valo katoaa ja kaikki tuleva valo heijastuu takaisin. Tämä on valon kokonaisheijastus. Eri materiaaleilla on erilaiset taitekulmat samalla valon aallonpituudella (eli eri materiaaleilla on erilaiset taitekertoimet), ja samoilla materiaaleilla on erilaiset taitekulmat eri valon aallonpituuksille. Valokuituviestintä perustuu yllä oleviin periaatteisiin.
Heijastavuusjakauma: Tärkeä parametri optisten materiaalien karakterisoinnissa on taitekerroin, jota edustaa N. Valon nopeuden C tyhjiössä suhde valon nopeuteen V materiaalissa on materiaalin taitekerroin.
N = C/V
Kvartsilasin taitekerroin valokuituviestinnässä on noin 1,5.
Kuiturakenne
Kuitupaljas kuitu on yleensä jaettu kolmeen kerrokseen:
Ensimmäinen kerros: keskellä korkea taitekerroin lasiydin (ytimen halkaisija on yleensä 9-10μm, (yksitila) 50 tai 62,5 (monimuoto).
Toinen kerros: keskimmäinen on matalan taitekertoimen silikalasiverhous (halkaisija on yleensä 125μm).
Kolmas kerros: uloin on hartsipinnoite vahvistusta varten.
1) ydin: korkea taitekerroin, käytetään valon siirtämiseen;
2) Verhouspinnoite: alhainen taitekerroin, joka muodostaa täydellisen heijastustilan ytimen kanssa;
3) Suojavaippa: Sillä on korkea lujuus ja se kestää suuria iskuja optisen kuidun suojaamiseksi.
3 mm optinen kaapeli: oranssi, MM, monimuotoinen; keltainen, SM, yksimuotoinen
Kuidun koko
Ulkohalkaisija on yleensä 125um (keskimäärin 100um hiusta kohti)
Sisähalkaisija: yksimuoto 9um; multimode 50 / 62.5um
Numeerinen aukko
Optinen kuitu ei pysty välittämään kaikkea optisen kuidun päätypinnalle tulevaa valoa, vaan vain tuleva valo tietyllä kulma-alueella. Tätä kulmaa kutsutaan kuidun numeeriseksi aukoksi. Optisen kuidun suurempi numeerinen aukko on edullinen optisen kuidun telakointiin. Eri valmistajilla on erilaiset numeeriset aukot.
Kuidun tyyppi
Valon siirtotavan mukaan optisessa kuidussa se voidaan jakaa:
Multi-Mode (lyhenne: MM); Single-Mode (lyhenne: SM)
Monimuotokuitu: Keskimmäinen lasiydin on paksumpi (50 tai 62,5μm) ja voi siirtää valoa useissa tiloissa. Sen moodien välinen hajonta on kuitenkin suuri, mikä rajoittaa digitaalisten signaalien lähetystaajuutta, ja se tulee vakavammaksi etäisyyden kasvaessa.Esimerkiksi: 600 Mt / KM kuidulla on vain 300 Mt kaistanleveyttä 2 km:n etäisyydellä. Siksi monimuotokuidun lähetysetäisyys on suhteellisen lyhyt, yleensä vain muutama kilometri.
Yksimuotokuitu: Keskimmäinen lasiydin on suhteellisen ohut (ytimen halkaisija on yleensä 9 tai 10μm) ja voi lähettää valoa vain yhdessä tilassa. Itse asiassa se on eräänlainen askeltyyppinen optinen kuitu, mutta ytimen halkaisija on hyvin pieni. Teoriassa vain yhden etenemisreitin suora valo pääsee kuituun ja leviämään suoraan kuidun ytimessä. Kuitupulssi on tuskin venynyt.Siksi sen moodien välinen hajonta on pieni ja soveltuu etäviestintään, mutta sen kromaattinen dispersio on tärkeä rooli. Tällä tavalla yksimuotokuidulla on korkeammat vaatimukset valonlähteen spektrin leveydelle ja stabiiliudelle, eli spektrin leveys on kapea ja stabiilisuus hyvä. .
Optisten kuitujen luokitus
Materiaalin mukaan:
Lasikuitu: Ydin ja verhous on valmistettu lasista, pienellä häviöllä, pitkällä lähetysetäisyydellä ja korkealla hinnalla;
Kumipäällysteinen piioptinen kuitu: ydin on lasia ja kuori muovia, jolla on lasikuidun kaltaiset ominaisuudet ja alhaisemmat kustannukset;
Muovinen optinen kuitu: Sekä ydin että päällyste ovat muovia, suuret häviöt, lyhyt lähetysetäisyys ja edullinen hinta. Käytetään enimmäkseen kodinkoneiden, äänen ja lyhyen matkan kuvansiirtoon.
Optimaalisen lähetystaajuusikkunan mukaan: perinteinen yksimuotokuitu ja dispersiosiirretty yksimuotokuitu.
Perinteinen tyyppi: Valokuitutuotantolaitos optimoi optisen kuidun siirtotaajuuden yhdellä valon aallonpituudella, kuten 1300 nm.
Dispersio-siirretty tyyppi: Kuituoptiikan valmistaja optimoi kuidun siirtotaajuuden kahdella valon aallonpituudella, kuten: 1300nm ja 1550nm.
Äkillinen muutos: Kuituytimen taitekerroin lasipäällysteeseen on äkillinen. Sillä on alhaiset kustannukset ja korkea moodien välinen hajonta. Soveltuu lyhyen matkan hitaan tiedonsiirtoon, kuten teollisuusohjaukseen. Yksimuotokuitu käyttää kuitenkin mutaatiotyyppiä pienen moodien välisen dispersion vuoksi.
Gradienttikuitu: kuidun ytimen taitekerroin lasipäällysteeseen pienenee asteittain, jolloin korkean tilan valo voi levitä sinimuotoisessa muodossa, mikä voi vähentää muodon välistä hajoamista, lisätä kuidun kaistanleveyttä ja pidentää lähetysetäisyyttä, mutta hinta on High Mode -kuitu on enimmäkseen lajiteltua kuitua.
Yleiset kuituvaatimukset
Kuidun koko:
1) Yksimoodisydämen halkaisija: 9 / 125μm, 10/125μm
2) Verhouksen ulkohalkaisija (2D) = 125μm
3) Pinnoitteen ulkohalkaisija = 250μm
4) Pigtail: 300μm
5) Monitila: 50 / 125μm, eurooppalainen standardi; 62,5 / 125μm, amerikkalainen standardi
6) Teollisuus-, lääketieteelliset ja hitaat verkot: 100 / 140μm, 200/230μm
7) Muovi: 98 / 1000μm, käytetään auton ohjaukseen
Kuituvaimennus
Tärkeimmät kuidun vaimennustekijät ovat: luontainen, taipuminen, puristuminen, epäpuhtaudet, epätasaisuudet ja pusku.
Sisäinen: Se on optisen kuidun luontainen häviö, mukaan lukien: Rayleigh-sironta, sisäinen absorptio jne.
Taivutus: Kun kuitua taivutetaan, valo häviää osassa kuidusta sironnan vuoksi, mikä johtaa häviöön.
Puristuminen: menetys, joka aiheutuu kuidun lievästä taipumisesta puristettaessa.
Epäpuhtaudet: Optisen kuidun epäpuhtaudet absorboivat ja sirottavat kuidussa kulkevaa valoa aiheuttaen hävikkiä.
Epätasainen: Kuitumateriaalin epätasaisen taitekertoimen aiheuttama häviö.
Telakointi: Kuitutelakoinnin aikana syntynyt häviö, kuten: eri akselit (yksimoodikuitujen koaksiaalisuusvaatimus on alle 0,8μm), päätypinta ei ole kohtisuorassa akseliin nähden, päätypinta on epätasainen, päittäisytimen halkaisija ei täsmää ja liitoslaatu on huono.
Optisen kaapelin tyyppi
1) Asennusmenetelmien mukaan: itsekantavat optiset yläkaapelit, putkilinjojen optiset kaapelit, panssaroidut haudatut optiset kaapelit ja merenalaiset optiset kaapelit.
2) Optisen kaapelin rakenteen mukaan on olemassa: niputettu putkioptinen kaapeli, kerroksittain kierretty optinen kaapeli, tiukasti kiinnitetty optinen kaapeli, optinen nauhakaapeli, ei-metallinen optinen kaapeli ja haarautuva optinen kaapeli.
3) Käyttötarkoituksen mukaan: optiset kaapelit pitkän matkan viestintään, optiset ulkokaapelit lyhyen matkan, hybridioptiset kaapelit ja optiset kaapelit rakennuksiin.
Optisten kaapelien liittäminen ja päättäminen
Optisten kaapelien liittäminen ja päättäminen ovat perustaitoja, jotka optisten kaapelien huoltohenkilöstön tulee hallita.
Valokuituliitäntätekniikan luokitus:
1) Optisen kuidun liitäntätekniikka ja optisen kaapelin liitäntätekniikka ovat kaksi osaa.
2) Optisen kaapelin pää on samanlainen kuin optisen kaapelin liitäntä, paitsi että toiminnan tulisi olla erilainen erilaisten liitinmateriaalien vuoksi.
Kuituliittimen tyyppi
Valokuitukaapeliliitännät voidaan yleensä jakaa kahteen luokkaan:
1) Kiinteä optisen kuidun liitäntä (tunnetaan yleisesti nimellä kuollut liitin). Käytä yleensä optista kuitufuusioliitintä; käytetään optisen kaapelin suorana päänä.
2) Optisen kuidun aktiivinen liitin (tunnetaan yleisesti nimellä live-liitin). Käytä irrotettavia liittimiä (tunnetaan yleisesti löysinä liitoksina). Kuituhyppääjälle, laiteliitännälle jne.
Valokuidun päätypinnan epätäydellisyydestä ja optisen kuidun päätypinnan paineen epätasaisuudesta johtuen optisen kuidun liitoshäviö yhdellä purkauksella on edelleen suhteellisen suuri, ja sekundääripurkausfuusiomenetelmä on nyt käytössä. Ensin esilämmitä ja pura kuidun päätypinta, muotoile päätypinta, poista pöly ja roskat ja tee kuidun loppupaine tasaiseksi esilämmittämällä.
Valvontamenetelmä valokuituyhteyden häviämiselle
Kuituyhteyden katoamisen valvontaan on kolme tapaa:
1. Näyttö liittimessä.
2. Valonlähteen ja optisen tehomittarin valvonta.
3.OTDR-mittausmenetelmä
Optisen kuituyhteyden toimintatapa
Optisen kuidun liitäntätoiminnot jaetaan yleensä:
1. Kuitujen päätypintojen käsittely.
2. Optisen kuidun liitäntäasennus.
3. Optisen kuidun liittäminen.
4. Valokuituliittimien suojaus.
5. Jäljellä olevalle kuitutasolle on viisi vaihetta.
Yleensä koko optinen kaapeli liitetään seuraavien vaiheiden mukaisesti:
Vaihe 1: paljon hyvää pituutta, avaa ja kuori optinen kaapeli, poista kaapelin vaippa
Vaihe 2: Puhdista ja poista öljytäyttötahna optisesta kaapelista.
Vaihe 3: Niputa kuitu.
Vaihe 4: Tarkista kuituytimien lukumäärä, muodosta kuitupari ja tarkista, ovatko kuidun värimerkinnät oikein.
Vaihe 5: Vahvista sydämen yhteyttä;
Vaihe 6: Erilaiset apulinjaparit, mukaan lukien liikelinjaparit, ohjauslinjaparit, suojatut maajohdot jne. (jos edellä mainitut linjaparit ovat saatavilla.
Vaihe 7: Liitä kuitu.
Vaihe 8: Suojaa valokuituliitin;
Vaihe 9: jäljellä olevan kuidun varastointi;
Vaihe 10: Viimeistele optisen kaapelin vaipan liittäminen;
Vaihe 11: Kuituoptisten liittimien suojaus
Kuituhäviö
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB / Km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3 dB / Km
850 nm: 2,3 - 3,4 dB / Km
Optisen kuidun sulamispistehäviö: 0,08 dB / piste
Kuituliitospiste 1 piste / 2 km
Yleiset kuidun substantiivit
1) Vaimennus
Vaimennus: energiahäviö, kun valo välitetään optisessa kuidussa, yksimuotokuitu 1310 nm 0,4 ~ 0,6 dB / km, 1550 nm 0,2 ~ 0,3 dB / km; muovinen monimuotokuitu 300dB/km
2) Dispersio
Dispersio: Valopulssien kaistanleveys kasvaa kuljettuaan tietyn matkan kuitua pitkin. Se on tärkein siirtonopeutta rajoittava tekijä.
Intermode-dispersio: Esiintyy vain monimuotokuiduissa, koska eri valomuodot kulkevat eri reittejä pitkin.
Materiaalidispersio: Valon eri aallonpituudet kulkevat eri nopeuksilla.
Aaltoputken dispersio: Tämä johtuu siitä, että valoenergia kulkee hieman eri nopeuksilla, kun se kulkee ytimen ja verhouksen läpi. Yksimuotokuidussa on erittäin tärkeää muuttaa kuidun dispersiota muuttamalla kuidun sisäistä rakennetta.
Kuitutyyppi
G.652:n nolladispersiopiste on noin 1300 nm
G.653:n nolladispersiopiste on noin 1550 nm
G.654 negatiivinen dispersiokuitu
G.655 dispersiosiirretty kuitu
Täysaaltokuitu
3) sironta
Valon epätäydellisestä perusrakenteesta johtuen valoenergian menetys, eikä valonläpäisyllä ole tällä hetkellä enää hyvää suuntaavuutta.
Perustiedot valokuitujärjestelmistä
Johdatus valokuituperusjärjestelmän arkkitehtuuriin ja toimintoihin:
1. Lähetysyksikkö: muuntaa sähköiset signaalit optisiksi signaaleiksi;
2. Lähetysyksikkö: optisia signaaleja kuljettava väline;
3. Vastaanottoyksikkö: vastaanottaa optisia signaaleja ja muuntaa ne sähköisiksi signaaleiksi;
4. Kytke laite: yhdistä valokuitu valonlähteeseen, valontunnistukseen ja muihin optisiin kuituihin.
Yleiset liitintyypit
Liittimen päätypinnan tyyppi
Liitin
Päätehtävä on jakaa optisia signaaleja. Tärkeitä sovelluksia on valokuituverkoissa, erityisesti lähiverkoissa ja aallonpituusjakoisissa multipleksointilaitteissa.
perusrakenne
Kytkin on kaksisuuntainen passiivinen laite. Perusmuodot ovat puu ja tähti. Liitin vastaa jakajaa.
WDM
WDM—Wavelength Division Multiplexer lähettää useita optisia signaaleja yhdessä optisessa kuidussa. Näillä optisilla signaaleilla on eri taajuudet ja eri värit. WDM-multiplekserin on tarkoitus kytkeä useita optisia signaaleja samaan optiseen kuituun; demultipleksoivan multiplekserin tarkoituksena on erottaa useita optisia signaaleja yhdestä optisesta kuidusta.
Aallonpituusjakomultiplekseri (legenda)
Pulssien määritelmä digitaalisissa järjestelmissä:
1. Amplitudi: Pulssin korkeus edustaa optista tehoenergiaa kuituoptisessa järjestelmässä.
2. Nousuaika: aika, joka tarvitaan pulssin nousemiseen 10 %:sta 90 %:iin maksimiamplitudista.
3. Putoamisaika: aika, joka tarvitaan pulssin putoamiseen 90 %:sta 10 %:iin amplitudista.
4. Pulssin leveys: Pulssin leveys 50 %:n amplitudissa ajassa ilmaistuna.
5. Jakso: pulssikohtainen aika on työjakson suorittamiseen tarvittava työaika.
6. Sammutussuhde: 1 merkkivalon tehon suhde 0 merkkivalotehoon.
Valokuituviestinnän yleisten yksiköiden määritelmä:
1.dB = 10 log10 (Pout / Pin)
Turska: lähtöteho; Pin: syöttöteho
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), joka on laajalti käytetty yksikkö viestintätekniikassa; se edustaa yleensä optista tehoa 1 milliwatin viitearvona;
esimerkki:–10dBm tarkoittaa, että optinen teho on 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)