Optisen kuituviestinnän peruskäsite.
Optinen kuitu on dielektrinen optinen aaltoputki, aaltoputkirakenne, joka estää valoa ja levittää valoa aksiaalisuunnassa.
Erittäin hieno kuitu valmistettu kvartsilasista, synteettisestä hartsista jne.
Yksimuotokuitu: ydin 8-10um, kuori 125um
Monimuotokuitu: ydin 51um, kuori 125um
Viestintämenetelmää optisten signaalien lähettämiseksi optisten kuitujen avulla kutsutaan valokuituviestinnäksi.
Valoaallot kuuluvat sähkömagneettisten aaltojen luokkaan.
Näkyvän valon aallonpituusalue on 390-760 nm, yli 760 nm:n osa on infrapunavaloa ja alle 390 nm ultraviolettivaloa.
Valoaaltotyöikkuna (kolme viestintäikkunaa):
Kuituoptisessa viestinnässä käytetty aallonpituusalue on lähi-infrapuna-alueella
Lyhyen aallonpituusalue (näkyvä valo, joka on oranssi valo paljaalla silmällä) 850nm oranssi valo
Pitkän aallonpituusalue (näkymätön valoalue) 1310 nm (teoreettinen vähimmäisdispersiopiste), 1550 nm (teoreettinen pienin vaimennuspiste)
Kuidun rakenne ja luokitus
1. Kuidun rakenne
Ihanteellinen kuiturakenne: ydin, verhous, pinnoite, vaippa.
Ydin ja verhous on valmistettu kvartsimateriaalista, ja mekaaniset ominaisuudet ovat suhteellisen hauraita ja helposti rikkoutuvia. Siksi yleensä lisätään kaksi kerrosta päällystekerrosta, yksi hartsityyppinen ja yksi nailontyyppinen kerros, jotta kuidun joustava suorituskyky saavuttaa projektin käytännön sovellusvaatimukset.
2. Optisten kuitujen luokitus
(1) Kuitu jaetaan kuidun poikkileikkauksen taitekerroinjakauman mukaan: se jaetaan porraskuituun (yhtenäinen kuitu) ja lajiteltuun kuituun (epätasainen kuitu).
Oletetaan, että ytimen taitekerroin on n1 ja kuoren taitekerroin on n2.
Jotta ydin voisi siirtää valoa pitkiä matkoja, optisen kuidun rakentamisen edellytys on n1>n2
Tasaisen kuidun taitekerroinjakauma on vakio
Epätasaisen kuidun taitekertoimen jakautumislaki:
Niistä △ – suhteellinen taitekerroinero
Α — taitekerroin, α=∞ — porrastyyppinen taitekerroinjakaumakuitu, α=2 — neliön lain mukainen taitekerroinjakaumakuitu (porrastettu kuitu). Tätä kuitua verrataan muihin lajiteltuihin kuituihin. Tiladispersio on optimaalinen.
(1) Ytimessä lähetettyjen moodien lukumäärän mukaan: jaettu monimuotokuituun ja yksimuotokuituun
Kuvio viittaa tässä optisessa kuidussa lähetetyn valon sähkömagneettisen kentän jakautumiseen. Eri kenttäjakaumat ovat eri moodi.
Yksimoodi (kuidussa lähetetään vain yksi tila), monimuoto (kuidussa lähetetään samanaikaisesti useita tiloja)
Tällä hetkellä pääkaupunkiseudun verkko kehittyy nopeiden siirtonopeusvaatimusten ja lisääntyvien siirtomäärien vuoksi suuren nopeuden ja suuren kapasiteetin suuntaan, joten suurin osa niistä on yksimuotoporraskuituja. (Lähetysominaisuudet itsessään ovat paremmat kuin monimuotokuitu)
(2) Optisen kuidun ominaisuudet:
①Valokuidun häviöominaisuudet: Valoaallot välittyvät optisessa kuidussa, ja optinen teho pienenee vähitellen lähetysetäisyyden kasvaessa.
Kuituhäviön syitä ovat: kytkentähäviö, absorptiohäviö, sirontahäviö ja taivutussäteilyhäviö.
Kytkentähäviö on kuidun ja laitteen välisen kytkennän aiheuttama häviö.
Absorptiohäviöt johtuvat kuitumateriaalien ja epäpuhtauksien valoenergian absorboinnista.
Sirontahäviö on jaettu Rayleigh-sirontaan (taitekertoimen epätasaisuus) ja aaltoputkisirontaan (materiaalin epätasaisuus).
Taivutussäteilyhäviö on häviö, joka aiheutuu kuidun taipumisesta, joka johtaa kuidun taivutuksen aiheuttamaan säteilymoodiin.
②Valokuidun dispersio-ominaisuudet: Valokuidun lähettämän signaalin eri taajuuskomponenteilla on erilaiset siirtonopeudet, ja signaalipulssin levenemisen aiheuttamaa fysikaalista säröä päätelaitteen saavuttaessa kutsutaan dispersioksi.
Dispersio on jaettu modaalidispersioon, materiaalidispersioon ja aaltoputkidispersioon.
Optisten kuituviestintäjärjestelmien peruskomponentit
Lähetä osa:
Sähköisen lähettimen (sähköliittimen) antama pulssimodulaatiosignaali lähetetään optiselle lähettimelle (ohjelmaohjatun signaalin lähettämäkytkinprosessoidaan, aaltomuoto muotoillaan, kuvion käänteinen muutetaan sopivaksi sähköiseksi signaaliksi ja lähetetään optiseen lähettimeen)
Optisen lähettimen ensisijainen tehtävä on muuntaa sähköinen signaali optiseksi signaaliksi, joka kytketään kuituun.
Vastaanottava osa:
Optisten kuitujen kautta lähetettyjen optisten signaalien muuntaminen sähköisiksi signaaleiksi
Sähköisen signaalin käsittely palautetaan alkuperäiseen pulssimoduloituun signaaliin ja lähetetään sähköliittimeen (optisen vastaanottimen lähettämä sähköinen signaali käsitellään, aaltomuoto muotoillaan, kuvion käänteissuunta käännetään… sopiva sähköinen signaali on lähetetään takaisin ohjelmoitavaankytkin)
Vaihteiston osa:
Yksimuotokuitu, optinen toistin (sähköinen regeneratiivinen toistin (optinen-sähkö-optinen muunnosvahvistin, lähetysviive on suurempi, pulssipäätöspiiriä käytetään aaltomuodon ja ajoituksen muokkaamiseen), erbium-seostettu kuituvahvistin (täydentää vahvistuksen optisella tasolla, ilman aaltomuodon muotoilua)
(1) Optinen lähetin: Se on optinen lähetin-vastaanotin, joka toteuttaa sähköisen/optisen muunnoksen. Se koostuu valonlähteestä, ohjaimesta ja modulaattorista. Tehtävä on moduloida valoaalto sähkökoneesta valonlähteen lähettämään valoaaltoon himmennetyksi aalloksi ja kytkeä sitten moduloitu optinen signaali optiseen kuituun tai optiseen kaapeliin lähetystä varten.
(2) Optinen vastaanotin: on optinen lähetin-vastaanotin, joka toteuttaa optisen/sähköisen muunnoksen. Hyödyllisyysmalli koostuu valontunnistuspiiristä ja optisesta vahvistimesta, ja sen tehtävänä on muuntaa optisen kuidun tai optisen kaapelin lähettämä optinen signaali optisen ilmaisimen sähköiseksi signaaliksi ja sitten vahvistaa heikko sähköinen signaali. riittävä taso vahvistuspiirin kautta lähetettäväksi signaaliin. Sähkökoneen vastaanottopää menee.
(3) Kuitu/kaapeli: Kuitu tai kaapeli muodostaa valon siirtotien. Tehtävänä on lähettää lähetyspään lähettämä himmennetty signaali vastaanottopään optiseen ilmaisimeen pitkän matkan lähetyksen jälkeen optisen kuidun tai optisen kaapelin kautta tiedonsiirtotehtävän suorittamiseksi.
(4) Optinen toistin: koostuu valoilmaisimesta, valonlähteestä ja päätöksen regenerointipiiristä. Toimintoja on kaksi: toinen on kompensoida optisessa kuidussa lähetetyn optisen signaalin vaimennusta; toinen on muotoilla aaltomuodon vääristymän pulssi.
(5) Passiiviset komponentit, kuten kuituoptiset liittimet, liittimet (ei tarvitse syöttää virtaa erikseen, mutta laite on silti häviöllinen): Koska kuidun tai kaapelin pituutta rajoittavat kuidun vetoprosessi ja kaapelin rakennusolosuhteet, ja kuidun pituus on myös Limit (esim. 2km). Siksi voi olla ongelma, että useita optisia kuituja on kytketty yhteen valokuitulinjaan. Siksi optisten kuitujen yhdistäminen, optisten kuitujen ja optisten lähetin-vastaanottimien liittäminen ja kytkeminen sekä passiivisten komponenttien, kuten optisten liittimien ja kytkimien, käyttö ovat välttämättömiä.
Valokuituviestinnän ylivoima
Lähetyksen kaistanleveys, suuri viestintäkapasiteetti
Pieni lähetyshäviö ja suuri releetäisyys
Voimakas anti-sähkömagneettinen häiriö
(Langattoman lisäksi: langattomilla signaaleilla on monia tehosteita, monitieetuja, varjoefektejä, Rayleigh-häipymistä, Doppler-efektejä
Verrattuna koaksiaalikaapeliin: optinen signaali on suurempi kuin koaksiaalikaapeli ja sillä on hyvä luottamuksellisuus)
Valoaallon taajuus on erittäin korkea, verrattuna muihin sähkömagneettisiin aaltoihin, häiriöt ovat pieniä.
Optisen kaapelin huonot puolet: huonot mekaaniset ominaisuudet, helppo rikkoa (parantaa mekaanista suorituskykyä, vaikuttaa häiriönkestävyyteen), sen rakentaminen kestää kauan ja siihen vaikuttavat maantieteelliset olosuhteet.