Concept de base de la communication par fibre optique.
Une fibre optique est un guide d'onde optique diélectrique, une structure de guide d'onde qui bloque la lumière et la propage dans la direction axiale.
Fibre très fine en verre de quartz, résine synthétique, etc.
Fibre monomode : noyau 8-10um, gaine 125um
Fibre multimode : noyau 51 um, gaine 125 um
La méthode de communication permettant de transmettre des signaux optiques à l'aide de fibres optiques est appelée communication par fibre optique.
Les ondes lumineuses appartiennent à la catégorie des ondes électromagnétiques.
La plage de longueurs d'onde de la lumière visible est comprise entre 390 et 760 nm, la partie supérieure à 760 nm est une lumière infrarouge et la partie inférieure à 390 nm est une lumière ultraviolette.
Fenêtre de travail des ondes lumineuses (trois fenêtres de communication) :
La gamme de longueurs d'onde utilisée dans la communication par fibre optique se situe dans la région proche infrarouge.
Région de longueur d'onde courte (lumière visible, qui est une lumière orange à l'œil nu) lumière orange de 850 nm
Région de grande longueur d'onde (région de lumière invisible) 1310 nm (point de dispersion minimum théorique), 1550 nm (point d'atténuation minimum théorique)
Structure et classification des fibres
1.La structure de la fibre
La structure fibreuse idéale : âme, gaine, revêtement, gaine.
Le noyau et le revêtement sont en quartz et les propriétés mécaniques sont relativement fragiles et faciles à briser. Par conséquent, deux couches de revêtement, une de type résine et une couche de type nylon, sont généralement ajoutées, de sorte que les performances flexibles de la fibre atteignent les exigences d'application pratique du projet.
2.Classification des fibres optiques
(1) La fibre est divisée en fonction de la distribution de l'indice de réfraction de la section transversale de la fibre : elle est divisée en une fibre de type échelon (fibre uniforme) et une fibre graduée (fibre non uniforme).
Supposons que le noyau ait un indice de réfraction de n1 et que l’indice de réfraction de la gaine soit n2.
Afin de permettre au noyau de transmettre la lumière sur de longues distances, la condition nécessaire à la construction de la fibre optique est n1>n2.
La distribution de l'indice de réfraction d'une fibre uniforme est une constante
La loi de distribution de l'indice de réfraction d'une fibre non uniforme :
Parmi eux, △ – différence relative d’indice de réfraction
Α - indice de réfraction, α = ∞ - fibre de distribution d'indice de réfraction de type échelon, α = 2 - fibre de distribution d'indice de réfraction en loi carrée (une fibre graduelle). Cette fibre est comparée à d'autres fibres classées. Mode de dispersion minimum optimal.
(1) Selon le nombre de modes transmis dans le cœur : divisé en fibre multimode et fibre monomode
Le motif fait ici référence à la distribution d’un champ électromagnétique de lumière transmis dans une fibre optique. Différentes distributions de champs sont un mode différent.
Mode unique (un seul mode est transmis dans la fibre), multimode (plusieurs modes sont transmis simultanément dans la fibre)
À l'heure actuelle, en raison des exigences croissantes en matière de débit de transmission et du nombre croissant de transmissions, le réseau de la zone métropolitaine se développe dans le sens d'un haut débit et d'une grande capacité, de sorte que la plupart d'entre eux sont des fibres échelonnées monomodes. (Les caractéristiques de transmission en elles-mêmes sont meilleures que celles de la fibre multimode)
(2) Caractéristiques de la fibre optique :
①Caractéristiques de perte de la fibre optique : les ondes lumineuses sont transmises dans la fibre optique et la puissance optique diminue progressivement à mesure que la distance de transmission augmente.
Les causes de la perte de fibre comprennent : la perte de couplage, la perte d’absorption, la perte de diffusion et la perte de rayonnement par courbure.
La perte de couplage est la perte causée par le couplage entre la fibre et l'appareil.
Les pertes par absorption sont causées par l’absorption de l’énergie lumineuse par les matériaux fibreux et les impuretés.
La perte de diffusion est divisée en diffusion Rayleigh (non-uniformité de l'indice de réfraction) et diffusion en guide d'ondes (irrégularité du matériau).
La perte de rayonnement par courbure est la perte provoquée par la courbure de la fibre conduisant au mode de rayonnement provoqué par la courbure de la fibre.
②Caractéristiques de dispersion de la fibre optique : différentes composantes de fréquence dans le signal transmis par la fibre optique ont des vitesses de transmission différentes, et le phénomène physique de distorsion provoqué par l'élargissement de l'impulsion du signal lorsqu'il atteint le terminal est appelé dispersion.
La dispersion est divisée en dispersion modale, dispersion matérielle et dispersion de guide d'ondes.
Composants de base des systèmes de communication par fibre optique
Envoyer une pièce :
Le signal de modulation d'impulsion émis par l'émetteur électrique (borne électrique) est envoyé à l'émetteur optique (le signal envoyé par le programme contrôléchangerest traité, la forme d'onde est façonnée, l'inverse du motif est transformé… en un signal électrique approprié et envoyé à l'émetteur optique)
Le rôle principal d’un émetteur optique est de convertir un signal électrique en un signal optique couplé à la fibre.
Partie réceptrice :
Conversion des signaux optiques transmis par fibres optiques en signaux électriques
Le traitement du signal électrique est restauré au signal modulé par impulsions d'origine et envoyé au terminal électrique (le signal électrique envoyé par le récepteur optique est traité, la forme d'onde est façonnée, l'inverse du motif est inversé… le signal électrique approprié est renvoyé au programmateurchanger)
Partie transmission :
Fibre monomode, répéteur optique (répéteur régénérateur électrique (amplification de conversion optique-électrique-optique, le délai de transmission sera plus grand, un circuit de décision d'impulsion sera utilisé pour façonner la forme d'onde et la synchronisation), amplificateur à fibre dopée à l'erbium (complète l'amplification au niveau optique, sans mise en forme de forme d'onde)
(1) Émetteur optique : Il s’agit d’un émetteur-récepteur optique qui réalise la conversion électrique/optique. Il se compose d'une source lumineuse, d'un driver et d'un modulateur. La fonction est de moduler l'onde lumineuse de la machine électrique en onde lumineuse émise par la source lumineuse pour devenir une onde atténuée, puis de coupler le signal optique modulé à la fibre optique ou au câble optique pour la transmission.
(2) Récepteur optique : est un émetteur-récepteur optique qui réalise la conversion optique/électrique. Le modèle d'utilité est composé d'un circuit de détection de lumière et d'un amplificateur optique, et la fonction est de convertir le signal optique transmis par la fibre optique ou le câble optique en un signal électrique par le détecteur optique, puis d'amplifier le signal électrique faible pour un niveau suffisant à travers le circuit amplificateur pour être envoyé au signal. L'extrémité réceptrice de la machine électrique s'en va.
(3) Fibre/Câble : La fibre ou le câble constitue le chemin de transmission de la lumière. La fonction est de transmettre le signal atténué envoyé par l'extrémité émettrice au détecteur optique de l'extrémité réceptrice après une transmission longue distance via la fibre optique ou le câble optique pour terminer la tâche de transmission d'informations.
(4) Répéteur optique : se compose d'un photodétecteur, d'une source de lumière et d'un circuit de régénération de décision. Il y a deux fonctions : l'une consiste à compenser l'atténuation du signal optique transmis dans la fibre optique ; l'autre consiste à façonner l'impulsion de la distorsion de la forme d'onde.
(5) Composants passifs tels que connecteurs de fibre optique, coupleurs (pas besoin d'alimenter séparément, mais l'appareil entraîne toujours des pertes) : parce que la longueur de la fibre ou du câble est limitée par le processus de tréfilage de la fibre et les conditions de construction du câble, et le la longueur de la fibre est également limite (par exemple 2 km). Par conséquent, il peut y avoir un problème lié au fait qu'une pluralité de fibres optiques sont connectées dans une seule ligne de fibres optiques. Par conséquent, la connexion entre les fibres optiques, la connexion et le couplage des fibres optiques et des émetteurs-récepteurs optiques, ainsi que l'utilisation de composants passifs tels que des connecteurs et coupleurs optiques sont indispensables.
La supériorité de la communication par fibre optique
Bande passante de transmission, grande capacité de communication
Faible perte de transmission et grande distance de relais
Forte interférence anti-électromagnétique
(Au-delà du sans fil : les signaux sans fil ont de nombreux effets, avantages multitrajets, effets d'ombre, fondu Rayleigh, effets Doppler
Par rapport au câble coaxial : le signal optique est plus grand que le câble coaxial et a une bonne confidentialité)
La fréquence de l'onde lumineuse est très élevée, comparée aux autres ondes électromagnétiques, l'interférence est faible.
Inconvénients du câble optique : mauvaises propriétés mécaniques, facile à casser (améliorer les performances mécaniques, aura un impact sur la résistance aux interférences), sa construction prend beaucoup de temps et est affectée par les conditions géographiques.