Vantaxes da comunicación por fibra óptica:
● Gran capacidade de comunicación
● Distancia de relevo longa
● Sen interferencias electromagnéticas
● Recursos ricos
● Peso lixeiro e tamaño pequeno
Breve historia das comunicacións ópticas
Hai máis de 2000 anos, os faro-luces, semáforos
1880, comunicación óptica sen fíos telefónica óptica
1970, comunicacións por fibra óptica
● En 1966, "Pai da fibra óptica", o doutor Gao Yong propuxo por primeira vez a idea da comunicación por fibra óptica.
● En 1970, Lin Yanxiong do Instituto Bell Yan era un láser semicondutor que podía funcionar continuamente a temperatura ambiente.
● En 1970, o Kapron de Corning fixo unha perda de fibra de 20 dB/km.
● En 1977, a primeira liña comercial de Chicago de 45Mb/s.
Espectro electromagnético
División de bandas de comunicación e medios de transmisión correspondentes
Refracción/reflexión e reflexión total da luz
Debido a que a luz viaxa de forma diferente en diferentes substancias, cando se emite luz dunha substancia a outra, a refracción e a reflexión prodúcense na interface entre as dúas substancias. Ademais, o ángulo da luz refractada varía co ángulo da luz incidente. Cando o ángulo da luz incidente alcanza ou supera un determinado ángulo, a luz refractada desaparecerá e toda a luz incidente será reflectida de volta. Esta é a reflexión total da luz. Diferentes materiais teñen diferentes ángulos de refracción para a mesma lonxitude de onda da luz (é dicir, diferentes materiais teñen diferentes índices de refracción) e os mesmos materiais teñen diferentes ángulos de refracción para diferentes lonxitudes de onda da luz. A comunicación por fibra óptica baséase nos principios anteriores.
Distribución da reflectividade: un parámetro importante para caracterizar os materiais ópticos é o índice de refracción, que está representado por N. A relación entre a velocidade da luz C no baleiro e a velocidade da luz V no material é o índice de refracción do material.
N = C/V
O índice de refracción do vidro de cuarzo para a comunicación por fibra óptica é de aproximadamente 1,5.
Estrutura da fibra
A fibra núa xeralmente divídese en tres capas:
A primeira capa: o núcleo de vidro de alto índice de refracción central (o diámetro do núcleo é xeralmente 9-10μm, (modo único) 50 ou 62,5 (modo multimodo).
A segunda capa: o medio é o revestimento de vidro de sílice de baixo índice de refracción (o diámetro é xeralmente 125μm).
A terceira capa: a máis externa é un revestimento de resina para reforzo.
1) núcleo: alto índice de refracción, usado para transmitir luz;
2) Revestimento de revestimento: baixo índice de refracción, formando unha condición de reflexión total co núcleo;
3) Chaqueta protectora: ten alta resistencia e pode soportar grandes impactos para protexer a fibra óptica.
Cable óptico de 3 mm: laranxa, MM, multimodo; amarelo, SM, monomodo
Tamaño da fibra
O diámetro exterior é xeralmente de 125 um (media de 100 um por cabelo)
Diámetro interior: modo único 9um; multimodo 50/62,5um
Apertura numérica
Non toda a luz incidente na cara final da fibra óptica pode ser transmitida pola fibra óptica, senón só a luz incidente dentro dun determinado rango de ángulos. Este ángulo chámase abertura numérica da fibra. Unha maior apertura numérica da fibra óptica é vantaxosa para o acoplamento da fibra óptica. Diferentes fabricantes teñen diferentes aperturas numéricas.
Tipo de fibra
Segundo o modo de transmisión da luz na fibra óptica, pódese dividir en:
Multi-Mode (abreviatura: MM); Modo único (abreviatura: SM)
Fibra multimodo: o núcleo de vidro central é máis groso (50 ou 62,5μm) e pode transmitir luz en varios modos. Non obstante, a súa dispersión entre modos é grande, o que limita a frecuencia de transmisión de sinais dixitais e vaise agravar ao aumentar a distancia.Por exemplo: a fibra de 600 MB/KM só ten un ancho de banda de 300 MB a 2 km. Polo tanto, a distancia de transmisión da fibra multimodo é relativamente curta, xeralmente só uns poucos quilómetros.
Fibra monomodo: o núcleo de vidro central é relativamente delgado (o diámetro do núcleo é xeralmente de 9 ou 10μm), e só pode transmitir luz nun modo. De feito, é unha especie de fibra óptica de tipo escalonado, pero o diámetro do núcleo é moi pequeno. En teoría, só se permite que a luz directa dun único camiño de propagación entre na fibra e se propague directamente no núcleo da fibra. O pulso da fibra apenas se estira.Polo tanto, a súa dispersión entre modos é pequena e adecuada para a comunicación remota, pero a súa dispersión cromática xoga un papel importante. Deste xeito, a fibra monomodo ten requisitos máis altos para o ancho espectral e a estabilidade da fonte de luz, é dicir, o ancho espectral é estreito e a estabilidade é boa. .
Clasificación das fibras ópticas
Por material:
Fibra de vidro: o núcleo e o revestimento están feitos de vidro, con pequenas perdas, longa distancia de transmisión e alto custo;
Fibra óptica de silicio recuberta de goma: o núcleo é de vidro e o revestimento é de plástico, que ten características similares á fibra de vidro e menor custo;
Fibra óptica plástica: tanto o núcleo como o revestimento son plásticos, con gran perda, curta distancia de transmisión e baixo prezo. Úsase principalmente para electrodomésticos, audio e transmisión de imaxes a curta distancia.
Segundo a ventá de frecuencia de transmisión óptima: fibra monomodo convencional e fibra monomodo con desprazamento de dispersión.
Tipo convencional: a casa de produción de fibra óptica optimiza a frecuencia de transmisión da fibra óptica nunha única lonxitude de onda de luz, como 1300 nm.
Tipo de dispersión desprazada: o produtor de fibra óptica optimiza a frecuencia de transmisión da fibra en dúas lonxitudes de onda de luz, como: 1300nm e 1550nm.
Cambio brusco: o índice de refracción do núcleo da fibra ao revestimento de vidro é brusco. Ten un custo baixo e unha alta dispersión entre modos. Adecuado para comunicacións a curta distancia e baixa velocidade, como o control industrial. Non obstante, a fibra monomodo usa un tipo de mutación debido á pequena dispersión entre modos.
Fibra degradada: o índice de refracción do núcleo de fibra ao revestimento de vidro redúcese gradualmente, permitindo que a luz de modo alto se propague nunha forma sinusoidal, o que pode reducir a dispersión entre modos, aumentar o ancho de banda da fibra e aumentar a distancia de transmisión, pero o custo é A fibra de modo superior é principalmente fibra graduada.
Especificacións comúns de fibra
Tamaño da fibra:
1) Diámetro de núcleo monomodo: 9/125μm, 10/125μm
2) Diámetro exterior do revestimento (2D) = 125μm
3) Diámetro exterior do revestimento = 250μm
4) Coleta: 300μm
5) Multimodo: 50/125μm, estándar europeo; 62,5 / 125μm, estándar americano
6) Redes industriais, médicas e de baixa velocidade: 100/140μm, 200/230μm
7) Plástico: 98/1000μm, usado para o control do automóbil
Atenuación da fibra
Os principais factores que provocan a atenuación da fibra son: intrínseca, flexión, compresión, impurezas, desnivel e tope.
Intrínseca: é a perda inherente da fibra óptica, incluíndo: dispersión Rayleigh, absorción intrínseca, etc.
Dobrar: cando a fibra está dobrada, a luz en parte da fibra perderase debido á dispersión, o que provocará unha perda.
Espremedura: perda producida pola lixeira flexión da fibra cando se apreta.
Impurezas: as impurezas nunha fibra óptica absorben e dispersan a luz transmitida pola fibra, provocando perdas.
Non uniforme: a perda causada polo índice de refracción irregular do material da fibra.
Acoplamento: perda xerada durante o acoplamento de fibra, como: diferentes eixes (o requisito de coaxialidade de fibra monomodo é inferior a 0,8).μm), a cara final non é perpendicular ao eixe, a cara final é irregular, o diámetro do núcleo de tope non coincide e a calidade do empalme é mala.
Tipo de cable óptico
1) Segundo os métodos de colocación: cables ópticos aéreos autoportantes, cables ópticos de canalizacións, cables ópticos blindados enterrados e cables ópticos submarinos.
2) Segundo a estrutura do cable óptico, hai: cable óptico de tubo agrupado, cable óptico trenzado en capas, cable óptico de suxeición firme, cable óptico de cinta, cable óptico non metálico e cable óptico ramificado.
3) Segundo a finalidade: cables ópticos para comunicación a longa distancia, cables ópticos exteriores para curta distancia, cables ópticos híbridos e cables ópticos para edificios.
Conexión e terminación de cables ópticos
A conexión e terminación dos cables ópticos son as habilidades básicas que o persoal de mantemento de cables ópticos debe dominar.
Clasificación da tecnoloxía de conexión de fibra óptica:
1) A tecnoloxía de conexión da fibra óptica e a tecnoloxía de conexión do cable óptico son dúas partes.
2) O extremo do cable óptico é similar á conexión do cable óptico, excepto que a operación debe ser diferente debido aos diferentes materiais do conector.
Tipo de conexión de fibra
A conexión de cable de fibra óptica xeralmente pódese dividir en dúas categorías:
1) Conexión fixa de fibra óptica (comúnmente coñecida como conector morto). Xeralmente use un empalmador de fusión de fibra óptica; usado para a cabeza directa do cable óptico.
2) O conector activo de fibra óptica (comúnmente coñecido como conector vivo). Use conectores extraíbles (comúnmente coñecidos como xuntas soltas). Para puente de fibra, conexión de equipos, etc.
Debido á incompletitude da cara final da fibra óptica e á falta de uniformidade da presión na cara final da fibra óptica, a perda de empalme da fibra óptica por unha descarga aínda é relativamente grande e o método de fusión de descarga secundaria agora úsase. En primeiro lugar, prequenta e descarga a cara final da fibra, dálle forma á cara final, elimina o po e os restos e fai uniforme a presión final da fibra mediante o prequecemento.
Método de monitorización da perda de conexión de fibra óptica
Existen tres métodos para controlar a perda de conexión de fibra:
1. Monitor na empalmadora.
2. Monitorización da fonte de luz e medidor de potencia óptica.
3.Método de medición OTDR
Método de funcionamento da conexión de fibra óptica
As operacións de conexión de fibra óptica divídense xeralmente en:
1. Manexo de caras de extremo da fibra.
2. Instalación de conexión de fibra óptica.
3. Empalme de fibra óptica.
4. Protección dos conectores de fibra óptica.
5. Hai cinco pasos para a bandexa de fibra restante.
Xeralmente, a conexión de todo o cable óptico realízase segundo os seguintes pasos:
Paso 1: moita lonxitude, abra e pele o cable óptico, retire a funda do cable
Paso 2: limpar e eliminar a pasta de recheo de petróleo do cable óptico.
Paso 3: agrupa a fibra.
Paso 4: verifique o número de núcleos de fibra, realice o emparellamento de fibras e comprobe se as etiquetas de cores da fibra son correctas.
Paso 5: Fortalece a conexión do corazón;
Paso 6: varios pares de liñas auxiliares, incluíndo pares de liñas de negocio, pares de liñas de control, liñas de terra blindadas, etc. (se os pares de liñas mencionados anteriormente están dispoñibles.
Paso 7: Conecte a fibra.
Paso 8: protexe o conector de fibra óptica;
Paso 9: o almacenamento do inventario da fibra restante;
Paso 10: complete a conexión da funda do cable óptico;
Paso 11: Protección dos conectores de fibra óptica
Perda 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
Perda do punto de fusión da fibra óptica: 0,08 dB/punto
Punto de empalme de fibra 1 punto / 2 km
Substantivos de fibra común
1) Atenuación
Atenuación: perda de enerxía cando a luz se transmite en fibra óptica, fibra monomodo 1310nm 0,4 ~ 0,6 dB / km, 1550 nm 0,2 ~ 0,3 dB / km; fibra plástica multimodo 300dB/km
2) Dispersión
Dispersión: o ancho de banda dos pulsos luminosos increméntase despois de percorrer certa distancia ao longo da fibra. É o principal factor que limita a velocidade de transmisión.
Dispersión entre modos: ocorre só en fibras multimodo, porque os diferentes modos de luz viaxan por diferentes camiños.
Dispersión do material: diferentes lonxitudes de onda da luz viaxan a diferentes velocidades.
Dispersión da guía de ondas: isto ocorre porque a enerxía luminosa viaxa a velocidades lixeiramente diferentes mentres atravesa o núcleo e o revestimento. Na fibra monomodo, é moi importante cambiar a dispersión da fibra cambiando a estrutura interna da fibra.
Tipo de fibra
O punto de dispersión cero G.652 é duns 1300 nm
O punto de dispersión cero G.653 é duns 1550 nm
G.654 fibra de dispersión negativa
Fibra desplazada pola dispersión G.655
Fibra de onda completa
3) dispersión
Debido á imperfecta estrutura básica da luz, prodúcese a perda de enerxía luminosa e a transmisión da luz neste momento xa non ten boa directividade.
Coñecementos básicos do sistema de fibra óptica
Introdución á arquitectura e funcións dun sistema básico de fibra óptica:
1. Unidade emisora: converte os sinais eléctricos en sinais ópticos;
2. Unidade de transmisión: medio que transporta sinais ópticos;
3. Unidade receptora: recibe sinais ópticos e convérteos en sinais eléctricos;
4. Conecte o dispositivo: conecte a fibra óptica á fonte de luz, á detección de luz e a outras fibras ópticas.
Tipos de conectores comúns
Tipo de cara de extremo do conector
Acoplador
A función principal é distribuír sinais ópticos. As aplicacións importantes están nas redes de fibra óptica, especialmente nas redes de área local e nos dispositivos de multiplexación por división de lonxitude de onda.
estrutura básica
O acoplador é un dispositivo pasivo bidireccional. As formas básicas son árbore e estrela. O acoplador corresponde ao divisor.
WDM
WDM—O multiplexador de división de lonxitude de onda transmite múltiples sinais ópticos nunha soa fibra óptica. Estes sinais ópticos teñen diferentes frecuencias e cores diferentes. O multiplexor WDM é para acoplar varios sinais ópticos na mesma fibra óptica; o multiplexor de demultiplexación é para distinguir varios sinais ópticos dunha fibra óptica.
Multiplexor por división de lonxitude de onda (lenda)
Definición de pulsos en sistemas dixitais:
1. Amplitude: a altura do pulso representa a enerxía de potencia óptica no sistema de fibra óptica.
2. Tempo de subida: o tempo necesario para que o pulso suba do 10% ao 90% da amplitude máxima.
3. Tempo de caída: tempo necesario para que o pulso caia do 90% ao 10% da amplitude.
4. Ancho do pulso: o ancho do pulso na posición de amplitude do 50 %, expresado no tempo.
5. Ciclo: o tempo específico do pulso é o tempo de traballo necesario para completar un ciclo.
6. Relación de extinción: a relación de 1 potencia de luz de sinal a potencia de luz de sinal 0.
Definición de unidades comúns na comunicación por fibra óptica:
1.dB = 10 log10 (Pout/Pin)
Pout: potencia de saída; Pin: potencia de entrada
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), que é unha unidade moi utilizada en enxeñaría de comunicación; normalmente representa a potencia óptica con 1 milivatio como referencia;
exemplo:–10dBm significa que a potencia óptica é igual a 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)