Keuntungan komunikasi serat optik:
● Kapasitas komunikasi yang besar
● Jarak estafet yang jauh
● Tidak ada interferensi elektromagnetik
● Sumber daya yang kaya
● Ringan dan berukuran kecil
Sejarah Singkat Komunikasi Optik
Lebih dari 2000 tahun yang lalu, lampu suar, semaphore
1880, komunikasi optik telepon-nirkabel optik
1970, komunikasi serat optik
● Pada tahun 1966, “Bapak Serat Optik”, Dr. Gao Yong pertama kali mengajukan gagasan komunikasi serat optik.
● Pada tahun 1970, Lin Yanxiong dari Bell Yan Institute adalah laser semikonduktor yang dapat bekerja terus menerus pada suhu kamar.
● Pada tahun 1970, Kapron Corning menyebabkan hilangnya serat sebesar 20dB/km.
● Pada tahun 1977, jalur komersial pertama Chicago sebesar 45Mb / s.
Spektrum elektromagnetik
Pembagian pita komunikasi dan media transmisi yang sesuai
Pembiasan/pemantulan dan pemantulan cahaya total
Karena cahaya merambat secara berbeda pada zat yang berbeda, ketika cahaya dipancarkan dari satu zat ke zat lainnya, pembiasan dan pemantulan terjadi pada antarmuka antara kedua zat tersebut. Selain itu, sudut cahaya yang dibiaskan bervariasi menurut sudut datangnya cahaya. Bila sudut cahaya datang mencapai atau melebihi sudut tertentu, maka cahaya yang dibiaskan akan hilang, dan seluruh cahaya datang akan dipantulkan kembali. Ini adalah pantulan total cahaya. Bahan yang berbeda memiliki sudut bias yang berbeda untuk panjang gelombang cahaya yang sama (yaitu, bahan yang berbeda memiliki indeks bias yang berbeda), dan bahan yang sama memiliki sudut bias yang berbeda untuk panjang gelombang cahaya yang berbeda. Komunikasi serat optik didasarkan pada prinsip-prinsip di atas.
Distribusi reflektifitas: Parameter penting untuk mengkarakterisasi bahan optik adalah indeks bias, yang diwakili oleh N. Rasio kecepatan cahaya C dalam ruang hampa dengan kecepatan cahaya V dalam bahan adalah indeks bias bahan.
N = C / V
Indeks bias kaca kuarsa untuk komunikasi serat optik adalah sekitar 1,5.
Struktur serat
Serat bare fiber umumnya dibagi menjadi tiga lapisan:
Lapisan pertama: inti kaca indeks bias tinggi tengah (diameter inti umumnya 9-10μm, (mode tunggal) 50 atau 62,5 (multimode).
Lapisan kedua: tengah adalah kelongsong kaca silika indeks bias rendah (diameter umumnya 125μM).
Lapisan ketiga: terluar adalah lapisan resin untuk penguatan.
1) inti: indeks bias tinggi, digunakan untuk mentransmisikan cahaya;
2) Lapisan kelongsong: indeks bias rendah, membentuk kondisi refleksi total dengan inti;
3) Jaket pelindung: Memiliki kekuatan tinggi dan dapat menahan benturan besar untuk melindungi serat optik.
Kabel optik 3mm: oranye, MM, multi-mode; kuning, SM, mode tunggal
Ukuran serat
Diameter luar umumnya 125um (rata-rata 100um per rambut)
Diameter dalam: mode tunggal 9um; multimode 50 / 62,5um
Bukaan numerik
Tidak semua cahaya yang datang pada permukaan ujung serat optik dapat ditransmisikan oleh serat optik, melainkan hanya cahaya datang dalam rentang sudut tertentu. Sudut ini disebut bukaan numerik serat. Bukaan numerik yang lebih besar pada serat optik menguntungkan untuk penyambungan serat optik. Pabrikan yang berbeda memiliki lubang numerik yang berbeda.
Jenis serat
Menurut cara transmisi cahaya pada serat optik, dapat dibagi menjadi:
Multi-Mode (singkatan: MM); Mode Tunggal (singkatan: SM)
Serat multimode: Inti kaca tengah lebih tebal (50 atau 62,5μm) dan dapat mentransmisikan cahaya dalam berbagai mode. Namun, dispersi antar modenya besar, sehingga membatasi frekuensi transmisi sinyal digital, dan akan menjadi lebih serius seiring bertambahnya jarak.Misal: fiber 600MB/KM hanya mempunyai bandwidth 300MB pada 2KM. Oleh karena itu, jarak transmisi serat multimode relatif pendek, umumnya hanya beberapa kilometer.
Serat mode tunggal: Inti kaca bagian tengah relatif tipis (diameter inti umumnya 9 atau 10μm), dan hanya dapat mentransmisikan cahaya dalam satu mode. Sebenarnya, ini adalah sejenis serat optik tipe bertahap, tetapi diameter intinya sangat kecil. Secara teori, hanya cahaya langsung dari jalur propagasi tunggal yang diperbolehkan masuk ke dalam serat dan merambat lurus di dalam inti serat. Denyut serat hampir tidak meregang.Oleh karena itu, dispersi antar mode kecil dan cocok untuk komunikasi jarak jauh, namun dispersi kromatiknya memainkan peran utama. Dengan cara ini, serat mode tunggal memiliki persyaratan yang lebih tinggi untuk lebar spektral dan stabilitas sumber cahaya, yaitu lebar spektral yang sempit dan stabilitas yang baik. .
Klasifikasi serat optik
Berdasarkan bahan:
Serat kaca: Inti dan kelongsongnya terbuat dari kaca, dengan kehilangan kecil, jarak transmisi jauh, dan biaya tinggi;
Serat optik silikon berlapis karet: intinya terbuat dari kaca dan lapisannya terbuat dari plastik, yang memiliki karakteristik mirip dengan serat kaca dan biaya lebih rendah;
Serat optik plastik: Inti dan kelongsongnya terbuat dari plastik, dengan kerugian besar, jarak transmisi pendek, dan harga murah. Banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga, audio, dan transmisi gambar jarak pendek.
Menurut jendela frekuensi transmisi optimal: serat mode tunggal konvensional dan serat mode tunggal dengan pergeseran dispersi.
Tipe konvensional: Rumah produksi serat optik mengoptimalkan frekuensi transmisi serat optik pada panjang gelombang cahaya tunggal, seperti 1300nm.
Tipe pergeseran dispersi: Produsen serat optik mengoptimalkan frekuensi transmisi serat pada dua panjang gelombang cahaya, seperti: 1300nm dan 1550nm.
Perubahan mendadak: Indeks bias inti serat terhadap lapisan kaca tiba-tiba. Ini memiliki biaya rendah dan dispersi antar mode yang tinggi. Cocok untuk komunikasi jarak pendek berkecepatan rendah, seperti kontrol industri. Namun, serat mode tunggal menggunakan tipe mutasi karena dispersi antar mode yang kecil.
Serat gradien: indeks bias inti serat ke kelongsong kaca dikurangi secara bertahap, memungkinkan cahaya mode tinggi merambat dalam bentuk sinusoidal, yang dapat mengurangi dispersi antar mode, meningkatkan bandwidth serat, dan meningkatkan jarak transmisi, tetapi biayanya adalah Serat Mode yang lebih tinggi sebagian besar merupakan serat bergradasi.
Spesifikasi serat umum
Ukuran serat:
1) Diameter inti mode tunggal: 9/125μm, 10/125μm
2) Diameter kelongsong luar (2D) = 125μm
3) Diameter lapisan luar = 250μm
4) Kuncir: 300μm
5) Multimode: 50/125μm, standar Eropa; 62,5 / 125μm, standar Amerika
6) Jaringan industri, medis dan kecepatan rendah: 100/140μm, 200/230μm
7) Plastik: 98/1000μm, digunakan untuk pengendalian mobil
Redaman serat
Faktor utama yang menyebabkan pelemahan serat adalah: intrinsik, pembengkokan, pemerasan, pengotor, ketidakrataan dan pantat.
Intrinsik: Ini adalah hilangnya serat optik, termasuk: hamburan Rayleigh, penyerapan intrinsik, dll.
Bend: Ketika serat dibengkokkan, cahaya pada sebagian serat akan hilang karena hamburan sehingga mengakibatkan hilangnya.
Meremas: kerugian yang disebabkan oleh sedikit pembengkokan serat saat diremas.
Kotoran: Kotoran dalam serat optik menyerap dan menghamburkan cahaya yang ditransmisikan dalam serat, menyebabkan kerugian.
Tidak seragam: Kerugian yang disebabkan oleh indeks bias bahan serat yang tidak merata.
Docking: Kerugian yang dihasilkan selama docking serat, seperti: sumbu yang berbeda (persyaratan koaksialitas serat mode tunggal kurang dari 0,8μm), permukaan ujung tidak tegak lurus terhadap sumbu, permukaan ujung tidak rata, diameter inti pantat tidak sesuai, dan kualitas penyambungan buruk.
Jenis kabel optik
1) Menurut metode peletakan: kabel optik overhead mandiri, kabel optik pipa, kabel optik terkubur lapis baja dan kabel optik bawah laut.
2) Menurut struktur kabel optik, ada: kabel optik tabung bundel, kabel optik terpilin berlapis, kabel optik penahan rapat, kabel optik pita, kabel optik bukan logam, dan kabel optik bercabang.
3) Sesuai dengan tujuannya: kabel optik untuk komunikasi jarak jauh, kabel optik luar ruangan untuk jarak pendek, kabel optik hybrid, dan kabel optik untuk gedung.
Koneksi dan pemutusan kabel optik
Penyambungan dan terminasi kabel optik merupakan keterampilan dasar yang harus dikuasai oleh petugas pemeliharaan kabel optik.
Klasifikasi teknologi koneksi serat optik:
1) Teknologi penyambungan serat optik dan teknologi penyambungan kabel optik merupakan dua bagian.
2) Ujung kabel optik mirip dengan sambungan kabel optik, hanya saja pengoperasiannya harus berbeda karena bahan konektornya berbeda.
Jenis sambungan serat
Sambungan kabel serat optik secara umum dapat dibagi menjadi dua kategori:
1) Sambungan tetap serat optik (umumnya dikenal sebagai konektor mati). Umumnya menggunakan splicer fusi serat optik; digunakan untuk kepala langsung kabel optik.
2) Konektor aktif serat optik (umumnya dikenal sebagai konektor hidup). Gunakan konektor yang dapat dilepas (umumnya dikenal sebagai sambungan longgar). Untuk fiber jumper, sambungan peralatan, dll.
Karena ketidaklengkapan permukaan ujung serat optik dan ketidakseragaman tekanan pada permukaan ujung serat optik, hilangnya sambungan serat optik dalam satu pelepasan masih relatif besar, dan metode fusi pelepasan sekunder sekarang digunakan. Pertama, panaskan dan buang permukaan ujung serat, bentuk permukaan ujung, hilangkan debu dan kotoran, dan buat tekanan ujung serat seragam dengan pemanasan awal.
Metode pemantauan hilangnya koneksi serat optik
Ada tiga metode untuk memantau hilangnya koneksi fiber:
1. Pantau splicernya.
2. Pemantauan sumber cahaya dan meteran daya optik.
3. Metode pengukuran OTDR
Metode operasi koneksi serat optik
Operasi penyambungan serat optik secara umum dibagi menjadi:
1. Penanganan permukaan ujung serat.
2. Pemasangan sambungan fiber optik.
3. Penyambungan serat optik.
4. Perlindungan konektor serat optik.
5. Ada lima langkah untuk baki fiber yang tersisa.
Umumnya penyambungan seluruh kabel optik dilakukan dengan langkah-langkah berikut:
Langkah 1: panjangnya cukup banyak, buka dan lepaskan kabel optik, lepaskan selubung kabel
Langkah 2: Bersihkan dan hilangkan pasta pengisi minyak bumi di kabel optik.
Langkah 3: Bundel seratnya.
Langkah 4: Periksa jumlah inti serat, lakukan pemasangan serat, dan periksa apakah label warna serat sudah benar.
Langkah 5: Perkuat hubungan hati;
Langkah 6: Berbagai pasangan jalur bantu, termasuk pasangan jalur bisnis, pasangan jalur kontrol, jalur ground terlindung, dll. (jika pasangan jalur yang disebutkan di atas tersedia.
Langkah 7: Hubungkan serat.
Langkah 8: Lindungi konektor serat optik;
Langkah 9: penyimpanan inventaris sisa serat;
Langkah 10: Selesaikan sambungan jaket kabel optik;
Langkah 11: Perlindungan konektor serat optik
Kehilangan serat
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB / Km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3dB / Km
850 nm: 2,3 hingga 3,4 dB/Km
Kehilangan titik fusi serat optik: 0,08dB/titik
Titik penyambungan fiber 1 titik / 2km
Kata benda serat umum
1) Redaman
Redaman: kehilangan energi ketika cahaya ditransmisikan dalam serat optik, serat mode tunggal 1310nm 0,4 ~ 0,6dB/km, 1550nm 0,2 ~ 0,3dB/km; serat multimode plastik 300dB / km
2) Dispersi
Dispersi: Bandwidth pulsa cahaya meningkat setelah menempuh jarak tertentu di sepanjang serat. Ini adalah faktor utama yang membatasi laju penularan.
Dispersi antar mode: Hanya terjadi pada serat multimode, karena mode cahaya yang berbeda merambat melalui jalur yang berbeda.
Dispersi material: Panjang gelombang cahaya yang berbeda merambat dengan kecepatan berbeda.
Dispersi pandu gelombang: Hal ini terjadi karena energi cahaya bergerak dengan kecepatan yang sedikit berbeda saat melewati inti dan kelongsong. Dalam serat mode tunggal, sangat penting untuk mengubah dispersi serat dengan mengubah struktur internal serat.
Jenis Serat
Titik dispersi nol G.652 adalah sekitar 1300nm
Titik dispersi nol G.653 adalah sekitar 1550nm
G.654 serat dispersi negatif
G.655 serat dengan pergeseran dispersi
Serat gelombang penuh
3) hamburan
Akibat struktur dasar cahaya yang tidak sempurna, terjadi hilangnya energi cahaya, dan transmisi cahaya saat ini tidak lagi memiliki directivity yang baik.
Pengetahuan dasar tentang sistem serat optik
Pengantar arsitektur dan fungsi sistem dasar serat optik:
1. Unit pengirim: mengubah sinyal listrik menjadi sinyal optik;
2. Unit transmisi: media pembawa sinyal optik;
3. Unit penerima: menerima sinyal optik dan mengubahnya menjadi sinyal listrik;
4. Hubungkan perangkat: sambungkan serat optik ke sumber cahaya, deteksi cahaya, dan serat optik lainnya.
Jenis konektor umum
Tipe muka ujung konektor
Alat prerangkai
Fungsi utamanya adalah untuk mendistribusikan sinyal optik. Aplikasi penting ada pada jaringan serat optik, terutama pada jaringan area lokal dan perangkat multiplexing divisi panjang gelombang.
struktur dasar
Coupler adalah perangkat pasif dua arah. Bentuk dasarnya adalah pohon dan bintang. Coupler berhubungan dengan splitter.
WDM
WDM—Multiplexer Divisi Panjang Gelombang mentransmisikan banyak sinyal optik dalam satu serat optik. Sinyal optik ini memiliki frekuensi berbeda dan warna berbeda. Multiplekser WDM berfungsi untuk memasangkan beberapa sinyal optik ke dalam serat optik yang sama; multiplexer demultiplexing adalah untuk membedakan beberapa sinyal optik dari satu serat optik.
Multiplexer Divisi Panjang Gelombang (Legenda)
Pengertian pulsa dalam sistem digital :
1. Amplitudo: Ketinggian pulsa mewakili energi daya optik dalam sistem serat optik.
2. Waktu naik: waktu yang diperlukan pulsa untuk naik dari 10% hingga 90% dari amplitudo maksimum.
3. Waktu jatuh: waktu yang diperlukan pulsa untuk turun dari 90% menjadi 10% amplitudo.
4. Lebar pulsa: Lebar pulsa pada posisi amplitudo 50%, dinyatakan dalam waktu.
5. Siklus: waktu spesifik pulsa adalah waktu kerja yang diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus.
6. Rasio kepunahan: Rasio 1 daya lampu sinyal dengan 0 daya lampu sinyal.
Pengertian satuan umum dalam komunikasi serat optik:
1.dB = 10 log10 (Cemberut / Pin)
Cemberut: daya keluaran; Pin: daya masukan
2. dBm = 10 log10 (P/1mw), yang merupakan satuan yang banyak digunakan dalam teknik komunikasi; biasanya mewakili daya optik dengan 1 miliwatt sebagai referensi;
contoh:–10dBm berarti daya optiknya sama dengan 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P/1uw)