Konsep dasar komunikasi serat optik.
Serat optik adalah pandu gelombang optik dielektrik, struktur pandu gelombang yang menghalangi cahaya dan merambatkan cahaya ke arah aksial.
Serat sangat halus terbuat dari kaca kuarsa, resin sintetis, dll.
Serat mode tunggal: inti 8-10um, kelongsong 125um
Serat multimode: inti 51um, kelongsong 125um
Metode komunikasi transmisi sinyal optik menggunakan serat optik disebut komunikasi serat optik.
Gelombang cahaya termasuk dalam kategori gelombang elektromagnetik.
Kisaran panjang gelombang cahaya tampak adalah 390-760 nm, bagian yang lebih besar dari 760 nm adalah cahaya inframerah, dan bagian yang lebih kecil dari 390 nm adalah sinar ultraviolet.
Jendela kerja gelombang cahaya (tiga jendela komunikasi):
Rentang panjang gelombang yang digunakan dalam komunikasi serat optik berada pada wilayah inframerah-dekat
Daerah dengan panjang gelombang pendek (cahaya tampak, yang merupakan cahaya oranye dengan mata telanjang) cahaya oranye 850nm
Daerah panjang gelombang panjang (daerah cahaya tak terlihat) 1310 nm (titik dispersi minimum teoritis), 1550 nm (titik redaman minimum teoritis)
Struktur dan klasifikasi serat
1.Struktur serat
Struktur serat yang ideal: inti, kelongsong, pelapis, jaket.
Inti dan kelongsongnya terbuat dari bahan kuarsa, dan sifat mekaniknya relatif rapuh dan mudah pecah. Oleh karena itu, umumnya ditambahkan dua lapisan lapisan pelapis, satu jenis resin dan satu lapisan jenis nilon, sehingga kinerja fleksibel serat mencapai persyaratan aplikasi praktis proyek.
2.Klasifikasi serat optik
(1) Serat dibagi menurut distribusi indeks bias penampang serat: serat dibagi menjadi serat tipe bertahap (serat seragam) dan serat bertingkat (serat tidak seragam).
Asumsikan inti memiliki indeks bias n1 dan indeks bias kelongsong adalah n2.
Agar inti dapat mentransmisikan cahaya dalam jarak jauh, kondisi yang diperlukan untuk membangun serat optik adalah n1>n2
Distribusi indeks bias serat seragam adalah konstan
Hukum distribusi indeks bias serat tidak seragam:
Diantaranya, △ – perbedaan indeks bias relatif
Α—indeks bias, α=∞—serat distribusi indeks bias tipe langkah, α=2—serat distribusi indeks bias hukum persegi (serat bergradasi). Serat ini dibandingkan dengan serat bergradasi lainnya. Mode dispersi minimum optimal.
(1) Menurut jumlah mode yang ditransmisikan dalam inti: dibagi menjadi serat multimode dan serat mode tunggal
Pola di sini mengacu pada distribusi medan elektromagnetik cahaya yang ditransmisikan dalam serat optik. Distribusi bidang yang berbeda adalah mode yang berbeda.
Mode tunggal (hanya satu mode yang ditransmisikan dalam serat), multimode (beberapa mode ditransmisikan secara bersamaan dalam serat)
Saat ini, karena meningkatnya persyaratan kecepatan transmisi dan peningkatan jumlah transmisi, jaringan wilayah metropolitan berkembang ke arah kecepatan tinggi dan kapasitas besar, sehingga sebagian besar merupakan serat bertingkat mode tunggal. (Karakteristik transmisinya sendiri lebih baik daripada serat multimode)
(2) Karakteristik serat optik:
①Karakteristik serat optik yang hilang: Gelombang cahaya ditransmisikan dalam serat optik, dan daya optik secara bertahap berkurang seiring bertambahnya jarak transmisi.
Penyebab hilangnya serat antara lain: kehilangan kopling, kehilangan penyerapan, kehilangan hamburan, dan kehilangan radiasi lentur.
Kehilangan kopling adalah kerugian yang disebabkan oleh kopling antara serat dan perangkat.
Kerugian penyerapan disebabkan oleh penyerapan energi cahaya oleh bahan serat dan pengotor.
Hilangnya hamburan dibagi menjadi hamburan Rayleigh (ketidakseragaman indeks bias) dan hamburan pandu gelombang (ketidakrataan material).
Rugi-rugi radiasi tekuk adalah rugi-rugi yang disebabkan oleh pembengkokan serat yang mengarah ke mode radiasi yang disebabkan oleh pembengkokan serat.
②Karakteristik dispersi serat optik: Komponen frekuensi berbeda dalam sinyal yang ditransmisikan oleh serat optik memiliki kecepatan transmisi yang berbeda, dan fenomena fisik distorsi yang disebabkan oleh pelebaran pulsa sinyal ketika mencapai terminal disebut dispersi.
Dispersi dibagi menjadi dispersi modal, dispersi material, dan dispersi pandu gelombang.
Komponen dasar sistem komunikasi serat optik
Kirim bagian:
Output sinyal modulasi pulsa oleh pemancar listrik (terminal listrik) dikirim ke pemancar optik (sinyal yang dikirim oleh program yang dikendalikanmengalihkandiproses, bentuk gelombang dibentuk, kebalikan dari pola diubah… menjadi sinyal listrik yang sesuai dan dikirim ke pemancar optik)
Peran utama pemancar optik adalah mengubah sinyal listrik menjadi sinyal optik yang digabungkan ke dalam serat.
Menerima bagian:
Mengubah sinyal optik yang ditransmisikan melalui serat optik menjadi sinyal listrik
Pemrosesan sinyal listrik dikembalikan ke sinyal termodulasi pulsa asli dan dikirim ke terminal listrik (sinyal listrik yang dikirim oleh penerima optik diproses, bentuk gelombang dibentuk, kebalikan dari pola dibalik… sinyal listrik yang sesuai adalah dikirim kembali ke yang dapat diprogrammengalihkan)
Bagian transmisi:
Serat mode tunggal, repeater optik (pengulang regeneratif listrik (amplifikasi konversi optik-listrik-optik, penundaan transmisi akan lebih besar, rangkaian keputusan pulsa akan digunakan untuk membentuk bentuk gelombang, dan pengaturan waktu), Penguat serat yang didoping erbium (menyelesaikan amplifikasi pada tingkat optik, tanpa pembentukan gelombang)
(1) Pemancar optik: Ini adalah transceiver optik yang mewujudkan konversi listrik/optik. Terdiri dari sumber cahaya, driver dan modulator. Fungsinya untuk memodulasi gelombang cahaya dari mesin listrik ke gelombang cahaya yang dipancarkan sumber cahaya menjadi gelombang redup, kemudian memasangkan sinyal optik termodulasi ke serat optik atau kabel optik untuk transmisi.
(2) Penerima optik: adalah transceiver optik yang mewujudkan konversi optik/listrik. Model utilitas terdiri dari rangkaian pendeteksi cahaya dan penguat optik, dan fungsinya adalah mengubah sinyal optik yang ditransmisikan oleh serat optik atau kabel optik menjadi sinyal listrik oleh detektor optik, dan kemudian memperkuat sinyal listrik lemah menjadi tingkat yang cukup melalui rangkaian penguat untuk dikirim ke sinyal. Ujung penerima mesin listrik berjalan.
(3) Fiber/Kabel: Fiber atau kabel merupakan jalur transmisi cahaya. Fungsinya adalah untuk mengirimkan sinyal redup yang dikirim oleh ujung transmisi ke detektor optik ujung penerima setelah transmisi jarak jauh melalui serat optik atau kabel optik untuk menyelesaikan tugas transmisi informasi.
(4) Repeater optik: terdiri dari fotodetektor, sumber cahaya, dan rangkaian regenerasi keputusan. Ada dua fungsi: satu untuk mengkompensasi redaman sinyal optik yang ditransmisikan dalam serat optik; yang lainnya adalah membentuk pulsa dari distorsi gelombang.
(5) Komponen pasif seperti konektor serat optik, skrup (tidak perlu mensuplai daya secara terpisah, namun perangkat tetap lossy): Karena panjang serat atau kabel dibatasi oleh proses penarikan serat dan kondisi konstruksi kabel, dan panjang fiber juga dibatasi (misal 2km). Oleh karena itu, mungkin terdapat masalah ketika sejumlah serat optik dihubungkan dalam satu jalur serat optik. Oleh karena itu, sambungan antara serat optik, sambungan dan penggandengan serat optik dan transceiver optik, serta penggunaan komponen pasif seperti konektor dan skrup optik sangat diperlukan.
Keunggulan komunikasi serat optik
Bandwidth transmisi, kapasitas komunikasi besar
Kehilangan transmisi rendah dan jarak relai yang besar
Interferensi anti-elektromagnetik yang kuat
(Di luar nirkabel: sinyal nirkabel memiliki banyak efek, manfaat multipath, efek bayangan, pemudaran Rayleigh, efek Doppler
Dibandingkan dengan kabel koaksial: sinyal optik lebih besar dari kabel koaksial dan memiliki kerahasiaan yang baik)
Frekuensi gelombang cahaya sangat tinggi, dibandingkan dengan gelombang elektromagnetik lainnya, interferensinya kecil.
Kekurangan kabel optik: sifat mekanik yang buruk, mudah putus, (meningkatkan kinerja mekanik, akan berdampak pada ketahanan interferensi), membutuhkan waktu lama dalam pembuatannya, dan dipengaruhi oleh kondisi geografis.