Vantaggi della comunicazione in fibra ottica:
● Grande capacità di comunicazione
● Lunga distanza del relè
● Nessuna interferenza elettromagnetica
● Ricche risorse
● Leggero e di piccole dimensioni
Una breve storia delle comunicazioni ottiche
Più di 2000 anni fa, i fari, i semafori
1880, comunicazione ottica telefono-wireless
1970, comunicazioni in fibra ottica
● Nel 1966, il “padre della fibra ottica”, il dottor Gao Yong, propose per primo l'idea della comunicazione in fibra ottica.
● Nel 1970, il Lin Yanxiong del Bell Yan Institute era un laser a semiconduttore che poteva funzionare ininterrottamente a temperatura ambiente.
● Nel 1970, la Kapron di Corning ha registrato una perdita di fibra di 20 dB/km.
● Nel 1977, la prima linea commerciale di Chicago da 45 Mb/s.
Spettro elettromagnetico
Divisione delle bande di comunicazione e relativi mezzi trasmissivi
Rifrazione/riflessione e riflessione totale della luce
Poiché la luce viaggia in modo diverso nelle diverse sostanze, quando la luce viene emessa da una sostanza all'altra, la rifrazione e la riflessione si verificano nell'interfaccia tra le due sostanze. Inoltre, l'angolo della luce rifratta varia con l'angolo della luce incidente. Quando l'angolo della luce incidente raggiunge o supera un certo angolo, la luce rifratta scomparirà e tutta la luce incidente verrà riflessa. Questa è la riflessione totale della luce. Materiali diversi hanno angoli di rifrazione diversi per la stessa lunghezza d'onda della luce (ovvero materiali diversi hanno indici di rifrazione diversi) e gli stessi materiali hanno angoli di rifrazione diversi per lunghezze d'onda della luce diverse. La comunicazione in fibra ottica si basa sui principi di cui sopra.
Distribuzione della riflettività: un parametro importante per caratterizzare i materiali ottici è l'indice di rifrazione, che è rappresentato da N. Il rapporto tra la velocità della luce C nel vuoto e la velocità della luce V nel materiale è l'indice di rifrazione del materiale.
N = C/V
L'indice di rifrazione del vetro al quarzo per la comunicazione in fibra ottica è di circa 1,5.
Struttura della fibra
La fibra nuda è generalmente divisa in tre strati:
Il primo strato: il nucleo centrale in vetro ad alto indice di rifrazione (il diametro del nucleo è generalmente 9-10μm, (modalità singola) 50 o 62,5 (multimodale).
Il secondo strato: quello centrale è il rivestimento in vetro di silice a basso indice di rifrazione (il diametro è generalmente 125μM).
Il terzo strato: quello più esterno è un rivestimento in resina di rinforzo.
1) nucleo: alto indice di rifrazione, utilizzato per trasmettere la luce;
2) Rivestimento di rivestimento: basso indice di rifrazione, che forma una condizione di riflessione totale con il nucleo;
3) Giacca protettiva: ha un'elevata resistenza e può resistere a grandi impatti per proteggere la fibra ottica.
Cavo ottico da 3 mm: arancione, MM, multimodale; giallo, SM, monomodale
Dimensione della fibra
Il diametro esterno è generalmente di 125um (in media 100um per capello)
Diametro interno: modalità singola 9um; multimodale 50/62,5um
Apertura numerica
Non tutta la luce incidente sulla faccia terminale della fibra ottica può essere trasmessa dalla fibra ottica, ma solo la luce incidente entro un certo intervallo di angoli. Questo angolo è chiamato apertura numerica della fibra. Per l'aggancio della fibra ottica è vantaggiosa un'apertura numerica maggiore della fibra ottica. Diversi produttori hanno aperture numeriche diverse.
Tipo di fibra
In base alla modalità di trasmissione della luce nella fibra ottica si può suddividere in:
Multimodale (abbreviazione: MM); Monomodale (abbreviazione: SM)
Fibra multimodale: il nucleo centrale in vetro è più spesso (50 o 62,5μm) e può trasmettere la luce in più modalità. Tuttavia, la sua dispersione tra le modalità è ampia, il che limita la frequenza di trasmissione dei segnali digitali e diventerà più grave con l'aumentare della distanza.Ad esempio: la fibra da 600 MB/KM ha solo 300 MB di larghezza di banda a 2 KM. Pertanto, la distanza di trasmissione della fibra multimodale è relativamente breve, generalmente solo pochi chilometri.
Fibra monomodale: il nucleo centrale in vetro è relativamente sottile (il diametro del nucleo è generalmente 9 o 10μm) e può trasmettere la luce solo in una modalità. In realtà, è una sorta di fibra ottica a gradini, ma il diametro del nucleo è molto piccolo. In teoria, solo la luce diretta di un singolo percorso di propagazione può entrare nella fibra e propagarsi direttamente nel nucleo della fibra. L'impulso della fibra è appena allungato.Pertanto, la sua dispersione intermodale è piccola e adatta alla comunicazione remota, ma la sua dispersione cromatica gioca un ruolo importante. In questo modo, la fibra monomodale ha requisiti più elevati per l'ampiezza spettrale e la stabilità della sorgente luminosa, ovvero l'ampiezza spettrale è stretta e la stabilità è buona. .
Classificazione delle fibre ottiche
Per materiale:
Fibra di vetro: il nucleo e il rivestimento sono realizzati in vetro, con piccole perdite, lunga distanza di trasmissione e costi elevati;
Fibra ottica in silicio rivestita in gomma: il nucleo è in vetro e il rivestimento è in plastica, che ha caratteristiche simili alla fibra di vetro e un costo inferiore;
Fibra ottica in plastica: sia il nucleo che il rivestimento sono in plastica, con grandi perdite, distanza di trasmissione breve e prezzo basso. Utilizzato principalmente per elettrodomestici, audio e trasmissione di immagini a breve distanza.
Secondo la finestra di frequenza di trasmissione ottimale: fibra monomodale convenzionale e fibra monomodale a dispersione spostata.
Tipo convenzionale: la casa di produzione della fibra ottica ottimizza la frequenza di trasmissione della fibra ottica su una singola lunghezza d'onda della luce, ad esempio 1300 nm.
Tipo a dispersione spostata: il produttore di fibre ottiche ottimizza la frequenza di trasmissione della fibra su due lunghezze d'onda della luce, quali: 1300 nm e 1550 nm.
Cambiamento improvviso: l'indice di rifrazione del nucleo della fibra sul rivestimento di vetro è improvviso. Ha un basso costo e un'elevata dispersione intermodale. Adatto per comunicazioni a breve distanza a bassa velocità, come il controllo industriale. Tuttavia, la fibra monomodale utilizza un tipo di mutazione a causa della piccola dispersione intermodale.
Fibra gradiente: l'indice di rifrazione del nucleo della fibra sul rivestimento di vetro viene gradualmente ridotto, consentendo alla luce ad alta modalità di propagarsi in una forma sinusoidale, che può ridurre la dispersione tra le modalità, aumentare la larghezza di banda della fibra e aumentare la distanza di trasmissione, ma il costo è La fibra in modalità superiore è per lo più fibra classificata.
Specifiche comuni delle fibre
Dimensione della fibra:
1) Diametro del nucleo monomodale: 9/125μm, 10/125μm
2) Diametro rivestimento esterno (2D) = 125μm
3) Diametro rivestimento esterno = 250μm
4) Codino: 300μm
5) Multimodale: 50/125μm, norma europea; 62,5/125μm, standard americano
6) Reti industriali, mediche e a bassa velocità: 100 / 140μm, 200/230μm
7) Plastica: 98/1000μm, utilizzato per il controllo automobilistico
Attenuazione della fibra
I principali fattori che causano l'attenuazione delle fibre sono: intrinseca, piegatura, schiacciamento, impurità, irregolarità e testa a testa.
Intrinseca: è la perdita intrinseca della fibra ottica, tra cui: diffusione di Rayleigh, assorbimento intrinseco, ecc.
Piegatura: quando la fibra viene piegata, la luce in parte della fibra verrà persa a causa della dispersione, con conseguente perdita.
Spremitura: perdita causata dalla leggera flessione della fibra quando viene schiacciata.
Impurità: le impurità presenti in una fibra ottica assorbono e diffondono la luce trasmessa nella fibra, causando perdite.
Non uniforme: la perdita causata dall'indice di rifrazione irregolare del materiale in fibra.
Docking: perdita generata durante il docking della fibra, ad esempio: assi diversi (il requisito di coassialità della fibra monomodale è inferiore a 0,8μm), la faccia finale non è perpendicolare all'asse, la faccia finale non è uniforme, il diametro del nucleo del calcio non corrisponde e la qualità della giunzione è scarsa.
Tipo di cavo ottico
1) In base alle modalità di posa: cavi ottici aerei autoportanti, cavi ottici per pipeline, cavi ottici interrati armati e cavi ottici sottomarini.
2) In base alla struttura del cavo ottico, sono presenti: cavo ottico a tubo in bundle, cavo ottico a strati intrecciati, cavo ottico a tenuta stagna, cavo ottico a nastro, cavo ottico non metallico e cavo ottico ramificabile.
3) In base allo scopo: cavi ottici per comunicazioni a lunga distanza, cavi ottici esterni per brevi distanze, cavi ottici ibridi e cavi ottici per edifici.
Connessione e terminazione di cavi ottici
La connessione e la terminazione dei cavi ottici sono le competenze di base che il personale addetto alla manutenzione dei cavi ottici deve padroneggiare.
Classificazione della tecnologia di connessione in fibra ottica:
1) La tecnologia di connessione della fibra ottica e la tecnologia di connessione del cavo ottico sono due parti.
2) L'estremità del cavo ottico è simile al collegamento del cavo ottico, tranne per il fatto che il funzionamento dovrebbe essere diverso a causa dei diversi materiali del connettore.
Tipo di connessione in fibra
La connessione del cavo in fibra ottica può generalmente essere suddivisa in due categorie:
1) Collegamento fisso della fibra ottica (comunemente noto come connettore morto). Utilizzare generalmente una giuntatrice a fusione per fibra ottica; utilizzato per la testa diretta del cavo ottico.
2) Il connettore attivo della fibra ottica (comunemente noto come connettore sotto tensione). Utilizzare connettori rimovibili (comunemente noti come giunti allentati). Per ponticello in fibra, collegamento di apparecchiature, ecc.
A causa dell'incompletezza della faccia terminale della fibra ottica e della non uniformità della pressione sulla faccia terminale della fibra ottica, la perdita di giunzione della fibra ottica a causa di una scarica è ancora relativamente grande e il metodo di fusione a scarica secondaria è ora utilizzato. Innanzitutto, preriscaldare e scaricare la faccia terminale della fibra, modellare la faccia finale, rimuovere polvere e detriti e uniformare la pressione finale della fibra mediante preriscaldamento.
Metodo di monitoraggio della perdita di connessione in fibra ottica
Esistono tre metodi per monitorare la perdita di connessione in fibra:
1. Monitorare sulla giuntatrice.
2. Monitoraggio della sorgente luminosa e del misuratore di potenza ottica.
3. Metodo di misurazione OTDR
Metodo operativo della connessione in fibra ottica
Le operazioni di connessione in fibra ottica si dividono generalmente in:
1. Manipolazione delle facce terminali delle fibre.
2. Installazione del collegamento della fibra ottica.
3. Giunzione di fibra ottica.
4. Protezione dei connettori in fibra ottica.
5. Sono presenti cinque passaggi per il vassoio in fibra rimanente.
Generalmente, il collegamento dell'intero cavo ottico viene eseguito secondo i seguenti passaggi:
Passaggio 1: molto lungo, aprire e spellare il cavo ottico, rimuovere la guaina del cavo
Passaggio 2: pulire e rimuovere la pasta di riempimento a base di petrolio nel cavo ottico.
Passaggio 3: raggruppare la fibra.
Passaggio 4: controllare il numero di nuclei della fibra, eseguire l'accoppiamento delle fibre e verificare se le etichette dei colori delle fibre sono corrette.
Passaggio 5: rafforzare la connessione cardiaca;
Passaggio 6: varie coppie di linee ausiliarie, comprese coppie di linee business, coppie di linee di controllo, linee di terra schermate, ecc. (se le coppie di linee sopra menzionate sono disponibili.
Passaggio 7: collegare la fibra.
Passaggio 8: proteggere il connettore della fibra ottica;
Fase 9: stoccaggio in inventario della fibra rimanente;
Passo 10: Completare il collegamento della guaina del cavo ottico;
Passo 11: Protezione dei connettori in fibra ottica
Perdita di fibre
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB/km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3 dB/km
850 nm: da 2,3 a 3,4 dB/Km
Perdita del punto di fusione della fibra ottica: 0,08 dB/punto
Punto di giunzione della fibra 1 punto / 2 km
Nomi comuni di fibre
1) Attenuazione
Attenuazione: perdita di energia quando la luce viene trasmessa in fibra ottica, fibra monomodale 1310 nm 0,4 ~ 0,6 dB / km, 1550 nm 0,2 ~ 0,3 dB / km; fibra multimodale plastica 300dB/km
2) Dispersione
Dispersione: la larghezza di banda degli impulsi luminosi aumenta dopo aver percorso una certa distanza lungo la fibra. È il principale fattore che limita la velocità di trasmissione.
Dispersione intermodale: si verifica solo nelle fibre multimodali, poiché diverse modalità di luce viaggiano lungo percorsi diversi.
Dispersione del materiale: diverse lunghezze d'onda della luce viaggiano a velocità diverse.
Dispersione della guida d'onda: ciò si verifica perché l'energia luminosa viaggia a velocità leggermente diverse mentre attraversa il nucleo e il rivestimento. Nella fibra monomodale, è molto importante modificare la dispersione della fibra modificando la struttura interna della fibra.
Tipo di fibra
Il punto di dispersione zero G.652 è di circa 1300 nm
Il punto di dispersione zero G.653 è di circa 1550 nm
Fibra a dispersione negativa G.654
Fibra a dispersione spostata G.655
Fibra ad onda intera
3) dispersione
A causa della struttura di base imperfetta della luce, si verifica la perdita di energia luminosa e la trasmissione della luce in questo momento non ha più una buona direttività.
Conoscenza base del sistema in fibra ottica
Introduzione all'architettura e alle funzioni di un sistema in fibra ottica di base:
1. Unità di invio: converte i segnali elettrici in segnali ottici;
2. Unità di trasmissione: mezzo che trasporta segnali ottici;
3. Unità ricevente: riceve i segnali ottici e li converte in segnali elettrici;
4. Collegare il dispositivo: collegare la fibra ottica alla sorgente luminosa, al rilevamento della luce e ad altre fibre ottiche.
Tipi di connettori comuni
Tipo di faccia terminale del connettore
Accoppiatore
La funzione principale è quella di distribuire segnali ottici. Applicazioni importanti sono nelle reti in fibra ottica, soprattutto nelle reti locali e nei dispositivi di multiplazione a divisione di lunghezza d'onda.
struttura di base
L'accoppiatore è un dispositivo passivo bidirezionale. Le forme base sono albero e stella. L'accoppiatore corrisponde allo splitter.
WDM
WDM—Il multiplexer a divisione di lunghezza d'onda trasmette più segnali ottici in una fibra ottica. Questi segnali ottici hanno frequenze diverse e colori diversi. Il multiplexer WDM deve accoppiare più segnali ottici nella stessa fibra ottica; il multiplexer demultiplexing serve a distinguere più segnali ottici da una fibra ottica.
Multiplexer a divisione di lunghezza d'onda (legenda)
Definizione di impulsi nei sistemi digitali:
1. Ampiezza: l'altezza dell'impulso rappresenta l'energia di potenza ottica nel sistema in fibra ottica.
2. Tempo di salita: il tempo necessario affinché l'impulso salga dal 10% al 90% dell'ampiezza massima.
3. Tempo di caduta: il tempo necessario affinché l'impulso scenda dal 90% al 10% dell'ampiezza.
4. Ampiezza dell'impulso: l'ampiezza dell'impulso nella posizione di ampiezza del 50%, espressa in tempo.
5. Ciclo: il tempo specifico dell'impulso è il tempo di lavoro richiesto per completare un ciclo.
6. Rapporto di estinzione: il rapporto tra la potenza della luce di segnalazione 1 e la potenza della luce di segnalazione 0.
Definizione di unità comuni nella comunicazione in fibra ottica:
1.dB = 10 log10 (Pout / Pin)
Pout: potenza in uscita; Pin: potenza in ingresso
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), che è un'unità ampiamente utilizzata nell'ingegneria delle comunicazioni; solitamente rappresenta la potenza ottica avendo come riferimento 1 milliwatt;
esempio:–10dBm significa che la potenza ottica è pari a 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P/1uw)