Concetti base della comunicazione in fibra ottica.
Una fibra ottica è una guida d'onda ottica dielettrica, una struttura di guida d'onda che blocca la luce e la propaga nella direzione assiale.
Fibra molto fine composta da vetro di quarzo, resina sintetica, ecc.
Fibra monomodale: core 8-10um, rivestimento 125um
Fibra multimodale: core 51um, rivestimento 125um
Il metodo di comunicazione per trasmettere segnali ottici utilizzando fibre ottiche è chiamato comunicazione in fibra ottica.
Le onde luminose appartengono alla categoria delle onde elettromagnetiche.
L'intervallo di lunghezze d'onda della luce visibile è 390-760 nm, la porzione maggiore di 760 nm è la luce infrarossa e la porzione inferiore a 390 nm è la luce ultravioletta.
Finestra di lavoro dell'onda luminosa (tre finestre di comunicazione):
La gamma di lunghezze d'onda utilizzata nella comunicazione in fibra ottica è nella regione del vicino infrarosso
Regione a lunghezza d'onda corta (luce visibile, che è una luce arancione a occhio nudo) luce arancione 850 nm
Regione di lunghezza d'onda lunga (regione di luce invisibile) 1310 nm (punto di dispersione minimo teorico), 1550 nm (punto di attenuazione minima teorica)
Struttura e classificazione delle fibre
1.La struttura della fibra
La struttura della fibra ideale: nucleo, rivestimento, rivestimento, camicia.
Il nucleo e il rivestimento sono realizzati in materiale di quarzo e le proprietà meccaniche sono relativamente fragili e facili da rompere. Pertanto, vengono generalmente aggiunti due strati di rivestimento, uno di tipo resina e uno strato di tipo nylon, in modo che le prestazioni flessibili della fibra raggiungano i requisiti di applicazione pratica del progetto.
2.Classificazione delle fibre ottiche
(1) La fibra è divisa in base alla distribuzione dell'indice di rifrazione della sezione trasversale della fibra: è divisa in una fibra di tipo a gradini (fibra uniforme) e una fibra graduata (fibra non uniforme).
Supponiamo che il nucleo abbia un indice di rifrazione pari a n1 e che l'indice di rifrazione del rivestimento sia n2.
Affinché il nucleo possa trasmettere la luce su lunghe distanze, la condizione necessaria per costruire la fibra ottica è n1>n2
La distribuzione dell'indice di rifrazione di una fibra uniforme è una costante
La legge di distribuzione dell'indice di rifrazione della fibra non uniforme:
Tra questi, △ – differenza relativa dell'indice di rifrazione
Α—indice di rifrazione, α=∞—fibra con distribuzione dell'indice di rifrazione a gradini, α=2—fibra con distribuzione dell'indice di rifrazione a legge quadrata (una fibra graduata). Questa fibra viene confrontata con altre fibre classificate. Dispersione modalità minima ottimale.
(1) In base al numero di modalità trasmesse nel nucleo: diviso in fibra multimodale e fibra monomodale
Il modello qui si riferisce alla distribuzione di un campo elettromagnetico di luce trasmesso in una fibra ottica. Diverse distribuzioni di campo corrispondono a una modalità diversa.
Modalità singola (nella fibra viene trasmessa una sola modalità), multimodale (nella fibra vengono trasmesse più modalità contemporaneamente)
Attualmente, a causa dei crescenti requisiti sulla velocità di trasmissione e del crescente numero di trasmissioni, la rete dell'area metropolitana si sta sviluppando nella direzione dell'alta velocità e della grande capacità, quindi la maggior parte di esse sono fibre a gradini monomodali. (Le caratteristiche di trasmissione stessa sono migliori della fibra multimodale)
(2) Caratteristiche della fibra ottica:
①Caratteristiche di perdita della fibra ottica: le onde luminose vengono trasmesse nella fibra ottica e la potenza ottica diminuisce gradualmente all'aumentare della distanza di trasmissione.
Le cause della perdita di fibra includono: perdita di accoppiamento, perdita di assorbimento, perdita di dispersione e perdita di radiazione da flessione.
La perdita di accoppiamento è la perdita causata dall'accoppiamento tra la fibra e il dispositivo.
Le perdite di assorbimento sono causate dall'assorbimento dell'energia luminosa da parte dei materiali fibrosi e delle impurità.
La perdita di diffusione è divisa in scattering di Rayleigh (non uniformità dell'indice di rifrazione) e scattering della guida d'onda (irregolarità del materiale).
La perdita di radiazione da flessione è la perdita causata dalla flessione della fibra che porta alla modalità di radiazione causata dalla flessione della fibra.
②Caratteristiche di dispersione della fibra ottica: diversi componenti di frequenza nel segnale trasmesso dalla fibra ottica hanno velocità di trasmissione diverse e il fenomeno fisico della distorsione causato dall'ampliamento dell'impulso del segnale quando raggiunge il terminale è chiamato dispersione.
La dispersione è divisa in dispersione modale, dispersione del materiale e dispersione della guida d'onda.
Componenti di base dei sistemi di comunicazione in fibra ottica
Invia parte:
Il segnale di modulazione degli impulsi emesso dal trasmettitore elettrico (terminale elettrico) viene inviato al trasmettitore ottico (il segnale inviato dal trasmettitore controllato dal programmainterruttoreviene elaborato, la forma d'onda viene modellata, l'inverso dell'andamento viene trasformato... in un segnale elettrico adeguato e inviato al trasmettitore ottico)
Il ruolo principale di un trasmettitore ottico è convertire un segnale elettrico in un segnale ottico accoppiato alla fibra.
Parte ricevente:
Conversione dei segnali ottici trasmessi attraverso le fibre ottiche in segnali elettrici
L'elaborazione del segnale elettrico viene ripristinata al segnale originale modulato a impulsi e inviato al terminale elettrico (il segnale elettrico inviato dal ricevitore ottico viene elaborato, la forma d'onda viene modellata, l'inverso dell'andamento viene invertito... il segnale elettrico appropriato viene rinviato al programmabileinterruttore)
Parte della trasmissione:
Fibra monomodale, ripetitore ottico (ripetitore rigenerativo elettrico (amplificazione della conversione ottico-elettrico-ottico, il ritardo di trasmissione sarà maggiore, il circuito di decisione degli impulsi verrà utilizzato per modellare la forma d'onda e la temporizzazione), amplificatore in fibra drogata con erbio (completa l'amplificazione a livello ottico, senza modellamento della forma d'onda)
(1) Trasmettitore ottico: è un ricetrasmettitore ottico che realizza la conversione elettrico/ottico. È costituito da una sorgente luminosa, un driver e un modulatore. La funzione è quella di modulare l'onda luminosa dalla macchina elettrica all'onda luminosa emessa dalla sorgente luminosa per diventare un'onda attenuata, e quindi accoppiare il segnale ottico modulato alla fibra ottica o al cavo ottico per la trasmissione.
(2) Ricevitore ottico: è un ricetrasmettitore ottico che realizza la conversione ottico/elettrico. Il modello di utilità è composto da un circuito di rilevamento della luce e da un amplificatore ottico e la funzione è convertire il segnale ottico trasmesso dalla fibra ottica o dal cavo ottico in un segnale elettrico tramite il rilevatore ottico, quindi amplificare il segnale elettrico debole per un livello sufficiente attraverso il circuito di amplificazione per essere inviato al segnale. L'estremità ricevente della macchina elettrica va.
(3) Fibra/cavo: la fibra o il cavo costituiscono il percorso di trasmissione della luce. La funzione è quella di trasmettere il segnale attenuato inviato dall'estremità trasmittente al rilevatore ottico dell'estremità ricevente dopo la trasmissione a lunga distanza attraverso la fibra ottica o il cavo ottico per completare l'attività di trasmissione delle informazioni.
(4) Ripetitore ottico: è costituito da un fotorilevatore, una sorgente luminosa e un circuito di rigenerazione decisionale. Le funzioni sono due: una è quella di compensare l'attenuazione del segnale ottico trasmesso nella fibra ottica; l'altro è modellare l'impulso della distorsione della forma d'onda.
(5) Componenti passivi come connettori in fibra ottica, accoppiatori (non è necessario fornire alimentazione separatamente, ma il dispositivo presenta ancora perdite): poiché la lunghezza della fibra o del cavo è limitata dal processo di trafilatura della fibra e dalle condizioni di costruzione del cavo, e il anche la lunghezza della fibra è Limite (ad esempio 2 km). Pertanto, potrebbe esserci il problema che una pluralità di fibre ottiche siano collegate in una linea di fibra ottica. Pertanto sono indispensabili la connessione tra fibre ottiche, la connessione e l'accoppiamento di fibre ottiche e ricetrasmettitori ottici e l'uso di componenti passivi come connettori e accoppiatori ottici.
La superiorità della comunicazione in fibra ottica
Larghezza di banda di trasmissione, grande capacità di comunicazione
Bassa perdita di trasmissione e grande distanza del relè
Forte interferenza anti-elettromagnetica
(Oltre al wireless: i segnali wireless hanno molti effetti, vantaggi multipercorso, effetti ombra, sbiadimento di Rayleigh, effetti Doppler
Rispetto al cavo coassiale: il segnale ottico è più grande del cavo coassiale e ha una buona riservatezza)
La frequenza dell'onda luminosa è molto elevata, rispetto ad altre onde elettromagnetiche, l'interferenza è ridotta.
Svantaggi del cavo ottico: scarse proprietà meccaniche, facile da rompere (migliora le prestazioni meccaniche, avrà un impatto sulla resistenza alle interferenze), richiede molto tempo per la costruzione ed è influenzato dalle condizioni geografiche.