광섬유 통신의 기본 개념.
광섬유는 유전체 광도파로로서, 빛을 차단하고 빛을 축방향으로 전파시키는 도파관 구조이다.
석영유리, 합성수지 등으로 만들어진 매우 가는 섬유입니다.
단일 모드 광섬유: 코어 8-10um, 클래딩 125um
다중 모드 광섬유: 코어 51um, 클래딩 125um
광섬유를 이용하여 광신호를 전송하는 통신방식을 광섬유통신이라고 한다.
빛파는 전자기파의 범주에 속합니다.
가시광선의 파장 범위는 390~760nm이며, 760nm보다 큰 부분은 적외선, 390nm보다 작은 부분은 자외선이다.
광파 작업 창(통신 창 3개):
광섬유 통신에 사용되는 파장 범위는 근적외선 영역입니다.
단파장 영역(가시광선, 육안으로 보면 주황색 빛) 850nm 주황색 빛
장파장 영역(가시광선 영역) 1310nm(이론적 최소 분산점), 1550nm(이론적 최소 감쇠점)
섬유 구조 및 분류
1.섬유의 구조
이상적인 섬유 구조: 코어, 클래딩, 코팅, 재킷.
코어와 클래딩은 석영 소재로 만들어졌으며 기계적 특성은 상대적으로 약하고 부서지기 쉽습니다. 따라서 일반적으로 코팅 층 2개, 수지 유형 1개 및 나일론 유형 1개 층을 추가하여 섬유의 유연한 성능이 프로젝트의 실제 적용 요구 사항에 도달합니다.
2. 광섬유의 분류
(1) 섬유는 섬유 단면의 굴절률 분포에 따라 구분되는데, 계단형 섬유(균일 섬유)와 등급 섬유(불균일 섬유)로 구분된다.
코어의 굴절률이 n1이고 클래딩의 굴절률이 n2라고 가정합니다.
코어가 빛을 장거리로 전송할 수 있도록 광섬유 구성에 필요한 조건은 n1 > n2 이다.
균일한 섬유의 굴절률 분포는 일정합니다.
불균일 섬유의 굴절률 분포 법칙:
그 중 △ – 상대굴절률 차이
A - 굴절률, α=무한대 - 계단식 굴절률 분포 섬유, α=2 - 제곱 법칙 굴절률 분포 섬유(등급화된 섬유). 이 섬유는 다른 등급의 섬유와 비교됩니다. 모드 분산 최소 최적.
(1) 코어에서 전송되는 모드 수에 따라 다중 모드 광섬유와 단일 모드 광섬유로 구분됩니다.
여기서 패턴은 광섬유를 통해 전송되는 빛의 전자기장의 분포를 나타냅니다. 다른 필드 분포는 다른 모드입니다.
단일 모드(광섬유에서는 하나의 모드만 전송됨), 다중 모드(광섬유에서는 여러 모드가 동시에 전송됨)
현재, 전송률에 대한 요구가 증가하고 전송 횟수가 증가함에 따라 수도권 네트워크는 고속, 대용량 방향으로 발전하고 있으므로 대부분이 단일 모드 계단식 광섬유입니다. (그 자체의 전송 특성은 다중 모드 광섬유보다 우수합니다.)
(2) 광섬유의 특성:
①광섬유의 손실특성 : 광섬유에서는 빛의 파장이 전달되며, 전송거리가 길어질수록 광파워는 점차 감소한다.
섬유 손실의 원인에는 결합 손실, 흡수 손실, 산란 손실 및 굽힘 방사선 손실이 포함됩니다.
결합 손실은 광섬유와 장치 사이의 결합으로 인해 발생하는 손실입니다.
흡수 손실은 섬유 재료와 불순물에 의한 빛 에너지의 흡수로 인해 발생합니다.
산란 손실은 레일리 산란(굴절률 불균일)과 도파관 산란(재료 불균일)으로 구분됩니다.
굽힘 방사 손실은 섬유의 굽힘으로 인한 방사 모드로 이어지는 섬유의 굽힘으로 인한 손실입니다.
②광섬유의 분산 특성: 광섬유가 전송하는 신호의 서로 다른 주파수 성분은 전송 속도가 다르며, 신호 펄스가 단말에 도달할 때 확장되어 발생하는 왜곡의 물리적 현상을 분산이라고 합니다.
분산은 모드 분산, 물질 분산, 도파관 분산으로 구분됩니다.
광섬유 통신 시스템의 기본 구성 요소
부품 보내기:
전기 송신기(전기 단자)에서 출력된 펄스 변조 신호는 광 송신기(프로그램 제어에 의해 전송된 신호)로 전송됩니다.스위치처리되고, 파형이 형성되고, 패턴의 역이 변경되어… 적절한 전기 신호로 변환되어 광 송신기로 전송됩니다.
광 송신기의 주요 역할은 전기 신호를 광섬유에 연결된 광 신호로 변환하는 것입니다.
수신 부분:
광섬유를 통해 전송된 광신호를 전기신호로 변환
전기 신호의 처리는 원래의 펄스 변조 신호로 복원되어 전기 단자로 전송됩니다(광 수신기에서 보낸 전기 신호가 처리되고 파형이 형성되고 패턴의 역이 반전됩니다… 적절한 전기 신호는 프로그래밍 가능한 장치로 다시 전송됨스위치)
전송 부분:
단일 모드 광섬유, 광 중계기(전기 재생 중계기(광-전기-광 변환 증폭, 전송 지연이 더 커짐, 펄스 결정 회로를 사용하여 파형 및 타이밍 형성), 에르븀 첨가 광섬유 증폭기(증폭 완료) 파형 형성 없이 광학 수준에서)
(1) 광송신기: 전기/광 변환을 구현하는 광송수신기이다. 광원, 드라이버 및 변조기로 구성됩니다. 기능은 전기 기계의 광파를 광원에서 방출되는 광파로 변조하여 희미한 파동으로 만든 다음 변조된 광 신호를 광섬유 또는 광케이블에 연결하여 전송하는 것입니다.
(2) 광수신기: 광/전기적 변환을 구현하는 광트랜시버이다. 실용 신안은 광 검출 회로와 광 증폭기로 구성되며 광섬유 또는 광 케이블에서 전송되는 광 신호를 광 검출기에 의해 전기 신호로 변환 한 다음 약한 전기 신호를 증폭하여 증폭 회로를 통해 충분한 레벨이 신호로 전송됩니다. 전기 기계의 수신 측이 이동합니다.
(3) 광섬유/케이블: 광섬유 또는 케이블은 빛의 전달 경로를 구성합니다. 기능은 광섬유 또는 광케이블을 통해 장거리 전송 후 송신단에서 보낸 희미한 신호를 수신단의 광 검출기로 전송하여 정보 전송 작업을 완료하는 것입니다.
(4) 광중계기: 광검출기, 광원, 판정 재생회로로 구성된다. 두 가지 기능이 있습니다. 하나는 광섬유에서 전송되는 광 신호의 감쇠를 보상하는 것입니다. 다른 하나는 파형 왜곡의 펄스를 형성하는 것입니다.
(5) 광섬유 커넥터, 커플러 등 수동 부품(별도로 전원을 공급할 필요는 없지만 장치는 여전히 손실이 있음): 광섬유 또는 케이블의 길이는 광섬유 인발 공정 및 케이블 구성 조건에 의해 제한되기 때문에 광섬유 길이도 제한됩니다(예: 2km). 따라서, 하나의 광섬유 라인에 다수의 광섬유가 연결되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 광섬유 간의 연결, 광섬유와 광트랜시버의 연결 및 결합, 광 커넥터 및 커플러와 같은 수동 부품의 사용이 필수적입니다.
광섬유 통신의 우수성
전송 대역폭, 대용량 통신 용량
낮은 전송 손실 및 넓은 릴레이 거리
강한 전자기 간섭
(무선 너머: 무선 신호에는 다중 경로 이점, 그림자 효과, 레일리 페이딩, 도플러 효과 등 다양한 효과가 있습니다.
동축 케이블과 비교: 광 신호는 동축 케이블보다 크고 기밀성이 좋습니다)
광파의 주파수는 매우 높으며 다른 전자기파에 비해 간섭이 적습니다.
광케이블의 단점: 기계적 특성이 좋지 않고 파손되기 쉬우며(기계적 성능이 향상되고 간섭 저항에 영향을 미침) 구축하는 데 오랜 시간이 걸리고 지리적 조건의 영향을 받습니다.