Basisconcept van optische vezelcommunicatie.
Een optische vezel is een diëlektrische optische golfgeleider, een golfgeleiderstructuur die licht blokkeert en licht in de axiale richting voortplant.
Zeer fijne vezel van kwartsglas, kunsthars enz.
Single-mode vezel: kern 8-10um, bekleding 125um
Multimode-vezel: kern 51um, bekleding 125um
De communicatiemethode voor het verzenden van optische signalen met behulp van optische vezels wordt optische vezelcommunicatie genoemd.
Lichtgolven behoren tot de categorie elektromagnetische golven.
Het golflengtebereik van zichtbaar licht is 390-760 nm, het gedeelte groter dan 760 nm is infrarood licht en het gedeelte kleiner dan 390 nm is ultraviolet licht.
Lichtgolfwerkvenster (drie communicatievensters):
Het golflengtebereik dat wordt gebruikt bij glasvezelcommunicatie ligt in het nabij-infrarode gebied
Kortegolflengtegebied (zichtbaar licht, dat met het blote oog oranje licht is) 850 nm oranje licht
Langegolflengtegebied (onzichtbaar lichtgebied) 1310 nm (theoretisch minimaal dispersiepunt), 1550 nm (het theoretisch minimale verzwakkingspunt)
Vezelstructuur en classificatie
1.De structuur van de vezel
De ideale vezelstructuur: kern, bekleding, coating, mantel.
De kern en bekleding zijn gemaakt van kwartsmateriaal en de mechanische eigenschappen zijn relatief kwetsbaar en gemakkelijk te breken. Daarom worden doorgaans twee lagen coatinglaag, één harstype en één laag nylontype, toegevoegd, zodat de flexibele prestaties van de vezel voldoen aan de praktische toepassingsvereisten van het project.
2.Classificatie van optische vezels
(1) De vezel wordt verdeeld volgens de brekingsindexverdeling van de dwarsdoorsnede van de vezel: deze is verdeeld in een stapvormige vezel (uniforme vezel) en een gegradeerde vezel (niet-uniforme vezel).
Neem aan dat de kern een brekingsindex van n1 heeft en dat de brekingsindex van de bekleding n2 is.
Om de kern in staat te stellen licht over lange afstanden door te laten, is de noodzakelijke voorwaarde voor het construeren van de optische vezel n1>n2
De brekingsindexverdeling van een uniforme vezel is constant
De brekingsindexverdelingswet van niet-uniforme vezels:
Onder hen △ – relatief brekingsindexverschil
Α - brekingsindex, α = ∞ - stapvormige brekingsindexverdelingsvezel, α = 2 - kwadratische brekingsindexverdelingsvezel (een gegradeerde vezel). Deze vezel wordt vergeleken met andere kwaliteitsvezels. Minimale spreiding van de modus is optimaal.
(1) Volgens het aantal modi dat in de kern wordt verzonden: verdeeld in multimode glasvezel en single mode glasvezel
Het patroon verwijst hier naar de verdeling van een elektromagnetisch veld van licht dat door een optische vezel wordt uitgezonden. Verschillende veldverdelingen zijn een andere modus.
Single mode (slechts één modus wordt verzonden in de glasvezel), multimode (meerdere modi worden tegelijkertijd verzonden in de glasvezel)
Momenteel ontwikkelt het grootstedelijk gebiedsnetwerk zich, als gevolg van de toenemende eisen aan de transmissiesnelheid en het toenemende aantal transmissies, in de richting van hoge snelheid en grote capaciteit, zodat de meeste daarvan getrapte single-mode vezels zijn. (De transmissie-eigenschappen van zichzelf zijn beter dan multimode glasvezel)
(2) Kenmerken van optische vezels:
①Verlieskarakteristieken van optische vezels: lichtgolven worden verzonden in de optische vezel en het optische vermogen neemt geleidelijk af naarmate de transmissieafstand groter wordt.
De oorzaken van vezelverlies zijn onder meer: koppelingsverlies, absorptieverlies, verstrooiingsverlies en verlies door buigstraling.
Koppelingsverlies is het verlies dat wordt veroorzaakt door de koppeling tussen de vezel en het apparaat.
Absorptieverliezen worden veroorzaakt door de absorptie van lichtenergie door vezelmaterialen en onzuiverheden.
Het verstrooiingsverlies wordt onderverdeeld in Rayleigh-verstrooiing (niet-uniformiteit van de brekingsindex) en golfgeleiderverstrooiing (materiaaloneffenheden).
Het buigstralingsverlies is het verlies dat wordt veroorzaakt door het buigen van de vezel, wat leidt tot de stralingsmodus die wordt veroorzaakt door het buigen van de vezel.
②Dispersiekarakteristieken van optische vezels: verschillende frequentiecomponenten in het signaal dat door de optische vezel wordt verzonden, hebben verschillende transmissiesnelheden, en het fysieke fenomeen van vervorming veroorzaakt door signaalpulsverbreding bij het bereiken van de terminal wordt dispersie genoemd.
De dispersie is verdeeld in modale dispersie, materiaaldispersie en golfgeleiderdispersie.
Basiscomponenten van optische vezelcommunicatiesystemen
Deel verzenden:
Het door de elektrische zender (elektrische aansluiting) afgegeven pulsmodulatiesignaal wordt naar de optische zender gestuurd (het signaal verzonden door de programmagestuurde zender).schakelaarwordt verwerkt, de golfvorm wordt gevormd, de inverse van het patroon wordt veranderd... in een geschikt elektrisch signaal en naar de optische zender gestuurd)
De primaire rol van een optische zender is het omzetten van een elektrisch signaal in een optisch signaal dat in de vezel wordt gekoppeld.
Ontvangend onderdeel:
Het omzetten van optische signalen die via optische vezels worden verzonden, in elektrische signalen
De verwerking van het elektrische signaal wordt hersteld naar het oorspronkelijke pulsgemoduleerde signaal en naar de elektrische aansluiting gestuurd (het elektrische signaal verzonden door de optische ontvanger wordt verwerkt, de golfvorm wordt gevormd, het omgekeerde van het patroon wordt omgekeerd... het juiste elektrische signaal wordt teruggestuurd naar het programmeerbareschakelaar)
Transmissiedeel:
Single-mode glasvezel, optische repeater (elektrische regeneratieve repeater (optisch-elektrisch-optische conversieversterking, transmissievertraging zal groter zijn, pulsbeslissingscircuit zal worden gebruikt om de golfvorm en timing vorm te geven), erbium-gedoteerde vezelversterker (voltooit de versterking op optisch niveau, zonder golfvormvorming)
(1) Optische zender: Het is een optische zenderontvanger die elektrische/optische conversie realiseert. Het bestaat uit een lichtbron, een driver en een modulator. De functie is om de lichtgolf van de elektrische machine te moduleren naar de lichtgolf uitgezonden door de lichtbron om een gedimde golf te worden, en vervolgens het gemoduleerde optische signaal te koppelen aan de optische vezel of de optische kabel voor transmissie.
(2) Optische ontvanger: is een optische zendontvanger die optische/elektrische conversie realiseert. Het gebruiksmodel bestaat uit een lichtdetectiecircuit en een optische versterker, en de functie is om het optische signaal dat door de optische vezel of de optische kabel wordt verzonden om te zetten in een elektrisch signaal door de optische detector, en vervolgens het zwakke elektrische signaal te versterken. een voldoende niveau via het versterkingscircuit om naar het signaal te worden verzonden. Het ontvangende uiteinde van de elektrische machine gaat.
(3) Vezel/kabel: Vezel of kabel vormen het transmissiepad van licht. De functie is om het gedimde signaal dat door het zendende uiteinde wordt verzonden naar de optische detector van het ontvangende uiteinde te verzenden na transmissie over lange afstanden via de optische vezel of de optische kabel om de taak van het verzenden van informatie te voltooien.
(4) Optische repeater: bestaat uit een fotodetector, een lichtbron en een beslissingsregeneratiecircuit. Er zijn twee functies: de ene is het compenseren van de verzwakking van het optische signaal dat in de optische vezel wordt verzonden; de andere is om de puls van de golfvormvervorming vorm te geven.
(5) Passieve componenten zoals glasvezelconnectoren, koppelaars (het is niet nodig om afzonderlijk stroom te leveren, maar het apparaat is nog steeds verliesgevend): Omdat de lengte van de vezel of kabel wordt beperkt door het vezeltrekproces en de omstandigheden van de kabelconstructie, en de lengte van de vezel is ook limiet (bijvoorbeeld 2 km). Daarom kan er een probleem zijn dat meerdere optische vezels op één optische vezellijn zijn aangesloten. Daarom zijn de verbinding tussen optische vezels, de verbinding en koppeling van optische vezels en optische zendontvangers, en het gebruik van passieve componenten zoals optische connectoren en koppelaars onmisbaar.
De superioriteit van optische vezelcommunicatie
Transmissiebandbreedte, grote communicatiecapaciteit
Laag transmissieverlies en grote relaisafstand
Sterke anti-elektromagnetische interferentie
(Behalve draadloos: draadloze signalen hebben veel effecten, multipath-voordelen, schaduweffecten, Rayleigh-fading, Doppler-effecten
Vergeleken met coaxkabel: optisch signaal is groter dan coaxkabel en heeft een goede vertrouwelijkheid)
De frequentie van de lichtgolf is erg hoog, vergeleken met andere elektromagnetische golven is de interferentie klein.
Nadelen van optische kabels: slechte mechanische eigenschappen, gemakkelijk te breken (verbetering van de mechanische prestaties, zal een impact hebben op de interferentieweerstand), het duurt lang om te bouwen en wordt beïnvloed door geografische omstandigheden.