Fordeler med fiberoptisk kommunikasjon:
● Stor kommunikasjonskapasitet
● Lang stafettdistanse
● Ingen elektromagnetisk interferens
● Rike ressurser
● Lett vekt og liten størrelse
En kort historie om optisk kommunikasjon
For mer enn 2000 år siden lyser beacon, semaforer
1880, optisk telefon-trådløs optisk kommunikasjon
1970, fiberoptisk kommunikasjon
● I 1966, "Father of Optical Fiber", foreslo Dr. Gao Yong først ideen om optisk fiberkommunikasjon.
● I 1970 var Lin Yanxiong fra Bell Yan Institute en halvlederlaser som kunne arbeide kontinuerlig ved romtemperatur.
● I 1970 tapte Cornings Kapron 20dB/km fiber.
● I 1977, Chicagos første kommersielle linje på 45Mb/s.
Elektromagnetisk spektrum
Kommunikasjonsbåndinndeling og tilsvarende overføringsmedier
Refraksjon / refleksjon og total refleksjon av lys
Fordi lys beveger seg forskjellig i forskjellige stoffer, når lys sendes ut fra ett stoff til et annet, oppstår brytning og refleksjon i grensesnittet mellom de to stoffene. Dessuten varierer vinkelen til det brutte lyset med vinkelen til det innfallende lyset. Når vinkelen på det innfallende lyset når eller overskrider en viss vinkel, vil det brutte lyset forsvinne, og alt det innfallende lyset vil bli reflektert tilbake. Dette er den totale refleksjon av lyset. Ulike materialer har forskjellige brytningsvinkler for samme bølgelengde av lys (det vil si at forskjellige materialer har forskjellige brytningsindekser), og de samme materialene har forskjellige brytningsvinkler for forskjellige bølgelengder av lys. Optisk fiberkommunikasjon er basert på ovennevnte prinsipper.
Refleksjonsfordeling: En viktig parameter for å karakterisere optiske materialer er brytningsindeksen, som er representert ved N. Forholdet mellom lyshastigheten C i vakuumet og lyshastigheten V i materialet er brytningsindeksen til materialet.
N = C/V
Brytningsindeksen til kvartsglass for optisk fiberkommunikasjon er omtrent 1,5.
Fiberstruktur
Fiberbar fiber er vanligvis delt inn i tre lag:
Det første laget: den sentrale glasskjernen med høy brytningsindeks (kjernediameter er vanligvis 9-10μm, (enkeltmodus) 50 eller 62,5 (multimode).
Det andre laget: midten er silikaglassbekledningen med lav brytningsindeks (diameteren er vanligvis 125μm).
Det tredje laget: det ytterste er et harpiksbelegg for forsterkning.
1) kjerne: høy brytningsindeks, brukt til å overføre lys;
2) Kledningsbelegg: lav brytningsindeks, danner en total refleksjonstilstand med kjernen;
3) Beskyttelsesjakke: Den har høy styrke og tåler store støt for å beskytte den optiske fiberen.
3 mm optisk kabel: oransje, MM, multi-modus; gul, SM, enkeltmodus
Fiberstørrelse
Den ytre diameteren er vanligvis 125um (gjennomsnittlig 100um per hårstrå)
Indre diameter: enkeltmodus 9um; multimodus 50 / 62.5um
Numerisk blenderåpning
Ikke alt lys som faller inn på endeflaten av den optiske fiberen kan overføres av den optiske fiberen, men bare innfallende lys innenfor et visst vinklerområde. Denne vinkelen kalles fiberens numeriske åpning. En større numerisk åpning av den optiske fiberen er fordelaktig for dokkingen av den optiske fiberen. Ulike produsenter har forskjellige numeriske blenderåpninger.
Type fiber
I henhold til overføringsmodusen for lys i den optiske fiberen, kan den deles inn i:
Multi-Mode (forkortelse: MM); Single-Mode (forkortelse: SM)
Multimodusfiber: Den midtre glasskjernen er tykkere (50 eller 62,5μm) og kan overføre lys i flere moduser. Imidlertid er spredningen mellom modusene stor, noe som begrenser frekvensen for overføring av digitale signaler, og den vil bli mer alvorlig med økende avstand.For eksempel: 600MB / KM fiber har bare 300MB båndbredde ved 2KM. Derfor er overføringsavstanden til flermodusfiber relativt kort, vanligvis bare noen få kilometer.
Enkeltmodusfiber: Den midtre glasskjernen er relativt tynn (kjernediameteren er vanligvis 9 eller 10μm), og kan bare overføre lys i én modus. Faktisk er det en slags trinn-type optisk fiber, men kjernediameteren er veldig liten. I teorien tillates bare det direkte lyset fra en enkelt forplantningsbane å komme inn i fiberen og forplante seg rett i fiberkjernen. Fiberpulsen er knapt strukket.Derfor er spredningen mellom modusene liten og egnet for fjernkommunikasjon, men dens kromatiske spredning spiller en stor rolle. Enkeltmodusfiber har på denne måten høyere krav til lyskildens spektrale bredde og stabilitet, det vil si at spektralbredden er smal og stabiliteten god. .
Klassifisering av optiske fibre
Etter materiale:
Glassfiber: Kjernen og kledningen er laget av glass, med lite tap, lang overføringsavstand og høye kostnader;
Gummibelagt optisk silisiumfiber: Kjernen er glass og kledningen er plast, som har lignende egenskaper som glassfiber og lavere pris;
Optisk plastfiber: Både kjernen og kledningen er av plast, med stort tap, kort overføringsavstand og lav pris. Mest brukt til husholdningsapparater, lyd og bildeoverføring på kort avstand.
I henhold til det optimale overføringsfrekvensvinduet: konvensjonell enkeltmodusfiber og dispersjonsforskjøvet enkeltmodusfiber.
Konvensjonell type: Produksjonshuset for optisk fiber optimaliserer overføringsfrekvensen for optisk fiber på en enkelt bølgelengde av lys, for eksempel 1300nm.
Dispersjonsforskjøvet type: Fiberoptikkprodusenten optimaliserer fiberoverføringsfrekvensen på to bølgelengder av lys, for eksempel: 1300nm og 1550nm.
Brå endring: Brytningsindeksen til fiberkjernen til glasskledningen er brå. Den har lave kostnader og høy spredning mellom moduser. Egnet for kortdistanse lavhastighetskommunikasjon, for eksempel industriell kontroll. Enkeltmodusfiber bruker imidlertid en mutasjonstype på grunn av den lille spredningen mellom modusene.
Gradientfiber: brytningsindeksen til fiberkjernen til glasskledningen reduseres gradvis, slik at lys i høy modus kan forplante seg i en sinusformet form, noe som kan redusere spredning mellom moduser, øke fiberbåndbredden og øke overføringsavstanden, men kostnaden er høyere Mode-fiber er for det meste gradert fiber.
Vanlige fiberspesifikasjoner
Fiberstørrelse:
1) Enkeltmodus kjernediameter: 9/125μm, 10/125μm
2) Ytre kledningsdiameter (2D) = 125μm
3) Ytre beleggdiameter = 250μm
4) Pigtail: 300μm
5) Multimodus: 50 / 125μm, europeisk standard; 62,5 / 125μm, amerikansk standard
6) Industrielle, medisinske og lavhastighetsnettverk: 100 / 140μm, 200/230μm
7) Plast: 98 / 1000μm, brukes til bilkontroll
Fiberdempning
Hovedfaktorene som forårsaker fiberdempning er: indre, bøying, klem, urenheter, ujevnheter og rumpe.
Intrinsic: Det er det iboende tapet av den optiske fiberen, inkludert: Rayleigh-spredning, iboende absorpsjon, etc.
Bøy: Når fiberen bøyes, vil lyset i en del av fiberen gå tapt på grunn av spredning, noe som resulterer i tap.
Klemming: tap forårsaket av lett bøyning av fiberen når den klemmes.
Urenheter: Urenheter i en optisk fiber absorberer og sprer lys som overføres i fiberen, og forårsaker tap.
Ikke-uniform: Tapet forårsaket av ujevn brytningsindeks til fibermaterialet.
Dokking: Tap generert under fiberdokking, for eksempel: forskjellige akser (kravet til fiberkoaksialitet i en modus er mindre enn 0,8μm), endeflaten er ikke vinkelrett på aksen, endeflaten er ujevn, buttkjernediameteren stemmer ikke overens, og skjøtekvaliteten er dårlig.
Type optisk kabel
1) I henhold til leggingsmetodene: selvbærende optiske overliggende kabler, optiske rørledningskabler, pansrede nedgravde optiske kabler og optiske undersjøiske kabler.
2) I henhold til strukturen til den optiske kabelen er det: buntet optisk rørkabel, lagtrådd optisk kabel, tett hold optisk kabel, optisk båndkabel, optisk ikke-metallkabel og forgrenbar optisk kabel.
3) I henhold til formålet: optiske kabler for langdistansekommunikasjon, utendørs optiske kabler for kortdistanse, hybride optiske kabler, og optiske kabler for bygninger.
Tilkobling og terminering av optiske kabler
Tilkobling og terminering av optiske kabler er de grunnleggende ferdighetene som vedlikeholdspersonell for optiske kabler må mestre.
Klassifisering av optisk fibertilkoblingsteknologi:
1) Tilkoblingsteknologien til optisk fiber og tilkoblingsteknologien til optisk kabel er to deler.
2) Enden på den optiske kabelen ligner på tilkoblingen til den optiske kabelen, bortsett fra at operasjonen skal være forskjellig på grunn av de forskjellige kontaktmaterialene.
Type fiberforbindelse
Fiberoptisk kabeltilkobling kan generelt deles inn i to kategorier:
1) Fast tilkobling av optisk fiber (ofte kjent som dødkontakt). Bruk vanligvis optisk fiberfusjonsskjøtemaskin; brukes for det direkte hodet til optisk kabel.
2) Den aktive kontakten til optisk fiber (ofte kjent som den aktive kontakten). Bruk avtakbare koblinger (ofte kjent som løse skjøter). For fiberhopper, utstyrstilkobling m.m.
På grunn av ufullstendigheten til endeflaten til den optiske fiberen og ujevnheten i trykket på endeflaten til den optiske fiberen, er skjøtetapet av den optiske fiberen med en utladning fortsatt relativt stort, og den sekundære utladningsfusjonsmetoden er nå brukt. Forvarm og tøm først endeflaten til fiberen, form endeflaten, fjern støv og rusk, og gjør endetrykket til fiberen jevnt ved forvarming.
Overvåkingsmetode for tap av optisk fiberforbindelse
Det er tre metoder for å overvåke tap av fiberforbindelse:
1. Overvåk på skjøtemaskinen.
2. Overvåking av lyskilde og optisk effektmåler.
3.OTDR målemetode
Driftsmetode for optisk fibertilkobling
Optiske fiberforbindelser er generelt delt inn i:
1. Håndtering av fiberendeflater.
2. Tilkoblingsinstallasjon av optisk fiber.
3. Skjøting av optisk fiber.
4. Beskyttelse av optiske fiberkontakter.
5. Det er fem trinn for gjenværende fiberbrett.
Vanligvis utføres tilkoblingen av hele den optiske kabelen i henhold til følgende trinn:
Trinn 1: mye god lengde, åpne og stripp den optiske kabelen, fjern kabelkappen
Trinn 2: Rengjør og fjern petroleumspåfyllingspastaen i den optiske kabelen.
Trinn 3: Bunt fiberen.
Trinn 4: Sjekk antall fiberkjerner, utfør fiberparing og kontroller om fiberfargeetikettene er riktige.
Trinn 5: Styrk hjerteforbindelsen;
Trinn 6: Ulike hjelpelinjepar, inkludert forretningslinjepar, kontrolllinjepar, skjermede jordlinjer osv. (hvis de ovennevnte linjeparene er tilgjengelige.
Trinn 7: Koble til fiberen.
Trinn 8: Beskytt den optiske fiberkontakten;
Trinn 9: lagerlagring av gjenværende fiber;
Trinn 10: Fullfør tilkoblingen av den optiske kabelkappen;
Trinn 11: Beskyttelse av fiberoptiske kontakter
Fibertap
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB / Km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3dB / Km
850 nm: 2,3 til 3,4 dB / Km
Optisk fiberfusjonspunkttap: 0,08dB / punkt
Fiberskjøtepunkt 1 punkt / 2km
Vanlige fibersubstantiv
1) Dempning
Dempning: energitap når lys overføres i optisk fiber, single-mode fiber 1310nm 0,4 ~ 0,6dB / km, 1550nm 0,2 ~ 0,3dB / km; plast multimode fiber 300dB / km
2) Spredning
Dispersjon: Båndbredden til lyspulser økes etter å ha reist en viss avstand langs fiberen. Det er hovedfaktoren som begrenser overføringshastigheten.
Inter-mode dispersion: Forekommer bare i multimode fibre, fordi forskjellige lysmoduser beveger seg langs forskjellige baner.
Materialspredning: Ulike bølgelengder av lys beveger seg med forskjellige hastigheter.
Bølgelederdispersjon: Dette skjer fordi lysenergi beveger seg med litt forskjellige hastigheter når den beveger seg gjennom kjernen og kledningen. I single-mode fiber er det svært viktig å endre spredningen av fiberen ved å endre fiberens indre struktur.
Fibertype
G.652 nullspredningspunkt er rundt 1300nm
G.653 nullspredningspunkt er rundt 1550nm
G.654 negativ dispersjonsfiber
G.655 dispersjonsforskjøvet fiber
Fullbølge fiber
3) spredning
På grunn av lysets ufullkomne grunnstruktur, forårsakes tap av lysenergi, og overføringen av lys på dette tidspunktet har ikke lenger god retningsevne.
Grunnleggende kunnskap om fiberoptisk system
Introduksjon til arkitekturen og funksjonene til et grunnleggende fiberoptisk system:
1. Sendeenhet: konverterer elektriske signaler til optiske signaler;
2. Overføringsenhet: et medium som bærer optiske signaler;
3. Mottaksenhet: mottar optiske signaler og konverterer dem til elektriske signaler;
4. Koble til enheten: koble den optiske fiberen til lyskilden, lysdeteksjon og andre optiske fibre.
Vanlige koblingstyper
Koblingsendeflatetype
Kobling
Hovedfunksjonen er å distribuere optiske signaler. Viktige applikasjoner er i optiske fibernettverk, spesielt i lokale nettverk og i bølgelengdedelingsmultipleksingsenheter.
grunnleggende struktur
Koblingen er en toveis passiv enhet. Grunnformene er tre og stjerne. Koblingen tilsvarer splitteren.
WDM
WDM—Wavelength Division Multiplexer overfører flere optiske signaler i en optisk fiber. Disse optiske signalene har forskjellige frekvenser og forskjellige farger. WDM-multiplekseren skal koble flere optiske signaler til samme optiske fiber; den demultipleksende multiplekseren skal skille flere optiske signaler fra en optisk fiber.
Bølgelengdedivisjonsmultiplekser (legende)
Definisjon av pulser i digitale systemer:
1. Amplitude: Høyden på pulsen representerer den optiske kraftenergien i det fiberoptiske systemet.
2. Stigetid: tiden som kreves for at pulsen skal stige fra 10 % til 90 % av maksimal amplitude.
3. Falltid: tiden som kreves for at pulsen skal falle fra 90 % til 10 % av amplituden.
4. Pulsbredde: Pulsens bredde ved 50 % amplitudeposisjon, uttrykt i tid.
5. Syklus: pulsspesifikk tid er arbeidstiden som kreves for å fullføre en syklus.
6. Ekstinksjonsforhold: Forholdet mellom 1 signallyseffekt og 0 signallyseffekt.
Definisjon av vanlige enheter i optisk fiberkommunikasjon:
1.dB = 10 log10 (utspring / pinne)
Pout: utgangseffekt; Pin: inngangseffekt
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), som er en mye brukt enhet innen kommunikasjonsteknikk; den representerer vanligvis den optiske effekten med 1 milliwatt som referanse;
eksempel:–10dBm betyr at den optiske effekten er lik 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)