Grunnleggende konsept for optisk fiberkommunikasjon.
En optisk fiber er en dielektrisk optisk bølgeleder, en bølgelederstruktur som blokkerer lys og forplanter lys i aksial retning.
Meget fin fiber laget av kvartsglass, syntetisk harpiks, etc.
Enkeltmodusfiber: kjerne 8-10um, kledning 125um
Multimode fiber: kjerne 51um, kledning 125um
Kommunikasjonsmetoden for å overføre optiske signaler ved hjelp av optiske fibre kalles optisk fiberkommunikasjon.
Lysbølger tilhører kategorien elektromagnetiske bølger.
Bølgelengdeområdet til synlig lys er 390-760 nm, delen større enn 760 nm er infrarødt lys, og delen mindre enn 390 nm er ultrafiolett lys.
Arbeidsvindu for lysbølger (tre kommunikasjonsvinduer):
Bølgelengdeområdet som brukes i fiberoptisk kommunikasjon er i det nær-infrarøde området
Kortbølgelengdeområde (synlig lys, som er et oransje lys med det blotte øye) 850nm oransje lys
Langbølgelengdeområde (usynlig lysområde) 1310 nm (teoretisk minimumsspredningspunkt), 1550 nm (det teoretiske minimumsdempningspunktet)
Fiberstruktur og klassifisering
1. Strukturen til fiberen
Den ideelle fiberstrukturen: kjerne, kledning, belegg, jakke.
Kjernen og kledningen er laget av kvartsmateriale, og de mekaniske egenskapene er relativt skjøre og lett å bryte. Derfor legges vanligvis to lag med belegglag, en harpikstype og ett lag av nylontype, slik at fiberens fleksible ytelse når de praktiske brukskravene til prosjektet.
2.Klassifisering av optiske fibre
(1) Fiberen er delt i henhold til brytningsindeksfordelingen av tverrsnittet av fiberen: den er delt inn i en trinntype fiber (uniform fiber) og en gradert fiber (ikke-uniform fiber).
Anta at kjernen har en brytningsindeks på n1 og at kledningens brytningsindeks er n2.
For å gjøre det mulig for kjernen å overføre lys over lange avstander, er den nødvendige betingelsen for å konstruere den optiske fiberen n1>n2
Brytningsindeksfordelingen til en jevn fiber er en konstant
Brytningsindeksfordelingsloven for ikke-uniform fiber:
Blant dem, △ – relativ brytningsindeksforskjell
Α—brytningsindeks, α=∞—trinnstype brytningsindeksfordelingsfiber, α=2—firkantet brytningsindeksfordelingsfiber (en gradert fiber). Denne fiberen sammenlignes med andre graderte fibre. Modus spredning minimum optimal.
(1) I henhold til antall moduser som overføres i kjernen: delt inn i multimodusfiber og enkeltmodusfiber
Mønsteret her refererer til fordelingen av et elektromagnetisk felt av lys som overføres i en optisk fiber. Ulike feltfordelinger er en annen modus.
Enkeltmodus (bare én modus overføres i fiberen), multimodus (flere moduser overføres samtidig i fiberen)
For tiden, på grunn av de økende kravene til overføringshastigheten og det økende antallet overføringer, utvikler storbynettverket seg i retning av høy hastighet og stor kapasitet, så de fleste av dem er enkeltmodustrinnede fibre. (Transmisjonsegenskapene i seg selv er bedre enn multimodusfiber)
(2) Egenskaper for optisk fiber:
①Tapskarakteristikk for optisk fiber: Lysbølger overføres i den optiske fiberen, og den optiske effekten avtar gradvis ettersom overføringsavstanden øker.
Årsakene til fibertap inkluderer: koblingstap, absorpsjonstap, spredningstap og bøyningsstrålingstap.
Koblingstap er tapet forårsaket av koblingen mellom fiberen og enheten.
Absorpsjonstap er forårsaket av absorpsjon av lysenergi av fibermaterialer og urenheter.
Spredningstapet er delt inn i Rayleigh-spredning (brytningsindeksujevnhet) og bølgelederspredning (materialujevnhet).
Bøyestrålingstapet er tapet forårsaket av bøyningen av fiberen som fører til strålingsmodusen forårsaket av bøyningen av fiberen.
②Spredningsegenskaper til optisk fiber: Ulike frekvenskomponenter i signalet som overføres av den optiske fiberen har forskjellige overføringshastigheter, og det fysiske fenomenet forvrengning forårsaket av signalpulsutvidelse når de når terminalen kalles spredning.
Dispersjonen er delt inn i modal dispersjon, materialdispersjon og bølgelederdispersjon.
Grunnleggende komponenter i optiske fiberkommunikasjonssystemer
Send del:
Pulsmodulasjonssignalet som sendes ut av den elektriske senderen (elektrisk terminal) sendes til den optiske senderen (signalet som sendes av den programstyrtebryterbehandles, bølgeformen formes, den inverse av mønsteret endres ... til et passende elektrisk signal og sendes til den optiske senderen)
Den primære rollen til en optisk sender er å konvertere et elektrisk signal til et optisk signal som kobles inn i fiberen.
Mottakende del:
Konvertering av optiske signaler overført gjennom optiske fibre til elektriske signaler
Behandlingen av det elektriske signalet gjenopprettes til det opprinnelige pulsmodulerte signalet og sendes til den elektriske terminalen (det elektriske signalet som sendes av den optiske mottakeren blir behandlet, bølgeformen formes, det inverse av mønsteret inverteres... det passende elektriske signalet er sendt tilbake til det programmerbarebryter)
Transmisjonsdel:
Enkeltmodusfiber, optisk repeater (elektrisk regenerativ repeater (optisk-elektrisk-optisk konverteringsforsterkning, overføringsforsinkelse vil bli større, pulsbeslutningskrets vil bli brukt til å forme bølgeformen og timing), erbium-dopet fiberforsterker (fullfører forsterkningen på optisk nivå, uten bølgeformforming)
(1) Optisk sender: Det er en optisk sender/mottaker som realiserer elektrisk/optisk konvertering. Den består av en lyskilde, en driver og en modulator. Funksjonen er å modulere lysbølgen fra den elektriske maskinen til lysbølgen som sendes ut av lyskilden for å bli en dimmet bølge, og deretter koble det modulerte optiske signalet til den optiske fiberen eller den optiske kabelen for overføring.
(2) Optisk mottaker: er en optisk sender/mottaker som realiserer optisk/elektrisk konvertering. Bruksmodellen er sammensatt av en lysdeteksjonskrets og en optisk forsterker, og funksjonen er å konvertere det optiske signalet som overføres av den optiske fiberen eller den optiske kabelen til et elektrisk signal fra den optiske detektoren, og deretter forsterke det svake elektriske signalet til et tilstrekkelig nivå gjennom forsterkerkretsen til å sendes til signalet. Mottaksenden av den elektriske maskinen går.
(3) Fiber/kabel: Fiber eller kabel utgjør overføringsveien for lys. Funksjonen er å overføre det dimmede signalet sendt av senderenden til den optiske detektoren til mottakerenden etter langdistanseoverføring gjennom den optiske fiberen eller den optiske kabelen for å fullføre oppgaven med å overføre informasjon.
(4) Optisk repeater: består av en fotodetektor, en lyskilde og en beslutningsregenereringskrets. Det er to funksjoner: den ene er å kompensere dempningen av det optiske signalet som overføres i den optiske fiberen; den andre er å forme pulsen til bølgeformforvrengningen.
(5) Passive komponenter som fiberoptiske koblinger, koblinger (ikke nødvendig å tilføre strøm separat, men enheten har fortsatt tap): Fordi lengden på fiberen eller kabelen er begrenset av fibertrekkeprosessen og kabelkonstruksjonsforholdene, og lengden på fiberen er også Limit (f.eks. 2km). Derfor kan det være et problem at flere optiske fibre er koblet sammen i en optisk fiberlinje. Derfor er forbindelsen mellom optiske fibre, tilkobling og kobling av optiske fibre og optiske sendere, og bruk av passive komponenter som optiske kontakter og koblinger uunnværlig.
Overlegenheten til optisk fiberkommunikasjon
Overføringsbåndbredde, stor kommunikasjonskapasitet
Lavt overføringstap og stor reléavstand
Sterk anti-elektromagnetisk interferens
(Utover trådløst: trådløse signaler har mange effekter, flerveisfordeler, skyggeeffekter, Rayleigh-fading, Doppler-effekter
Sammenlignet med koaksialkabel: optisk signal er større enn koaksialkabel og har god konfidensialitet)
Frekvensen til lysbølgen er veldig høy, sammenlignet med andre elektromagnetiske bølger er interferensen liten.
Ulemper med optisk kabel: dårlige mekaniske egenskaper, lett å bryte, (forbedre mekanisk ytelse, vil ha innvirkning på interferensmotstand), det tar lang tid å bygge, og påvirkes av geografiske forhold.