Vantagens da comunicação por fibra óptica:
● Grande capacidade de comunicação
● Longa distância de retransmissão
● Sem interferência eletromagnética
● Recursos avançados
● Peso leve e tamanho pequeno
Uma breve história das comunicações ópticas
Há mais de 2.000 anos, os faróis, os semáforos
1880, comunicação óptica sem fio por telefone óptico
1970, comunicações de fibra óptica
● Em 1966, o “Pai da Fibra Óptica”, o Dr. Gao Yong propôs pela primeira vez a ideia da comunicação por fibra óptica.
● Em 1970, Lin Yanxiong do Bell Yan Institute era um laser semicondutor que podia funcionar continuamente à temperatura ambiente.
● Em 1970, o Kapron da Corning teve uma perda de fibra de 20dB/km.
● Em 1977, foi lançada a primeira linha comercial de Chicago de 45Mb/s.
Espectro eletromagnético
Divisão de banda de comunicação e meios de transmissão correspondentes
Refração/reflexão e reflexão total da luz
Como a luz viaja de maneira diferente em substâncias diferentes, quando a luz é emitida de uma substância para outra, a refração e a reflexão ocorrem na interface entre as duas substâncias. Além disso, o ângulo da luz refratada varia com o ângulo da luz incidente. Quando o ângulo da luz incidente atinge ou excede um determinado ângulo, a luz refratada desaparecerá e toda a luz incidente será refletida de volta. Este é o reflexo total da luz. Diferentes materiais têm diferentes ângulos de refração para o mesmo comprimento de onda de luz (ou seja, diferentes materiais têm diferentes índices de refração) e os mesmos materiais têm diferentes ângulos de refração para diferentes comprimentos de onda de luz. A comunicação por fibra óptica é baseada nos princípios acima.
Distribuição de refletividade: Um parâmetro importante para caracterizar materiais ópticos é o índice de refração, que é representado por N. A razão entre a velocidade da luz C no vácuo e a velocidade da luz V no material é o índice de refração do material.
N = C/V
O índice de refração do vidro de quartzo para comunicação por fibra óptica é de cerca de 1,5.
Estrutura de fibra
A fibra nua é geralmente dividida em três camadas:
A primeira camada: o núcleo central de vidro com alto índice de refração (o diâmetro do núcleo é geralmente 9-10μm, (modo único) 50 ou 62,5 (multimodo).
A segunda camada: o meio é o revestimento de vidro de sílica com baixo índice de refração (o diâmetro é geralmente 125μm).
A terceira camada: a mais externa é um revestimento de resina para reforço.
1) núcleo: alto índice de refração, usado para transmitir luz;
2) Revestimento de revestimento: baixo índice de refração, formando uma condição de reflexão total com o núcleo;
3) Jaqueta protetora: Possui alta resistência e pode suportar grandes impactos para proteger a fibra óptica.
Cabo óptico de 3 mm: laranja, MM, multimodo; amarelo, SM, modo único
Tamanho da fibra
O diâmetro externo é geralmente 125um (média de 100um por cabelo)
Diâmetro interno: modo único 9um; multimodo 50 / 62,5um
Abertura numérica
Nem toda a luz incidente na face final da fibra óptica pode ser transmitida pela fibra óptica, mas apenas a luz incidente dentro de uma certa faixa de ângulos. Este ângulo é chamado de abertura numérica da fibra. Uma abertura numérica maior da fibra óptica é vantajosa para o acoplamento da fibra óptica. Diferentes fabricantes possuem diferentes aberturas numéricas.
Tipo de fibra
De acordo com o modo de transmissão da luz na fibra óptica, ela pode ser dividida em:
Multimodo (abreviatura: MM); Modo único (abreviatura: SM)
Fibra multimodo: O núcleo de vidro central é mais espesso (50 ou 62,5μm) e pode transmitir luz em vários modos. Porém, sua dispersão entre modos é grande, o que limita a frequência de transmissão de sinais digitais, e se tornará mais grave com o aumento da distância.Por exemplo: a fibra de 600MB/KM tem apenas 300MB de largura de banda a 2KM. Portanto, a distância de transmissão da fibra multimodo é relativamente curta, geralmente apenas alguns quilômetros.
Fibra monomodo: O núcleo de vidro central é relativamente fino (o diâmetro do núcleo é geralmente 9 ou 10μm), e só pode transmitir luz em um modo. Na verdade, é um tipo de fibra óptica escalonada, mas o diâmetro do núcleo é muito pequeno. Em teoria, apenas a luz direta de um único caminho de propagação pode entrar na fibra e se propagar diretamente no núcleo da fibra. O pulso da fibra mal é esticado.Portanto, sua dispersão entre modos é pequena e adequada para comunicação remota, mas sua dispersão cromática desempenha um papel importante. Desta forma, a fibra monomodo possui requisitos mais elevados para a largura espectral e estabilidade da fonte de luz, ou seja, a largura espectral é estreita e a estabilidade é boa. .
Classificação de fibras ópticas
Por materiais:
Fibra de vidro: O núcleo e o revestimento são feitos de vidro, com pequenas perdas, longa distância de transmissão e alto custo;
Fibra óptica de silício revestida de borracha: o núcleo é de vidro e o revestimento é de plástico, que possui características semelhantes às da fibra de vidro e menor custo;
Fibra óptica plástica: Tanto o núcleo quanto o revestimento são de plástico, com grande perda, curta distância de transmissão e baixo preço. Usado principalmente para eletrodomésticos, áudio e transmissão de imagens de curta distância.
De acordo com a janela de frequência de transmissão ideal: fibra monomodo convencional e fibra monomodo com dispersão deslocada.
Tipo convencional: A casa de produção de fibra óptica otimiza a frequência de transmissão da fibra óptica em um único comprimento de onda de luz, como 1300 nm.
Tipo de dispersão deslocada: O produtor de fibra óptica otimiza a frequência de transmissão da fibra em dois comprimentos de onda de luz, como: 1300nm e 1550nm.
Mudança abrupta: O índice de refração do núcleo da fibra para o revestimento de vidro é abrupto. Possui baixo custo e alta dispersão entre modos. Adequado para comunicação de curta distância e baixa velocidade, como controle industrial. No entanto, a fibra monomodo usa um tipo de mutação devido à pequena dispersão entre modos.
Fibra gradiente: o índice de refração do núcleo da fibra para o revestimento de vidro é gradualmente reduzido, permitindo que a luz de modo alto se propague de forma senoidal, o que pode reduzir a dispersão entre os modos, aumentar a largura de banda da fibra e aumentar a distância de transmissão, mas o custo é A fibra de modo superior é principalmente fibra classificada.
Especificações comuns de fibra
Tamanho da fibra:
1) Diâmetro do núcleo de modo único: 9/125μm, 10/125μm
2) Diâmetro do revestimento externo (2D) = 125μm
3) Diâmetro do revestimento externo = 250μm
4) Trança: 300μm
5) Multimodo: 50/125μm, padrão europeu; 62,5/125μm, padrão americano
6) Redes industriais, médicas e de baixa velocidade: 100/140μm, 200/230μm
7) Plástico: 98/1000μm, usado para controle de automóveis
Atenuação de fibra
Os principais fatores que causam atenuação da fibra são: intrínsecos, flexão, compressão, impurezas, irregularidades e topo.
Intrínseca: É a perda inerente da fibra óptica, incluindo: espalhamento Rayleigh, absorção intrínseca, etc.
Curvatura: Quando a fibra é dobrada, a luz em parte da fibra será perdida devido ao espalhamento, resultando em perda.
Aperto: perda causada por leve flexão da fibra ao ser comprimida.
Impurezas: As impurezas em uma fibra óptica absorvem e dispersam a luz transmitida na fibra, causando perdas.
Não uniforme: A perda causada pelo índice de refração irregular do material de fibra.
Docking: Perda gerada durante o acoplamento de fibra, como: eixos diferentes (o requisito de coaxialidade de fibra monomodo é inferior a 0,8μm), a face final não é perpendicular ao eixo, a face final é irregular, o diâmetro do núcleo não corresponde e a qualidade da emenda é ruim.
Tipo de cabo óptico
1) De acordo com os métodos de colocação: cabos ópticos aéreos autoportantes, cabos ópticos para dutos, cabos ópticos enterrados blindados e cabos ópticos submarinos.
2) De acordo com a estrutura do cabo óptico, existem: cabo óptico de tubo agrupado, cabo óptico torcido em camada, cabo óptico de fixação firme, cabo óptico de fita, cabo óptico não metálico e cabo óptico ramificado.
3) De acordo com a finalidade: cabos ópticos para comunicação de longa distância, cabos ópticos externos para curta distância, cabos ópticos híbridos e cabos ópticos para edifícios.
Conexão e terminação de cabos ópticos
A conexão e terminação de cabos ópticos são as habilidades básicas que o pessoal de manutenção de cabos ópticos deve dominar.
Classificação da tecnologia de conexão de fibra óptica:
1) A tecnologia de conexão de fibra óptica e a tecnologia de conexão de cabo óptico são duas partes.
2) A extremidade do cabo óptico é semelhante à conexão do cabo óptico, exceto que a operação deve ser diferente devido aos diferentes materiais do conector.
Tipo de conexão de fibra
A conexão do cabo de fibra óptica geralmente pode ser dividida em duas categorias:
1) Conexão fixa de fibra óptica (comumente conhecida como conector morto). Geralmente use splicer de fusão de fibra óptica; usado para a cabeça direta do cabo óptico.
2) O conector ativo de fibra óptica (comumente conhecido como conector ativo). Use conectores removíveis (comumente conhecidos como juntas soltas). Para jumper de fibra, conexão de equipamentos, etc.
Devido à incompletude da face final da fibra óptica e à não uniformidade da pressão na face final da fibra óptica, a perda de emenda da fibra óptica por uma descarga ainda é relativamente grande, e o método de fusão de descarga secundária agora é usado. Primeiro, pré-aqueça e descarregue a face final da fibra, modele a face final, remova poeira e detritos e uniformize a pressão final da fibra por meio de pré-aquecimento.
Método de monitoramento para perda de conexão de fibra óptica
Existem três métodos para monitorar a perda de conexão de fibra:
1. Monitore o splicer.
2. Monitoramento da fonte de luz e medidor de potência óptica.
3.Método de medição OTDR
Método de operação de conexão de fibra óptica
As operações de conexão de fibra óptica são geralmente divididas em:
1. Manuseio de faces finais de fibra.
2. Instalação de conexão de fibra óptica.
3. Emenda de fibra óptica.
4. Proteção de conectores de fibra óptica.
5. Existem cinco etapas para a bandeja de fibra restante.
Geralmente, a conexão de todo o cabo óptico é realizada de acordo com os seguintes passos:
Passo 1: muito comprimento bom, abra e descasque o cabo óptico, remova a bainha do cabo
Passo 2: Limpe e remova a pasta de enchimento de petróleo do cabo óptico.
Etapa 3: empacotar a fibra.
Etapa 4: Verifique o número de núcleos de fibra, execute o emparelhamento das fibras e verifique se as etiquetas de cores das fibras estão corretas.
Passo 5: Fortalecer a conexão do coração;
Etapa 6: Vários pares de linhas auxiliares, incluindo pares de linhas comerciais, pares de linhas de controle, linhas de aterramento blindadas, etc. (se os pares de linhas mencionados acima estiverem disponíveis.
Etapa 7: Conecte a fibra.
Passo 8: Proteja o conector de fibra óptica;
Etapa 9: armazenamento em estoque da fibra restante;
Passo 10: Conclua a conexão da capa do cabo óptico;
Passo 11: Proteção dos conectores de fibra óptica
Perda de fibra
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB/Km
1550nm: 0,2 ~ 0,3dB/Km
850 nm: 2,3 a 3,4 dB/Km
Perda de ponto de fusão de fibra óptica: 0,08dB/ponto
Ponto de emenda de fibra 1 ponto/2km
Substantivos de fibra comuns
1) Atenuação
Atenuação: perda de energia quando a luz é transmitida em fibra óptica, fibra monomodo 1310nm 0,4 ~ 0,6dB / km, 1550nm 0,2 ~ 0,3dB / km; fibra multimodo plástica 300dB/km
2) Dispersão
Dispersão: A largura de banda dos pulsos de luz aumenta após percorrer uma certa distância ao longo da fibra. É o principal fator que limita a taxa de transmissão.
Dispersão intermodo: ocorre apenas em fibras multimodo, porque diferentes modos de luz viajam por caminhos diferentes.
Dispersão de material: Diferentes comprimentos de onda de luz viajam em velocidades diferentes.
Dispersão do guia de ondas: Isso ocorre porque a energia luminosa viaja em velocidades ligeiramente diferentes à medida que atravessa o núcleo e o revestimento. Na fibra monomodo, é muito importante alterar a dispersão da fibra alterando a estrutura interna da fibra.
Tipo de fibra
O ponto de dispersão zero do G.652 é de cerca de 1300 nm
O ponto de dispersão zero do G.653 é de cerca de 1550 nm
Fibra de dispersão negativa G.654
Fibra com dispersão deslocada G.655
Fibra de onda completa
3) dispersão
Devido à estrutura básica imperfeita da luz, é causada a perda de energia luminosa, e a transmissão da luz neste momento não tem mais boa diretividade.
Conhecimento básico de sistema de fibra óptica
Introdução à arquitetura e funções de um sistema básico de fibra óptica:
1. Unidade emissora: converte sinais elétricos em sinais ópticos;
2. Unidade de transmissão: meio que transporta sinais ópticos;
3. Unidade receptora: recebe sinais ópticos e os converte em sinais elétricos;
4. Conecte o dispositivo: conecte a fibra óptica à fonte de luz, detecção de luz e outras fibras ópticas.
Tipos de conectores comuns
Tipo de face final do conector
Acoplador
A principal função é distribuir sinais ópticos. Aplicações importantes estão em redes de fibra óptica, especialmente em redes locais e em dispositivos de multiplexação por divisão de comprimento de onda.
estrutura básica
O acoplador é um dispositivo passivo bidirecional. As formas básicas são árvore e estrela. O acoplador corresponde ao divisor.
WDM
WDM-O Multiplexador por Divisão de Comprimento de Onda transmite vários sinais ópticos em uma fibra óptica. Esses sinais ópticos têm frequências e cores diferentes. O multiplexador WDM serve para acoplar vários sinais ópticos na mesma fibra óptica; o multiplexador de demultiplexação serve para distinguir vários sinais ópticos de uma fibra óptica.
Multiplexador por Divisão de Comprimento de Onda (Legenda)
Definição de pulsos em sistemas digitais:
1. Amplitude: A altura do pulso representa a energia da potência óptica no sistema de fibra óptica.
2. Tempo de subida: tempo necessário para o pulso subir de 10% a 90% da amplitude máxima.
3. Tempo de queda: tempo necessário para o pulso cair de 90% para 10% da amplitude.
4. Largura de pulso: A largura do pulso na posição de amplitude de 50%, expressa em tempo.
5. Ciclo: o tempo específico do pulso é o tempo de trabalho necessário para completar um ciclo.
6. Taxa de extinção: A proporção de 1 potência de luz de sinal para 0 potência de luz de sinal.
Definição de unidades comuns em comunicação por fibra óptica:
1.dB = 10 log10 (Pout/Pino)
Faneca: potência de saída; Pino: potência de entrada
2. dBm = 10 log10 (P/1mw), que é uma unidade amplamente utilizada em engenharia de comunicação; geralmente representa a potência óptica com 1 miliwatt como referência;
exemplo:–10dBm significa que a potência óptica é igual a 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P/1uw)