Avantajele comunicației prin fibră optică:
● Capacitate mare de comunicare
● Distanță mare de releu
● Fără interferențe electromagnetice
● Resurse bogate
● Greutate redusă și dimensiuni reduse
O scurtă istorie a comunicațiilor optice
Cu mai bine de 2000 de ani în urmă, farurile-lumini, semafoare
1880, comunicație optică fără fir, telefon optic
1970, comunicații prin fibră optică
● În 1966, „Părintele fibrei optice”, dr. Gao Yong a propus pentru prima dată ideea comunicării prin fibră optică.
● În 1970, Lin Yanxiong de la Bell Yan Institute era un laser semiconductor care putea funcționa continuu la temperatura camerei.
● În 1970, Kapron de la Corning a înregistrat o pierdere de 20 dB/km fibră.
● În 1977, prima linie comercială din Chicago de 45Mb/s.
Spectrul electromagnetic
Diviziunea benzii de comunicație și mediile de transmisie corespunzătoare
Refracția / reflexia și reflexia totală a luminii
Deoarece lumina se deplasează diferit în diferite substanțe, atunci când lumina este emisă de la o substanță la alta, refracția și reflexia au loc la interfața dintre cele două substanțe. Mai mult, unghiul luminii refractate variază cu unghiul luminii incidente. Când unghiul luminii incidente atinge sau depășește un anumit unghi, lumina refractată va dispărea și toată lumina incidentă va fi reflectată înapoi. Aceasta este reflectarea totală a luminii. Materiale diferite au unghiuri de refracție diferite pentru aceeași lungime de undă a luminii (adică materiale diferite au indici de refracție diferiți), iar aceleași materiale au unghiuri de refracție diferite pentru lungimi de undă diferite de lumină. Comunicarea prin fibră optică se bazează pe principiile de mai sus.
Distribuția reflectivității: Un parametru important pentru caracterizarea materialelor optice este indicele de refracție, care este reprezentat de N. Raportul dintre viteza luminii C în vid și viteza luminii V în material este indicele de refracție al materialului.
N = C/V
Indicele de refracție al sticlei de cuarț pentru comunicarea prin fibră optică este de aproximativ 1,5.
Structura fibrelor
Fibră Fibra goală este în general împărțită în trei straturi:
Primul strat: miezul central din sticlă cu indice de refracție ridicat (diametrul miezului este în general 9-10μm, (mod unic) 50 sau 62,5 (mod multimod).
Al doilea strat: mijlocul este placarea din sticlă cu indice de refracție scăzut (diametrul este în general de 125μm).
Al treilea strat: cel mai exterior este un strat de rășină pentru armare.
1) miez: indice de refracție ridicat, folosit pentru transmiterea luminii;
2) Acoperire de placare: indice de refracție scăzut, formând o stare de reflexie totală cu miezul;
3) Jachetă de protecție: are rezistență ridicată și poate rezista la impacturi mari pentru a proteja fibra optică.
Cablu optic de 3 mm: portocaliu, MM, multimod; galben, SM, monomod
Dimensiunea fibrei
Diametrul exterior este în general de 125 um (în medie 100 um per păr)
Diametru interior: single mode 9um; multimod 50 / 62.5um
Diafragma numerică
Nu toată lumina incidentă pe fața de capăt a fibrei optice poate fi transmisă de fibra optică, ci doar lumina incidentă într-un anumit interval de unghiuri. Acest unghi se numește deschiderea numerică a fibrei. O deschidere numerică mai mare a fibrei optice este avantajoasă pentru andocarea fibrei optice. Diferiți producători au deschideri numerice diferite.
Tipul de fibre
În funcție de modul de transmitere a luminii în fibra optică, aceasta poate fi împărțită în:
Multi-Mode (abreviere: MM); Single-Mode (abreviere: SM)
Fibră multimodală: miezul central din sticlă este mai gros (50 sau 62,5μm) și poate transmite lumină în mai multe moduri. Cu toate acestea, dispersia sa intermodală este mare, ceea ce limitează frecvența de transmitere a semnalelor digitale și va deveni mai gravă odată cu creșterea distanței.De exemplu: fibra 600MB/KM are o lățime de bandă de numai 300MB la 2KM. Prin urmare, distanța de transmisie a fibrei multi-mode este relativ scurtă, în general doar câțiva kilometri.
Fibră monomod: miezul central din sticlă este relativ subțire (diametrul miezului este în general de 9 sau 10μm) și poate transmite lumină doar într-un singur mod. De fapt, este un fel de fibră optică în trepte, dar diametrul miezului este foarte mic. În teorie, doar lumina directă a unei singure căi de propagare este permisă să intre în fibră și să se propagă direct în miezul fibrei. Pulsul fibrelor este abia întins.Prin urmare, dispersia sa intermodală este mică și potrivită pentru comunicarea la distanță, dar dispersia sa cromatică joacă un rol major. În acest fel, fibra monomod are cerințe mai mari pentru lățimea spectrală și stabilitatea sursei de lumină, adică lățimea spectrală este îngustă și stabilitatea este bună. .
Clasificarea fibrelor optice
Dupa material:
Fibră de sticlă: Miezul și placarea sunt realizate din sticlă, cu pierderi mici, distanță mare de transmisie și cost ridicat;
Fibră optică de siliciu acoperită cu cauciuc: miezul este din sticlă, iar placarea este din plastic, care are caracteristici similare cu fibra de sticlă și costuri mai mici;
Fibră optică din plastic: Atât miezul, cât și placarea sunt din plastic, cu pierderi mari, distanță scurtă de transmisie și preț scăzut. Folosit în principal pentru electrocasnice, sunet și transmisie de imagini pe distanțe scurte.
În funcție de fereastra optimă de frecvență de transmisie: fibră monomod convențională și fibră monomod cu dispersie deplasată.
Tip convențional: Casa de producție de fibre optice optimizează frecvența de transmisie a fibrei optice pe o singură lungime de undă a luminii, cum ar fi 1300nm.
Tip deplasat prin dispersie: producătorul de fibre optice optimizează frecvența de transmisie a fibrei pe două lungimi de undă de lumină, cum ar fi: 1300nm și 1550nm.
Schimbare bruscă: indicele de refracție al miezului fibrei la placarea de sticlă este bruscă. Are un cost scăzut și o dispersie intermodală ridicată. Potrivit pentru comunicații la distanțe scurte, la viteză redusă, cum ar fi controlul industrial. Cu toate acestea, fibra monomodă utilizează un tip de mutație din cauza dispersiei intermodale mici.
Fibră în gradient: indicele de refracție al miezului fibrei la placarea de sticlă este redus treptat, permițând luminii de mod înalt să se propage într-o formă sinusoidală, ceea ce poate reduce dispersia între moduri, poate crește lățimea de bandă a fibrei și poate crește distanța de transmisie, dar costul este Fibra de mod superior este în mare parte fibre gradate.
Specificații comune pentru fibre
Dimensiunea fibrei:
1) Diametrul miezului monomod: 9 / 125μm, 10 / 125μm
2) Diametrul placajului exterior (2D) = 125μm
3) Diametrul stratului exterior = 250μm
4) coadă: 300μm
5) Multimod: 50 / 125μm, standard european; 62,5 / 125μm, standard american
6) Rețele industriale, medicale și de viteză redusă: 100 / 140μm, 200 / 230μm
7) Plastic: 98 / 1000μm, folosit pentru controlul automobilului
Atenuarea fibrelor
Principalii factori care cauzează atenuarea fibrelor sunt: intrinseci, îndoire, stoarcere, impurități, denivelări și cap.
Intrinsecă: este pierderea inerentă a fibrei optice, inclusiv: împrăștierea Rayleigh, absorbția intrinsecă etc.
Îndoire: Când fibra este îndoită, lumina dintr-o parte a fibrei se va pierde din cauza împrăștierii, ducând la pierdere.
Strângere: pierdere cauzată de îndoirea ușoară a fibrei atunci când este stors.
Impurități: Impuritățile dintr-o fibră optică absorb și împrăștie lumina transmisă în fibră, provocând pierderi.
Neuniformă: pierderea cauzată de indicele de refracție neuniform al materialului fibros.
Andocare: pierderi generate în timpul andocării fibrelor, cum ar fi: axe diferite (cerința de coaxialitate a fibrei pentru un singur mod este mai mică de 0,8μm), fața de capăt nu este perpendiculară pe axă, fața de capăt este neuniformă, diametrul miezului cap la cap nu se potrivește și calitatea îmbinării este slabă.
Tip de cablu optic
1) Conform metodelor de pozare: cabluri optice aeriene autoportante, cabluri optice conducte, cabluri optice blindate îngropate și cabluri optice submarine.
2) În funcție de structura cablului optic, există: cablu optic cu tub grupat, cablu optic răsucit strat, cablu optic strâns, cablu optic panglică, cablu optic nemetal și cablu optic ramificat.
3) Conform scopului: cabluri optice pentru comunicații la distanță lungă, cabluri optice pentru exterior pentru distanțe scurte, cabluri optice hibride și cabluri optice pentru clădiri.
Conectarea și terminarea cablurilor optice
Conectarea și terminarea cablurilor optice sunt abilitățile de bază pe care trebuie să le stăpânească personalul de întreținere a cablurilor optice.
Clasificarea tehnologiei de conectare a fibrei optice:
1) Tehnologia de conectare a fibrei optice și tehnologia de conectare a cablului optic sunt două părți.
2) Capătul cablului optic este similar cu conexiunea cablului optic, cu excepția faptului că funcționarea ar trebui să fie diferită din cauza diferitelor materiale ale conectorului.
Tip de conexiune prin fibră
Conexiunea cablului de fibră optică poate fi, în general, împărțită în două categorii:
1) Conexiune fixă a fibrei optice (cunoscută în mod obișnuit ca conector mort). În general, utilizați un dispozitiv de îmbinare a fibrei optice; folosit pentru capul direct al cablului optic.
2) Conectorul activ al fibrei optice (cunoscut în mod obișnuit ca conector activ). Utilizați conectori detașabili (cunoscuți în mod obișnuit ca îmbinări libere). Pentru jumper de fibră, conexiune echipament etc.
Datorită caracterului incomplet al feței de capăt a fibrei optice și neuniformității presiunii pe suprafața de capăt a fibrei optice, pierderea prin îmbinare a fibrei optice cu o descărcare este încă relativ mare, iar metoda de fuziune cu descărcare secundară este folosit acum. Mai întâi, preîncălziți și descărcați suprafața de capăt a fibrei, modelați fața de capăt, îndepărtați praful și resturile și uniformizați presiunea de capăt a fibrei prin preîncălzire.
Metoda de monitorizare a pierderii conexiunii fibrei optice
Există trei metode de monitorizare a pierderii conexiunii prin fibră:
1. Monitorizați dispozitivul de îmbinare.
2. Monitorizarea sursei de lumină și a contorului de putere optică.
3.Metoda de măsurare OTDR
Metoda de funcționare a conexiunii prin fibră optică
Operațiunile de conectare cu fibră optică sunt, în general, împărțite în:
1. Manipularea fețelor de capăt ale fibrei.
2. Instalare de conectare a fibrei optice.
3. Îmbinarea fibrei optice.
4. Protecția conectorilor de fibră optică.
5. Există cinci pași pentru tava de fibre rămasă.
În general, conectarea întregului cablu optic se realizează conform următorilor pași:
Pasul 1: o mulțime de lungime bună, deschideți și îndepărtați cablul optic, îndepărtați mantaua cablului
Pasul 2: Curățați și îndepărtați pasta de umplere cu petrol din cablul optic.
Pasul 3: Îmbinați fibra.
Pasul 4: Verificați numărul de nuclee de fibre, efectuați împerecherea fibrelor și verificați dacă etichetele de culoare ale fibrei sunt corecte.
Pasul 5: Întărește conexiunea inimii;
Pasul 6: Diverse perechi de linii auxiliare, inclusiv perechi de linii de afaceri, perechi de linii de control, linii de pământ ecranate etc. (dacă perechile de linii menționate mai sus sunt disponibile.
Pasul 7: Conectați fibra.
Pasul 8: Protejați conectorul fibrei optice;
Pasul 9: stocarea în inventar a fibrei rămase;
Pasul 10: Finalizați conectarea mantalei cablului optic;
Pasul 11: Protecția conectorilor de fibră optică
Pierderea fibrelor
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB / Km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3dB / Km
850 nm: 2,3 până la 3,4 dB/Km
Pierderea punctului de fuziune a fibrei optice: 0,08 dB/punct
Punct de îmbinare a fibrei 1 punct / 2 km
Substantive comune din fibre
1) Atenuare
Atenuare: pierdere de energie atunci când lumina este transmisă în fibră optică, fibră monomod 1310nm 0,4 ~ 0,6 dB / km, 1550 nm 0,2 ~ 0,3 dB / km; fibra plastic multimod 300dB/km
2) Dispersia
Dispersie: Lățimea de bandă a impulsurilor de lumină este crescută după parcurgerea unei anumite distanțe de-a lungul fibrei. Este principalul factor care limitează viteza de transmisie.
Dispersia intermodală: Apare numai în fibrele multimodale, deoarece diferite moduri de lumină călătoresc pe căi diferite.
Dispersia materialului: diferite lungimi de undă ale luminii se deplasează la viteze diferite.
Dispersia ghidului de undă: Acest lucru se întâmplă deoarece energia luminii se deplasează la viteze ușor diferite pe măsură ce se deplasează prin miez și înveliș. În fibra monomod, este foarte important să se schimbe dispersia fibrei prin modificarea structurii interne a fibrei.
Tipul fibrei
Punctul de dispersie zero G.652 este de aproximativ 1300 nm
Punctul de dispersie zero G.653 este de aproximativ 1550 nm
G.654 fibre de dispersie negativă
G.655 fibră cu dispersie deplasată
Fibră full wave
3) împrăștiere
Din cauza structurii de bază imperfecte a luminii, se produce pierderea energiei luminoase, iar transmisia luminii în acest moment nu mai are o directivitate bună.
Cunoștințe de bază despre sistemul de fibră optică
Introducere în arhitectura și funcțiile unui sistem de bază de fibră optică:
1. Unitate de expediere: convertește semnalele electrice în semnale optice;
2. Unitate de transmisie: un mediu care transportă semnale optice;
3. Unitate de recepție: primește semnale optice și le transformă în semnale electrice;
4. Conectați dispozitivul: conectați fibra optică la sursa de lumină, detectarea luminii și alte fibre optice.
Tipuri comune de conector
Tipul de față de capăt al conectorului
Cuplaj
Funcția principală este de a distribui semnale optice. Aplicații importante sunt în rețelele de fibră optică, în special în rețelele locale și în dispozitivele de multiplexare cu divizare a lungimii de undă.
structura de baza
Cuplajul este un dispozitiv pasiv bidirecțional. Formele de bază sunt copac și stea. Cuplajul corespunde splitterului.
WDM
WDM—Multiplexorul cu diviziune în lungime de undă transmite mai multe semnale optice într-o singură fibră optică. Aceste semnale optice au frecvențe diferite și culori diferite. Multiplexorul WDM este de a cupla mai multe semnale optice în aceeași fibră optică; multiplexorul de demultiplexare este de a distinge semnalele optice multiple de la o fibră optică.
Multiplexor cu diviziune în lungime de undă (legendă)
Definiția impulsurilor în sistemele digitale:
1. Amplitudine: Înălțimea pulsului reprezintă energia de putere optică din sistemul de fibră optică.
2. Timp de creștere: timpul necesar pentru ca pulsul să crească de la 10% la 90% din amplitudinea maximă.
3. Timp de cădere: timpul necesar pentru ca pulsul să scadă de la 90% la 10% din amplitudine.
4. Lățimea impulsului: Lățimea pulsului la poziția de amplitudine de 50%, exprimată în timp.
5. Ciclu: timpul specific pulsului este timpul de lucru necesar pentru a finaliza un ciclu.
6. Raportul de stingere: Raportul dintre 1 putere de semnalizare și 0 putere de semnalizare.
Definiția unităților comune în comunicarea prin fibră optică:
1.dB = 10 log10 (Pout / Pin)
Pout: putere de ieșire; Pin: putere de intrare
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), care este o unitate utilizată pe scară largă în ingineria comunicațiilor; de obicei reprezintă puterea optică cu 1 miliwatt ca referință;
exemplu:–10dBm înseamnă că puterea optică este egală cu 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)