Преимущества оптоволоконной связи:
● Большая пропускная способность связи
● Большое расстояние реле
● Отсутствие электромагнитных помех.
● Богатые ресурсы
● Легкий вес и небольшой размер.
Краткая история оптической связи
Более 2000 лет назад маяки-фонарики-семафоры
1880 г., оптический телефон-беспроводная оптическая связь.
1970, волоконно-оптическая связь.
● В 1966 году «отец оптического волокна» доктор Гао Юн впервые предложил идею оптоволоконной связи.
● В 1970 году Линь Яньсюн Института Белл Янь разработал полупроводниковый лазер, который мог работать непрерывно при комнатной температуре.
● В 1970 году капрон компании Corning потерял 20 дБ/км оптоволокна.
● В 1977 году в Чикаго появилась первая коммерческая линия со скоростью 45 Мбит/с.
Электромагнитный спектр
Разделение полос связи и соответствующие средства передачи
Преломление/отражение и полное отражение света
Поскольку свет в разных веществах распространяется по-разному, когда свет излучается из одного вещества в другое, на границе раздела двух веществ происходят преломление и отражение. Более того, угол преломленного света меняется в зависимости от угла падающего света. Когда угол падающего света достигает или превышает определенный угол, преломленный свет исчезает, и весь падающий свет отражается обратно. Это полное отражение света. Разные материалы имеют разные углы преломления для одной и той же длины волны света (то есть разные материалы имеют разные показатели преломления), и одни и те же материалы имеют разные углы преломления для разных длин волн света. Оптоволоконная связь основана на вышеуказанных принципах.
Распределение отражательной способности. Важным параметром для характеристики оптических материалов является показатель преломления, который обозначается N. Отношение скорости света C в вакууме к скорости света V в материале является показателем преломления материала.
Н = С/В
Показатель преломления кварцевого стекла для волоконно-оптической связи составляет около 1,5.
Структура волокна
Голое волокно обычно делится на три слоя:
Первый слой: центральная стеклянная сердцевина с высоким показателем преломления (диаметр сердцевины обычно составляет 9-10μм, (одномодовый) 50 или 62,5 (многомодовый).
Второй слой: средний — это оболочка из кварцевого стекла с низким показателем преломления (диаметр обычно составляет 125μм).
Третий слой: самый внешний – смоляное покрытие для армирования.
1) ядро: высокий показатель преломления, используется для передачи света;
2) Плакирующее покрытие: низкий показатель преломления, образующий с сердцевиной состояние полного отражения;
3) Защитная оболочка: обладает высокой прочностью и выдерживает большие удары, защищая оптическое волокно.
Оптический кабель 3 мм: оранжевый, ММ, многомодовый; желтый, SM, одномодовый
Размер волокна
Внешний диаметр обычно составляет 125 мкм (в среднем 100 мкм на волос).
Внутренний диаметр: одномодовый 9 мкм; многомодовый 50/62,5 мкм
Числовая апертура
Не весь свет, падающий на торцевую поверхность оптического волокна, может передаваться оптическим волокном, а только свет, падающий в определенном диапазоне углов. Этот угол называется числовой апертурой волокна. Большая числовая апертура оптического волокна предпочтительна для стыковки оптического волокна. У разных производителей разные числовые апертуры.
Тип волокна
По способу передачи света в оптическом волокне его можно разделить на:
Многорежимный (аббревиатура: ММ); Одномодовый (аббревиатура: SM)
Многомодовое волокно: центральная стеклянная сердцевина толще (50 или 62,5 мм).μм) и может передавать свет в нескольких режимах. Однако его межмодовая дисперсия велика, что ограничивает частоту передачи цифровых сигналов, и с увеличением расстояния она становится более серьезной.Например: оптоволокно 600 МБ/км имеет пропускную способность только 300 МБ на расстоянии 2 км. Таким образом, расстояние передачи по многомодовому волокну относительно невелико, обычно всего несколько километров.
Одномодовое волокно: центральная стеклянная сердцевина относительно тонкая (диаметр сердцевины обычно составляет 9 или 10 мм).μм) и может передавать свет только в одном режиме. По сути, это своего рода оптическое волокно ступенчатого типа, но диаметр сердцевины очень мал. Теоретически только прямой свет одного пути распространения может проникать в волокно и распространяться прямо в сердцевине волокна. Пульс волокна едва растянут.Поэтому его межмодовая дисперсия невелика и подходит для удаленной связи, но важную роль играет его хроматическая дисперсия. Таким образом, одномодовое волокно предъявляет более высокие требования к ширине спектра и стабильности источника света, то есть ширина спектра узкая и стабильность хорошая. .
Классификация оптических волокон
По материалу:
Стекловолокно: Сердечник и оболочка изготовлены из стекла с небольшими потерями, большим расстоянием передачи и высокой стоимостью;
Силиконовое оптическое волокно с резиновым покрытием: сердцевина выполнена из стекла, а оболочка из пластика, который имеет характеристики, аналогичные стеклянному волокну, но имеет более низкую стоимость;
Пластиковое оптическое волокно: как сердцевина, так и оболочка изготовлены из пластика, с большими потерями, коротким расстоянием передачи и низкой ценой. В основном используется для бытовой техники, аудио и передачи изображений на короткие расстояния.
По оптимальному диапазону частот передачи: обычное одномодовое волокно и одномодовое волокно со смещенной дисперсией.
Обычный тип: предприятие по производству оптического волокна оптимизирует частоту передачи оптического волокна на одной длине волны света, например 1300 нм.
Тип со смещенной дисперсией: производитель оптоволокна оптимизирует частоту передачи волокна на двух длинах волн света, например: 1300 нм и 1550 нм.
Резкое изменение: показатель преломления сердцевины волокна по отношению к стеклянной оболочке резко меняется. Он имеет низкую стоимость и высокую межмодовую дисперсию. Подходит для низкоскоростной связи на короткие расстояния, например, для промышленного управления. Однако в одномодовом волокне используется тип мутации из-за небольшой межмодовой дисперсии.
Градиентное волокно: показатель преломления сердцевины волокна к стеклянной оболочке постепенно снижается, позволяя высокомодовому свету распространяться в синусоидальной форме, что может уменьшить дисперсию между модами, увеличить полосу пропускания волокна и увеличить расстояние передачи, но стоимость Волокно более высокого режима в основном представляет собой градуированное волокно.
Общие характеристики волокна
Размер волокна:
1) Диаметр одномодового сердечника: 9/125μм, 10/125μm
2) Внешний диаметр оболочки (2D) = 125μm
3) Диаметр наружного покрытия = 250μm
4) Косичка: 300μm
5) Многомодовый: 50/125μм, евростандарт; 62,5/125μм, американский стандарт
6) Промышленные, медицинские и низкоскоростные сети: 100/140.μм, 200/230μm
7) Пластик: 98/1000μм, используется для управления автомобилем
Затухание волокна
Основными факторами, вызывающими затухание волокна, являются: внутренние, изгибы, сдавливания, загрязнения, неровности и стыки.
Внутренние: это внутренние потери оптического волокна, в том числе: рэлеевское рассеяние, собственное поглощение и т. д.
Изгиб: когда волокно сгибается, свет в его части теряется из-за рассеяния, что приводит к потерям.
Сжатие: потеря, вызванная небольшим изгибом волокна при его сжатии.
Примеси: Примеси в оптическом волокне поглощают и рассеивают свет, передаваемый по волокну, вызывая потери.
Неравномерность: потери, вызванные неравномерным показателем преломления материала волокна.
Стыковка: потери, возникающие при стыковке оптоволокна, например: разные оси (требования к коаксиальности одномодового волокна менее 0,8).μм), торец не перпендикулярен оси, торец неровный, диаметр стыковой сердцевины не соответствует, качество сварки плохое.
Тип оптического кабеля
1) По способам прокладки: самонесущие воздушные оптические кабели, трубопроводные оптические кабели, бронированные подземные оптические кабели и подводные оптические кабели.
2) По структуре оптического кабеля различают: оптический кабель с пучковой трубкой, оптический кабель с многослойной скруткой, оптический кабель с жесткой фиксацией, ленточный оптический кабель, неметаллический оптический кабель и разветвляемый оптический кабель.
3) По назначению: оптические кабели для дальней связи, наружные оптические кабели для ближнего действия, гибридные оптические кабели и оптические кабели для зданий.
Подключение и оконцовка оптических кабелей
Подключение и заделка оптических кабелей являются основными навыками, которыми должен владеть персонал по обслуживанию оптических кабелей.
Классификация технологий подключения оптоволокна:
1) Технология подключения оптического волокна и технология подключения оптического кабеля состоят из двух частей.
2) Конец оптического кабеля аналогичен подключению оптического кабеля, за исключением того, что операция должна отличаться из-за разных материалов разъема.
Тип оптоволоконного соединения
Соединение оптоволоконного кабеля обычно можно разделить на две категории:
1) Фиксированное соединение оптоволокна (широко известное как мертвый разъем). Обычно используйте сварочный аппарат для оптического волокна; используется для прямой головки оптического кабеля.
2) Активный разъем оптического волокна (широко известный как соединитель под напряжением). Используйте съемные разъемы (широко известные как свободные соединения). Для оптоволоконной перемычки, подключения оборудования и т. д.
Из-за незавершенности торца оптического волокна и неравномерности давления на торец оптического волокна потери на сращивание оптического волокна одним разрядом все еще относительно велики, и метод вторичной разрядной сварки сейчас используется. Сначала предварительно нагрейте и разгрузите торцевую поверхность волокна, придайте ей форму, удалите пыль и мусор и сделайте однородное торцевое давление волокна путем предварительного нагрева.
Метод мониторинга потери соединения с оптоволоконным кабелем
Существует три метода мониторинга потери оптоволоконного соединения:
1. Монитор на сварочном аппарате.
2. Мониторинг источника света и измерителя оптической мощности.
3. Метод измерения OTDR
Метод работы оптоволоконного соединения
Операции по подключению оптического волокна обычно делятся на:
1. Обработка торцов волокна.
2. Установка подключения оптоволокна.
3. Сращивание оптоволокна.
4. Защита разъемов оптоволокна.
5. Для оставшегося оптоволоконного лотка необходимо выполнить пять шагов.
Обычно подключение всего оптического кабеля выполняется в соответствии со следующими этапами:
Шаг 1: отрежьте большую длину, откройте и зачистите оптический кабель, снимите оболочку кабеля.
Шаг 2: Очистите и удалите нефтяную наполнительную пасту с оптического кабеля.
Шаг 3: Свяжите волокно в пучок.
Шаг 4. Проверьте количество жил волокна, выполните сопряжение волокон и проверьте правильность цветовых меток волокон.
Шаг 5: Укрепите сердечную связь;
Шаг 6: Различные пары вспомогательных линий, включая пары бизнес-линий, пары линий управления, линии экранированного заземления и т. д. (если вышеупомянутые пары линий доступны.
Шаг 7: Подключите волокно.
Шаг 8: Защитите разъем оптоволокна;
Шаг 9: инвентаризация хранения оставшегося волокна;
Шаг 10: Завершите подключение оболочки оптического кабеля;
Шаг 11: Защита оптоволоконных разъемов
Потеря волокна
1310 нм: 0,35 ~ 0,5 дБ/км
1550 нм: 0,2 ~ 0,3 дБ/км
850 нм: от 2,3 до 3,4 дБ/км
Потеря точки плавления оптического волокна: 0,08 дБ/точка
Точка сращивания оптоволокна 1 точка/2 км
Распространенные существительные волокна
1) Затухание
Затухание: потери энергии при передаче света по оптическому волокну, одномодовое волокно 1310 нм 0,4 ~ 0,6 дБ/км, 1550 нм 0,2 ~ 0,3 дБ/км; пластиковое многомодовое волокно 300 дБ/км
2) Дисперсия
Дисперсия: полоса пропускания световых импульсов увеличивается после прохождения определенного расстояния по волокну. Это основной фактор, ограничивающий скорость передачи.
Межмодовая дисперсия: возникает только в многомодовых волокнах, поскольку разные моды света распространяются по разным путям.
Дисперсия материала: свет разных длин волн распространяется с разной скоростью.
Дисперсия волновода. Это происходит потому, что световая энергия проходит с немного разными скоростями, проходя через сердечник и оболочку. В одномодовом волокне очень важно изменить дисперсию волокна путем изменения внутренней структуры волокна.
Тип волокна
Точка нулевой дисперсии G.652 составляет около 1300 нм.
Точка нулевой дисперсии G.653 составляет около 1550 нм.
Волокно с отрицательной дисперсией G.654
G.655 волокно со смещенной дисперсией
Полноволновое волокно
3) рассеяние
Из-за несовершенной базовой структуры света происходит потеря световой энергии, и передача света в это время уже не имеет хорошей направленности.
Базовые знания оптоволоконной системы.
Введение в архитектуру и функции базовой оптоволоконной системы:
1. Передающий блок: преобразует электрические сигналы в оптические сигналы;
2. Блок передачи: среда, передающая оптические сигналы;
3. Приемный блок: принимает оптические сигналы и преобразует их в электрические сигналы;
4. Подключите устройство: подключите оптическое волокно к источнику света, детектору света и другим оптическим волокнам.
Распространенные типы разъемов
Тип торца разъема
Муфта
Основная функция – распространение оптических сигналов. Важные приложения находятся в оптоволоконных сетях, особенно в локальных сетях и в устройствах мультиплексирования с разделением по длине волны.
базовая структура
Соединитель представляет собой двунаправленное пассивное устройство. Основные формы – дерево и звезда. Соединитель соответствует разветвителю.
ВДМ
ВДМ—Мультиплексор с разделением по длине волны передает несколько оптических сигналов по одному оптическому волокну. Эти оптические сигналы имеют разные частоты и разные цвета. Мультиплексор WDM предназначен для объединения нескольких оптических сигналов в одно и то же оптическое волокно; демультиплексирующий мультиплексор предназначен для различения нескольких оптических сигналов из одного оптического волокна.
Мультиплексор с разделением по длине волны (условные обозначения)
Определение импульсов в цифровых системах:
1. Амплитуда. Высота импульса представляет собой энергию оптической мощности в оптоволоконной системе.
2. Время нарастания: время, необходимое для того, чтобы импульс увеличился с 10% до 90% максимальной амплитуды.
3. Время спада: время, необходимое для падения импульса с 90% до 10% амплитуды.
4. Ширина импульса: Ширина импульса при амплитуде 50 %, выраженная во времени.
5. Цикл: определенное время импульса — это рабочее время, необходимое для завершения цикла.
6. Коэффициент затухания: отношение 1 мощности сигнального света к 0 мощности сигнального света.
Определение общих единиц оптоволоконной связи:
1 дБ = 10 log10 (Pout/Pin)
Pout: выходная мощность; Контакт: входная мощность
2. дБм = 10 log10 (П/1мВт), что является широко используемой единицей в технике связи; обычно он представляет собой оптическую мощность с эталоном 1 милливатт;
пример:–10 дБм означает, что оптическая мощность равна 100 мкВт.
3.dBu = 10 log10 (P/1uw)