Основная концепция оптоволоконной связи.
Оптическое волокно представляет собой диэлектрический оптический волновод, волноводную структуру, которая блокирует свет и распространяет свет в осевом направлении.
Очень тонкое волокно из кварцевого стекла, синтетической смолы и т. д.
Одномодовое волокно: сердцевина 8-10 мкм, оболочка 125 мкм.
Многомодовое волокно: сердцевина 51 мкм, оболочка 125 мкм.
Способ связи, при котором оптические сигналы передаются с использованием оптических волокон, называется оптоволоконной связью.
Световые волны относятся к категории электромагнитных волн.
Диапазон длин волн видимого света составляет 390–760 нм, участок больше 760 нм — это инфракрасный свет, а участок меньше 390 нм — ультрафиолетовый свет.
Рабочее окно световой волны (три коммуникационных окна):
Диапазон длин волн, используемый в оптоволоконной связи, находится в ближней инфракрасной области.
Коротковолновая область (видимый свет, который невооруженным глазом виден оранжевым светом) Оранжевый свет длиной 850 нм
Длинноволновая область (область невидимого света) 1310 нм (теоретическая минимальная точка дисперсии), 1550 нм (теоретическая минимальная точка затухания)
Структура и классификация волокон
1. Структура волокна
Идеальная структура волокна: сердцевина, оболочка, покрытие, оболочка.
Сердечник и оболочка изготовлены из кварцевого материала, а его механические свойства относительно хрупкие и легко ломаются. Поэтому обычно добавляются два слоя слоя покрытия, один тип смолы и один слой нейлона, так что гибкие характеристики волокна достигают практических требований проекта.
2.Классификация оптических волокон.
(1) Волокно разделяется в зависимости от распределения показателя преломления поперечного сечения волокна: оно делится на волокно ступенчатого типа (однородное волокно) и градуированное волокно (неоднородное волокно).
Предположим, что сердечник имеет показатель преломления n1, а показатель преломления оболочки равен n2.
Чтобы сердцевина могла передавать свет на большие расстояния, необходимым условием построения оптоволокна является n1>n2.
Распределение показателя преломления однородного волокна является постоянной величиной.
Закон распределения показателя преломления неоднородного волокна:
Среди них △ – относительная разность показателей преломления.
Α — показатель преломления, α=∞ — волокно со ступенчатым распределением показателя преломления, α=2 — волокно с квадратичным распределением показателя преломления (градуированное волокно). Это волокно сравнивают с другими градуированными волокнами. Режим минимальной дисперсии и оптимальный.
(1) В зависимости от количества мод, передаваемых в ядре: делится на многомодовое волокно и одномодовое волокно.
Здесь рисунок относится к распределению электромагнитного поля света, передаваемого по оптическому волокну. Различные распределения полей — это разные режимы.
Одномодовый (по волокну передается только одна мода), многомодовый (по волокну одновременно передаются несколько мод)
В настоящее время из-за возрастающих требований к скорости передачи и увеличения количества передач городская сеть развивается в направлении высоких скоростей и большой пропускной способности, поэтому большинство из них представляют собой одномодовые ступенчатые волокна. (Характеристики передачи сами по себе лучше, чем у многомодового волокна)
(2) Характеристики оптического волокна:
①Характеристики потерь оптического волокна: световые волны передаются по оптическому волокну, и оптическая мощность постепенно снижается по мере увеличения расстояния передачи.
К причинам потерь в волокне относятся: потери на связь, потери на поглощение, потери на рассеяние и потери на излучение при изгибе.
Потери связи — это потери, вызванные связью между волокном и устройством.
Потери на поглощение вызваны поглощением световой энергии волокнистыми материалами и примесями.
Потери на рассеяние делятся на рэлеевское рассеяние (неоднородность показателя преломления) и волноводное рассеяние (неравномерность материала).
Потери излучения на изгибе — это потери, вызванные изгибом волокна, приводящие к моде излучения, вызванной изгибом волокна.
②Характеристики дисперсии оптического волокна. Различные частотные компоненты сигнала, передаваемого по оптическому волокну, имеют разные скорости передачи, а физическое явление искажения, вызванное расширением импульса сигнала при достижении терминала, называется дисперсией.
Дисперсия подразделяется на модовую дисперсию, материальную дисперсию и волноводную дисперсию.
Основные компоненты волоконно-оптических систем связи
Отправить часть:
Сигнал импульсной модуляции, выдаваемый электрическим передатчиком (электрическим терминалом), передается на оптический передатчик (сигнал, посылаемый программно-управляемымвыключательобрабатывается, форма сигнала формируется, инверсия шаблона изменяется... в подходящий электрический сигнал и отправляется на оптический передатчик)
Основная роль оптического передатчика заключается в преобразовании электрического сигнала в оптический сигнал, который подается в волокно.
Приемная часть:
Преобразование оптических сигналов, передаваемых по оптическим волокнам, в электрические сигналы
Обработка электрического сигнала восстанавливается до исходного импульсно-модулированного сигнала и отправляется на электрический терминал (электрический сигнал, отправленный оптическим приемником, обрабатывается, формируется форма волны, инвертируется инверсная диаграмма… соответствующий электрический сигнал отправляется обратно в программируемыйвыключатель)
Часть передачи:
Одномодовое волокно, оптический повторитель (электрический регенеративный повторитель (усиление оптико-электро-оптического преобразования, задержка передачи будет больше, схема принятия решения об импульсе будет использоваться для формирования формы сигнала и синхронизации), оптоволоконный усилитель с эрбием (завершает усиление) на оптическом уровне, без формирования сигнала)
(1) Оптический передатчик: это оптический приемопередатчик, осуществляющий электрическое/оптическое преобразование. Он состоит из источника света, драйвера и модулятора. Функция состоит в том, чтобы модулировать световую волну от электрической машины световой волной, излучаемой источником света, чтобы она стала тусклой волной, а затем передавать модулированный оптический сигнал в оптическое волокно или оптический кабель для передачи.
(2) Оптический приемник: оптический приемопередатчик, осуществляющий оптическое/электрическое преобразование. Полезная модель состоит из схемы обнаружения света и оптического усилителя, ее функция заключается в преобразовании оптического сигнала, передаваемого по оптическому волокну или оптическому кабелю, в электрический сигнал оптическим детектором, а затем усилении слабого электрического сигнала для достаточный уровень через схему усиления для передачи сигнала. Приемная часть электрической машины идет.
(3) Волокно/кабель: Волокно или кабель образуют путь передачи света. Функция состоит в том, чтобы передать приглушенный сигнал, отправленный передающей стороной, на оптический детектор принимающей стороны после передачи на большие расстояния через оптическое волокно или оптический кабель для выполнения задачи передачи информации.
(4) Оптический повторитель: состоит из фотодетектора, источника света и схемы восстановления решения. Есть две функции: одна — компенсировать затухание оптического сигнала, передаваемого по оптическому волокну; другой заключается в формировании импульса искажения формы сигнала.
(5) Пассивные компоненты, такие как оптоволоконные разъемы, соединители (нет необходимости подавать питание отдельно, но устройство по-прежнему имеет потери): поскольку длина волокна или кабеля ограничена процессом протяжки волокна и условиями конструкции кабеля, а также длина волокна также ограничена (например, 2 км). Поэтому может возникнуть проблема, заключающаяся в том, что множество оптических волокон соединены в одну оптоволоконную линию. Поэтому соединение между оптическими волокнами, соединение и соединение оптических волокон и оптических приемопередатчиков, а также использование пассивных компонентов, таких как оптические разъемы и соединители, являются обязательными.
Превосходство оптоволоконной связи
Полоса пропускания передачи, большая пропускная способность связи
Низкие потери при передаче и большое расстояние ретрансляции
Сильные антиэлектромагнитные помехи
(Помимо беспроводной связи: беспроводные сигналы имеют множество эффектов, преимущества многолучевого распространения, эффекты тени, затухание Рэлея, эффекты Доплера.
По сравнению с коаксиальным кабелем: оптический сигнал больше, чем у коаксиального кабеля, и имеет хорошую конфиденциальность)
Частота световой волны очень высока, по сравнению с другими электромагнитными волнами, интерференция невелика.
Недостатки оптического кабеля: плохие механические свойства, легко ломается (улучшает механические характеристики, влияет на помехоустойчивость), требует много времени на изготовление и зависит от географических условий.