Výhody komunikácie z optických vlákien:
● Veľká komunikačná kapacita
● Dlhá reléová vzdialenosť
● Žiadne elektromagnetické rušenie
● Bohaté zdroje
● Nízka hmotnosť a malé rozmery
Stručná história optických komunikácií
Pred viac ako 2000 rokmi, majáky-svetlá, semafory
1880, optická telefónno-bezdrôtová optická komunikácia
1970, optické komunikácie
● V roku 1966, „Otec optických vlákien“, Dr. Gao Yong prvýkrát navrhol myšlienku komunikácie pomocou optických vlákien.
● V roku 1970 bol Lin Yanxiong z Bell Yan Institute polovodičový laser, ktorý mohol pracovať nepretržite pri izbovej teplote.
● V roku 1970 Corning's Kapron zaznamenal stratu 20 dB/km vlákna.
● V roku 1977 prvá komerčná linka v Chicagu s rýchlosťou 45 Mb/s.
Elektromagnetické spektrum
Rozdelenie komunikačného pásma a zodpovedajúce prenosové médiá
Refrakcia / odraz a úplný odraz svetla
Pretože svetlo sa v rôznych látkach šíri inak, pri vyžarovaní svetla z jednej látky do druhej dochádza k lomu a odrazu na rozhraní medzi týmito dvoma látkami. Okrem toho sa uhol lomu svetla mení s uhlom dopadajúceho svetla. Keď uhol dopadajúceho svetla dosiahne alebo prekročí určitý uhol, lomené svetlo zmizne a všetko dopadajúce svetlo sa odrazí späť. Toto je úplný odraz svetla. Rôzne materiály majú rôzne uhly lomu pre rovnakú vlnovú dĺžku svetla (to znamená, že rôzne materiály majú rôzne indexy lomu) a rovnaké materiály majú rôzne uhly lomu pre rôzne vlnové dĺžky svetla. Komunikácia optických vlákien je založená na vyššie uvedených princípoch.
Distribúcia odrazivosti: Dôležitým parametrom na charakterizáciu optických materiálov je index lomu, ktorý je reprezentovaný N. Pomer rýchlosti svetla C vo vákuu k rýchlosti svetla V v materiáli je index lomu materiálu.
N = C/V
Index lomu kremenného skla pre komunikáciu s optickými vláknami je asi 1,5.
Štruktúra vlákien
Holé vlákna sú vo všeobecnosti rozdelené do troch vrstiev:
Prvá vrstva: stredné sklenené jadro s vysokým indexom lomu (priemer jadra je všeobecne 9-10μm, (jeden režim) 50 alebo 62,5 (multi režim).
Druhá vrstva: stred je plášť z kremičitého skla s nízkym indexom lomu (priemer je zvyčajne 125μm).
Tretia vrstva: vonkajšia je živicová vrstva na vystuženie.
1) jadro: vysoký index lomu, ktorý sa používa na prenos svetla;
2) Plášťový povlak: nízky index lomu, ktorý vytvára podmienky úplného odrazu s jadrom;
3) Ochranný plášť: Má vysokú pevnosť a vydrží veľké nárazy na ochranu optického vlákna.
3mm optický kábel: oranžový, MM, multi-mode; žltá, SM, single-mode
Veľkosť vlákna
Vonkajší priemer je všeobecne 125 um (priemer 100 um na vlas)
Vnútorný priemer: single mode 9um; multimode 50/62,5um
Numerická clona
Nie všetko svetlo dopadajúce na koncovú plochu optického vlákna môže byť prenesené optickým vláknom, ale iba dopadajúce svetlo v určitom rozsahu uhlov. Tento uhol sa nazýva numerická apertúra vlákna. Väčšia numerická apertúra optického vlákna je výhodná pre dokovanie optického vlákna. Rôzni výrobcovia majú rôzne číselné apertúry.
Druh vlákna
Podľa spôsobu prenosu svetla v optickom vlákne ho možno rozdeliť na:
Multi-Mode (skratka: MM); Single-Mode (skratka: SM)
Multimode vlákno: Stredné sklenené jadro je hrubšie (50 alebo 62,5μm) a môže prenášať svetlo vo viacerých režimoch. Jeho medzirežimový rozptyl je však veľký, čo obmedzuje frekvenciu vysielania digitálnych signálov a s narastajúcou vzdialenosťou sa stáva vážnejším.Napríklad: 600 MB / KM vlákno má iba 300 MB šírku pásma pri 2 km. Preto je prenosová vzdialenosť multimódového vlákna relatívne krátka, vo všeobecnosti len niekoľko kilometrov.
Jednovidové vlákno: Stredné sklenené jadro je relatívne tenké (priemer jadra je zvyčajne 9 alebo 10μm) a môže prenášať svetlo iba v jednom režime. V skutočnosti ide o druh krokového optického vlákna, ale priemer jadra je veľmi malý. Teoreticky je dovolené, aby do vlákna vstúpilo iba priame svetlo z jedinej dráhy šírenia a šírilo sa priamo v jadre vlákna. Pulz vlákna je sotva natiahnutý.Preto je jeho medzirežimový rozptyl malý a vhodný na komunikáciu na diaľku, hlavnú úlohu však zohráva jeho chromatický rozptyl. Týmto spôsobom má jednovidové vlákno vyššie požiadavky na spektrálnu šírku a stabilitu svetelného zdroja, to znamená, že spektrálna šírka je úzka a stabilita je dobrá. .
Klasifikácia optických vlákien
Podľa materiálu:
Sklenené vlákno: Jadro a plášť sú vyrobené zo skla, s malou stratou, dlhou prenosovou vzdialenosťou a vysokými nákladmi;
Pogumované silikónové optické vlákno: jadro je sklenené a plášť je plastový, ktorý má podobné vlastnosti ako sklenené vlákno a nižšiu cenu;
Plastové optické vlákno: Jadro aj plášť sú plastové, s veľkou stratou, krátkou prenosovou vzdialenosťou a nízkou cenou. Väčšinou sa používa pre domáce spotrebiče, zvuk a prenos obrazu na krátke vzdialenosti.
Podľa optimálneho okna prenosovej frekvencie: konvenčné jednovidové vlákno a disperzne posunuté jednovidové vlákno.
Konvenčný typ: Výrobný dom optických vlákien optimalizuje prenosovú frekvenciu optických vlákien na jednej vlnovej dĺžke svetla, ako je 1300 nm.
Typ s posunom rozptylu: Výrobca optických vlákien optimalizuje prenosovú frekvenciu vlákna na dvoch vlnových dĺžkach svetla, ako sú: 1300nm a 1550nm.
Náhla zmena: Index lomu jadra vlákna na sklenenom plášti je prudký. Má nízku cenu a vysoký rozptyl medzi režimami. Vhodné pre nízkorýchlostnú komunikáciu na krátku vzdialenosť, ako je priemyselné riadenie. Jednomódové vlákno však používa typ mutácie kvôli malému rozptylu medzi režimami.
Gradientové vlákno: index lomu jadra vlákna na sklenenom plášti sa postupne znižuje, čo umožňuje, aby sa svetlo s vysokým režimom šírilo v sínusovej forme, čo môže znížiť rozptyl medzi režimami, zvýšiť šírku pásma vlákna a zvýšiť prenosovú vzdialenosť, ale náklady sú nižšie. Vlákno vyššieho režimu je väčšinou triedené vlákno.
Spoločné špecifikácie vlákien
Veľkosť vlákna:
1) Priemer jadra pre jeden režim: 9/125μm, 10/125μm
2) Vonkajší priemer plášťa (2D) = 125μm
3) Vonkajší priemer povlaku = 250μm
4) Pigtail: 300μm
5) Multimode: 50/125μm, európsky štandard; 62,5/125μm, americký štandard
6) Priemyselné, medicínske a nízkorýchlostné siete: 100/140μm, 200/230μm
7) Plast: 98/1000μm, ktorý sa používa na ovládanie automobilov
Útlm vlákien
Hlavnými faktormi, ktoré spôsobujú útlm vlákna, sú: vnútorné, ohýbanie, stláčanie, nečistoty, nerovnosti a zadok.
Vnútorná: Ide o inherentnú stratu optického vlákna vrátane: Rayleighovho rozptylu, vnútornej absorpcie atď.
Ohyb: Keď je vlákno ohnuté, svetlo v časti vlákna sa stratí v dôsledku rozptylu, čo vedie k strate.
Žmýkanie: strata spôsobená miernym ohnutím vlákna pri jeho žmýkaní.
Nečistoty: Nečistoty v optickom vlákne absorbujú a rozptyľujú svetlo prenášané vo vlákne, čo spôsobuje straty.
Nerovnomerné: Strata spôsobená nerovnomerným indexom lomu vláknitého materiálu.
Dokovanie: Strata generovaná počas dokovania vlákien, ako napríklad: rôzne osi (požiadavka na koaxiálnosť vlákna v jednom režime je menšia ako 0,8μm), čelná plocha nie je kolmá na os, čelná plocha je nerovnomerná, priemer tupého jadra sa nezhoduje a kvalita spájania je zlá.
Typ optického kábla
1) Podľa spôsobov kladenia: samonosné nadzemné optické káble, potrubné optické káble, pancierové podzemné optické káble a podmorské optické káble.
2) Podľa štruktúry optického kábla sú to: zväzkový rúrkový optický kábel, vrstvený krútený optický kábel, pevný optický kábel, páskový optický kábel, nekovový optický kábel a rozvetvený optický kábel.
3) Podľa účelu: optické káble na diaľkovú komunikáciu, vonkajšie optické káble na krátke vzdialenosti, hybridné optické káble a optické káble do budov.
Pripojenie a ukončenie optických káblov
Pripojenie a ukončenie optických káblov sú základné zručnosti, ktoré musí personál údržby optických káblov ovládať.
Klasifikácia technológie pripojenia optických vlákien:
1) Technológia pripojenia optického vlákna a technológia pripojenia optického kábla sú dve časti.
2) Koniec optického kábla je podobný ako pri pripojení optického kábla, s tým rozdielom, že prevádzka by mala byť odlišná z dôvodu rôznych materiálov konektorov.
Typ pripojenia vlákna
Pripojenie optickým káblom možno vo všeobecnosti rozdeliť do dvoch kategórií:
1) Pevné pripojenie optického vlákna (bežne známe ako mŕtvy konektor). Vo všeobecnosti používajte spájač optických vlákien; používa sa pre priamu hlavu optického kábla.
2) Aktívny konektor optického vlákna (bežne známy ako živý konektor). Použite odnímateľné konektory (bežne známe ako voľné spoje). Pre prepojku vlákien, pripojenie zariadenia atď.
Kvôli neúplnosti koncovej plochy optického vlákna a nerovnomernosti tlaku na koncovú plochu optického vlákna je strata spoja optického vlákna jedným výbojom stále pomerne veľká a metóda sekundárnej fúzie výboja sa teraz používa. Najprv predhrejte a vyprázdnite koncovú stranu vlákna, vytvarujte koncovú stranu, odstráňte prach a nečistoty a predhriatím zjednoťte koncový tlak vlákna.
Metóda monitorovania straty spojenia optických vlákien
Existujú tri spôsoby monitorovania straty pripojenia optických vlákien:
1. Monitorujte na zváračke.
2. Monitorovanie svetelného zdroja a merača optického výkonu.
3.Metóda merania OTDR
Spôsob prevádzky pripojenia optických vlákien
Operácie pripojenia optických vlákien sa vo všeobecnosti delia na:
1. Manipulácia s čelnými plochami vlákien.
2. Inštalácia pripojenia optického vlákna.
3. Spájanie optického vlákna.
4. Ochrana konektorov optických vlákien.
5. Existuje päť krokov pre zostávajúci zásobník vlákien.
Vo všeobecnosti sa pripojenie celého optického kábla vykonáva podľa nasledujúcich krokov:
Krok 1: veľa dobrej dĺžky, otvorte a odizolujte optický kábel, odstráňte plášť kábla
Krok 2: Vyčistite a odstráňte ropnú plniacu pastu v optickom kábli.
Krok 3: Zviažte vlákno.
Krok 4: Skontrolujte počet jadier vlákien, vykonajte párovanie vlákien a skontrolujte, či sú farebné štítky vlákien správne.
Krok 5: Posilnite spojenie srdca;
Krok 6: Rôzne pomocné páry liniek vrátane párov obchodných liniek, párov riadiacich liniek, tienených uzemňovacích liniek atď. (ak sú k dispozícii vyššie uvedené páry liniek.
Krok 7: Pripojte vlákno.
Krok 8: Chráňte konektor optického vlákna;
Krok 9: skladovanie zvyšného vlákna;
Krok 10: Dokončite pripojenie plášťa optického kábla;
Krok 11: Ochrana konektorov z optických vlákien
Strata vlákniny
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB / Km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3 dB / Km
850 nm: 2,3 až 3,4 dB/Km
Strata bodu fúzie optického vlákna: 0,08 dB / bod
Bod spájania vlákien 1 bod / 2 km
Bežné vláknité podstatné mená
1) Útlm
Útlm: strata energie pri prenose svetla v optickom vlákne, jednovidové vlákno 1310nm 0,4 ~ 0,6dB / km, 1550nm 0,2 ~ 0,3dB / km; plastové multimódové vlákno 300dB/km
2) Disperzia
Disperzia: Šírka pásma svetelných impulzov sa zväčší po prejdení určitej vzdialenosti pozdĺž vlákna. Je to hlavný faktor obmedzujúci prenosovú rýchlosť.
Medzirežimová disperzia: Vyskytuje sa iba v multimódových vláknach, pretože rôzne režimy svetla sa šíria rôznymi dráhami.
Disperzia materiálu: Rôzne vlnové dĺžky svetla sa šíria rôznymi rýchlosťami.
Disperzia vlnovodu: K tomu dochádza, pretože svetelná energia sa pohybuje mierne odlišnou rýchlosťou, keď prechádza jadrom a plášťom. V jednovidovom vlákne je veľmi dôležité zmeniť disperziu vlákna zmenou vnútornej štruktúry vlákna.
Typ vlákna
G.652 nulový bod rozptylu je okolo 1300 nm
Bod nulového rozptylu G.653 je okolo 1550 nm
Negatívne disperzné vlákno G.654
Vlákno G.655 s posunutou disperziou
Plnovlnné vlákno
3) rozptyl
Kvôli nedokonalej základnej štruktúre svetla dochádza k strate svetelnej energie a prestup svetla v tomto čase už nemá dobrú smerovosť.
Základné znalosti o systéme optických vlákien
Úvod do architektúry a funkcií základného optického systému:
1. Vysielacia jednotka: prevádza elektrické signály na optické signály;
2. Prenosová jednotka: médium prenášajúce optické signály;
3. Prijímacia jednotka: prijíma optické signály a prevádza ich na elektrické signály;
4. Pripojte zariadenie: pripojte optické vlákno k svetelnému zdroju, detekcii svetla a iným optickým vláknam.
Bežné typy konektorov
Typ čelnej plochy konektora
Spojka
Hlavnou funkciou je distribúcia optických signálov. Dôležité aplikácie sú v sieťach s optickými vláknami, najmä v lokálnych sieťach a v zariadeniach na multiplexovanie podľa vlnovej dĺžky.
základná štruktúra
Spojka je obojsmerné pasívne zariadenie. Základné formy sú strom a hviezda. Spojka zodpovedá rozdeľovaču.
WDM
WDM—Multiplexer s vlnovou dĺžkou prenáša viacero optických signálov v jednom optickom vlákne. Tieto optické signály majú rôzne frekvencie a rôzne farby. WDM multiplexer má spájať viacero optických signálov do rovnakého optického vlákna; demultiplexný multiplexor má rozlišovať viacero optických signálov z jedného optického vlákna.
Multiplexer s delením vlnovej dĺžky (Legenda)
Definícia impulzov v digitálnych systémoch:
1. Amplitúda: Výška impulzu predstavuje energiu optického výkonu v systéme optických vlákien.
2. Čas nábehu: čas potrebný na to, aby impulz stúpol z 10 % na 90 % maximálnej amplitúdy.
3. Čas pádu: čas potrebný na to, aby impulz klesol z 90 % na 10 % amplitúdy.
4. Šírka impulzu: Šírka impulzu v polohe 50 % amplitúdy, vyjadrená v čase.
5. Cyklus: Čas špecifický pre pulz je pracovný čas potrebný na dokončenie cyklu.
6. Pomer zhasnutia: Pomer 1 výkonu signálneho svetla k 0 výkonu signálneho svetla.
Definícia bežných jednotiek v komunikácii cez optické vlákna:
1.dB = 10 log10 (Pout / Pin)
Pout: výstupný výkon; Pin: vstupný výkon
2. dBm = 10 log10 (P / 1 mw), čo je široko používaná jednotka v komunikačnej technike; zvyčajne predstavuje optický výkon s 1 miliwattom ako referenčným;
príklad:–10dBm znamená, že optický výkon sa rovná 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)