Prednosti optične komunikacije:
● Velika komunikacijska zmogljivost
● Dolga razdalja releja
● Brez elektromagnetnih motenj
● Bogati viri
● Majhna teža in majhna velikost
Kratka zgodovina optičnih komunikacij
Pred več kot 2000 leti so svetilniki, semaforji
1880, optični telefon-brezžična optična komunikacija
1970, optične komunikacije
● Leta 1966 je "oče optičnih vlaken" dr. Gao Yong prvi predlagal idejo o komunikaciji po optičnih vlaknih.
● Leta 1970 je bil Lin Yanxiong z inštituta Bell Yan polprevodniški laser, ki je lahko neprekinjeno deloval pri sobni temperaturi.
● Leta 1970 je Corningov Kapron povzročil izgubo 20 dB/km vlaken.
● Leta 1977 v Chicagu prva komercialna linija 45Mb/s.
Elektromagnetni spekter
Razdelitev komunikacijskih pasov in ustrezni prenosni mediji
Lom/odboj in popolni odboj svetlobe
Ker svetloba potuje različno v različnih snoveh, se pri sevanju svetlobe iz ene snovi v drugo pojavi lom in odboj na meji med obema snovema. Poleg tega se kot lomljene svetlobe spreminja glede na kot vpadne svetlobe. Ko kot vpadne svetlobe doseže ali preseže določen kot, bo lomljena svetloba izginila in vsa vpadna svetloba se bo odbila nazaj. To je popolni odboj svetlobe. Različni materiali imajo različne lomne kote za isto valovno dolžino svetlobe (to pomeni, da imajo različni materiali različne lomne količnike), isti materiali pa imajo različne lomne kote za različne valovne dolžine svetlobe. Komunikacija po optičnih vlaknih temelji na zgornjih načelih.
Porazdelitev odbojnosti: Pomemben parameter za karakterizacijo optičnih materialov je lomni količnik, ki ga predstavlja N. Razmerje med hitrostjo svetlobe C v vakuumu in hitrostjo svetlobe V v materialu je lomni količnik materiala.
N = C / V
Lomni količnik kremenčevega stekla za komunikacijo po optičnih vlaknih je približno 1,5.
Struktura vlaken
Gola vlakna so na splošno razdeljena na tri plasti:
Prva plast: osrednje stekleno jedro z visokim lomnim količnikom (premer jedra je običajno 9-10μm, (enojni način) 50 ali 62,5 (večmodni).
Druga plast: sredina je obloga iz kremenčevega stekla z nizkim lomnim indeksom (premer je običajno 125μm).
Tretja plast: skrajna zunanja plast je smolnati premaz za ojačitev.
1) jedro: visok lomni količnik, ki se uporablja za prenos svetlobe;
2) Prevleka: nizek lomni količnik, ki tvori stanje popolne refleksije z jedrom;
3) Zaščitni plašč: ima visoko trdnost in lahko prenese velike udarce za zaščito optičnega vlakna.
3 mm optični kabel: oranžen, MM, več načinov; rumena, SM, enomodni
Velikost vlaken
Zunanji premer je običajno 125 um (povprečno 100 um na las)
Notranji premer: enojni način 9um; večmodni 50 / 62,5 um
Numerična apertura
Optično vlakno ne more prenesti celotne svetlobe, ki vpada na čelno ploskev optičnega vlakna, temveč samo vpadno svetlobo znotraj določenega obsega kotov. Ta kot se imenuje numerična apertura vlakna. Večja numerična apertura optičnega vlakna je ugodna za priključitev optičnega vlakna. Različni proizvajalci imajo različne številčne aperture.
Vrsta vlaken
Glede na način prenosa svetlobe v optičnem vlaknu ga lahko razdelimo na:
Multi-Mode (okrajšava: MM); Single-Mode (okrajšava: SM)
Večmodno vlakno: sredinsko stekleno jedro je debelejše (50 ali 62,5μm) in lahko prenaša svetlobo v več načinih. Vendar pa je njegova medmodna disperzija velika, kar omejuje frekvenco oddajanja digitalnih signalov, z večanjem razdalje pa bo postajala resnejša.Na primer: optično vlakno 600 MB / KM ima samo 300 MB pasovne širine pri 2 km. Zato je prenosna razdalja večnačinovnega vlakna razmeroma kratka, na splošno le nekaj kilometrov.
Enomodovna vlakna: sredinsko stekleno jedro je razmeroma tanko (premer jedra je običajno 9 ali 10μm) in lahko oddaja svetlobo samo v enem načinu. Pravzaprav gre za nekakšno stopenjsko optično vlakno, vendar je premer jedra zelo majhen. Teoretično lahko samo neposredna svetloba ene same poti širjenja vstopi v vlakno in se širi naravnost v jedru vlakna. Impulz vlaken je komaj raztegnjen.Zato je njegova medmodna disperzija majhna in primerna za komunikacijo na daljavo, vendar ima njegova kromatična disperzija pomembno vlogo. Na ta način ima enomodno vlakno višje zahteve glede spektralne širine in stabilnosti svetlobnega vira, kar pomeni, da je spektralna širina ozka in stabilnost dobra. .
Razvrstitev optičnih vlaken
Po materialu:
Steklena vlakna: jedro in obloga sta iz stekla, z majhno izgubo, dolgo razdaljo prenosa in visokimi stroški;
Silicijeva optična vlakna, prevlečena z gumo: jedro je steklo, obloga pa plastika, ki ima podobne lastnosti kot steklena vlakna in nižje stroške;
Plastično optično vlakno: Tako jedro kot ovoj sta plastična, z velikimi izgubami, kratko razdaljo prenosa in nizko ceno. Večinoma se uporablja za gospodinjske aparate, zvok in prenos slike na kratke razdalje.
Glede na optimalno frekvenčno okno prenosa: konvencionalno enomodno vlakno in enomodno vlakno s premikanjem disperzije.
Konvencionalni tip: Hiša za proizvodnjo optičnih vlaken optimizira frekvenco prenosa optičnih vlaken na eni valovni dolžini svetlobe, kot je 1300 nm.
Tip s pomaknjeno disperzijo: Proizvajalec optičnih vlaken optimizira frekvenco prenosa vlaken na dveh valovnih dolžinah svetlobe, kot sta: 1300 nm in 1550 nm.
Nenadna sprememba: lomni količnik jedra vlakna na stekleno oblogo je nenaden. Ima nizke stroške in visoko medmodno disperzijo. Primerno za nizkohitrostno komunikacijo na kratke razdalje, kot je industrijski nadzor. Vendar pa enomodno vlakno uporablja vrsto mutacije zaradi majhne disperzije med načini.
Gradientno vlakno: lomni količnik jedra vlakna do steklene obloge se postopoma zmanjšuje, kar omogoča širjenje svetlobe visokega načina v sinusni obliki, kar lahko zmanjša disperzijo med načini, poveča pasovno širino vlakna in poveča razdaljo prenosa, vendar je strošek vlakna višjega načina so večinoma razvrščena vlakna.
Skupne specifikacije vlaken
Velikost vlaken:
1) Premer jedra v enem načinu: 9 / 125μm, 10 / 125μm
2) Zunanji premer obloge (2D) = 125μm
3) Premer zunanjega premaza = 250μm
4) Pujski: 300μm
5) Večmodni: 50/125μm, evropski standard; 62,5 / 125μm, ameriški standard
6) Industrijska, medicinska in nizkohitrostna omrežja: 100 / 140μm, 200/230μm
7) Plastika: 98 / 1000μm, ki se uporablja za nadzor avtomobilov
Slabljenje vlaken
Glavni dejavniki, ki povzročajo atenuacijo vlaken, so: lastna, upogib, stiskanje, nečistoče, neravnine in zadnjica.
Intrinzična: je inherentna izguba optičnega vlakna, vključno z: Rayleighovim sipanjem, intrinzično absorpcijo itd.
Upogib: Ko je vlakno upognjeno, bo svetloba v delu vlakna izgubljena zaradi sipanja, kar povzroči izgubo.
Stiskanje: izguba zaradi rahlega upogibanja vlakna, ko ga stisnemo.
Nečistoče: Nečistoče v optičnem vlaknu absorbirajo in razpršijo svetlobo, ki se prenaša v vlaknu, kar povzroča izgube.
Neenakomerno: Izguba, ki jo povzroči neenakomeren lomni količnik vlaknastega materiala.
Priklop: Izguba, ustvarjena med priklopom vlaken, kot so: različne osi (zahteva za koaksialnost enomodnega vlakna je manjša od 0,8μm), čelna ploskev ni pravokotna na os, čelna ploskev je neenakomerna, premer čelnega jedra se ne ujema in kakovost spajanja je slaba.
Vrsta optičnega kabla
1) Glede na načine polaganja: samonosni nadzemni optični kabli, cevovodni optični kabli, oklepni vkopani optični kabli in podmorski optični kabli.
2) Glede na strukturo optičnega kabla obstaja: optični kabel s snopom cevi, optični kabel z zvito plastjo, optični kabel s tesnim oprijemom, trakasti optični kabel, nekovinski optični kabel in razvejljivi optični kabel.
3) Glede na namen: optični kabli za komunikacijo na dolge razdalje, zunanji optični kabli za kratke razdalje, hibridni optični kabli in optični kabli za zgradbe.
Priključitev in zaključek optičnih kablov
Povezovanje in zaključevanje optičnih kablov sta osnovni veščini, ki ju mora obvladati vzdrževalec optičnih kablov.
Razvrstitev tehnologije povezovanja optičnih vlaken:
1) Tehnologija povezovanja optičnih vlaken in tehnologija povezovanja optičnega kabla sta dva dela.
2) Konec optičnega kabla je podoben priključku optičnega kabla, le da mora biti delovanje drugačno zaradi različnih materialov konektorja.
Vrsta optične povezave
Povezavo optičnega kabla lahko na splošno razdelimo v dve kategoriji:
1) Fiksna povezava optičnih vlaken (splošno znana kot mrtvi konektor). Na splošno uporabite fuzijski spajalnik optičnih vlaken; uporablja se za neposredno glavo optičnega kabla.
2) Aktivni konektor optičnega vlakna (splošno znan kot konektor pod napetostjo). Uporabite odstranljive priključke (splošno znane kot ohlapni spoji). Za optični mostiček, povezavo opreme itd.
Zaradi nepopolnosti čelne ploskve optičnega vlakna in neenakomernosti pritiska na čelno ploskev optičnega vlakna je izguba spoja optičnega vlakna z enim praznjenjem še vedno razmeroma velika, metoda fuzije s sekundarno razelektritvijo pa se zdaj uporablja. Najprej segrejte in izpraznite čelno ploskev vlakna, oblikujte čelno ploskev, odstranite prah in umazanijo ter naredite končni tlak vlakna enoten s predgretjem.
Metoda spremljanja izgube povezave z optičnimi vlakni
Obstajajo trije načini za spremljanje izgube optične povezave:
1. Monitor na spojniku.
2. Nadzor svetlobnega vira in merilnika optične moči.
3. Metoda merjenja OTDR
Način delovanja povezave z optičnimi vlakni
Operacije povezave z optičnimi vlakni so na splošno razdeljene na:
1. Ravnanje s končnimi površinami vlaken.
2. Priključna napeljava optičnega vlakna.
3. Spajanje optičnih vlaken.
4. Zaščita konektorjev optičnih vlaken.
5. Obstaja pet korakov za preostali pladenj za vlakna.
Na splošno se povezava celotnega optičnega kabla izvede po naslednjih korakih:
Korak 1: veliko dobre dolžine, odprite in odstranite optični kabel, odstranite ovoj kabla
2. korak: Očistite in odstranite naftno polnilno pasto v optičnem kablu.
3. korak: Zvežite vlakna v snop.
4. korak: Preverite število jeder vlaken, izvedite seznanjanje vlaken in preverite, ali so barvne oznake vlaken pravilne.
5. korak: Okrepite srčno povezavo;
Korak 6: Različni pari pomožnih linij, vključno s pari poslovnih linij, pari krmilnih linij, oklopljenimi ozemljitvenimi vodi itd. (če so na voljo zgoraj omenjeni pari linij.
7. korak: Povežite vlakno.
8. korak: Zaščitite priključek za optična vlakna;
Korak 9: skladiščenje inventarja preostalih vlaken;
10. korak: Dokončajte povezavo plašča optičnega kabla;
11. korak: Zaščita konektorjev za optična vlakna
Izguba vlaknin
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB/km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3 dB / km
850 nm: 2,3 do 3,4 dB/km
Izguba fuzijske točke optičnega vlakna: 0,08 dB/točko
Točka spajanja vlaken 1 točka / 2 km
Običajni vlaknati samostalniki
1) Slabljenje
Slabljenje: izguba energije pri prenosu svetlobe v optičnem vlaknu, enomodno vlakno 1310 nm 0,4 ~ 0,6 dB / km, 1550 nm 0,2 ~ 0,3 dB / km; plastično večmodno vlakno 300dB/km
2) Razpršenost
Disperzija: Pasovna širina svetlobnih impulzov se poveča po prehodu določene razdalje vzdolž vlakna. To je glavni dejavnik, ki omejuje hitrost prenosa.
Medmodna disperzija: Pojavlja se le pri večmodnih vlaknih, ker različni načini svetlobe potujejo po različnih poteh.
Disperzija materiala: Različne valovne dolžine svetlobe potujejo z različnimi hitrostmi.
Disperzija valovoda: Do tega pride, ker svetlobna energija potuje z nekoliko drugačnimi hitrostmi, ko potuje skozi jedro in ovoj. Pri enomodnem vlaknu je zelo pomembno spremeniti disperzijo vlakna s spremembo notranje strukture vlakna.
Vrsta vlaken
Ničelna disperzijska točka G.652 je okoli 1300 nm
Ničelna disperzijska točka G.653 je okoli 1550 nm
Vlakno z negativno disperzijo G.654
G.655 disperzijsko spremenjeno vlakno
Polnovalna vlakna
3) razpršenost
Zaradi nepopolne osnovne zgradbe svetlobe pride do izgube svetlobne energije, prepustnost svetlobe pa v tem času nima več dobre usmerjenosti.
Osnovno poznavanje optičnih vlaken
Uvod v arhitekturo in funkcije osnovnega sistema z optičnimi vlakni:
1. Oddajna enota: pretvori električne signale v optične signale;
2. Oddajna enota: medij, ki prenaša optične signale;
3. Sprejemna enota: sprejema optične signale in jih pretvarja v električne signale;
4. Povežite napravo: povežite optično vlakno z virom svetlobe, zaznavanjem svetlobe in drugimi optičnimi vlakni.
Pogoste vrste priključkov
Tip konektorja
Spojka
Glavna funkcija je distribucija optičnih signalov. Pomembne aplikacije so v omrežjih z optičnimi vlakni, zlasti v lokalnih omrežjih in v napravah za multipleksiranje z delitvijo valovnih dolžin.
osnovna struktura
Spojka je dvosmerna pasivna naprava. Osnovni obliki sta drevo in zvezda. Spojka ustreza razdelilniku.
WDM
WDM—Wavelength Division Multiplexer prenaša več optičnih signalov v enem optičnem vlaknu. Ti optični signali imajo različne frekvence in različne barve. Multiplekser WDM združuje več optičnih signalov v isto optično vlakno; demultipleksni multiplekser je za razlikovanje več optičnih signalov iz enega optičnega vlakna.
Multiplekser z delitvijo valovnih dolžin (legenda)
Opredelitev impulzov v digitalnih sistemih:
1. Amplituda: Višina impulza predstavlja energijo optične moči v sistemu optičnih vlaken.
2. Čas vzpona: čas, ki je potreben, da impulz naraste od 10 % do 90 % največje amplitude.
3. Čas padca: čas, ki je potreben, da impulz pade z 90 % na 10 % amplitude.
4. Širina impulza: širina impulza pri položaju 50 % amplitude, izražena v času.
5. Cikel: specifični čas impulza je delovni čas, potreben za dokončanje cikla.
6. Razmerje ugasnitve: Razmerje med 1 močjo signalne svetlobe in 0 močjo signalne svetlobe.
Opredelitev skupnih enot v komunikaciji po optičnih vlaknih:
1.dB = 10 log10 (Pout / Pin)
Pout: izhodna moč; Pin: vhodna moč
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), ki je pogosto uporabljena enota v komunikacijskem inženirstvu; običajno predstavlja optično moč z 1 milivatom kot referenco;
primer:–10dBm pomeni, da je optična moč enaka 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)