Fördelar med fiberoptisk kommunikation:
● Stor kommunikationskapacitet
● Lång stafettdistans
● Inga elektromagnetiska störningar
● Rika resurser
● Lätt vikt och liten storlek
En kort historia om optisk kommunikation
För mer än 2000 år sedan tändes beacon, semaforer
1880, optisk telefon-trådlös optisk kommunikation
1970, fiberoptisk kommunikation
● 1966, "Fader till optisk fiber", föreslog Dr. Gao Yong för första gången idén om optisk fiberkommunikation.
● 1970 var Bell Yan Institutes Lin Yanxiong en halvledarlaser som kunde arbeta kontinuerligt i rumstemperatur.
● 1970 gjorde Cornings Kapron en förlust på 20dB/km fiber.
● 1977, Chicagos första kommersiella linje på 45Mb/s.
Elektromagnetiskt spektrum
Kommunikationsbandsindelning och motsvarande överföringsmedia
Refraktion / reflektion och total reflektion av ljus
Eftersom ljus färdas olika i olika ämnen, när ljus emitteras från ett ämne till ett annat, uppstår brytning och reflektion i gränsytan mellan de två ämnena. Dessutom varierar vinkeln för det brutna ljuset med vinkeln för det infallande ljuset. När vinkeln på det infallande ljuset når eller överstiger en viss vinkel försvinner det brutna ljuset och allt infallande ljus kommer att reflekteras tillbaka. Detta är den totala reflektionen av ljuset. Olika material har olika brytningsvinklar för samma våglängd av ljus (det vill säga olika material har olika brytningsindex), och samma material har olika brytningsvinklar för olika våglängder av ljus. Optisk fiberkommunikation bygger på ovanstående principer.
Reflexionsfördelning: En viktig parameter för att karakterisera optiska material är brytningsindexet, som representeras av N. Förhållandet mellan ljusets hastighet C i vakuumet och ljusets hastighet V i materialet är materialets brytningsindex.
N = C/V
Brytningsindexet för kvartsglas för optisk fiberkommunikation är cirka 1,5.
Fiberstruktur
Fiberbar fiber är i allmänhet uppdelad i tre lager:
Det första lagret: den centrala glaskärnan med högt brytningsindex (kärndiametern är vanligtvis 9-10μm, (single mode) 50 eller 62,5 (multimode).
Det andra lagret: mitten är kiselglasbeklädnaden med lågt brytningsindex (diametern är vanligtvis 125μm).
Det tredje lagret: det yttersta är en hartsbeläggning för förstärkning.
1) kärna: högt brytningsindex, används för att överföra ljus;
2) Beläggningsbeläggning: lågt brytningsindex, som bildar ett totalt reflektionstillstånd med kärnan;
3) Skyddsjacka: Den har hög hållfasthet och tål stora stötar för att skydda den optiska fibern.
3 mm optisk kabel: orange, MM, multi-mode; gul, SM, enkelläge
Fiberstorlek
Den yttre diametern är i allmänhet 125um (i genomsnitt 100um per hårstrå)
Innerdiameter: enkelläge 9um; multimode 50 / 62,5um
Numerisk bländare
Inte allt ljus som infaller på den optiska fiberns ändyta kan överföras av den optiska fibern, utan endast infallande ljus inom ett visst intervall av vinklar. Denna vinkel kallas fiberns numeriska öppning. En större numerisk öppning hos den optiska fibern är fördelaktig för dockningen av den optiska fibern. Olika tillverkare har olika numeriska bländare.
Typ av fiber
Enligt överföringsläget för ljus i den optiska fibern kan det delas in i:
Multi-Mode (förkortning: MM); Single-Mode (förkortning: SM)
Multimode fiber: Den centrala glaskärnan är tjockare (50 eller 62,5μm) och kan sända ljus i flera lägen. Emellertid är dess spridning mellan olika lägen stor, vilket begränsar frekvensen för sändning av digitala signaler, och den kommer att bli allvarligare med ökande avstånd.Till exempel: 600MB / KM fiber har endast 300MB bandbredd vid 2KM. Därför är överföringsavståndet för multimodfiber relativt kort, vanligtvis bara några kilometer.
Single-mode fiber: Den centrala glaskärnan är relativt tunn (kärndiametern är vanligtvis 9 eller 10μm), och kan bara sända ljus i ett läge. I själva verket är det en slags optisk fiber av stegtyp, men kärndiametern är mycket liten. I teorin tillåts endast det direkta ljuset från en enda utbredningsväg att komma in i fibern och fortplantas rakt in i fiberkärnan. Fiberpulsen sträcks knappt.Därför är dess spridning mellan olika lägen liten och lämplig för fjärrkommunikation, men dess kromatiska spridning spelar en stor roll. På så sätt har singelmodsfiber högre krav på ljuskällans spektrala bredd och stabilitet, det vill säga spektralbredden är smal och stabiliteten god. .
Klassificering av optiska fibrer
Efter material:
Glasfiber: Kärnan och beklädnaden är gjorda av glas, med liten förlust, lång överföringsavstånd och hög kostnad;
Gummitäckt optisk kiselfiber: kärnan är glas och beklädnaden är plast, som har liknande egenskaper som glasfiber och lägre kostnad;
Optisk plastfiber: Både kärnan och beklädnaden är plast, med stor förlust, kort överföringsavstånd och lågt pris. Används mest för hushållsapparater, ljud och bildöverföring på korta avstånd.
Enligt det optimala sändningsfrekvensfönstret: konventionell enkelmodsfiber och dispersionsskiftad enkelmodsfiber.
Konventionell typ: Produktionshuset för optisk fiber optimerar den optiska fiberns överföringsfrekvens på en enda våglängd av ljus, såsom 1300nm.
Dispersionsförskjuten typ: Fiberoptikproducenten optimerar fiberöverföringsfrekvensen på två våglängder av ljus, såsom: 1300nm och 1550nm.
Abrupt förändring: Brytningsindexet för fiberkärnan till glasbeklädnaden är abrupt. Den har låg kostnad och hög spridning mellan olika lägen. Lämplig för kortdistanskommunikation med låg hastighet, såsom industriell styrning. Enkelmodsfiber använder dock en mutationstyp på grund av den lilla dispersionen mellan olika moder.
Gradientfiber: brytningsindexet för fiberkärnan till glasbeklädnaden reduceras gradvis, vilket gör att ljus med högt läge kan fortplantas i sinusform, vilket kan minska spridningen mellan lägena, öka fiberbandbredden och öka överföringsavståndet, men kostnaden är högre Mode fiber är mestadels graderad fiber.
Vanliga fiberspecifikationer
Fiberstorlek:
1) Engångskärndiameter: 9/125μm, 10/125μm
2) Ytterbeklädnadsdiameter (2D) = 125μm
3) Yttre beläggningsdiameter = 250μm
4) Pigtail: 300μm
5) Multimode: 50/125μm, europeisk standard; 62,5 / 125μm, amerikansk standard
6) Industriella, medicinska och låghastighetsnät: 100/140μm, 200/230μm
7) Plast: 98/1000μm, används för bilkontroll
Fiberdämpning
De huvudsakliga faktorerna som orsakar fiberdämpning är: inneboende, böjning, klämning, orenheter, ojämnheter och rumpa.
Inneboende: Det är den inneboende förlusten av den optiska fibern, inklusive: Rayleigh-spridning, inre absorption, etc.
Böj: När fibern böjs kommer ljuset i en del av fibern att förloras på grund av spridning, vilket resulterar i förlust.
Klämning: förlust orsakad av lätt böjning av fibern när den kläms.
Föroreningar: Föroreningar i en optisk fiber absorberar och sprider ljus som överförs i fibern, vilket orsakar förluster.
Olikformigt: Förlusten som orsakas av fibermaterialets ojämna brytningsindex.
Dockning: Förlust som genereras under fiberdockning, såsom: olika axlar (single-mode fiberkoaxialitetskrav är mindre än 0,8μm), ändytan är inte vinkelrät mot axeln, ändytan är ojämn, stumkärnans diameter stämmer inte överens och skarvningskvaliteten är dålig.
Typ av optisk kabel
1) Enligt läggningsmetoderna: självbärande optiska overheadkablar, optiska rörledningskablar, bepansrade begravda optiska kablar och optiska undervattenskablar.
2) Enligt strukturen av den optiska kabeln finns det: buntad optisk rörkabel, tvinnad optisk kabel, tätthållen optisk kabel, optisk bandkabel, optisk icke-metallkabel och grenbar optisk kabel.
3) Enligt syfte: optiska kablar för långdistanskommunikation, utomhusoptiska kablar för korta avstånd, optiska hybridkablar och optiska kablar för byggnader.
Anslutning och terminering av optiska kablar
Anslutning och avslutning av optiska kablar är de grundläggande färdigheter som underhållspersonal för optiska kablar måste behärska.
Klassificering av anslutningsteknik för optisk fiber:
1) Anslutningstekniken för optisk fiber och anslutningstekniken för optisk kabel är två delar.
2) Änden av den optiska kabeln liknar anslutningen av den optiska kabeln, förutom att funktionen bör vara annorlunda på grund av de olika kontaktmaterialen.
Typ av fiberanslutning
Fiberoptisk kabelanslutning kan generellt delas in i två kategorier:
1) Fast anslutning av optisk fiber (allmänt känd som död kontakt). Använd i allmänhet optisk fiberfusionssplicer; används för direkthuvudet på optisk kabel.
2) Den aktiva kontakten för optisk fiber (allmänt känd som strömkontakten). Använd avtagbara kopplingar (vanligtvis kända som lösa skarvar). För fiberbygel, utrustningsanslutning m.m.
På grund av ofullständigheten hos den optiska fiberns ändyta och ojämnheten i trycket på den optiska fiberns ändyta är skarvförlusten av den optiska fibern med en urladdning fortfarande relativt stor, och den sekundära urladdningsfusionsmetoden används nu. Förvärm och töm först ändytan på fibern, forma ändytan, ta bort damm och skräp och gör ändtrycket på fibern enhetligt genom förvärmning.
Övervakningsmetod för förlust av optisk fiberanslutning
Det finns tre metoder för att övervaka fiberanslutningsbortfall:
1. Övervaka på skarven.
2. Övervakning av ljuskälla och optisk effektmätare.
3.OTDR mätmetod
Arbetssätt för optisk fiberanslutning
Anslutningsoperationer för optisk fiber är generellt uppdelad i:
1. Hantering av fiberändytor.
2. Anslutningsinstallation av optisk fiber.
3. Skarvning av optisk fiber.
4. Skydd av optiska fiberkontakter.
5. Det finns fem steg för den återstående fiberbrickan.
I allmänhet utförs anslutningen av hela den optiska kabeln enligt följande steg:
Steg 1: mycket bra längd, öppna och skala den optiska kabeln, ta bort kabelmanteln
Steg 2: Rengör och ta bort petroleumfyllningspastan i den optiska kabeln.
Steg 3: Bunta fibern.
Steg 4: Kontrollera antalet fiberkärnor, utför fiberparning och kontrollera om fiberfärgetiketterna är korrekta.
Steg 5: Stärk hjärtanslutningen;
Steg 6: Olika hjälpledningspar, inklusive affärslinjepar, styrledningspar, skärmade jordledningar, etc. (om de ovan nämnda linjeparen är tillgängliga.
Steg 7: Anslut fibern.
Steg 8: Skydda den optiska fiberkontakten;
Steg 9: lagerlagring av den återstående fibern;
Steg 10: Slutför anslutningen av den optiska kabelns mantel;
Steg 11: Skydd av fiberoptiska kontakter
Fiberförlust
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB/Km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3dB/Km
850 nm: 2,3 till 3,4 dB/Km
Fusionspunktförlust för optisk fiber: 0,08dB/punkt
Fiberskarvningspunkt 1 poäng / 2km
Vanliga fibersubstantiv
1) Dämpning
Dämpning: energiförlust när ljus överförs i optisk fiber, single-mode fiber 1310nm 0,4 ~ 0,6dB / km, 1550nm 0,2 ~ 0,3dB / km; plast multimod fiber 300dB/km
2) Dispersion
Dispersion: Ljuspulsernas bandbredd ökas efter att ha färdats en viss sträcka längs fibern. Det är den huvudsakliga faktorn som begränsar överföringshastigheten.
Inter-mode dispersion: Förekommer endast i multimode fibrer, eftersom olika lägen av ljus färdas längs olika banor.
Materialspridning: Olika våglängder av ljus färdas med olika hastigheter.
Vågledarspridning: Detta uppstår eftersom ljusenergi färdas med något olika hastigheter när den färdas genom kärnan och beklädnaden. I singelmodsfiber är det mycket viktigt att ändra fiberns dispersion genom att ändra fiberns inre struktur.
Typ av fiber
G.652 nollspridningspunkt är runt 1300nm
G.653 nollspridningspunkt är runt 1550nm
G.654 negativ dispersionsfiber
G.655 dispersionsförskjuten fiber
Helvågsfiber
3) spridning
På grund av ljusets ofullkomliga grundstruktur orsakas förlusten av ljusenergi, och ljusöverföringen har vid denna tidpunkt inte längre god riktning.
Grundläggande kunskap om fiberoptiska system
Introduktion till arkitekturen och funktionerna hos ett grundläggande fiberoptiskt system:
1. Sändningsenhet: omvandlar elektriska signaler till optiska signaler;
2. Överföringsenhet: ett medium som bär optiska signaler;
3. Mottagande enhet: tar emot optiska signaler och omvandlar dem till elektriska signaler;
4. Anslut enheten: anslut den optiska fibern till ljuskällan, ljusdetektion och andra optiska fibrer.
Vanliga kontakttyper
Anslutningsändyta typ
Kopplare
Huvudfunktionen är att distribuera optiska signaler. Viktiga tillämpningar finns i optiska fibernätverk, särskilt i lokala nätverk och i våglängdsmultiplexeringsenheter.
grundläggande struktur
Kopplingen är en dubbelriktad passiv enhet. Grundformerna är träd och stjärna. Kopplingen motsvarar splittern.
WDM
WDM—Wavelength Division Multiplexer sänder flera optiska signaler i en optisk fiber. Dessa optiska signaler har olika frekvenser och olika färger. WDM-multiplexern ska koppla flera optiska signaler till samma optiska fiber; den demultiplexerande multiplexorn är för att särskilja flera optiska signaler från en optisk fiber.
Våglängdsmultiplexerare (Legend)
Definition av pulser i digitala system:
1. Amplitud: Höjden på pulsen representerar den optiska kraftenergin i det fiberoptiska systemet.
2. Stigtid: den tid som krävs för att pulsen ska stiga från 10 % till 90 % av den maximala amplituden.
3. Falltid: den tid som krävs för att pulsen ska falla från 90 % till 10 % av amplituden.
4. Pulsbredd: Pulsens bredd vid 50 % amplitudposition, uttryckt i tid.
5. Cykel: pulsspecifik tid är den arbetstid som krävs för att slutföra en cykel.
6. Släckningsförhållande: Förhållandet mellan 1 signalljuseffekt och 0 signalljuseffekt.
Definition av vanliga enheter inom optisk fiberkommunikation:
1.dB = 10 log10 (Pout / Pin)
Pout: uteffekt; Pin: ingångseffekt
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), vilket är en mycket använd enhet inom kommunikationsteknik; den representerar vanligtvis den optiska effekten med 1 milliwatt som referens;
exempel:–10dBm betyder att den optiska effekten är lika med 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)