Grundläggande koncept för optisk fiberkommunikation.
En optisk fiber är en dielektrisk optisk vågledare, en vågledarstruktur som blockerar ljus och sprider ljus i axiell riktning.
Mycket fin fiber gjord av kvartsglas, syntetiskt harts, etc.
Single mode fiber: kärna 8-10um, beklädnad 125um
Multimode fiber: kärna 51um, beklädnad 125um
Kommunikationsmetoden för att överföra optiska signaler med hjälp av optiska fibrer kallas optisk fiberkommunikation.
Ljusvågor tillhör kategorin elektromagnetiska vågor.
Våglängdsområdet för synligt ljus är 390-760 nm, delen större än 760 nm är infrarött ljus och delen mindre än 390 nm är ultraviolett ljus.
Arbetsfönster för ljusvåg (tre kommunikationsfönster):
Våglängdsområdet som används i fiberoptisk kommunikation är i det nära-infraröda området
Område med kort våglängd (synligt ljus, som är ett orange ljus med blotta ögat) 850nm orange ljus
Långvåglängdsområde (osynligt ljusområde) 1310 nm (teoretisk minsta spridningspunkt), 1550 nm (den teoretiska lägsta dämpningspunkten)
Fiberstruktur och klassificering
1.Fiberns struktur
Den idealiska fiberstrukturen: kärna, beklädnad, beläggning, mantel.
Kärnan och beklädnaden är gjorda av kvartsmaterial, och de mekaniska egenskaperna är relativt ömtåliga och lätta att bryta. Därför läggs vanligtvis två lager av beläggningsskikt, en hartstyp och ett lager av nylontyp, så att fiberns flexibla prestanda når projektets praktiska tillämpningskrav.
2. Klassificering av optiska fibrer
(1) Fibern är uppdelad enligt brytningsindexfördelningen av fiberns tvärsnitt: den är uppdelad i en fiber av stegtyp (likformig fiber) och en graderad fiber (olikformig fiber).
Antag att kärnan har ett brytningsindex på n1 och att kapslingens brytningsindex är n2.
För att göra det möjligt för kärnan att sända ljus över långa avstånd är det nödvändiga villkoret för att konstruera den optiska fibern n1>n2
Brytningsindexfördelningen för en enhetlig fiber är en konstant
Brytningsindexfördelningslagen för oenhetlig fiber:
Bland dem, △ – relativ brytningsindexskillnad
Α—brytningsindex, α=∞—stegtyp brytningsindexfördelningsfiber, α=2—fyrkantig brytningsindexfördelningsfiber (en graderad fiber). Denna fiber jämförs med andra graderade fibrer. Läget spridning minimum optimal.
(1) Enligt antalet moder som överförs i kärnan: uppdelat i multimodfiber och singelmodsfiber
Mönstret här hänvisar till fördelningen av ett elektromagnetiskt fält av ljus som överförs i en optisk fiber. Olika fältfördelningar är ett annat läge.
Enkelt läge (endast ett läge sänds i fibern), multiläge (flera lägen sänds samtidigt i fibern)
För närvarande, på grund av de ökande kraven på överföringshastigheten och det ökande antalet överföringar, utvecklas storstadsnätet i riktning mot hög hastighet och stor kapacitet, så de flesta av dem är stegade fibrer i enkelläge. (Själv överföringsegenskaper är bättre än multimode fiber)
(2) Karakteristika för optisk fiber:
①Förlustegenskaper för optisk fiber: Ljusvågor överförs i den optiska fibern, och den optiska effekten minskar gradvis när överföringsavståndet ökar.
Orsakerna till fiberförlust inkluderar: kopplingsförlust, absorptionsförlust, spridningsförlust och förlust av böjstrålning.
Kopplingsförlust är den förlust som orsakas av kopplingen mellan fibern och anordningen.
Absorptionsförluster orsakas av absorption av ljusenergi av fibermaterial och föroreningar.
Spridningsförlusten är uppdelad i Rayleigh-spridning (brytningsindex olikformighet) och vågledarspridning (materialojämnhet).
Böjningsstrålningsförlusten är förlusten som orsakas av böjningen av fibern som leder till strålningsmoden orsakad av böjningen av fibern.
②Dispersionsegenskaper hos optisk fiber: Olika frekvenskomponenter i signalen som sänds av den optiska fibern har olika överföringshastigheter, och det fysiska fenomenet med distorsion som orsakas av signalpulsbreddning när de når terminalen kallas dispersion.
Dispersionen är uppdelad i modal dispersion, materialdispersion och vågledardispersion.
Grundläggande komponenter i optiska fiberkommunikationssystem
Skicka del:
Pulsmoduleringssignalen som matas ut av den elektriska sändaren (elektrisk terminal) skickas till den optiska sändaren (signalen som skickas av den programstyrdaväxlabearbetas, vågformen formas, mönstrets invers ändras... till en lämplig elektrisk signal och skickas till den optiska sändaren)
Den primära rollen för en optisk sändare är att omvandla en elektrisk signal till en optisk signal som kopplas in i fibern.
Mottagande del:
Konvertering av optiska signaler som överförs genom optiska fibrer till elektriska signaler
Bearbetningen av den elektriska signalen återställs till den ursprungliga pulsmodulerade signalen och skickas till den elektriska terminalen (den elektriska signalen som skickas av den optiska mottagaren bearbetas, vågformen formas, mönstrets inversa inverteras... den lämpliga elektriska signalen är skickas tillbaka till den programmerbaraväxla)
Transmissionsdel:
Singelmodsfiber, optisk repeater (elektrisk regenerativ repeater (optisk-elektrisk-optisk omvandlingsförstärkning, överföringsfördröjning blir större, pulsbeslutskrets kommer att användas för att forma vågformen och timing), erbiumdopad fiberförstärkare (fullbordar förstärkningen på optisk nivå, utan vågformsformning)
(1) Optisk sändare: Det är en optisk transceiver som realiserar elektrisk/optisk omvandling. Den består av en ljuskälla, en drivrutin och en modulator. Funktionen är att modulera ljusvågen från den elektriska maskinen till ljusvågen som emitteras av ljuskällan för att bli en dämpad våg, och sedan koppla den modulerade optiska signalen till den optiska fibern eller den optiska kabeln för överföring.
(2) Optisk mottagare: är en optisk transceiver som realiserar optisk/elektrisk omvandling. Bruksmodellen består av en ljusdetekteringskrets och en optisk förstärkare, och funktionen är att omvandla den optiska signalen som sänds av den optiska fibern eller den optiska kabeln till en elektrisk signal av den optiska detektorn och sedan förstärka den svaga elektriska signalen till en tillräcklig nivå genom förstärkarkretsen för att skickas till signalen. Mottagande änden av den elektriska maskinen går.
(3) Fiber/kabel: Fiber eller kabel utgör ljusets överföringsväg. Funktionen är att överföra den dämpade signalen som sänds av den sändande änden till den optiska detektorn på den mottagande änden efter långdistansöverföring genom den optiska fibern eller den optiska kabeln för att slutföra uppgiften att överföra information.
(4) Optisk repeater: består av en fotodetektor, en ljuskälla och en beslutsregenereringskrets. Det finns två funktioner: den ena är att kompensera dämpningen av den optiska signalen som sänds i den optiska fibern; den andra är att forma pulsen för vågformsdistorsionen.
(5) Passiva komponenter som fiberoptiska kontakter, kopplingar (inget behov av att förse ström separat, men enheten går fortfarande med förlust): Eftersom längden på fibern eller kabeln begränsas av fiberdragningsprocessen och kabelkonstruktionsförhållandena, och längden på fibern är också Limit (t.ex. 2 km). Därför kan det finnas ett problem att ett flertal optiska fibrer är anslutna i en optisk fiberlinje. Därför är kopplingen mellan optiska fibrer, anslutningen och kopplingen av optiska fibrer och optiska sändtagare och användningen av passiva komponenter såsom optiska kontakter och kopplingar oumbärliga.
Överlägsen optisk fiberkommunikation
Överföringsbandbredd, stor kommunikationskapacitet
Låg överföringsförlust och stort reläavstånd
Starka anti-elektromagnetiska störningar
(Utöver trådlösa: trådlösa signaler har många effekter, flervägsfördelar, skuggeffekter, Rayleigh-fading, Doppler-effekter
Jämfört med koaxialkabel: optisk signal är större än koaxialkabel och har god konfidentialitet)
Ljusvågens frekvens är mycket hög, jämfört med andra elektromagnetiska vågor är störningen liten.
Nackdelar med optisk kabel: dåliga mekaniska egenskaper, lätt att bryta, (förbättra mekanisk prestanda, kommer att påverka störningsmotstånd), det tar lång tid att bygga och påverkas av geografiska förhållanden.