แนวคิดพื้นฐานของการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง.
ใยแก้วนำแสงคือท่อนำคลื่นแสงแบบอิเล็กทริก ซึ่งเป็นโครงสร้างท่อนำคลื่นที่กั้นแสงและกระจายแสงไปในทิศทางตามแนวแกน
เส้นใยละเอียดมากที่ทำจากแก้วควอทซ์ เรซินสังเคราะห์ ฯลฯ
ไฟเบอร์โหมดเดี่ยว: แกน 8-10um, หุ้ม 125um
มัลติไฟเบอร์: แกน 51um, หุ้ม 125um
วิธีการสื่อสารในการส่งสัญญาณแสงโดยใช้ใยแก้วนำแสงเรียกว่าการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง
คลื่นแสงอยู่ในหมวดหมู่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
ช่วงความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็นได้คือ 390-760 นาโนเมตร ส่วนที่ใหญ่กว่า 760 นาโนเมตรคือแสงอินฟราเรด และส่วนที่เล็กกว่า 390 นาโนเมตรคือแสงอัลตราไวโอเลต
หน้าต่างการทำงานของคลื่นแสง (หน้าต่างการสื่อสารสามหน้าต่าง):
ช่วงความยาวคลื่นที่ใช้ในการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติกอยู่ในบริเวณอินฟราเรดใกล้
บริเวณความยาวคลื่นสั้น (แสงที่มองเห็นซึ่งเป็นแสงสีส้มด้วยตาเปล่า) แสงสีส้ม 850 นาโนเมตร
บริเวณความยาวคลื่นยาว (บริเวณแสงที่มองไม่เห็น) 1310 นาโนเมตร (จุดกระจายต่ำสุดตามทฤษฎี), 1550 นาโนเมตร (จุดลดทอนต่ำสุดตามทฤษฎี)
โครงสร้างและการจำแนกประเภทของเส้นใย
1.โครงสร้างของเส้นใย
โครงสร้างไฟเบอร์ในอุดมคติ: ส่วนประกอบหลัก วัสดุหุ้ม การเคลือบ และแจ็คเก็ต
แกนและวัสดุหุ้มทำจากวัสดุควอตซ์ และคุณสมบัติทางกลค่อนข้างเปราะบางและแตกหักง่าย ดังนั้นโดยทั่วไปจึงมีการเพิ่มชั้นเคลือบสองชั้น ประเภทเรซินหนึ่งชั้น และประเภทไนลอนหนึ่งชั้น เพื่อให้ประสิทธิภาพที่ยืดหยุ่นของเส้นใยบรรลุถึงข้อกำหนดการใช้งานจริงของโครงการ
2. การจำแนกประเภทของเส้นใยแสง
(1) เส้นใยแบ่งตามการกระจายดัชนีการหักเหของส่วนตัดขวางของเส้นใย: แบ่งออกเป็นเส้นใยแบบขั้นบันได (เส้นใยสม่ำเสมอ) และเส้นใยเกรด (เส้นใยไม่สม่ำเสมอ)
สมมติว่าแกนกลางมีดัชนีการหักเหของแสงอยู่ที่ n1 และดัชนีการหักเหของแสงที่หุ้มอยู่ที่ n2
เพื่อให้แกนกลางสามารถส่งแสงในระยะทางไกลได้ เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการสร้างใยแก้วนำแสงคือ n1>n2
การกระจายดัชนีการหักเหของเส้นใยสม่ำเสมอจะเป็นค่าคงที่
กฎการกระจายดัชนีการหักเหของเส้นใยที่ไม่สม่ำเสมอ:
ในหมู่พวกเขา △ – ความแตกต่างของดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์
Α—ดัชนีการหักเหของแสง, α=∞—ไฟเบอร์การกระจายดัชนีการหักเหของแสงแบบขั้นตอน, α=2—ไฟเบอร์การกระจายดัชนีการหักเหของแสงแบบกฎสี่เหลี่ยม (ไฟเบอร์แบบให้คะแนน) เส้นใยนี้เปรียบเทียบกับเส้นใยเกรดอื่นๆ การกระจายตัวของโหมดขั้นต่ำเหมาะสมที่สุด
(1) ตามจำนวนโหมดที่ส่งในแกน: แบ่งออกเป็นมัลติไฟเบอร์และไฟเบอร์โหมดเดี่ยว
รูปแบบในที่นี้หมายถึงการกระจายตัวของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของแสงที่ส่งผ่านในใยแก้วนำแสง การกระจายฟิลด์ที่แตกต่างกันเป็นโหมดที่แตกต่างกัน
โหมดเดี่ยว (ส่งสัญญาณเพียงโหมดเดียวในไฟเบอร์), มัลติโหมด (หลายโหมดถูกส่งพร้อมกันในไฟเบอร์)
ในปัจจุบัน เนื่องจากความต้องการอัตราการส่งข้อมูลที่เพิ่มขึ้นและจำนวนการส่งสัญญาณที่เพิ่มขึ้น เครือข่ายเขตเมืองจึงกำลังพัฒนาไปในทิศทางของความเร็วสูงและความจุขนาดใหญ่ ดังนั้นส่วนใหญ่เป็นเส้นใยก้าวโหมดเดียว (ลักษณะการส่งสัญญาณของตัวเองดีกว่ามัลติไฟเบอร์)
(2) ลักษณะของใยแก้วนำแสง:
ลักษณะการสูญเสียของใยแก้วนำแสง: คลื่นแสงจะถูกส่งผ่านใยแก้วนำแสง และพลังงานแสงจะค่อยๆ ลดลงเมื่อระยะการส่งผ่านเพิ่มขึ้น
สาเหตุของการสูญเสียเส้นใย ได้แก่ การสูญเสียข้อต่อ การสูญเสียการดูดซึม การสูญเสียการกระเจิง และการสูญเสียรังสีจากการโค้งงอ
การสูญเสียการเชื่อมต่อคือการสูญเสียที่เกิดจากการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างไฟเบอร์และอุปกรณ์
การสูญเสียการดูดซึมเกิดจากการดูดซับพลังงานแสงโดยวัสดุเส้นใยและสิ่งสกปรก
การสูญเสียจากการกระเจิงแบ่งออกเป็นการกระเจิงแบบเรย์ลีห์ (ดัชนีการหักเหของแสงไม่สม่ำเสมอ) และการกระเจิงของท่อนำคลื่น (ความไม่สม่ำเสมอของวัสดุ)
การสูญเสียรังสีจากการดัดคือการสูญเสียที่เกิดจากการดัดของเส้นใยที่นำไปสู่โหมดการแผ่รังสีที่เกิดจากการดัดของเส้นใย
ลักษณะการกระจายตัวของใยแก้วนำแสง: ส่วนประกอบความถี่ที่แตกต่างกันในสัญญาณที่ส่งโดยใยแก้วนำแสงมีความเร็วในการส่งที่แตกต่างกัน และปรากฏการณ์ทางกายภาพของการบิดเบือนที่เกิดจากการขยายสัญญาณพัลส์เมื่อถึงเทอร์มินัลเรียกว่าการกระจายตัว
การกระจายตัวแบ่งออกเป็นการกระจายแบบกิริยา การกระจายตัวของวัสดุ และการกระจายตัวของท่อนำคลื่น
ส่วนประกอบพื้นฐานของระบบสื่อสารใยแก้วนำแสง
ส่งส่วน:
สัญญาณการมอดูเลตพัลส์ที่ส่งออกโดยเครื่องส่งสัญญาณไฟฟ้า (ขั้วไฟฟ้า) จะถูกส่งไปยังเครื่องส่งสัญญาณแบบออปติคอล (สัญญาณที่ส่งโดยโปรแกรมควบคุมสวิตช์ถูกประมวลผล รูปคลื่นถูกสร้าง รูปแบบผกผันของรูปแบบถูกเปลี่ยน...ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่เหมาะสมและส่งไปยังเครื่องส่งแสง)
บทบาทหลักของเครื่องส่งสัญญาณแบบออปติคัลคือการแปลงสัญญาณไฟฟ้าให้เป็นสัญญาณออปติคัลที่ต่อเข้ากับไฟเบอร์
ส่วนรับ:
การแปลงสัญญาณแสงที่ส่งผ่านใยแก้วนำแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้า
การประมวลผลสัญญาณไฟฟ้าจะถูกคืนค่าเป็นสัญญาณมอดูเลตพัลส์ดั้งเดิม และส่งไปยังขั้วไฟฟ้า (สัญญาณไฟฟ้าที่ส่งโดยเครื่องรับออปติคัลได้รับการประมวลผล รูปคลื่นจะมีรูปทรง รูปแบบผกผันของรูปแบบจะกลับด้าน... สัญญาณไฟฟ้าที่เหมาะสมคือ ส่งกลับไปยังโปรแกรมสวิตช์)
ส่วนการส่งกำลัง:
ไฟเบอร์โหมดเดี่ยว, ตัวทวนแสง (ตัวทวนการสร้างใหม่ด้วยไฟฟ้า (การขยายการแปลงด้วยแสง - ไฟฟ้า - ออปติคัล, ความล่าช้าในการส่งสัญญาณจะใหญ่ขึ้น, วงจรการตัดสินใจพัลส์จะถูกใช้เพื่อสร้างรูปคลื่นและเวลา), เครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์เจือเออร์เบียม (ขยายให้เสร็จสมบูรณ์ ที่ระดับแสง โดยไม่มีการสร้างรูปคลื่น)
(1) เครื่องส่งสัญญาณแบบออปติคอล: เป็นตัวรับส่งสัญญาณแบบออปติคัลที่รับรู้การแปลงไฟฟ้า/แสง ประกอบด้วยแหล่งกำเนิดแสง ไดรเวอร์ และโมดูเลเตอร์ ฟังก์ชันคือการปรับคลื่นแสงจากเครื่องใช้ไฟฟ้าไปยังคลื่นแสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงให้กลายเป็นคลื่นที่หรี่แสง จากนั้นจึงจับคู่สัญญาณออปติคัลแบบมอดูเลตเข้ากับไฟเบอร์ออปติกหรือสายเคเบิลออปติกเพื่อส่งสัญญาณ
(2) ตัวรับสัญญาณแสง: เป็นตัวรับส่งสัญญาณแสงที่รับรู้การแปลงแสง/ไฟฟ้า รุ่นอรรถประโยชน์ประกอบด้วยวงจรตรวจจับแสงและเครื่องขยายสัญญาณแสง และฟังก์ชันคือการแปลงสัญญาณแสงที่ส่งโดยใยแก้วนำแสงหรือสายแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยเครื่องตรวจจับแสง จากนั้นขยายสัญญาณไฟฟ้าอ่อนเป็น ระดับที่เพียงพอผ่านวงจรขยายเพื่อส่งสัญญาณ ปลายรับของเครื่องไฟฟ้าไป
(3) ไฟเบอร์/เคเบิล: ไฟเบอร์หรือสายเคเบิลถือเป็นเส้นทางการส่งผ่านของแสง ฟังก์ชั่นคือการส่งสัญญาณสลัวที่ส่งโดยปลายส่งสัญญาณไปยังเครื่องตรวจจับแสงของปลายรับหลังจากการส่งสัญญาณทางไกลผ่านใยแก้วนำแสงหรือสายเคเบิลแสงเพื่อทำหน้าที่ส่งข้อมูลให้เสร็จสมบูรณ์
(4) เครื่องทวนสัญญาณแบบออปติคัล: ประกอบด้วยเครื่องตรวจจับแสง แหล่งกำเนิดแสง และวงจรการฟื้นฟูการตัดสินใจ มีสองฟังก์ชั่น: หนึ่งคือการชดเชยการลดทอนของสัญญาณแสงที่ส่งในใยแก้วนำแสง; อีกประการหนึ่งคือการกำหนดรูปร่างของชีพจรของการบิดเบือนรูปคลื่น
(5) ส่วนประกอบแบบพาสซีฟ เช่น ตัวเชื่อมต่อไฟเบอร์ออปติก ข้อต่อ (ไม่จำเป็นต้องจ่ายไฟแยกกัน แต่อุปกรณ์ยังสูญเสียอยู่): เนื่องจากความยาวของไฟเบอร์หรือสายเคเบิลถูกจำกัดโดยกระบวนการดึงไฟเบอร์และสภาพการก่อสร้างสายเคเบิล และ ความยาวของเส้นใยก็จำกัดเช่นกัน (เช่น 2 กม.) ดังนั้นอาจมีปัญหาที่เส้นใยนำแสงหลายเส้นเชื่อมต่อกันเป็นเส้นใยแก้วนำแสงเส้นเดียว ดังนั้นการเชื่อมต่อระหว่างเส้นใยแสง การเชื่อมต่อและการมีเพศสัมพันธ์ของเส้นใยแสงและตัวรับส่งสัญญาณแสง และการใช้ส่วนประกอบแบบพาสซีฟ เช่น ตัวเชื่อมต่อและข้อต่อแบบออปติคอล จึงเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้
ความเหนือกว่าของการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง
แบนด์วิธการส่งข้อมูลความจุการสื่อสารขนาดใหญ่
การสูญเสียการส่งสัญญาณต่ำและระยะการถ่ายทอดขนาดใหญ่
การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งแกร่ง
(นอกเหนือจากระบบไร้สาย: สัญญาณไร้สายมีเอฟเฟกต์มากมาย, ข้อดีแบบหลายเส้นทาง, เอฟเฟกต์เงา, การซีดจางของ Rayleigh, เอฟเฟกต์ Doppler
เมื่อเทียบกับสายโคแอกเชียล: สัญญาณแสงมีขนาดใหญ่กว่าสายโคแอกเซียลและมีการรักษาความลับที่ดี)
ความถี่ของคลื่นแสงสูงมาก เมื่อเทียบกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่นๆ การรบกวนมีน้อย
ข้อเสียของสายออปติคอล: คุณสมบัติทางกลไม่ดี แตกหักง่าย (ปรับปรุงประสิทธิภาพทางกล จะมีผลกระทบต่อความต้านทานการรบกวน) ใช้เวลาในการสร้างนาน และได้รับผลกระทบจากสภาพทางภูมิศาสตร์