Fiber optik iletişimin temel konsepti.
Bir optik fiber, ışığı bloke eden ve ışığı eksenel yönde yayan bir dalga kılavuzu yapısı olan dielektrik bir optik dalga kılavuzudur.
Kuvars camdan, sentetik reçineden vb. yapılmış çok ince elyaf.
Tek modlu fiber: çekirdek 8-10um, kaplama 125um
Çok modlu fiber: çekirdek 51um, kaplama 125um
Optik sinyallerin optik fiberler kullanılarak iletilmesinin iletişim yöntemine fiber optik iletişim denir.
Işık dalgaları elektromanyetik dalgalar kategorisine aittir.
Görünür ışığın dalga boyu aralığı 390-760 nm olup, 760 nm'den büyük kısmı kızılötesi ışık, 390 nm'den küçük kısmı ise ultraviyole ışıktır.
Işık dalgası çalışma penceresi (üç iletişim penceresi):
Fiber optik iletişimde kullanılan dalga boyu aralığı yakın kızılötesi bölgededir
Kısa dalga boyu bölgesi (çıplak gözle turuncu bir ışık olan görünür ışık) 850nm turuncu ışık
Uzun dalga boyu bölgesi (görünmez ışık bölgesi) 1310 nm (teorik minimum dağılım noktası), 1550 nm (teorik minimum zayıflama noktası)
Lif yapısı ve sınıflandırılması
1. Lifin yapısı
İdeal elyaf yapısı: çekirdek, kaplama, kaplama, ceket.
Çekirdek ve kaplama kuvars malzemeden yapılmıştır ve mekanik özellikleri nispeten kırılgandır ve kırılması kolaydır. Bu nedenle, fiberin esnek performansının projenin pratik uygulama gereksinimlerine ulaşması için genellikle iki kat kaplama katmanı, bir reçine tipi ve bir kat naylon türü eklenir.
2. Optik fiberlerin sınıflandırılması
(1) Fiber, fiberin enine kesitinin kırılma indisi dağılımına göre bölünür: adım tipi fibere (üniform fiber) ve dereceli fibere (üniform olmayan fiber) ayrılır.
Çekirdeğin kırılma indisinin n1 olduğunu ve kaplamanın kırılma indisinin n2 olduğunu varsayalım.
Çekirdeğin ışığı uzun mesafelere iletebilmesi için fiber optik yapımının gerekli koşulu n1>n2'dir.
Düzgün bir fiberin kırılma indisi dağılımı sabittir
Düzgün olmayan fiberin kırılma indisi dağılım yasası:
Bunlar arasında △ – bağıl kırılma indisi farkı
Α—kırılma indisi, α=∞—adım tipi kırılma indisi dağıtım lifi, α=2—kare kanunu kırılma indisi dağıtım lifi (dereceli bir lif). Bu fiber diğer kademeli fiberlerle karşılaştırılır. Mod dağılımı minimum optimaldir.
(1) Çekirdekte iletilen mod sayısına göre: çok modlu fiber ve tek modlu fibere bölünmüştür
Buradaki model, bir optik fiberde iletilen ışığın elektromanyetik alanının dağılımını ifade eder. Farklı alan dağılımları farklı bir moddur.
Tek mod (fiberde yalnızca bir mod iletilir), çoklu mod (fiberde aynı anda birden fazla mod iletilir)
Şu anda, iletim hızına yönelik artan gereksinimler ve artan iletim sayısı nedeniyle, metropol alan ağı yüksek hız ve büyük kapasite yönünde gelişmektedir, dolayısıyla bunların çoğu tek modlu kademeli fiberlerdir. (Kendi iletim özellikleri çok modlu fiberden daha iyidir)
(2) Optik fiberin özellikleri:
①Optik fiberin kayıp özellikleri: Işık dalgaları fiber optikte iletilir ve iletim mesafesi arttıkça optik güç giderek azalır.
Fiber kaybının nedenleri arasında şunlar yer alır: birleştirme kaybı, soğurma kaybı, saçılma kaybı ve bükülme radyasyonu kaybı.
Bağlantı kaybı, fiber ile cihaz arasındaki bağlantının neden olduğu kayıptır.
Emilim kayıpları, ışık enerjisinin fiber malzemeler ve yabancı maddeler tarafından emilmesinden kaynaklanır.
Saçılma kaybı, Rayleigh saçılması (kırılma indisinin tek biçimli olmaması) ve dalga kılavuzu saçılması (madde eşitsizliği) olarak ikiye ayrılır.
Bükülme radyasyonu kaybı, fiberin bükülmesinin neden olduğu radyasyon moduna yol açan fiberin bükülmesinden kaynaklanan kayıptır.
②Optik fiberin dağılım özellikleri: Optik fiber tarafından iletilen sinyaldeki farklı frekans bileşenleri, farklı iletim hızlarına sahiptir ve terminale ulaşıldığında sinyal darbesinin genişlemesinin neden olduğu fiziksel bozulma olgusuna dağılım denir.
Dispersiyon; modal dispersiyon, malzeme dispersiyonu ve dalga kılavuzu dispersiyonu olarak ikiye ayrılır.
Fiber optik iletişim sistemlerinin temel bileşenleri
Parçayı gönder:
Elektrik vericisi (elektrik terminali) tarafından çıkan darbe modülasyon sinyali optik vericiye (program kontrollü tarafından gönderilen sinyal) gönderilir.anahtarişlenir, dalga biçimi şekillendirilir, desenin tersi değiştirilir… uygun bir elektrik sinyaline dönüştürülür ve optik vericiye gönderilir)
Optik vericinin birincil rolü, bir elektrik sinyalini fibere bağlanan bir optik sinyale dönüştürmektir.
Alma kısmı:
Optik fiberler aracılığıyla iletilen optik sinyallerin elektrik sinyallerine dönüştürülmesi
Elektrik sinyalinin işlenmesi, orijinal darbe modülasyonlu sinyale geri döndürülür ve elektrik terminaline gönderilir (optik alıcı tarafından gönderilen elektrik sinyali işlenir, dalga formu şekillendirilir, modelin tersi ters çevrilir… uygun elektrik sinyali programlanabilire geri gönderildianahtar)
İletim kısmı:
Tek modlu fiber, optik tekrarlayıcı (elektrikli rejeneratif tekrarlayıcı (optik-elektrik-optik dönüşüm amplifikasyonu, iletim gecikmesi daha büyük olacak, dalga formunu ve zamanlamayı şekillendirmek için darbe karar devresi kullanılacaktır), erbiyum katkılı fiber Amplifikatör (amplifikasyonu tamamlar) optik seviyede, dalga şekli şekillendirme olmadan)
(1) Optik verici: Elektrik/optik dönüşümü gerçekleştiren optik bir alıcı-vericidir. Bir ışık kaynağı, bir sürücü ve bir modülatörden oluşur. İşlev, elektrik makinesinden gelen ışık dalgasını ışık kaynağı tarafından yayılan ışık dalgasına modüle ederek soluk bir dalga haline getirmek ve ardından modüle edilmiş optik sinyali iletim için optik fibere veya optik kabloya bağlamaktır.
(2) Optik alıcı: optik/elektrik dönüşümünü gerçekleştiren optik bir alıcı-vericidir. Faydalı model, bir ışık algılama devresi ve bir optik amplifikatörden oluşur ve işlevi, optik fiber veya optik kablo tarafından iletilen optik sinyali, optik dedektör tarafından bir elektrik sinyaline dönüştürmek ve ardından zayıf elektrik sinyalini yükseltmektir. Amplifikatör devresi aracılığıyla sinyale gönderilecek yeterli seviye. Elektrikli makinenin alıcı tarafı gider.
(3) Fiber/Kablo: Fiber veya kablo, ışığın iletim yolunu oluşturur. İşlev, bilgi aktarma görevini tamamlamak için, verici uç tarafından gönderilen soluk sinyali, optik fiber veya optik kablo yoluyla uzun mesafeli iletimden sonra alıcı ucun optik detektörüne iletmektir.
(4) Optik tekrarlayıcı: bir fotodetektör, bir ışık kaynağı ve bir karar yenileme devresinden oluşur. İki işlevi vardır: biri optik fiberde iletilen optik sinyalin zayıflamasını telafi etmektir; diğeri ise dalga biçimi bozulmasının darbesini şekillendirmektir.
(5) Fiber optik konektörler, kuplörler gibi pasif bileşenler (ayrıca güç sağlamaya gerek yoktur, ancak cihaz hala kayıplıdır): Fiber veya kablonun uzunluğu, fiber çekme işlemi ve kablo yapım koşulları ile sınırlı olduğundan ve Fiberin uzunluğu da Limittir (örneğin 2km). Bu nedenle, çok sayıda optik fiberin bir fiber optik hattına bağlanması sorunu ortaya çıkabilir. Bu nedenle, optik fiberler arasındaki bağlantı, fiber optiklerin ve optik alıcı-vericilerin bağlantısı ve kuplajı ve optik konektörler ve kuplörler gibi pasif bileşenlerin kullanımı vazgeçilmezdir.
Fiber optik iletişimin üstünlüğü
İletim bant genişliği, büyük iletişim kapasitesi
Düşük iletim kaybı ve geniş röle mesafesi
Güçlü anti-elektromanyetik girişim
(Kablosuzun ötesinde: kablosuz sinyallerin birçok etkisi vardır, çok yollu faydalar, gölge efektleri, Rayleigh solması, Doppler efektleri
Koaksiyel kabloyla karşılaştırıldığında: optik sinyal koaksiyel kablodan daha büyüktür ve iyi bir gizliliğe sahiptir)
Işık dalgasının frekansı çok yüksektir, diğer elektromanyetik dalgalarla karşılaştırıldığında girişim küçüktür.
Optik kablonun dezavantajları: zayıf mekanik özellikler, kırılması kolay, (mekanik performansı artırır, girişim direncini etkiler), yapımı uzun zaman alır ve coğrafi koşullardan etkilenir.