Основна концепція оптоволоконного зв'язку.
Оптичне волокно — це діелектричний оптичний хвилевід, хвилевідна структура, яка блокує світло та поширює світло в осьовому напрямку.
Дуже тонке волокно з кварцового скла, синтетичної смоли тощо.
Одномодове волокно: серцевина 8-10 мкм, оболонка 125 мкм
Багатомодове волокно: серцевина 51 мкм, оболонка 125 мкм
Спосіб передачі оптичних сигналів за допомогою оптичних волокон називається волоконно-оптичним зв'язком.
Світлові хвилі належать до категорії електромагнітних хвиль.
Діапазон довжин хвиль видимого світла становить 390-760 нм, частина, більша за 760 нм, є інфрачервоним світлом, а частина, менша за 390 нм, є ультрафіолетовим світлом.
Робоче вікно світлової хвилі (три комунікаційних вікна):
Діапазон довжин хвиль, який використовується у волоконно-оптичному зв’язку, знаходиться в ближньому інфрачервоному діапазоні
Короткохвильова область (видиме світло, неозброєним оком є оранжевим світлом) 850 нм оранжеве світло
Довгохвильова область (область невидимого світла) 1310 нм (теоретична мінімальна точка дисперсії), 1550 нм (теоретична мінімальна точка ослаблення)
Будова і класифікація волокон
1.Будова волокна
Ідеальна структура волокна: серцевина, оболонка, покриття, оболонка.
Серцевина та оболонка виготовлені з кварцового матеріалу, а механічні властивості є відносно крихкими та легко зламаються. Таким чином, як правило, додають два шари шару покриття, один тип смоли та один шар типу нейлону, щоб гнучкі характеристики волокна відповідали вимогам практичного застосування проекту.
2.Класифікація оптичних волокон
(1) Волокно поділяється відповідно до розподілу показника заломлення поперечного перерізу волокна: воно поділяється на волокно ступінчастого типу (однорідне волокно) і градуйоване волокно (нерівномірне волокно).
Припустимо, що серцевина має показник заломлення n1, а показник заломлення оболонки – n2.
Для того, щоб серцевина могла пропускати світло на великі відстані, необхідною умовою для побудови оптичного волокна є n1>n2
Розподіл показника заломлення однорідного волокна є константою
Закон розподілу показника заломлення неоднорідного волокна:
Серед них △ – відносна різниця показників заломлення
Α — показник заломлення, α=∞ — волокно зі ступінчастим розподілом показника заломлення, α=2 — волокно з квадратичним розподілом показника заломлення (градуйоване волокно). Це волокно порівнюється з іншими сортованими волокнами. Дисперсія режиму мінімальна оптимальна.
(1) Відповідно до кількості режимів, що передаються в ядрі: поділяється на багатомодове волокно та одномодове волокно
Шаблон тут стосується розподілу електромагнітного поля світла, що передається оптичним волокном. Різні розподіли полів - це різні режими.
Одномодовий (у волокні передається тільки одна мода), багатомодовий (у волокні одночасно передається кілька мод)
В даний час через зростання вимог до швидкості передачі та збільшення кількості передач міська мережа розвивається в напрямку високої швидкості та великої пропускної здатності, тому більшість із них є одномодовими ступінчастими волокнами. (Характеристики передачі самі по собі кращі, ніж багатомодове волокно)
(2) Характеристики оптичного волокна:
①Характеристики втрат оптичного волокна: світлові хвилі передаються в оптичному волокні, і оптична потужність поступово зменшується зі збільшенням відстані передачі.
Причини втрати волокна включають: втрати зв'язку, втрати на поглинання, втрати на розсіювання та втрати на випромінювання.
Втрати зв’язку – це втрати, спричинені зв’язком між волокном і пристроєм.
Втрати на поглинання викликані поглинанням світлової енергії волокнистими матеріалами та домішками.
Втрати на розсіювання поділяються на релеївське розсіювання (нерівномірність показника заломлення) і хвилеводне розсіювання (нерівномірність матеріалу).
Втрати на випромінювання при згині - це втрати, викликані вигином волокна, що призводить до моди випромінювання, викликаної вигином волокна.
②Дисперсійні характеристики оптичного волокна: різні частотні компоненти сигналу, що передається оптичним волокном, мають різну швидкість передачі, а фізичне явище спотворення, спричинене розширенням імпульсу сигналу при досягненні терміналу, називається дисперсією.
Дисперсія поділяється на модальну дисперсію, матеріальну дисперсію та хвилеводну дисперсію.
Основні компоненти волоконно-оптичних систем зв'язку
Надіслати частину:
Сигнал імпульсної модуляції, що виходить від електричного передавача (електричного терміналу), надсилається до оптичного передавача (сигнал, який надсилається програмно керованимперемикачобробляється, форму хвилі формують, інверсію шаблону змінюють... на відповідний електричний сигнал і надсилають на оптичний передавач)
Основна роль оптичного передавача полягає в перетворенні електричного сигналу в оптичний сигнал, який подається на волокно.
Приймальна частина:
Перетворення оптичних сигналів, що передаються через оптичні волокна, в електричні сигнали
Обробка електричного сигналу відновлюється до початкового імпульсно-модульованого сигналу та надсилається на електричний термінал (електричний сигнал, надісланий оптичним приймачем, обробляється, форма хвилі формується, інверсія шаблону інвертується… відповідний електричний сигнал надіслано назад до програмованогоперемикач)
Трансмісійна частина:
Одномодове волокно, оптичний повторювач (електричний регенеративний повторювач (посилення оптико-електрично-оптичної конверсії, затримка передачі буде більшою, схема визначення імпульсу буде використовуватися для формування форми хвилі та синхронізації), легований ербієм волоконний підсилювач (завершує посилення) на оптичному рівні, без формування хвилі)
(1) Оптичний передавач: це оптичний приймач, який здійснює електричне/оптичне перетворення. Він складається з джерела світла, драйвера і модулятора. Функція полягає в тому, щоб модулювати світлову хвилю від електричної машини до світлової хвилі, випромінюваної джерелом світла, щоб стати затемненою хвилею, а потім з’єднати модульований оптичний сигнал з оптичним волокном або оптичним кабелем для передачі.
(2) Оптичний приймач: це оптичний приймач, який здійснює оптичне/електричне перетворення. Корисна модель складається зі схеми виявлення світла та оптичного підсилювача, а функція полягає в тому, щоб перетворити оптичний сигнал, що передається оптичним волокном або оптичним кабелем, в електричний сигнал оптичним детектором, а потім посилити слабкий електричний сигнал до достатній рівень через схему підсилення для передачі сигналу. Приймальний кінець електричної машини йде.
(3) Оптоволокно/кабель: оптоволокно або кабель утворюють шлях передачі світла. Функція полягає в передачі затемненого сигналу, надісланого передавальною стороною, на оптичний детектор приймаючої сторони після передачі на велику відстань через оптичне волокно або оптичний кабель для виконання завдання передачі інформації.
(4) Оптичний повторювач: складається з фотодетектора, джерела світла та схеми регенерації рішення. Існує дві функції: одна — компенсація загасання оптичного сигналу, що передається по оптичному волокну; інший - формувати імпульс спотворення форми сигналу.
(5) Пасивні компоненти, такі як волоконно-оптичні з’єднувачі, з’єднувачі (немає потреби подавати живлення окремо, але пристрій усе ще має втрати): оскільки довжина волокна або кабелю обмежена процесом протягування волокна та умовами конструкції кабелю, а також довжина волокна також обмежена (наприклад, 2 км). Таким чином, може виникнути проблема, коли кілька оптичних волокон з'єднані в одній оптоволоконній лінії. Таким чином, з’єднання між оптичними волокнами, з’єднання та з’єднання оптичних волокон і оптичних приймачів, а також використання пасивних компонентів, таких як оптичні з’єднувачі та з’єднувачі, є незамінними.
Перевага оптоволоконного зв'язку
Пропускна здатність передачі, велика ємність зв'язку
Низькі втрати передачі та велика відстань реле
Сильні антиелектромагнітні перешкоди
(Крім бездротового зв’язку: бездротові сигнали мають багато ефектів, переваги багатопроменевого поширення, ефекти тіні, згасання Релея, ефекти Доплера
У порівнянні з коаксіальним кабелем: оптичний сигнал більший, ніж у коаксіального кабелю, і має хорошу конфіденційність)
Частота світлової хвилі дуже висока, порівняно з іншими електромагнітними хвилями, перешкоди невеликі.
Недоліки оптичного кабелю: погані механічні властивості, його легко зламати (поліпшити механічні характеристики, вплине на стійкість до перешкод), його виготовлення займає багато часу та залежить від географічних умов.