Ưu điểm của truyền thông cáp quang:
● Dung lượng liên lạc lớn
● Khoảng cách chuyển tiếp dài
● Không có nhiễu điện từ
● Tài nguyên phong phú
● Trọng lượng nhẹ và kích thước nhỏ
Tóm tắt lịch sử của truyền thông quang học
Hơn 2000 năm trước, đèn hiệu, đèn tín hiệu
1880, truyền thông quang học không dây-điện thoại quang học
1970, thông tin cáp quang
● Năm 1966, “Cha đẻ của cáp quang”, Tiến sĩ Gao Yong lần đầu tiên đề xuất ý tưởng về truyền thông cáp quang.
● Năm 1970, Lin Yanxiong của Viện Bell Yan là một loại laser bán dẫn có thể hoạt động liên tục ở nhiệt độ phòng.
● Năm 1970, Kapron của Corning bị suy hao sợi quang 20dB/km.
● Năm 1977, đường dây thương mại đầu tiên của Chicago có tốc độ 45Mb/s.
Phổ điện từ
Phân chia băng tần truyền thông và phương tiện truyền dẫn tương ứng
Khúc xạ/phản xạ và phản xạ toàn phần ánh sáng
Vì ánh sáng truyền đi khác nhau trong các chất khác nhau nên khi ánh sáng phát ra từ chất này sang chất khác, hiện tượng khúc xạ và phản xạ xảy ra ở bề mặt tiếp xúc giữa hai chất. Hơn nữa, góc của ánh sáng khúc xạ thay đổi theo góc của ánh sáng tới. Khi góc của ánh sáng tới đạt hoặc vượt quá một góc nhất định, ánh sáng khúc xạ sẽ biến mất và toàn bộ ánh sáng tới sẽ bị phản xạ trở lại. Đây là sự phản xạ toàn phần của ánh sáng. Các vật liệu khác nhau có góc khúc xạ khác nhau đối với cùng một bước sóng ánh sáng (nghĩa là các vật liệu khác nhau có chiết suất khác nhau) và cùng các vật liệu có góc khúc xạ khác nhau đối với các bước sóng ánh sáng khác nhau. Truyền thông cáp quang dựa trên các nguyên tắc trên.
Phân bố độ phản xạ: Một thông số quan trọng để đặc trưng cho vật liệu quang học là chiết suất, ký hiệu là N. Tỉ số giữa tốc độ ánh sáng C trong chân không và tốc độ ánh sáng V trong vật liệu chính là chiết suất của vật liệu.
N = C/V
Chiết suất của thủy tinh thạch anh dùng cho truyền thông sợi quang là khoảng 1,5.
Cấu trúc sợi
Sợi trần sợi thường được chia thành ba lớp:
Lớp đầu tiên: lõi thủy tinh có chiết suất cao ở giữa (đường kính lõi thường là 9-10μm, (chế độ đơn) 50 hoặc 62,5 (đa chế độ).
Lớp thứ hai: ở giữa là lớp ốp thủy tinh silica có chỉ số khúc xạ thấp (đường kính thường là 125μm).
Lớp thứ ba: ngoài cùng là lớp phủ nhựa để gia cố.
1) lõi: chiết suất cao, dùng để truyền ánh sáng;
2) Lớp phủ: chỉ số khúc xạ thấp, tạo thành trạng thái phản xạ toàn phần với lõi;
3) Vỏ bảo vệ: Có độ bền cao, chịu được va đập lớn để bảo vệ sợi quang.
cáp quang 3mm: cam, MM, đa chế độ; màu vàng, SM, chế độ đơn
Kích thước sợi
Đường kính ngoài thường là 125um (trung bình 100um mỗi sợi tóc)
Đường kính trong: chế độ đơn 9um; đa chế độ 50 / 62,5um
Khẩu độ số
Không phải tất cả ánh sáng tới ở mặt cuối của sợi quang đều có thể được truyền qua sợi quang mà chỉ có ánh sáng tới trong một phạm vi góc nhất định. Góc này được gọi là khẩu độ số của sợi quang. Khẩu độ số lớn hơn của sợi quang là thuận lợi cho việc lắp ghép sợi quang. Các nhà sản xuất khác nhau có khẩu độ số khác nhau.
Loại sợi
Theo phương thức truyền ánh sáng trong sợi quang, nó có thể được chia thành:
Đa chế độ (viết tắt: MM); Chế độ đơn (viết tắt: SM)
Sợi đa mode: Lõi kính ở giữa dày hơn (50 hoặc 62,5μm) và có thể truyền ánh sáng ở nhiều chế độ. Tuy nhiên, độ phân tán giữa các chế độ của nó lớn, điều này hạn chế tần số truyền tín hiệu số và nó sẽ trở nên nghiêm trọng hơn khi khoảng cách ngày càng tăng.Ví dụ: Sợi 600MB/KM chỉ có băng thông 300MB ở 2KM. Do đó, khoảng cách truyền của cáp quang đa mode tương đối ngắn, thường chỉ vài km.
Sợi đơn mode: Lõi thủy tinh trung tâm tương đối mỏng (đường kính lõi thường là 9 hoặc 10μm) và chỉ có thể truyền ánh sáng ở một chế độ. Trên thực tế, nó là một loại sợi quang dạng bước, nhưng đường kính lõi rất nhỏ. Về lý thuyết, chỉ có ánh sáng trực tiếp của một đường truyền duy nhất mới được phép đi vào sợi và truyền thẳng vào lõi sợi. Xung sợi hầu như không bị kéo căng.Do đó, độ phân tán giữa các chế độ của nó nhỏ và phù hợp cho liên lạc từ xa, nhưng độ phân tán màu sắc của nó đóng vai trò chính. Theo cách này, sợi quang đơn mode có yêu cầu cao hơn về độ rộng phổ và độ ổn định của nguồn sáng, nghĩa là độ rộng phổ hẹp và độ ổn định tốt. .
Phân loại sợi quang
Theo chất liệu:
Sợi thủy tinh: Lõi và vỏ được làm bằng thủy tinh, tổn thất nhỏ, khoảng cách truyền dài và giá thành cao;
Sợi quang silicon bọc cao su: lõi là thủy tinh và vỏ bọc là nhựa, có đặc tính tương tự sợi thủy tinh và giá thành thấp hơn;
Sợi quang nhựa: Cả lõi và vỏ đều là nhựa, tổn hao lớn, khoảng cách truyền ngắn và giá thành thấp. Chủ yếu được sử dụng cho các thiết bị gia dụng, âm thanh và truyền hình ảnh khoảng cách ngắn.
Theo cửa sổ tần số truyền tối ưu: sợi quang đơn mode thông thường và sợi quang đơn mode dịch chuyển phân tán.
Loại thông thường: Nhà sản xuất sợi quang tối ưu hóa tần số truyền dẫn sợi quang trên một bước sóng ánh sáng duy nhất, chẳng hạn như 1300nm.
Loại dịch chuyển tán sắc: Nhà sản xuất sợi quang tối ưu hóa tần số truyền dẫn sợi quang trên hai bước sóng ánh sáng là: 1300nm và 1550nm.
Thay đổi đột ngột: Chiết suất của lõi sợi so với lớp kính ốp đột ngột. Nó có chi phí thấp và độ phân tán giữa các chế độ cao. Thích hợp cho truyền thông tốc độ thấp khoảng cách ngắn, chẳng hạn như điều khiển công nghiệp. Tuy nhiên, sợi quang đơn mode sử dụng loại đột biến do độ phân tán giữa các mode nhỏ.
Sợi quang: chiết suất của lõi sợi đến lớp bọc thủy tinh giảm dần, cho phép ánh sáng chế độ cao truyền dưới dạng hình sin, có thể làm giảm sự phân tán giữa các chế độ, tăng băng thông sợi và tăng khoảng cách truyền, nhưng chi phí là Sợi Mode cao hơn chủ yếu là sợi được phân loại.
Thông số kỹ thuật sợi phổ biến
Kích thước sợi:
1) Đường kính lõi đơn chế độ: 9/125μm, 10/125μm
2) Đường kính ốp ngoài (2D) = 125μm
3) Đường kính lớp phủ ngoài = 250μm
4) Bím tóc: 300μm
5) Đa chế độ: 50/125μm, tiêu chuẩn Châu Âu; 62,5 / 125μm, tiêu chuẩn Mỹ
6) Mạng công nghiệp, y tế và tốc độ thấp: 100/140μm, 200/230μm
7) Nhựa: 98/1000μm, dùng để điều khiển ô tô
Suy giảm sợi
Các yếu tố chính gây ra sự suy giảm sợi là: nội tại, uốn cong, ép, tạp chất, không đồng đều và mông.
Nội tại: Là tổn thất vốn có của sợi quang, bao gồm: Tán xạ Rayleigh, hấp thụ nội tại, v.v.
Uốn cong: Khi sợi quang bị uốn cong, một phần ánh sáng trong sợi quang sẽ bị mất đi do tán xạ dẫn đến suy hao.
Ép: tổn thất do sợi bị uốn cong nhẹ khi bị ép.
Tạp chất: Tạp chất trong sợi quang sẽ hấp thụ và tán xạ ánh sáng truyền trong sợi quang, gây tổn thất.
Không đồng đều: Sự mất mát do chiết suất không đồng đều của vật liệu sợi.
Kết nối: Tổn thất phát sinh trong quá trình kết nối cáp quang, chẳng hạn như: các trục khác nhau (yêu cầu độ đồng trục của sợi đơn mode nhỏ hơn 0,8μm), mặt cuối không vuông góc với trục, mặt cuối không đều, đường kính lõi đối đầu không khớp và chất lượng mối nối kém.
Loại cáp quang
1) Theo phương pháp lắp đặt: cáp quang treo trên cao, cáp quang dạng ống, cáp quang chôn trong vỏ bọc thép và cáp quang ngầm dưới biển.
2) Theo cấu tạo của cáp quang có: cáp quang ống bó, cáp quang xoắn lớp, cáp quang giữ chặt, cáp quang ribbon, cáp quang phi kim loại và cáp quang phân nhánh.
3) Theo mục đích sử dụng: cáp quang dùng cho truyền thông khoảng cách xa, cáp quang ngoài trời cho khoảng cách ngắn, cáp quang hybrid và cáp quang dùng cho các tòa nhà.
Kết nối và kết thúc cáp quang
Việc kết nối và chấm dứt cáp quang là những kỹ năng cơ bản mà nhân viên bảo trì cáp quang phải nắm vững.
Phân loại công nghệ kết nối cáp quang:
1) Công nghệ kết nối cáp quang và công nghệ kết nối cáp quang là hai phần.
2) Đầu cuối của cáp quang tương tự như đầu nối của cáp quang, ngoại trừ việc hoạt động sẽ khác nhau do vật liệu đầu nối khác nhau.
Loại kết nối sợi
Kết nối cáp quang thường có thể được chia thành hai loại:
1) Kết nối cố định của cáp quang (thường được gọi là đầu nối chết). Nói chung sử dụng máy ghép sợi quang; được sử dụng cho đầu trực tiếp của cáp quang.
2) Đầu nối hoạt động của cáp quang (thường được gọi là đầu nối trực tiếp). Sử dụng các đầu nối có thể tháo rời (thường được gọi là khớp lỏng). Đối với dây nhảy sợi, kết nối thiết bị, v.v.
Do mặt cuối của sợi quang không hoàn chỉnh và áp suất không đồng đều trên mặt cuối của sợi quang, nên tổn thất mối nối của sợi quang do một lần phóng điện vẫn còn tương đối lớn và phương pháp tổng hợp phóng điện thứ cấp bây giờ được sử dụng. Đầu tiên, làm nóng trước và xả mặt cuối của sợi, định hình mặt cuối, loại bỏ bụi và mảnh vụn và làm cho áp suất cuối của sợi đồng đều bằng cách làm nóng trước.
Phương pháp giám sát mất kết nối cáp quang
Có ba phương pháp để theo dõi tình trạng mất kết nối cáp quang:
1. Màn hình trên máy hàn.
2. Giám sát nguồn sáng và máy đo công suất quang.
3.Phương pháp đo OTDR
Phương thức hoạt động của kết nối cáp quang
Hoạt động kết nối cáp quang thường được chia thành:
1. Xử lý các mặt đầu sợi.
2. Lắp đặt kết nối cáp quang.
3. Nối cáp quang.
4. Bảo vệ đầu nối cáp quang.
5. Có năm bước cho khay cáp quang còn lại.
Nói chung, việc kết nối toàn bộ cáp quang được thực hiện theo các bước sau:
Bước 1: Có nhiều chiều dài vừa phải, mở và tước cáp quang, tháo vỏ cáp
Bước 2: Làm sạch và loại bỏ lớp dầu nhớt dán vào cáp quang.
Bước 3: Bó sợi.
Bước 4: Kiểm tra số lõi sợi quang, thực hiện ghép nối sợi quang và kiểm tra nhãn màu sợi quang có chính xác hay không.
Bước 5: Tăng cường kết nối trái tim;
Bước 6: Các cặp đường phụ trợ khác nhau, bao gồm các cặp đường kinh doanh, các cặp đường điều khiển, các đường nối đất được che chắn, v.v. (nếu có các cặp đường dây nêu trên.
Bước 7: Kết nối cáp quang.
Bước 8: Bảo vệ đầu nối cáp quang;
Bước 9: Lưu kho số sợi còn lại;
Bước 10: Hoàn tất việc đấu nối vỏ cáp quang;
Bước 11: Bảo vệ đầu nối cáp quang
Mất chất xơ
1310nm: 0,35 ~ 0,5 dB / Km
1550nm: 0,2 ~ 0,3dB / Km
850 nm: 2,3 đến 3,4 dB/Km
Mất điểm tổng hợp sợi quang: 0,08dB/điểm
Điểm nối sợi 1 điểm/2km
Danh từ sợi thông dụng
1) Suy giảm
Suy hao: tổn thất năng lượng khi ánh sáng truyền qua sợi quang, sợi quang đơn mode 1310nm 0,4 ~ 0,6dB/km, 1550nm 0,2 ~ 0,3dB/km; sợi quang đa mode nhựa 300dB/km
2) Phân tán
Phân tán: Băng thông của xung ánh sáng tăng lên sau khi truyền đi một khoảng cách nhất định dọc theo sợi quang. Đây là yếu tố chính hạn chế tốc độ truyền tải.
Phân tán giữa các chế độ: Chỉ xảy ra trong các sợi đa chế độ, vì các chế độ ánh sáng khác nhau truyền dọc theo các đường khác nhau.
Sự phân tán vật chất: Các bước sóng ánh sáng khác nhau truyền đi với tốc độ khác nhau.
Phân tán ống dẫn sóng: Điều này xảy ra do năng lượng ánh sáng truyền với tốc độ hơi khác nhau khi nó truyền qua lõi và lớp bọc. Trong sợi quang đơn mode, điều rất quan trọng là thay đổi độ phân tán của sợi bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong của sợi.
Loại sợi
Điểm phân tán bằng 0 của G.652 là khoảng 1300nm
Điểm phân tán bằng 0 của G.653 là khoảng 1550nm
Sợi phân tán âm G.654
Sợi quang dịch chuyển phân tán G.655
Sợi sóng đầy đủ
3) tán xạ
Do cấu trúc cơ bản của ánh sáng không hoàn hảo nên năng lượng ánh sáng bị mất đi và việc truyền ánh sáng lúc này không còn tính định hướng tốt nữa.
Kiến thức cơ bản về hệ thống cáp quang
Giới thiệu cấu trúc và chức năng của hệ thống cáp quang cơ bản:
1. Bộ phát: chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang;
2. Bộ truyền dẫn: là phương tiện truyền tín hiệu quang;
3. Bộ phận thu: thu tín hiệu quang và chuyển đổi thành tín hiệu điện;
4. Kết nối thiết bị: kết nối cáp quang với nguồn sáng, phát hiện ánh sáng và các cáp quang khác.
Các loại đầu nối phổ biến
Loại mặt đầu nối
khớp nối
Chức năng chính là phân phối tín hiệu quang. Các ứng dụng quan trọng là trong mạng cáp quang, đặc biệt là trong mạng cục bộ và trong các thiết bị ghép kênh phân chia bước sóng.
cấu trúc cơ bản
Bộ ghép nối là một thiết bị thụ động hai chiều. Các hình thức cơ bản là cây và ngôi sao. Bộ ghép tương ứng với bộ chia.
WDM
WDM—Bộ ghép kênh phân chia bước sóng truyền nhiều tín hiệu quang trong một sợi quang. Các tín hiệu quang này có tần số khác nhau và màu sắc khác nhau. Bộ ghép kênh WDM dùng để ghép nhiều tín hiệu quang vào cùng một sợi quang; bộ ghép kênh tách kênh là để phân biệt nhiều tín hiệu quang từ một sợi quang.
Bộ ghép kênh phân chia bước sóng (Chú giải)
Định nghĩa xung trong hệ thống kỹ thuật số:
1. Biên độ: Độ cao của xung biểu thị năng lượng quang trong hệ thống cáp quang.
2. Thời gian tăng: thời gian cần thiết để xung tăng từ 10% đến 90% biên độ cực đại.
3. Thời gian rơi: thời gian cần thiết để xung giảm từ 90% đến 10% biên độ.
4. Độ rộng xung: Độ rộng của xung tại vị trí biên độ 50%, biểu thị bằng thời gian.
5. Chu kỳ: thời gian cụ thể của xung là thời gian làm việc cần thiết để hoàn thành một chu kỳ.
6. Tỷ lệ tuyệt chủng: Tỷ lệ giữa công suất đèn tín hiệu 1 và công suất đèn tín hiệu 0.
Định nghĩa các đơn vị thông dụng trong truyền thông sợi quang:
1.dB = 10 log10 (Bĩu môi/Pin)
Bĩu môi: công suất đầu ra; Pin: nguồn đầu vào
2. dBm = 10 log10 (P/1mw), là đơn vị được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật truyền thông; nó thường biểu thị công suất quang với 1 miliwatt làm tham chiếu;
ví dụ:–10dBm có nghĩa là công suất quang bằng 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P/1uw)