Khái niệm cơ bản về truyền thông sợi quang.
Sợi quang là một ống dẫn sóng quang điện môi, một cấu trúc ống dẫn sóng chặn ánh sáng và truyền ánh sáng theo hướng trục.
Sợi rất mịn làm từ thủy tinh thạch anh, nhựa tổng hợp, v.v.
Sợi đơn mode: lõi 8-10um, vỏ 125um
Sợi đa mode: lõi 51um, vỏ 125um
Phương thức truyền tín hiệu quang bằng sợi quang được gọi là truyền thông sợi quang.
Sóng ánh sáng thuộc loại sóng điện từ.
Dải bước sóng của ánh sáng khả kiến là 390-760 nm, phần lớn hơn 760 nm là tia hồng ngoại và phần nhỏ hơn 390 nm là tia cực tím.
Cửa sổ làm việc sóng ánh sáng (ba cửa sổ giao tiếp):
Dải bước sóng được sử dụng trong thông tin sợi quang nằm trong vùng cận hồng ngoại
Vùng bước sóng ngắn (ánh sáng nhìn thấy được, là ánh sáng màu cam bằng mắt thường) Ánh sáng màu cam 850nm
Vùng bước sóng dài (vùng ánh sáng vô hình) 1310 nm (điểm phân tán tối thiểu theo lý thuyết), 1550 nm (điểm suy giảm tối thiểu theo lý thuyết)
Cấu trúc và phân loại sợi
1. Cấu trúc của sợi
Cấu trúc sợi lý tưởng: lõi, lớp bọc, lớp phủ, áo khoác.
Lõi và lớp bọc được làm bằng vật liệu thạch anh, tính chất cơ học tương đối mỏng manh và dễ gãy. Do đó, hai lớp lớp phủ, một loại nhựa và một lớp nylon thường được thêm vào để hiệu suất linh hoạt của sợi đạt được yêu cầu ứng dụng thực tế của dự án.
2.Phân loại sợi quang
(1) Sợi được chia theo phân bố chiết suất của mặt cắt ngang của sợi: nó được chia thành sợi loại bước (sợi đồng nhất) và sợi được phân loại (sợi không đồng nhất).
Giả sử lõi có chiết suất n1 và chiết suất của lớp bọc là n2.
Để lõi có thể truyền ánh sáng đi xa, điều kiện cần để xây dựng nên sợi quang là n1>n2
Sự phân bố chiết suất của một sợi đồng nhất là một hằng số
Định luật phân bố chiết suất của sợi không đồng nhất:
Trong đó, △ – chênh lệch chiết suất tương đối
Α—chiết suất, α=∞—sợi phân bố chiết suất kiểu bước, α=2—sợi phân bố chiết suất định luật bình phương (sợi được phân loại). Sợi này được so sánh với các sợi được phân loại khác. Chế độ phân tán tối thiểu tối thiểu.
(1) Theo số lượng chế độ truyền trong lõi: chia thành sợi đa mode và sợi đơn mode
Mẫu ở đây đề cập đến sự phân bố của trường điện từ ánh sáng được truyền trong sợi quang. Phân phối trường khác nhau là một chế độ khác nhau.
Chế độ đơn (chỉ một chế độ được truyền trong sợi quang), đa chế độ (nhiều chế độ được truyền đồng thời trong sợi quang)
Hiện nay, do yêu cầu về tốc độ truyền dẫn ngày càng cao và số lượng đường truyền ngày càng tăng, mạng lưới khu vực đô thị đang phát triển theo hướng tốc độ cao và dung lượng lớn nên phần lớn là sợi quang đơn mode. (Đặc tính truyền dẫn của bản thân nó tốt hơn cáp quang đa mode)
(2) Đặc điểm của sợi quang:
①Đặc tính suy hao của sợi quang: Sóng ánh sáng được truyền trong sợi quang và công suất quang giảm dần khi khoảng cách truyền tăng.
Các nguyên nhân gây mất sợi quang bao gồm: suy hao ghép nối, suy hao hấp thụ, suy hao tán xạ và suy hao bức xạ uốn.
Suy hao ghép nối là tổn hao do sự ghép nối giữa sợi quang và thiết bị.
Tổn thất hấp thụ xảy ra do sự hấp thụ năng lượng ánh sáng của vật liệu sợi và tạp chất.
Tổn thất tán xạ được chia thành tán xạ Rayleigh (chiết suất không đồng đều) và tán xạ ống dẫn sóng (không đồng đều về vật liệu).
Tổn thất bức xạ uốn là tổn thất do sợi quang bị uốn cong dẫn đến chế độ bức xạ do sợi quang bị uốn cong.
②Đặc tính phân tán của sợi quang: Các thành phần tần số khác nhau trong tín hiệu được truyền qua sợi quang có tốc độ truyền khác nhau và hiện tượng méo vật lý do xung tín hiệu mở rộng khi đến thiết bị đầu cuối được gọi là phân tán.
Sự tán sắc được chia thành tán sắc phương thức, tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng.
Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin sợi quang
Gửi một phần:
Tín hiệu điều chế xung đầu ra của bộ phát điện (cực điện) được gửi đến bộ phát quang (tín hiệu được gửi bởi bộ điều khiển được điều khiển theo chương trình).công tắcđược xử lý, định hình dạng sóng, thay đổi nghịch đảo của mẫu… thành tín hiệu điện phù hợp và gửi đến máy phát quang)
Vai trò chính của máy phát quang là chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang được ghép vào sợi quang.
Phần nhận:
Chuyển đổi tín hiệu quang truyền qua sợi quang thành tín hiệu điện
Quá trình xử lý tín hiệu điện được khôi phục về tín hiệu điều chế xung ban đầu và gửi đến thiết bị đầu cuối điện (tín hiệu điện được gửi bởi bộ thu quang được xử lý, dạng sóng được định hình, nghịch đảo của mẫu được đảo ngược… tín hiệu điện thích hợp là được gửi trở lại chương trìnhcông tắc)
Phần truyền động:
Sợi quang đơn mode, bộ lặp quang (bộ lặp tái tạo điện (khuếch đại chuyển đổi quang-điện-quang, độ trễ truyền sẽ lớn hơn, mạch quyết định xung sẽ được sử dụng để định hình dạng sóng và thời gian), Bộ khuếch đại sợi pha tạp erbium (hoàn thành quá trình khuếch đại ở cấp độ quang học, không có dạng sóng)
(1) Máy phát quang: Là máy thu phát quang thực hiện chuyển đổi điện/quang. Nó bao gồm một nguồn sáng, một trình điều khiển và một bộ điều biến. Chức năng là điều chế sóng ánh sáng từ máy điện thành sóng ánh sáng do nguồn sáng phát ra trở thành sóng mờ, sau đó ghép tín hiệu quang đã điều chế với sợi quang hoặc cáp quang để truyền dẫn.
(2) Bộ thu quang: là bộ thu phát quang thực hiện chuyển đổi quang/điện. Mô hình tiện ích bao gồm mạch phát hiện ánh sáng và bộ khuếch đại quang, có chức năng chuyển đổi tín hiệu quang được truyền bởi sợi quang hoặc cáp quang thành tín hiệu điện bằng máy dò quang, sau đó khuếch đại tín hiệu điện yếu thành tín hiệu điện yếu. một mức đủ thông qua mạch khuếch đại để gửi đến tín hiệu. Đầu nhận của máy điện đi.
(3) Cáp quang: Sợi quang hoặc cáp cấu thành đường truyền ánh sáng. Chức năng là truyền tín hiệu bị mờ do đầu phát gửi đến đầu dò quang của đầu nhận sau khi truyền đường dài qua cáp quang hoặc cáp quang để hoàn thành nhiệm vụ truyền thông tin.
(4) Bộ lặp quang: bao gồm bộ tách sóng quang, nguồn sáng và mạch tái tạo quyết định. Có hai chức năng: một là bù sự suy giảm của tín hiệu quang truyền trong sợi quang; cách khác là định hình xung của dạng sóng bị biến dạng.
(5) Các thành phần thụ động như đầu nối cáp quang, bộ ghép nối (không cần cấp nguồn riêng nhưng thiết bị vẫn bị tổn hao): Do chiều dài của sợi hoặc cáp bị giới hạn bởi quá trình kéo sợi và điều kiện kết cấu cáp, và chiều dài của sợi cũng là Giới hạn (ví dụ: 2km). Do đó, có thể xảy ra sự cố khi có nhiều sợi quang được kết nối trên một đường cáp quang. Vì vậy, việc kết nối giữa các sợi quang, sự kết nối, ghép nối của sợi quang và bộ thu phát quang cũng như việc sử dụng các thành phần thụ động như đầu nối quang, bộ ghép là không thể thiếu.
Tính ưu việt của truyền thông cáp quang
Băng thông truyền dẫn, dung lượng truyền thông lớn
Mất truyền thấp và khoảng cách chuyển tiếp lớn
Chống nhiễu điện từ mạnh
(Ngoài không dây: tín hiệu không dây có nhiều tác dụng, lợi ích đa đường, hiệu ứng đổ bóng, mờ dần Rayleigh, hiệu ứng Doppler
So với cáp đồng trục: tín hiệu quang lớn hơn cáp đồng trục và có độ bảo mật tốt)
Tần số của sóng ánh sáng rất cao, so với các sóng điện từ khác thì độ nhiễu rất nhỏ.
Nhược điểm của cáp quang: tính chất cơ học kém, dễ đứt, (nâng cao hiệu suất cơ học, sẽ ảnh hưởng đến khả năng chống nhiễu), xây dựng lâu và bị ảnh hưởng bởi điều kiện địa lý.