Предимства на оптичната комуникация:
● Голям комуникационен капацитет
● Голямо разстояние на релето
● Няма електромагнитни смущения
● Богати ресурси
● Леко тегло и малък размер
Кратка история на оптичните комуникации
Преди повече от 2000 години фаровете-светлини, семафори
1880, оптичен телефон-безжична оптична комуникация
1970 г., оптични комуникации
● През 1966 г., „бащата на оптичните влакна“, д-р Гао Йонг за първи път предложи идеята за комуникация с оптични влакна.
● През 1970 г. Lin Yanxiong от института Bell Yan представлява полупроводников лазер, който може да работи непрекъснато при стайна температура.
● През 1970 г. Kapron на Corning направи загуба от 20dB/km влакно.
● През 1977 г., първата търговска линия на Чикаго от 45Mb/s.
Електромагнитен спектър
Разделяне на комуникационните ленти и съответните предавателни среди
Пречупване/отражение и пълно отражение на светлината
Тъй като светлината се движи по различен начин в различните вещества, когато светлината се излъчва от едно вещество към друго, на границата между двете вещества възниква пречупване и отражение.Освен това ъгълът на пречупената светлина варира в зависимост от ъгъла на падащата светлина.Когато ъгълът на падащата светлина достигне или надвиши определен ъгъл, пречупената светлина ще изчезне и цялата падаща светлина ще се отрази обратно.Това е пълното отражение на светлината.Различните материали имат различни ъгли на пречупване за една и съща дължина на вълната на светлината (т.е. различните материали имат различни индекси на пречупване), а едни и същи материали имат различни ъгли на пречупване за различни дължини на вълната на светлината.Комуникацията с оптични влакна се основава на горните принципи.
Разпределение на отражателната способност: Важен параметър за характеризиране на оптичните материали е индексът на пречупване, който е представен от N. Съотношението на скоростта на светлината C във вакуум към скоростта на светлината V в материала е индексът на пречупване на материала.
N = C / V
Коефициентът на пречупване на кварцовото стъкло за комуникация с оптични влакна е около 1,5.
Структура на влакната
Голите влакна обикновено се разделят на три слоя:
Първият слой: централното стъклено ядро с висок индекс на пречупване (диаметърът на ядрото обикновено е 9-10μm, (единичен режим) 50 или 62,5 (многомодов).
Вторият слой: средата е облицовката от силициево стъкло с нисък индекс на пречупване (диаметърът обикновено е 125μм).
Третият слой: най-външният е покритие от смола за подсилване.
1) сърцевина: висок индекс на пречупване, използва се за предаване на светлина;
2) Облицовъчно покритие: нисък индекс на пречупване, образуващо състояние на пълно отражение със сърцевината;
3) Защитен кожух: Има висока якост и може да издържи на големи удари, за да защити оптичното влакно.
3 mm оптичен кабел: оранжев, MM, многомодов;жълт, SM, едномодов
Размер на влакното
Външният диаметър обикновено е 125um (средно 100um на косъм)
Вътрешен диаметър: единичен режим 9um;многомодов 50 / 62.5um
Числова апертура
Не цялата светлина, падаща върху крайната страна на оптичното влакно, може да бъде предадена от оптичното влакно, а само падаща светлина в определен диапазон от ъгли.Този ъгъл се нарича числова апертура на влакното.По-голямата цифрова апертура на оптичното влакно е благоприятно за свързване на оптичното влакно.Различните производители имат различни цифрови апертури.
Вид влакна
Според начина на предаване на светлината в оптичното влакно, той може да бъде разделен на:
Multi-Mode (съкращение: MM);Еднорежимен (съкращение: SM)
Многомодово влакно: Централното стъклено ядро е по-дебело (50 или 62,5μm) и може да предава светлина в множество режими.Въпреки това, неговата междурежимна дисперсия е голяма, което ограничава честотата на предаване на цифрови сигнали и ще стане по-сериозна с увеличаване на разстоянието.Например: 600MB / KM влакно има само 300MB честотна лента при 2KM.Следователно разстоянието на предаване на многомодовото влакно е сравнително кратко, обикновено само няколко километра.
Едномодово влакно: Централното стъклено ядро е сравнително тънко (диаметърът на ядрото обикновено е 9 или 10μm) и може да предава светлина само в един режим.Всъщност това е един вид стъпаловидно оптично влакно, но диаметърът на сърцевината е много малък.На теория само директната светлина от единична пътека на разпространение може да навлезе във влакното и да се разпространи направо в сърцевината на влакното.Пулсът на влакното е едва разтегнат.Следователно неговата междумодова дисперсия е малка и подходяща за отдалечена комуникация, но хроматичната му дисперсия играе основна роля.По този начин едномодовото влакно има по-високи изисквания за спектралната ширина и стабилността на източника на светлина, т.е. спектралната ширина е тясна и стабилността е добра..
Класификация на оптичните влакна
По материал:
Стъклени влакна: сърцевината и облицовката са направени от стъкло, с малка загуба, дълго разстояние на предаване и висока цена;
Силиконово оптично влакно с гумено покритие: сърцевината е стъкло, а обвивката е пластмаса, която има сходни характеристики със стъклените влакна и по-ниска цена;
Пластмасово оптично влакно: И сърцевината, и обвивката са пластмасови, с големи загуби, кратко разстояние на предаване и ниска цена.Използва се предимно за домакински уреди, аудио и предаване на изображения на къси разстояния.
Според прозореца на оптималната честота на предаване: конвенционално едномодово влакно и едномодово влакно с изместена дисперсия.
Конвенционален тип: Фабриката за производство на оптични влакна оптимизира честотата на предаване на оптични влакна на една дължина на вълната на светлината, като 1300nm.
Тип с изместване на дисперсията: Производителят на оптични влакна оптимизира честотата на предаване на влакната на две дължини на вълната на светлината, като например: 1300nm и 1550nm.
Рязка промяна: Коефициентът на пречупване на сърцевината на влакното спрямо стъклената обвивка е рязък.Има ниска цена и висока междумодова дисперсия.Подходящ за нискоскоростна комуникация на къси разстояния, като индустриален контрол.Едномодовото влакно обаче използва тип мутация поради малката междумодова дисперсия.
Градиентно влакно: индексът на пречупване на сърцевината на влакното към стъклената обвивка постепенно намалява, което позволява на светлината с висок режим да се разпространява в синусоидална форма, което може да намали дисперсията между режимите, да увеличи честотната лента на влакното и да увеличи разстоянието за предаване, но цената е влакното с по-висок режим е предимно градирано влакно.
Общи спецификации на влакна
Размер на влакното:
1) Диаметър на едномодовото ядро: 9 / 125μм, 10 / 125μm
2) Външен диаметър на облицовката (2D) = 125μm
3) Външен диаметър на покритието = 250μm
4) Пигтейл: 300μm
5) Многомодов: 50 / 125μm, европейски стандарт;62,5 / 125μм, американски стандарт
6) Индустриални, медицински и нискоскоростни мрежи: 100 / 140μм, 200 / 230μm
7) Пластмаса: 98 / 1000μm, използвани за управление на автомобили
Затихване на влакната
Основните фактори, които причиняват затихване на влакната, са: присъщи, огъване, притискане, примеси, неравности и задник.
Вътрешна: Това е присъщата загуба на оптичното влакно, включително: Релеево разсейване, присъща абсорбция и др.
Огъване: Когато влакното е огънато, светлината в част от влакното ще се загуби поради разсейване, което ще доведе до загуба.
Притискане: загуба, причинена от леко огъване на влакното при изстискване.
Примеси: Примесите в оптичното влакно абсорбират и разпръскват светлината, предавана във влакното, причинявайки загуби.
Неравномерно: Загубата, причинена от неравномерния индекс на пречупване на влакнестия материал.
Докинг: Загуби, генерирани по време на докинг на влакна, като например: различни оси (изискването за коаксиалност на едномодовото влакно е по-малко от 0,8μm), крайната повърхност не е перпендикулярна на оста, крайната повърхност е неравна, диаметърът на челната сърцевина не съвпада и качеството на снаждане е лошо.
Тип оптичен кабел
1) Според методите на полагане: самоносещи надземни оптични кабели, тръбопроводни оптични кабели, бронирани оптични кабели и подводни оптични кабели.
2) Според структурата на оптичния кабел има: тръбен оптичен кабел, оптичен кабел с усукани слоеве, оптичен кабел със здраво захващане, лентов оптичен кабел, неметален оптичен кабел и разклоняем оптичен кабел.
3) Според предназначението: оптични кабели за комуникация на дълги разстояния, външни оптични кабели за къси разстояния, хибридни оптични кабели и оптични кабели за сгради.
Свързване и терминиране на оптични кабели
Свързването и терминирането на оптични кабели са основните умения, които персоналът по поддръжката на оптични кабели трябва да владее.
Класификация на технологията за свързване на оптични влакна:
1) Технологията на свързване на оптични влакна и технологията на свързване на оптичен кабел са две части.
2) Краят на оптичния кабел е подобен на свързването на оптичния кабел, с изключение на това, че операцията трябва да е различна поради различните материали на конектора.
Тип връзка с влакна
Връзката с оптичен кабел обикновено може да бъде разделена на две категории:
1) Фиксирана връзка на оптично влакно (известен като мъртъв конектор).Обикновено използвайте сплайсър за сливане на оптични влакна;използва се за директна глава на оптичен кабел.
2) Активният конектор на оптичното влакно (известен като жив конектор).Използвайте подвижни съединители (известни като разхлабени съединения).За оптичен джъмпер, свързване на оборудване и др.
Поради непълнотата на крайната страна на оптичното влакно и неравномерността на натиска върху крайната страна на оптичното влакно, загубата на снаждане на оптичното влакно от един разряд все още е сравнително голяма и методът на сливане на вторичен разряд сега се използва.Първо загрейте и изпразнете крайната повърхност на влакното, оформете крайната повърхност, отстранете праха и отломките и направете крайното налягане на влакното равномерно чрез предварително загряване.
Метод за наблюдение за загуба на връзка с оптични влакна
Има три метода за наблюдение на загубата на оптична връзка:
1. Монитор на сплайсъра.
2. Мониторинг на светлинен източник и оптичен мощностномер.
3. Метод на измерване на OTDR
Метод на работа на връзка с оптични влакна
Операциите за свързване на оптични влакна обикновено се разделят на:
1. Обработка на краищата на влакната.
2. Свързваща инсталация на оптично влакно.
3. Снаждане на оптично влакно.
4. Защита на конектори за оптични влакна.
5. Има пет стъпки за оставащата тава с влакна.
Обикновено свързването на целия оптичен кабел се извършва съгласно следните стъпки:
Стъпка 1: много добра дължина, отворете и оголете оптичния кабел, отстранете обвивката на кабела
Стъпка 2: Почистете и отстранете петролната паста за пълнене в оптичния кабел.
Стъпка 3: Свържете влакното на сноп.
Стъпка 4: Проверете броя на сърцевините на влакната, извършете сдвояване на влакна и проверете дали етикетите на цвета на влакната са правилни.
Стъпка 5: Укрепете сърдечната връзка;
Стъпка 6: Различни двойки спомагателни линии, включително двойки бизнес линии, двойки контролни линии, екранирани заземяващи линии и т.н. (ако гореспоменатите двойки линии са налични.
Стъпка 7: Свържете влакното.
Стъпка 8: Защитете конектора за оптични влакна;
Стъпка 9: складиране на инвентара на оставащото влакно;
Стъпка 10: Завършете свързването на обвивката на оптичния кабел;
Стъпка 11: Защита на оптични конектори
Загуба на фибри
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB / км
1550 nm: 0,2 ~ 0,3 dB / км
850 nm: 2,3 до 3,4 dB/Km
Загуба на точка на сливане на оптични влакна: 0,08 dB / точка
Точка на снаждане на влакна 1 точка / 2 км
Общи съществителни влакна
1) Затихване
Затихване: загуба на енергия при предаване на светлина в оптично влакно, едномодово влакно 1310nm 0,4 ~ 0,6dB/km, 1550nm 0,2 ~ 0,3dB/km;пластмасово многомодово влакно 300dB / km
2) Дисперсия
Дисперсия: Ширината на честотната лента на светлинните импулси се увеличава след преминаване на определено разстояние по влакното.Това е основният фактор, ограничаващ скоростта на предаване.
Междумодова дисперсия: Среща се само в многомодови влакна, тъй като различните видове светлина се движат по различни пътища.
Дисперсия на материала: Различните дължини на вълните на светлината се разпространяват с различни скорости.
Вълноводна дисперсия: Това се случва, защото светлинната енергия се движи с малко по-различни скорости, докато преминава през сърцевината и обвивката.При едномодовото влакно е много важно да се промени дисперсията на влакното чрез промяна на вътрешната структура на влакното.
Тип влакна
Точката на нулева дисперсия на G.652 е около 1300 nm
Точката на нулева дисперсия на G.653 е около 1550 nm
G.654 влакно с отрицателна дисперсия
G.655 влакно с изместена дисперсия
Влакно с пълна вълна
3) разпръскване
Поради несъвършената основна структура на светлината се причинява загуба на светлинна енергия и предаването на светлина в този момент вече няма добра насоченост.
Основни познания за оптична система
Въведение в архитектурата и функциите на основна оптична система:
1. Изпращащ модул: преобразува електрическите сигнали в оптични;
2. Предавателна единица: среда, пренасяща оптични сигнали;
3. Приемно устройство: приема оптични сигнали и ги преобразува в електрически;
4. Свържете устройството: свържете оптичното влакно към източника на светлина, откриване на светлина и други оптични влакна.
Често срещани типове съединители
Тип край на съединителя
Съединител
Основната функция е да разпространява оптични сигнали.Важни приложения са в мрежи от оптични влакна, особено в локални мрежи и в устройства за мултиплексиране по дължина на вълната.
основна структура
Съединителят е двупосочно пасивно устройство.Основните форми са дърво и звезда.Съединителят съответства на сплитера.
WDM
WDM—Wavelength Division Multiplexer предава множество оптични сигнали в едно оптично влакно.Тези оптични сигнали имат различни честоти и различни цветове.Мултиплексорът WDM свързва множество оптични сигнали в едно и също оптично влакно;демултиплексиращият мултиплексор е за разграничаване на множество оптични сигнали от едно оптично влакно.
Мултиплексор с разделяне на дължина на вълната (легенда)
Дефиниция на импулси в цифрови системи:
1. Амплитуда: Височината на импулса представлява енергията на оптичната мощност в оптичната система.
2. Време на нарастване: времето, необходимо на импулса да се повиши от 10% до 90% от максималната амплитуда.
3. Време на спад: времето, необходимо на импулса да спадне от 90% до 10% от амплитудата.
4. Ширина на импулса: Ширината на импулса при 50% амплитудна позиция, изразена във времето.
5. Цикъл: специфичното време на импулса е работното време, необходимо за завършване на цикъл.
6. Коефициент на изчезване: Съотношението на 1 мощност на сигнална светлина към 0 мощност на сигнална светлина.
Дефиниция на общи единици в комуникацията с оптични влакна:
1.dB = 10 log10 (Pout / Pin)
Pout: изходна мощност;Pin: входна мощност
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), което е широко използвана единица в комуникационното инженерство;обикновено представлява оптичната мощност с 1 миливат като еталон;
пример:–10dBm означава, че оптичната мощност е равна на 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)