Osnovni koncept komunikacije optičkim vlaknima.
Optičko vlakno je dielektrični optički talasovod, talasovodna struktura koja blokira svjetlost i širi svjetlost u aksijalnom smjeru.
Vrlo fino vlakno od kvarcnog stakla, sintetičke smole itd.
Jednomodno vlakno: jezgra 8-10um, obloga 125um
Višemodno vlakno: jezgro 51um, obloga 125um
Komunikacijski metod prijenosa optičkih signala pomoću optičkih vlakana naziva se komunikacija optičkim vlaknima.
Svetlosni talasi spadaju u kategoriju elektromagnetnih talasa.
Opseg talasne dužine vidljive svetlosti je 390-760 nm, deo veći od 760 nm je infracrveno svetlo, a deo manji od 390 nm je ultraljubičasto svetlo.
Radni prozor svjetlosnog talasa (tri komunikacijska prozora):
Opseg talasnih dužina koji se koristi u komunikaciji putem optičkih vlakana je u bliskom infracrvenom području
Kratkotalasna regija (vidljiva svjetlost, koja je golim okom narandžasta svjetlost) 850nm narandžasto svjetlo
Područje duge talasne dužine (područje nevidljive svjetlosti) 1310 nm (teoretska minimalna tačka disperzije), 1550 nm (teorijska minimalna tačka slabljenja)
Struktura i klasifikacija vlakana
1. Struktura vlakana
Idealna struktura vlakana: jezgra, obloga, premaz, omotač.
Jezgro i obloga su napravljeni od kvarcnog materijala, a mehanička svojstva su relativno krhka i lako se lome.Stoga se generalno dodaju dva sloja sloja premaza, jedan tip smole i jedan sloj najlonskog tipa, tako da fleksibilne performanse vlakana dostižu zahtjeve praktične primjene projekta.
2.Klasifikacija optičkih vlakana
(1) Vlakno se dijeli prema distribuciji indeksa prelamanja poprečnog presjeka vlakna: podijeljeno je na vlakno tipa stepenica (jednoliko vlakno) i gradirano vlakno (neujednačeno vlakno).
Pretpostavimo da jezgro ima indeks prelamanja n1, a indeks prelamanja omotača n2.
Da bi se omogućilo jezgru da prenosi svjetlost na velike udaljenosti, neophodan uslov za konstrukciju optičkog vlakna je n1>n2
Raspodjela indeksa prelamanja uniformnog vlakna je konstanta
Zakon raspodjele indeksa loma neujednačenog vlakna:
Među njima, △ – relativna razlika indeksa prelamanja
Α—indeks prelamanja, α=∞—stepenasto vlakno za raspodjelu indeksa prelamanja, α=2—vlakno za raspodjelu indeksa prelamanja kvadratnog zakona (gradirano vlakno).Ovo vlakno se upoređuje sa drugim gradiranim vlaknima. Minimalna disperzija režima optimalna.
(1) Prema broju modova koji se prenose u jezgri: podijeljeno na višemodno vlakno i jednomodno vlakno
Obrazac se ovdje odnosi na raspodjelu elektromagnetnog polja svjetlosti koja se prenosi u optičkom vlaknu.Različite distribucije polja su drugačiji način rada.
Single mod (samo jedan način se prenosi u vlaknu), multimode (više modova se istovremeno prenosi u vlaknu)
Trenutno, zbog sve većih zahtjeva za brzinom prijenosa i sve većeg broja prijenosa, gradska mreža se razvija u smjeru velike brzine i velikog kapaciteta, tako da su većina jednomodnih stepenastih vlakana.(Karakteristike prijenosa same po sebi su bolje od multimodnog vlakna)
(2) Karakteristike optičkih vlakana:
①Karakteristike gubitka optičkog vlakna: svjetlosni valovi se prenose u optičko vlakno, a optička snaga se postepeno smanjuje kako se udaljenost prijenosa povećava.
Uzroci gubitka vlakana uključuju: gubitak spajanja, gubitak apsorpcije, gubitak raspršivanja i gubitak zračenja pri savijanju.
Gubitak spajanja je gubitak uzrokovan spregom između vlakna i uređaja.
Gubici pri apsorpciji su uzrokovani apsorpcijom svjetlosne energije vlaknastim materijalima i nečistoćama.
Gubitak rasejanja se deli na Rayleighovo rasejanje (neujednačenost indeksa prelamanja) i talasovodno rasejanje (neravnomernost materijala).
Gubitak zračenja pri savijanju je gubitak uzrokovan savijanjem vlakna koji dovodi do načina zračenja uzrokovanog savijanjem vlakna.
②Karakteristike disperzije optičkih vlakana: Različite frekvencijske komponente u signalu koji se prenosi optičkim vlaknom imaju različite brzine prijenosa, a fizički fenomen izobličenja uzrokovanog širenjem signalnog impulsa pri dolasku do terminala naziva se disperzija.
Disperzija se dijeli na modalnu disperziju, disperziju materijala i disperziju valovoda.
Osnovne komponente optičkih komunikacionih sistema
Pošaljite dio:
Signal impulsne modulacije koji izlazi iz električnog odašiljača (električni terminal) šalje se optičkom predajniku (signal koji šalje programski kontrolirani prekidač se obrađuje, oblikuje se valni oblik, mijenja se inverzni obrazac… u odgovarajući električni signal i šalje se optičkom predajniku)
Primarna uloga optičkog predajnika je pretvaranje električnog signala u optički signal koji je spojen na vlakno.
Prijemni dio:
Pretvaranje optičkih signala koji se prenose kroz optička vlakna u električne signale
Obrada električnog signala se vraća na originalni impulsno modulirani signal i šalje se na električni terminal (električni signal koji šalje optički prijemnik se obrađuje, oblikuje se valni oblik, inverzni obrazac se invertira... odgovarajući električni signal je šalje se nazad na programabilni prekidač)
dio prijenosa:
Jednomodno vlakno, optički repetitor (električni regenerativni repetitor (pojačanje optičko-električno-optičke konverzije, kašnjenje prijenosa će biti veće, kolo za odlučivanje impulsa će se koristiti za oblikovanje valnog oblika i vremena), pojačalo dopirano erbijem (dovršava pojačanje na optičkom nivou, bez oblikovanja valnog oblika)
(1) Optički predajnik: To je optički primopredajnik koji ostvaruje električnu/optičku konverziju.Sastoji se od izvora svjetlosti, drajvera i modulatora.Funkcija je da modulira svjetlosni val iz električne mašine na svjetlosni val koji emituje izvor svjetlosti kako bi postao prigušeni val, a zatim spojio modulirani optički signal na optičko vlakno ili optički kabel za prijenos.
(2) Optički prijemnik: je optički primopredajnik koji ostvaruje optičku/električnu konverziju.Korisni model se sastoji od kruga za detekciju svjetlosti i optičkog pojačala, a funkcija je pretvaranje optičkog signala koji prenosi optičko vlakno ili optički kabel u električni signal optičkog detektora, a zatim pojačavanje slabog električnog signala na dovoljan nivo kroz krug za pojačavanje da se pošalje na signal.Prijemni kraj električne mašine ide.
(3) Vlakna/kabl: Vlakna ili kabl čine put prenosa svetlosti.Funkcija je prijenos prigušenog signala koji odašilja kraj do optičkog detektora na kraju prijema nakon prijenosa na velike udaljenosti kroz optičko vlakno ili optički kabel kako bi se završio zadatak prijenosa informacija.
(4) Optički repetitor: sastoji se od fotodetektora, izvora svjetlosti i kruga za regeneraciju odluke.Postoje dvije funkcije: jedna je kompenzacija slabljenja optičkog signala koji se prenosi u optičko vlakno;drugi je oblikovati puls izobličenja talasnog oblika.
(5) Pasivne komponente kao što su konektori za optička vlakna, spojnici (nema potrebe za odvojenim napajanjem, ali uređaj je i dalje bez gubitaka): Budući da je dužina vlakna ili kabla ograničena procesom izvlačenja vlakana i uslovima konstrukcije kabla, i dužina vlakna je takođe ograničena (npr. 2km).Stoga može postojati problem da je više optičkih vlakana povezano u jednu liniju optičkih vlakana.Stoga je neophodna veza između optičkih vlakana, spajanje i spajanje optičkih vlakana i optičkih primopredajnika, te korištenje pasivnih komponenti kao što su optički konektori i spojnici.
Superiornost komunikacije optičkim vlaknima
Propusnost prijenosa, veliki komunikacijski kapacitet
Mali gubici u prijenosu i velika udaljenost releja
Jake anti-elektromagnetne smetnje
(Izvan bežičnog: bežični signali imaju mnogo efekata, prednosti višestrukih puteva, efekte senke, Rayleighovo bledenje, Doplerove efekte
U poređenju sa koaksijalnim kablom: optički signal je veći od koaksijalnog kabla i ima dobru poverljivost)
Frekvencija svetlosnog talasa je veoma visoka, u poređenju sa drugim elektromagnetnim talasima, interferencija je mala.
Nedostaci optičkog kabla: loša mehanička svojstva, lako se lome, (poboljšaju mehaničke performanse, uticaće na otpornost na smetnje), potrebno je mnogo vremena za izradu i na njega utiču geografski uslovi.