Avantatges de la comunicació per fibra òptica:
● Gran capacitat de comunicació
● Llarga distància de relleus
● Sense interferències electromagnètiques
● Recursos rics
● Pes lleuger i mida petita
Una breu història de les comunicacions òptiques
Fa més de 2000 anys, els fars, els semàfors
1880, comunicació òptica sense fil telefònica òptica
1970, comunicacions de fibra òptica
● El 1966, "Pare de la fibra òptica", el Dr. Gao Yong va proposar per primera vegada la idea de la comunicació de fibra òptica.
● El 1970, el Lin Yanxiong del Bell Yan Institute era un làser semiconductor que podia funcionar contínuament a temperatura ambient.
● L'any 1970, el Kapron de Corning va fer una pèrdua de fibra de 20 dB/km.
● El 1977, la primera línia comercial de Chicago de 45 Mb/s.
Espectre electromagnètic
Divisió de banda de comunicació i mitjans de transmissió corresponents
Refracció/reflexió i reflexió total de la llum
Com que la llum viatja de manera diferent en diferents substàncies, quan s'emet llum d'una substància a una altra, la refracció i la reflexió es produeixen a la interfície entre les dues substàncies.A més, l'angle de la llum refractada varia amb l'angle de la llum incident.Quan l'angle de la llum incident arriba o supera un cert angle, la llum refractada desapareixerà i tota la llum incident es reflectirà de nou.Aquesta és la reflexió total de la llum.Els diferents materials tenen diferents angles de refracció per a la mateixa longitud d'ona de la llum (és a dir, diferents materials tenen diferents índexs de refracció) i els mateixos materials tenen diferents angles de refracció per a diferents longituds d'ona de la llum.La comunicació de fibra òptica es basa en els principis anteriors.
Distribució de la reflectivitat: un paràmetre important per caracteritzar els materials òptics és l'índex de refracció, que es representa per N. La relació entre la velocitat de la llum C al buit i la velocitat de la llum V en el material és l'índex de refracció del material.
N = C/V
L'índex de refracció del vidre de quars per a la comunicació de fibra òptica és d'aproximadament 1,5.
Estructura de fibra
La fibra nua es divideix generalment en tres capes:
La primera capa: el nucli central de vidre d'alt índex de refracció (el diàmetre del nucli és generalment de 9-10μm, (mode únic) 50 o 62,5 (mode multimodal).
La segona capa: el mig és el revestiment de vidre de sílice de baix índex de refracció (el diàmetre és generalment de 125μm).
La tercera capa: la més externa és un recobriment de resina per reforçar.
1) nucli: alt índex de refracció, utilitzat per transmetre llum;
2) Revestiment de revestiment: baix índex de refracció, formant una condició de reflexió total amb el nucli;
3) Jaqueta protectora: té una gran resistència i pot suportar grans impactes per protegir la fibra òptica.
Cable òptic de 3 mm: taronja, MM, multimode;groc, SM, monomode
Mida de la fibra
El diàmetre exterior és generalment de 125um (mitjana de 100um per cabell)
Diàmetre interior: mode únic 9um;multimode 50/62,5um
Obertura numèrica
No tota la llum incident a la cara extrema de la fibra òptica es pot transmetre per la fibra òptica, sinó només la llum incident dins d'un determinat rang d'angles.Aquest angle s'anomena obertura numèrica de la fibra.Una obertura numèrica més gran de la fibra òptica és avantatjosa per a l'acoblament de la fibra òptica.Els diferents fabricants tenen diferents obertures numèriques.
Tipus de fibra
Segons el mode de transmissió de la llum a la fibra òptica, es pot dividir en:
Multimode (abreviatura: MM);Mode únic (abreviatura: SM)
Fibra multimode: el nucli de vidre central és més gruixut (50 o 62,5μm) i pot transmetre llum en múltiples modes.No obstant això, la seva dispersió entre modes és gran, cosa que limita la freqüència de transmissió de senyals digitals i es tornarà més greu amb l'augment de la distància.Per exemple: la fibra de 600 MB/KM només té 300 MB d'ample de banda a 2 km.Per tant, la distància de transmissió de la fibra multimode és relativament curta, generalment només uns pocs quilòmetres.
Fibra monomode: el nucli de vidre central és relativament prim (el diàmetre del nucli és generalment de 9 o 10μm), i només pot transmetre llum en un mode.De fet, és una mena de fibra òptica de tipus pas, però el diàmetre del nucli és molt petit.En teoria, només es permet que la llum directa d'un sol camí de propagació entri a la fibra i es propagui directament al nucli de la fibra.El pols de fibra amb prou feines s'estira.Per tant, la seva dispersió entre modes és petita i adequada per a la comunicació remota, però la seva dispersió cromàtica té un paper important.D'aquesta manera, la fibra monomode té requisits més alts per a l'amplada espectral i l'estabilitat de la font de llum, és a dir, l'amplada espectral és estreta i l'estabilitat és bona..
Classificació de les fibres òptiques
Per material:
Fibra de vidre: el nucli i el revestiment estan fets de vidre, amb petites pèrdues, llarga distància de transmissió i alt cost;
Fibra òptica de silici recoberta de cautxú: el nucli és de vidre i el revestiment és de plàstic, que té característiques similars a la fibra de vidre i un cost més baix;
Fibra òptica plàstica: tant el nucli com el revestiment són plàstics, amb grans pèrdues, distància de transmissió curta i baix preu.S'utilitza principalment per a electrodomèstics, àudio i transmissió d'imatges a curta distància.
Segons la finestra de freqüència de transmissió òptima: fibra monomode convencional i fibra monomode desplaçada per dispersió.
Tipus convencional: la casa de producció de fibra òptica optimitza la freqüència de transmissió de fibra òptica en una sola longitud d'ona de llum, com ara 1300 nm.
Tipus desplaçat per dispersió: el productor de fibra òptica optimitza la freqüència de transmissió de fibra en dues longituds d'ona de llum, com ara: 1300nm i 1550nm.
Canvi brusc: l'índex de refracció del nucli de fibra al revestiment de vidre és brusc.Té un baix cost i una alta dispersió entre modes.Adequat per a comunicacions de baixa velocitat a curta distància, com ara el control industrial.Tanmateix, la fibra monomode utilitza un tipus de mutació a causa de la petita dispersió intermode.
Fibra degradada: l'índex de refracció del nucli de fibra al revestiment de vidre es redueix gradualment, permetent que la llum d'alt mode es propagui en forma sinusoïdal, cosa que pot reduir la dispersió entre els modes, augmentar l'amplada de banda de la fibra i augmentar la distància de transmissió, però el cost és La fibra de mode superior és majoritàriament fibra graduada.
Especificacions comunes de fibra
Mida de la fibra:
1) Diàmetre del nucli de mode únic: 9/125μm, 10/125μm
2) Diàmetre del revestiment exterior (2D) = 125μm
3) Diàmetre del recobriment exterior = 250μm
4) Cua: 300μm
5) Multimode: 50/125μm, estàndard europeu;62,5 / 125μm, estàndard americà
6) Xarxes industrials, mèdiques i de baixa velocitat: 100 / 140μm, 200/230μm
7) Plàstic: 98/1000μm, utilitzat per al control d'automòbils
Atenuació de la fibra
Els principals factors que provoquen l'atenuació de la fibra són: intrínsec, flexió, comprimiment, impureses, desnivells i culata.
Intrínseca: És la pèrdua inherent de la fibra òptica, que inclou: dispersió Rayleigh, absorció intrínseca, etc.
Doblar: quan la fibra es doblega, la llum en part de la fibra es perdrà a causa de la dispersió, donant lloc a una pèrdua.
Estrènyer: pèrdua provocada per una lleugera flexió de la fibra quan s'esprem.
Impureses: Les impureses d'una fibra òptica absorbeixen i dispersen la llum transmesa per la fibra, provocant pèrdues.
No uniforme: la pèrdua causada per l'índex de refracció desigual del material de fibra.
Acoblament: pèrdua generada durant l'acoblament de fibra, com ara: diferents eixos (el requisit de coaxialitat de fibra monomode és inferior a 0,8μm), la cara de l'extrem no és perpendicular a l'eix, la cara de l'extrem és desigual, el diàmetre del nucli de la culata no coincideix i la qualitat de l'empalmament és deficient.
Tipus de cable òptic
1) Segons els mètodes de col·locació: cables òptics autoportants, cables òptics de canonades, cables òptics enterrats blindats i cables òptics submarins.
2) Segons l'estructura del cable òptic, hi ha: cable òptic de tub agrupat, cable òptic de capa retorçada, cable òptic de fixació ajustada, cable òptic de cinta, cable òptic no metàl·lic i cable òptic ramificable.
3) Segons el propòsit: cables òptics per a comunicació de llarga distància, cables òptics exteriors per a curta distància, cables òptics híbrids i cables òptics per a edificis.
Connexió i terminació de cables òptics
La connexió i terminació de cables òptics són les habilitats bàsiques que ha de dominar el personal de manteniment de cables òptics.
Classificació de la tecnologia de connexió de fibra òptica:
1) La tecnologia de connexió de fibra òptica i la tecnologia de connexió del cable òptic són dues parts.
2) L'extrem del cable òptic és similar a la connexió del cable òptic, excepte que el funcionament hauria de ser diferent a causa dels diferents materials del connector.
Tipus de connexió de fibra
La connexió del cable de fibra òptica generalment es pot dividir en dues categories:
1) Connexió fixa de fibra òptica (coneguda comunament com a connector mort).En general, utilitzeu un empalmador de fusió de fibra òptica;utilitzat per al capçal directe del cable òptic.
2) El connector actiu de fibra òptica (conegut comunament com a connector viu).Utilitzeu connectors extraïbles (comunament coneguts com a juntes soltes).Per a pont de fibra, connexió d'equips, etc.
A causa de la incompletitud de la cara final de la fibra òptica i la falta d'uniformitat de la pressió a la cara final de la fibra òptica, la pèrdua d'empalmament de la fibra òptica per una descàrrega encara és relativament gran i el mètode de fusió de descàrrega secundària ara s'utilitza.En primer lloc, preescalfeu i descarregueu la cara de l'extrem de la fibra, doneu forma a la cara de l'extrem, elimineu la pols i els residus i feu que la pressió final de la fibra sigui uniforme mitjançant el preescalfament.
Mètode de monitorització de la pèrdua de connexió de fibra òptica
Hi ha tres mètodes per controlar la pèrdua de connexió de fibra:
1. Monitor a l'empalmadora.
2. Monitorització de la font de llum i mesurador de potència òptica.
3.Mètode de mesura OTDR
Mètode de funcionament de la connexió de fibra òptica
Les operacions de connexió de fibra òptica es divideixen generalment en:
1. Manipulació de les cares extrems de la fibra.
2. Instal·lació de connexió de fibra òptica.
3. Empalme de fibra òptica.
4. Protecció dels connectors de fibra òptica.
5. Hi ha cinc passos per a la safata de fibra restant.
En general, la connexió de tot el cable òptic es realitza seguint els passos següents:
Pas 1: molta longitud, obriu i peleu el cable òptic, traieu la funda del cable
Pas 2: Netegeu i traieu la pasta de farciment de petroli del cable òptic.
Pas 3: agrupa la fibra.
Pas 4: comproveu el nombre de nuclis de fibra, realitzeu l'aparellament de fibres i comproveu si les etiquetes de color de la fibra són correctes.
Pas 5: Enfortir la connexió del cor;
Pas 6: Diversos parells de línies auxiliars, inclosos parells de línies de negoci, parells de línies de control, línies de terra blindades, etc. (si els parells de línies esmentats anteriorment estan disponibles.
Pas 7: connecteu la fibra.
Pas 8: protegiu el connector de fibra òptica;
Pas 9: emmagatzematge d'inventari de la fibra restant;
Pas 10: completeu la connexió de la jaqueta del cable òptic;
Pas 11: protecció dels connectors de fibra òptica
Pèrdua de fibra
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB/Km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3 dB/Km
850 nm: 2,3 a 3,4 dB/Km
Pèrdua de punt de fusió de fibra òptica: 0,08 dB / punt
Punt d'unió de fibra 1 punt / 2 km
Substantius comuns de fibra
1) Atenuació
Atenuació: pèrdua d'energia quan la llum es transmet en fibra òptica, fibra monomode 1310 nm 0,4 ~ 0,6 dB / km, 1550 nm 0,2 ~ 0,3 dB / km;fibra plàstica multimode 300dB/km
2) Dispersió
Dispersió: l'ample de banda dels polsos de llum augmenta després de recórrer una certa distància al llarg de la fibra.És el principal factor que limita la velocitat de transmissió.
Dispersió intermode: només es produeix en fibres multimode, perquè diferents modes de llum viatgen per diferents camins.
Dispersió del material: diferents longituds d'ona de la llum viatgen a diferents velocitats.
Dispersió de la guia d'ones: Això es produeix perquè l'energia de la llum viatja a velocitats lleugerament diferents a mesura que viatja pel nucli i el revestiment.En fibra monomode, és molt important canviar la dispersió de la fibra canviant l'estructura interna de la fibra.
Tipus de fibra
El punt de dispersió zero G.652 és d'uns 1300 nm
El punt de dispersió zero G.653 és d'uns 1550 nm
G.654 fibra de dispersió negativa
Fibra desplaçada per dispersió G.655
Fibra d'ona completa
3) dispersió
A causa de l'estructura bàsica imperfecta de la llum, es produeix la pèrdua d'energia lumínica i la transmissió de la llum en aquest moment ja no té una bona directivitat.
Coneixements bàsics del sistema de fibra òptica
Introducció a l'arquitectura i funcions d'un sistema bàsic de fibra òptica:
1. Unitat emissora: converteix els senyals elèctrics en senyals òptics;
2. Unitat de transmissió: un mitjà que transporta senyals òptics;
3. Unitat receptora: rep senyals òptics i els converteix en senyals elèctrics;
4. Connecteu el dispositiu: connecteu la fibra òptica a la font de llum, detecció de llum i altres fibres òptiques.
Tipus de connectors comuns
Tipus de cara extrem de connector
Acoblador
La funció principal és distribuir senyals òptics.Les aplicacions importants són en xarxes de fibra òptica, especialment en xarxes d'àrea local i en dispositius de multiplexació per divisió de longitud d'ona.
estructura bàsica
L'acoblador és un dispositiu passiu bidireccional.Les formes bàsiques són arbre i estrella.L'acoblador correspon al divisor.
WDM
WDM—El multiplexador de divisió de longitud d'ona transmet múltiples senyals òptics en una fibra òptica.Aquests senyals òptics tenen diferents freqüències i diferents colors.El multiplexor WDM consisteix a acoblar diversos senyals òptics a la mateixa fibra òptica;el multiplexor de demultiplexació és per distingir múltiples senyals òptics d'una fibra òptica.
Multiplexor de divisió de longitud d'ona (Llegenda)
Definició de polsos en sistemes digitals:
1. Amplitud: L'alçada del pols representa l'energia de potència òptica en el sistema de fibra òptica.
2. Temps de pujada: el temps necessari perquè el pols pugi del 10% al 90% de l'amplitud màxima.
3. Temps de caiguda: el temps necessari perquè el pols baixi del 90% al 10% de l'amplitud.
4. Amplada del pols: l'amplada del pols a la posició d'amplitud del 50%, expressada en temps.
5. Cicle: el temps específic del pols és el temps de treball necessari per completar un cicle.
6. Relació d'extinció: la relació entre 1 potència de llum de senyal i 0 potència de llum de senyal.
Definició d'unitats comunes en la comunicació de fibra òptica:
1.dB = 10 log10 (Pout / Pin)
Pout: potència de sortida;Pin: potència d'entrada
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), que és una unitat molt utilitzada en enginyeria de comunicacions;normalment representa la potència òptica amb 1 miliwatt com a referència;
exemple:–10dBm significa que la potència òptica és igual a 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)