Concepte bàsic de comunicació per fibra òptica.
Una fibra òptica és una guia d'ones òptica dielèctrica, una estructura de guia d'ones que bloqueja la llum i propaga la llum en la direcció axial.
Fibra molt fina feta de vidre de quars, resina sintètica, etc.
Fibra monomode: nucli 8-10um, revestiment 125um
Fibra multimode: nucli 51um, revestiment 125um
El mètode de comunicació per transmetre senyals òptiques mitjançant fibres òptiques s'anomena comunicació de fibra òptica.
Les ones lluminoses pertanyen a la categoria d'ones electromagnètiques.
El rang de longitud d'ona de la llum visible és de 390-760 nm, la part més gran de 760 nm és llum infraroja i la part inferior a 390 nm és llum ultraviolada.
Finestra de treball d'ona de llum (tres finestres de comunicació):
El rang de longitud d'ona utilitzat en la comunicació de fibra òptica es troba a la regió de l'infraroig proper
Regió de longitud d'ona curta (llum visible, que és una llum taronja a ull nu) llum taronja de 850 nm
Regió de longitud d'ona llarga (regió de llum invisible) 1310 nm (punt de dispersió mínim teòric), 1550 nm (punt d'atenuació mínim teòric)
Estructura i classificació de les fibres
1.L'estructura de la fibra
L'estructura de fibra ideal: nucli, revestiment, recobriment, jaqueta.
El nucli i el revestiment estan fets de material de quars i les propietats mecàniques són relativament fràgils i fàcils de trencar.Per tant, generalment s'afegeixen dues capes de capa de recobriment, una de resina i una de niló, de manera que el rendiment flexible de la fibra assoleix els requisits d'aplicació pràctica del projecte.
2.Classificació de les fibres òptiques
(1) La fibra es divideix segons la distribució de l'índex de refracció de la secció transversal de la fibra: es divideix en una fibra de tipus pas (fibra uniforme) i una fibra graduada (fibra no uniforme).
Suposem que el nucli té un índex de refracció de n1 i que l'índex de refracció del revestiment és n2.
Per permetre que el nucli transmeti llum a llargues distàncies, la condició necessària per construir la fibra òptica és n1>n2
La distribució de l'índex de refracció d'una fibra uniforme és una constant
Llei de distribució de l'índex de refracció de la fibra no uniforme:
Entre ells, △ - diferència relativa de l'índex de refracció
Α—índex de refracció, α=∞—fibra de distribució d'índex de refracció de tipus escalonat, α=2—fibra de distribució d'índex de refracció de llei quadrada (una fibra graduada).Aquesta fibra es compara amb altres fibres graduades. Mode dispersió mínim òptim.
(1) Segons el nombre de modes transmesos al nucli: dividit en fibra multimode i fibra monomode
El patró aquí es refereix a la distribució d'un camp electromagnètic de llum transmès en una fibra òptica.Les diferents distribucions de camp són un mode diferent.
Mode únic (només es transmet un mode a la fibra), multimode (es transmeten diversos modes simultàniament a la fibra)
Actualment, a causa dels requisits creixents de la velocitat de transmissió i el nombre creixent de transmissions, la xarxa de l'àrea metropolitana s'està desenvolupant en la direcció de l'alta velocitat i la gran capacitat, de manera que la majoria d'elles són fibres escalonades en mode únic.(Les característiques de transmissió són millors que la fibra multimode)
(2) Característiques de la fibra òptica:
①Característiques de pèrdua de la fibra òptica: les ones de llum es transmeten a la fibra òptica i la potència òptica disminueix gradualment a mesura que augmenta la distància de transmissió.
Les causes de la pèrdua de fibra inclouen: pèrdua d'acoblament, pèrdua d'absorció, pèrdua de dispersió i pèrdua de radiació de flexió.
La pèrdua d'acoblament és la pèrdua causada per l'acoblament entre la fibra i el dispositiu.
Les pèrdues d'absorció són causades per l'absorció d'energia lluminosa pels materials de fibra i les impureses.
La pèrdua de dispersió es divideix en dispersió de Rayleigh (no uniformitat de l'índex de refracció) i dispersió de guia d'ones (desigualtat del material).
La pèrdua de radiació de flexió és la pèrdua causada per la flexió de la fibra que condueix al mode de radiació causat per la flexió de la fibra.
②Característiques de dispersió de la fibra òptica: els diferents components de freqüència del senyal transmès per la fibra òptica tenen diferents velocitats de transmissió, i el fenomen físic de distorsió causat per l'ampliació del pols del senyal en arribar al terminal s'anomena dispersió.
La dispersió es divideix en dispersió modal, dispersió de material i dispersió de guia d'ona.
Components bàsics dels sistemes de comunicació de fibra òptica
Enviar part:
El senyal de modulació de pols que emet el transmissor elèctric (terminal elèctric) s'envia al transmissor òptic (el senyal enviat per l'interruptor controlat pel programa es processa, la forma d'ona es forma, la inversa del patró es canvia... en un senyal elèctric adequat. i enviat al transmissor òptic)
La funció principal d'un transmissor òptic és convertir un senyal elèctric en un senyal òptic que s'acobla a la fibra.
Part receptora:
Convertir senyals òptics transmesos a través de fibres òptiques en senyals elèctrics
El processament del senyal elèctric es restaura al senyal original modulat per pols i s'envia al terminal elèctric (el senyal elèctric enviat pel receptor òptic es processa, la forma d'ona es forma, la inversa del patró s'inverteix... el senyal elèctric adequat és enviat de tornada a l'interruptor programable)
Part de transmissió:
Fibra monomode, repetidor òptic (repetidor elèctric regeneratiu (amplificació de conversió òptica-elèctrica-òptica, el retard de transmissió serà més gran, s'utilitzarà un circuit de decisió de pols per donar forma a la forma d'ona i el temps), amplificador de fibra dopada amb erbi (completa l'amplificació). a nivell òptic, sense conformació de la forma d'ona)
(1) Transmissor òptic: és un transceptor òptic que realitza la conversió elèctrica/òptica.Consta d'una font de llum, un controlador i un modulador.La funció és modular l'ona de llum de la màquina elèctrica a l'ona de llum emesa per la font de llum per convertir-se en una ona atenuada i, a continuació, acoblar el senyal òptic modulat a la fibra òptica o al cable òptic per a la transmissió.
(2) Receptor òptic: és un transceptor òptic que realitza la conversió òptica/elèctrica.El model d'utilitat es compon d'un circuit de detecció de llum i un amplificador òptic, i la funció és convertir el senyal òptic transmès per la fibra òptica o el cable òptic en un senyal elèctric pel detector òptic, i després amplificar el senyal elèctric feble per un nivell suficient a través del circuit amplificador per ser enviat al senyal.L'extrem receptor de la màquina elèctrica va.
(3) Fibra/Cable: La fibra o el cable constitueixen el camí de transmissió de la llum.La funció és transmetre el senyal atenuat enviat per l'extrem transmissor al detector òptic de l'extrem receptor després de la transmissió a llarga distància a través de la fibra òptica o el cable òptic per completar la tasca de transmissió d'informació.
(4) Repetidor òptic: consta d'un fotodetector, una font de llum i un circuit de regeneració de decisió.Hi ha dues funcions: una és compensar l'atenuació del senyal òptic transmès a la fibra òptica;l'altre és donar forma al pols de la distorsió de la forma d'ona.
(5) Components passius, com ara connectors de fibra òptica, acobladors (no cal subministrar energia per separat, però el dispositiu encara té pèrdues): perquè la longitud de la fibra o del cable està limitada pel procés de dibuix de fibra i les condicions de construcció del cable, i el La longitud de la fibra també és límit (per exemple, 2 km).Per tant, pot haver-hi un problema que una pluralitat de fibres òptiques estiguin connectades en una línia de fibra òptica.Per tant, la connexió entre fibres òptiques, la connexió i l'acoblament de fibres òptiques i transceptors òptics i l'ús de components passius com connectors i acobladors òptics són indispensables.
La superioritat de la comunicació de fibra òptica
Ample de banda de transmissió, gran capacitat de comunicació
Baixa pèrdua de transmissió i gran distància de relé
Fortes interferències antielectromagnètiques
(Més enllà de la connexió sense fil: els senyals sense fil tenen molts efectes, beneficis de múltiples camins, efectes d'ombra, esvaïment de Rayleigh, efectes Doppler
En comparació amb el cable coaxial: el senyal òptic és més gran que el cable coaxial i té una bona confidencialitat)
La freqüència de l'ona de llum és molt alta, en comparació amb altres ones electromagnètiques, la interferència és petita.
Desavantatges del cable òptic: propietats mecàniques pobres, fàcil de trencar, (millora el rendiment mecànic, tindrà un impacte en la resistència a les interferències), triga molt de temps a construir-se i es veu afectat per les condicions geogràfiques.