Vorteile der Glasfaserkommunikation:
● Große Kommunikationskapazität
● Lange Relaisdistanz
● Keine elektromagnetischen Störungen
● Reichhaltige Ressourcen
● Leicht und klein
Eine kurze Geschichte der optischen Kommunikation
Vor mehr als 2000 Jahren die Leuchtfeuer, Semaphoren
1880, optische Telefon-drahtlose optische Kommunikation
1970, Glasfaserkommunikation
● 1966 schlug Dr. Gao Yong, „Vater der Glasfaser“, erstmals die Idee der Glasfaserkommunikation vor.
● 1970 war Lin Yanxiong vom Bell Yan Institute ein Halbleiterlaser, der kontinuierlich bei Raumtemperatur arbeiten konnte.
● 1970 verursachte Kapron von Corning einen Verlust von 20 dB/km Faser.
● 1977, Chicagos erste kommerzielle Linie von 45 Mb / s.
Elektromagnetisches Spektrum
Kommunikationsbandaufteilung und entsprechende Übertragungsmedien
Brechung / Reflexion und Totalreflexion von Licht
Da sich Licht in verschiedenen Substanzen unterschiedlich ausbreitet, treten bei der Emission von Licht von einer Substanz zur anderen Brechung und Reflexion an der Grenzfläche zwischen den beiden Substanzen auf.Darüber hinaus variiert der Winkel des gebrochenen Lichts mit dem Winkel des einfallenden Lichts.Wenn der Winkel des einfallenden Lichts einen bestimmten Winkel erreicht oder überschreitet, verschwindet das gebrochene Licht und das gesamte einfallende Licht wird zurückreflektiert.Dies ist die Totalreflexion des Lichts.Unterschiedliche Materialien haben unterschiedliche Brechungswinkel für dieselbe Lichtwellenlänge (d. h. unterschiedliche Materialien haben unterschiedliche Brechungsindizes), und dieselben Materialien haben unterschiedliche Brechungswinkel für unterschiedliche Lichtwellenlängen.Die Glasfaserkommunikation basiert auf den oben genannten Prinzipien.
Reflexionsverteilung: Ein wichtiger Parameter zur Charakterisierung optischer Materialien ist der Brechungsindex, der durch N dargestellt wird. Das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit C im Vakuum zur Lichtgeschwindigkeit V im Material ist der Brechungsindex des Materials.
N = C / V
Der Brechungsindex von Quarzglas für die optische Faserkommunikation beträgt etwa 1,5.
Faserstruktur
Faserbare Fasern werden im Allgemeinen in drei Schichten unterteilt:
Die erste Schicht: der zentrale Glaskern mit hohem Brechungsindex (Kerndurchmesser beträgt im Allgemeinen 9-10μm, (Einzelmodus) 50 oder 62,5 (Multimodus).
Die zweite Schicht: Die Mitte ist die Silicaglas-Ummantelung mit niedrigem Brechungsindex (der Durchmesser beträgt im Allgemeinen 125μm).
Die dritte Schicht: Die äußerste ist eine Harzbeschichtung zur Verstärkung.
1) Kern: hoher Brechungsindex, wird verwendet, um Licht zu übertragen;
2) Ummantelungsbeschichtung: niedriger Brechungsindex, der mit dem Kern einen Totalreflexionszustand bildet;
3) Schutzmantel: Er hat eine hohe Festigkeit und kann großen Stößen standhalten, um die Glasfaser zu schützen.
3 mm optisches Kabel: orange, MM, Multimode;gelb, SM, Singlemode
Fasergröße
Der Außendurchmesser beträgt im Allgemeinen 125 um (durchschnittlich 100 um pro Haar)
Innendurchmesser: Singlemode 9um;Multimode 50 / 62,5um
Numerische Apertur
Nicht das gesamte auf die Stirnfläche des Lichtwellenleiters einfallende Licht kann durch den Lichtwellenleiter übertragen werden, sondern nur einfallendes Licht innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs.Dieser Winkel wird als numerische Apertur der Faser bezeichnet.Für das Andocken des Lichtwellenleiters ist eine größere numerische Apertur des Lichtwellenleiters vorteilhaft.Unterschiedliche Hersteller haben unterschiedliche numerische Aperturen.
Art der Faser
Je nach Übertragungsmodus des Lichts in der Glasfaser kann es unterteilt werden in:
Multi-Mode (Abkürzung: MM);Single-Mode (Abkürzung: SM)
Multimode-Faser: Der mittlere Glaskern ist dicker (50 oder 62,5μm) und kann Licht in mehreren Modi übertragen.Seine Streuung zwischen den Moden ist jedoch groß, was die Frequenz der Übertragung digitaler Signale begrenzt und mit zunehmender Entfernung schwerwiegender wird.Zum Beispiel: 600 MB / KM Glasfaser hat nur 300 MB Bandbreite bei 2 KM.Daher ist die Übertragungsdistanz von Multimode-Fasern relativ kurz, im Allgemeinen nur wenige Kilometer.
Singlemode-Faser: Der mittlere Glaskern ist relativ dünn (der Kerndurchmesser beträgt im Allgemeinen 9 oder 10μm) und kann Licht nur in einem Modus übertragen.Tatsächlich handelt es sich um eine Art optische Faser vom Stufentyp, aber der Kerndurchmesser ist sehr klein.Theoretisch darf nur das direkte Licht eines einzigen Ausbreitungsweges in die Faser eintreten und sich direkt im Faserkern ausbreiten.Der Faserpuls wird kaum gedehnt.Daher ist seine Intermode-Dispersion klein und für die Fernkommunikation geeignet, aber seine chromatische Dispersion spielt eine große Rolle.Auf diese Weise stellt die Singlemode-Faser höhere Anforderungen an die spektrale Breite und Stabilität der Lichtquelle, d. h. die spektrale Breite ist schmal und die Stabilität gut..
Klassifizierung von Lichtwellenleitern
Nach Material:
Glasfaser: Der Kern und die Ummantelung bestehen aus Glas mit geringem Verlust, langer Übertragungsstrecke und hohen Kosten;
Gummibeschichtete Silizium-Lichtwellenleiter: Der Kern besteht aus Glas und die Ummantelung aus Kunststoff, der ähnliche Eigenschaften wie Glasfasern und geringere Kosten aufweist;
Kunststoff-Lichtwellenleiter: Sowohl der Kern als auch die Ummantelung sind aus Kunststoff mit großem Verlust, kurzer Übertragungsstrecke und niedrigem Preis.Wird hauptsächlich für Haushaltsgeräte, Audio und Bildübertragung über kurze Entfernungen verwendet.
Entsprechend dem optimalen Übertragungsfrequenzfenster: herkömmliche Singlemode-Faser und dispersionsverschobene Singlemode-Faser.
Herkömmlicher Typ: Das Glasfaser-Produktionshaus optimiert die Glasfaser-Übertragungsfrequenz auf einer einzigen Lichtwellenlänge, wie z. B. 1300 nm.
Dispersionsverschobener Typ: Der Glasfaserhersteller optimiert die Faserübertragungsfrequenz auf zwei Lichtwellenlängen, wie z. B.: 1300 nm und 1550 nm.
Abrupte Änderung: Der Brechungsindex des Faserkerns zum Glasmantel ist abrupt.Es hat niedrige Kosten und eine hohe Intermode-Dispersion.Geeignet für die Kommunikation über kurze Distanzen mit niedriger Geschwindigkeit, wie z. B. industrielle Steuerung.Singlemode-Fasern verwenden jedoch aufgrund der geringen Intermode-Dispersion einen Mutationstyp.
Gradientenfaser: Der Brechungsindex des Faserkerns zum Glasmantel wird allmählich verringert, wodurch sich High-Mode-Licht in sinusförmiger Form ausbreiten kann, was die Dispersion zwischen den Moden verringern, die Faserbandbreite erhöhen und die Übertragungsentfernung erhöhen kann, aber die Kosten sind hoch Higher-Mode-Fasern sind meistens abgestufte Fasern.
Gemeinsame Faserspezifikationen
Fasergröße:
1) Singlemode-Kerndurchmesser: 9 / 125μm, 10 / 125μm
2) Äußerer Manteldurchmesser (2D) = 125μm
3) Äußerer Beschichtungsdurchmesser = 250μm
4) Zopf: 300μm
5) Multimode: 50/125μm, europäischer Standard;62,5 / 125μm, amerikanischer Standard
6) Industrielle, medizinische und langsame Netzwerke: 100 / 140μm, 200 / 230μm
7) Kunststoff: 98/1000μm, verwendet für die Automobilsteuerung
Faserdämpfung
Die Hauptfaktoren, die eine Faserdämpfung verursachen, sind: intrinsisch, Biegung, Quetschung, Verunreinigungen, Unebenheiten und Stoß.
Intrinsisch: Dies ist der inhärente Verlust der optischen Faser, einschließlich: Rayleigh-Streuung, intrinsische Absorption usw.
Biegung: Wenn die Faser gebogen wird, geht das Licht in einem Teil der Faser aufgrund von Streuung verloren, was zu Verlust führt.
Quetschen: Verlust durch leichtes Biegen der Faser beim Quetschen.
Verunreinigungen: Verunreinigungen in einer optischen Faser absorbieren und streuen das in der Faser übertragene Licht und verursachen Verluste.
Ungleichmäßig: Der Verlust, der durch den ungleichmäßigen Brechungsindex des Fasermaterials verursacht wird.
Docking: Verluste, die während des Glasfaser-Dockings entstehen, wie zμm), die Stirnfläche steht nicht senkrecht zur Achse, die Stirnfläche ist uneben, der Stoßkerndurchmesser passt nicht und die Spleißqualität ist schlecht.
Art des optischen Kabels
1) Je nach Verlegeart: selbsttragende optische Freileitungen, optische Rohrleitungskabel, bewehrte erdverlegte optische Kabel und unterseeische optische Kabel.
2) Entsprechend der Struktur des optischen Kabels gibt es: optisches Kabel mit gebündeltem Rohr, optisches Kabel mit verdrillter Schicht, optisches Kabel mit festem Halt, optisches Flachbandkabel, nichtmetallisches optisches Kabel und verzweigbares optisches Kabel.
3) Je nach Zweck: optische Kabel für Fernkommunikation, optische Kabel für den Außenbereich für kurze Entfernungen, optische Hybridkabel und optische Kabel für Gebäude.
Anschluss und Abschluss von optischen Kabeln
Das Anschließen und Abschließen von optischen Kabeln sind die grundlegenden Fähigkeiten, die das Wartungspersonal für optische Kabel beherrschen muss.
Klassifizierung der LWL-Verbindungstechnik:
1) Die Verbindungstechnik von Lichtwellenleitern und die Verbindungstechnik von Lichtwellenleitern sind zwei Teile.
2) Das Ende des optischen Kabels ähnelt dem Anschluss des optischen Kabels, außer dass die Bedienung aufgrund der unterschiedlichen Steckermaterialien anders sein sollte.
Art der Glasfaserverbindung
Glasfaserkabelverbindungen können allgemein in zwei Kategorien unterteilt werden:
1) Feste Verbindung von Glasfaser (allgemein bekannt als toter Stecker).Verwenden Sie im Allgemeinen ein Spleißgerät für Glasfasern;verwendet für den direkten Kopf des optischen Kabels.
2) Der aktive Stecker der Glasfaser (allgemein bekannt als Live-Stecker).Verwenden Sie abnehmbare Verbindungsstücke (allgemein bekannt als lose Verbindungen).Für Glasfaser-Jumper, Geräteanschluss usw.
Aufgrund der Unvollständigkeit der Endfläche der optischen Faser und der Ungleichmäßigkeit des Drucks auf die Endfläche der optischen Faser ist der Spleißverlust der optischen Faser durch eine Entladung immer noch relativ groß, und das Sekundärentladungs-Fusionsverfahren wird jetzt verwendet.Zuerst die Endfläche der Faser vorwärmen und entladen, die Endfläche formen, Staub und Schmutz entfernen und den Enddruck der Faser durch Vorwärmen gleichmäßig machen.
Überwachungsverfahren für Glasfaserverbindungsverlust
Es gibt drei Methoden zur Überwachung von Glasfaserverbindungsverlusten:
1. Überwachen Sie das Spleißgerät.
2. Überwachung der Lichtquelle und des optischen Leistungsmessers.
3.OTDR-Messmethode
Betriebsverfahren der Glasfaserverbindung
Glasfaserverbindungsoperationen werden im Allgemeinen unterteilt in:
1. Handhabung von Faserendflächen.
2. Anschlussinstallation von Glasfaser.
3. Spleißen von Glasfasern.
4. Schutz von Glasfaseranschlüssen.
5. Es gibt fünf Schritte für die verbleibende Faserschale.
Generell erfolgt der Anschluss des gesamten optischen Kabels nach folgenden Schritten:
Schritt 1: viel gute Länge, optisches Kabel öffnen und abisolieren, Kabelmantel entfernen
Schritt 2: Reinigen und entfernen Sie die Petroleum-Füllpaste im optischen Kabel.
Schritt 3: Bündeln Sie die Faser.
Schritt 4: Überprüfen Sie die Anzahl der Faserkerne, führen Sie die Faserpaarung durch und prüfen Sie, ob die Faserfarbetiketten korrekt sind.
Schritt 5: Stärkung der Herzverbindung;
Schritt 6: Verschiedene Hilfsleitungspaare, darunter Geschäftsleitungspaare, Steuerleitungspaare, geschirmte Masseleitungen usw. (falls die oben genannten Leitungspaare verfügbar sind.
Schritt 7: Schließen Sie die Glasfaser an.
Schritt 8: Schützen Sie den Glasfaseranschluss;
Schritt 9: Bestandsaufnahme der Restfaser;
Schritt 10: Schließen Sie den Anschluss des optischen Kabelmantels ab;
Schritt 11: Schutz von Glasfaseranschlüssen
Faserverlust
1310 Nanometer: 0,35 ~ 0,5 dB/km
1550 Nanometer: 0,2 ~ 0,3 dB/km
850nm: 2,3 bis 3,4 dB/km
Schmelzpunktverlust der optischen Faser: 0,08 dB / Punkt
Faserspleißpunkt 1 Punkt / 2km
Gemeinsame Fasernomen
1) Dämpfung
Dämpfung: Energieverlust bei Lichtübertragung in Glasfaser, Singlemode-Faser 1310 nm 0,4 ~ 0,6 dB / km, 1550 nm 0,2 ~ 0,3 dB / km;Kunststoff-Multimode-Faser 300 dB / km
2) Streuung
Dispersion: Die Bandbreite von Lichtimpulsen wird erhöht, nachdem sie eine bestimmte Strecke entlang der Faser zurückgelegt haben.Es ist der Hauptfaktor, der die Übertragungsrate begrenzt.
Intermode-Dispersion: Tritt nur in Multimode-Fasern auf, da sich unterschiedliche Lichtmoden auf unterschiedlichen Wegen ausbreiten.
Materialdispersion: Unterschiedliche Lichtwellenlängen breiten sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aus.
Wellenleiterdispersion: Dies tritt auf, weil sich Lichtenergie mit leicht unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausbreitet, wenn sie durch den Kern und die Ummantelung wandert.Bei Singlemode-Fasern ist es sehr wichtig, die Dispersion der Faser zu ändern, indem die innere Struktur der Faser geändert wird.
Fasertyp
G.652 Nulldispersionspunkt liegt bei etwa 1300 nm
Der G.653-Null-Dispersionspunkt liegt bei etwa 1550 nm
G.654-Faser mit negativer Dispersion
G.655 dispersionsverschobene Faser
Vollwellenfaser
3) Streuung
Aufgrund der unvollkommenen Grundstruktur des Lichts wird Lichtenergie verloren, und die Lichtübertragung weist zu diesem Zeitpunkt keine gute Richtwirkung mehr auf.
Grundkenntnisse des Glasfasersystems
Einführung in die Architektur und Funktionen eines einfachen Glasfasersystems:
1. Sendeeinheit: wandelt elektrische Signale in optische Signale um;
2. Übertragungseinheit: ein Medium, das optische Signale trägt;
3. Empfangseinheit: empfängt optische Signale und wandelt sie in elektrische Signale um;
4. Schließen Sie das Gerät an: Verbinden Sie den Lichtwellenleiter mit der Lichtquelle, der Lichterkennung und anderen Lichtwellenleitern.
Gängige Steckertypen
Typ der Steckerstirnfläche
Koppler
Die Hauptfunktion besteht darin, optische Signale zu verteilen.Wichtige Anwendungen liegen in Lichtleitfasernetzen, insbesondere in lokalen Netzen und in Wellenlängenmultiplexgeräten.
Grundstruktur
Der Koppler ist ein bidirektionales passives Gerät.Die Grundformen sind Baum und Stern.Der Koppler entspricht dem Splitter.
WDM
WDM—Der Wellenlängenmultiplexer überträgt mehrere optische Signale in einer Glasfaser.Diese optischen Signale haben unterschiedliche Frequenzen und unterschiedliche Farben.Der WDM-Multiplexer soll mehrere optische Signale in dieselbe optische Faser koppeln;der Demultiplexer soll mehrere optische Signale von einer optischen Faser unterscheiden.
Wellenlängenmultiplexer (Legende)
Definition von Impulsen in digitalen Systemen:
1. Amplitude: Die Impulshöhe repräsentiert die optische Leistungsenergie im Glasfasersystem.
2. Anstiegszeit: Die Zeit, die der Impuls benötigt, um von 10 % auf 90 % der maximalen Amplitude anzusteigen.
3. Abfallzeit: Die Zeit, die der Impuls benötigt, um von 90 % auf 10 % der Amplitude abzufallen.
4. Impulsbreite: Die Breite des Impulses an der 50 %-Amplitudenposition, ausgedrückt in Zeit.
5. Zyklus: Pulsspezifische Zeit ist die Arbeitszeit, die benötigt wird, um einen Zyklus abzuschließen.
6. Auslöschungsverhältnis: Das Verhältnis von 1 Signallichtleistung zu 0 Signallichtleistung.
Definition gängiger Einheiten in der Glasfaserkommunikation:
1.dB = 10 log10 (Pout / Pin)
Pout: Ausgangsleistung;Stift: Eingangsleistung
2. dBm = 10 log10 (P / 1mW), eine weit verbreitete Einheit in der Nachrichtentechnik;es stellt normalerweise die optische Leistung mit 1 Milliwatt als Referenz dar;
Beispiel:–10dBm bedeutet, dass die optische Leistung gleich 100uw ist.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)