Βασική έννοια της επικοινωνίας οπτικών ινών.
Μια οπτική ίνα είναι ένας διηλεκτρικός οπτικός κυματοδηγός, μια δομή κυματοδηγού που εμποδίζει το φως και διαδίδει το φως στην αξονική κατεύθυνση.
Πολύ λεπτές ίνες από γυαλί χαλαζία, συνθετική ρητίνη κ.λπ.
Fiber μονής λειτουργίας: πυρήνας 8-10um, επένδυση 125um
Πολύτροπη ίνα: πυρήνας 51um, επένδυση 125um
Η μέθοδος επικοινωνίας μετάδοσης οπτικών σημάτων με χρήση οπτικών ινών ονομάζεται επικοινωνία οπτικών ινών.
Τα κύματα φωτός ανήκουν στην κατηγορία των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
Το εύρος μήκους κύματος του ορατού φωτός είναι 390-760 nm, το τμήμα μεγαλύτερο από 760 nm είναι υπέρυθρο φως και το τμήμα μικρότερο από 390 nm είναι υπεριώδες φως.
Παράθυρο εργασίας ελαφρού κύματος (τρία παράθυρα επικοινωνίας):
Το εύρος μήκους κύματος που χρησιμοποιείται στην επικοινωνία οπτικών ινών είναι στην περιοχή του εγγύς υπέρυθρου
Περιοχή μικρού μήκους κύματος (ορατό φως, που είναι ένα πορτοκαλί φως με γυμνό μάτι) πορτοκαλί φως 850 nm
Περιοχή μεγάλου μήκους κύματος (περιοχή αόρατου φωτός) 1310 nm (θεωρητικό ελάχιστο σημείο διασποράς), 1550 nm (το θεωρητικό ελάχιστο σημείο εξασθένησης)
Δομή και ταξινόμηση ινών
1.Η δομή της ίνας
Η ιδανική δομή ινών: πυρήνας, επένδυση, επίστρωση, τζάκετ.
Ο πυρήνας και η επένδυση είναι κατασκευασμένα από υλικό χαλαζία και οι μηχανικές ιδιότητες είναι σχετικά εύθραυστες και εύκολο να σπάσουν.Ως εκ τούτου, προστίθενται γενικά δύο στρώματα στρώματος επίστρωσης, ένας τύπος ρητίνης και ένα στρώμα τύπου νάιλον, έτσι ώστε η ευέλικτη απόδοση της ίνας να φτάνει τις πρακτικές απαιτήσεις εφαρμογής του έργου.
2.Ταξινόμηση οπτικών ινών
(1) Η ίνα χωρίζεται ανάλογα με την κατανομή του δείκτη διάθλασης της διατομής της ίνας: χωρίζεται σε ίνα τύπου βαθμίδας (ομοιόμορφη ίνα) και σε διαβαθμισμένη ίνα (μη ομοιόμορφη ίνα).
Ας υποθέσουμε ότι ο πυρήνας έχει δείκτη διάθλασης n1 και ο δείκτης διάθλασης της επένδυσης είναι n2.
Για να μπορέσει ο πυρήνας να μεταδίδει φως σε μεγάλες αποστάσεις, η απαραίτητη προϋπόθεση για την κατασκευή της οπτικής ίνας είναι n1>n2
Η κατανομή του δείκτη διάθλασης μιας ομοιόμορφης ίνας είναι σταθερή
Ο νόμος κατανομής του δείκτη διάθλασης της ανομοιόμορφης ίνας:
Μεταξύ αυτών, △ – σχετική διαφορά δείκτη διάθλασης
Α—Δείκτης διάθλασης, α=∞—Βήμα-τύπου ίνα κατανομής δείκτη διάθλασης, α=2—Ίνα κατανομής δείκτη διάθλασης τετραγωνικού νόμου (μια διαβαθμισμένη ίνα).Αυτή η ίνα συγκρίνεται με άλλες διαβαθμισμένες ίνες. Ελάχιστη βέλτιστη διασπορά λειτουργίας.
(1) Ανάλογα με τον αριθμό των τρόπων που μεταδίδονται στον πυρήνα: χωρίζεται σε πολυτροπική ίνα και ίνα απλής λειτουργίας
Το μοτίβο εδώ αναφέρεται στην κατανομή ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου φωτός που μεταδίδεται σε μια οπτική ίνα.Οι διαφορετικές κατανομές πεδίων είναι διαφορετική λειτουργία.
Μονή λειτουργία (μόνο μία λειτουργία μεταδίδεται στην ίνα), πολλαπλή λειτουργία (πολλαπλές λειτουργίες μεταδίδονται ταυτόχρονα στην ίνα)
Προς το παρόν, λόγω των αυξανόμενων απαιτήσεων στον ρυθμό μετάδοσης και του αυξανόμενου αριθμού μεταδόσεων, το δίκτυο της μητροπολιτικής περιοχής αναπτύσσεται προς την κατεύθυνση της υψηλής ταχύτητας και της μεγάλης χωρητικότητας, επομένως οι περισσότερες από αυτές είναι κλιμακωτές ίνες μονής λειτουργίας.(Τα χαρακτηριστικά μετάδοσης από μόνα τους είναι καλύτερα από την πολύτροπη ίνα)
(2) Χαρακτηριστικά της οπτικής ίνας:
①Χαρακτηριστικά απώλειας οπτικής ίνας: Τα κύματα φωτός μεταδίδονται στην οπτική ίνα και η οπτική ισχύς μειώνεται σταδιακά καθώς αυξάνεται η απόσταση μετάδοσης.
Οι αιτίες της απώλειας ινών περιλαμβάνουν: απώλεια σύζευξης, απώλεια απορρόφησης, απώλεια σκέδασης και απώλεια ακτινοβολίας κάμψης.
Απώλεια σύζευξης είναι η απώλεια που προκαλείται από τη σύζευξη μεταξύ της ίνας και της συσκευής.
Οι απώλειες απορρόφησης προκαλούνται από την απορρόφηση της φωτεινής ενέργειας από υλικά ινών και ακαθαρσίες.
Η απώλεια σκέδασης χωρίζεται σε σκέδαση Rayleigh (ανομοιομορφία δείκτη διάθλασης) και σκέδαση κυματοδηγού (ανομοιομορφία υλικού).
Η απώλεια ακτινοβολίας κάμψης είναι η απώλεια που προκαλείται από την κάμψη της ίνας που οδηγεί στον τρόπο ακτινοβολίας που προκαλείται από την κάμψη της ίνας.
②Χαρακτηριστικά διασποράς της οπτικής ίνας: Διαφορετικά στοιχεία συχνότητας στο σήμα που μεταδίδεται από την οπτική ίνα έχουν διαφορετικές ταχύτητες μετάδοσης και το φυσικό φαινόμενο της παραμόρφωσης που προκαλείται από τη διεύρυνση του παλμού του σήματος όταν φθάνει στο τερματικό ονομάζεται διασπορά.
Η διασπορά χωρίζεται σε τροπική διασπορά, διασπορά υλικού και διασπορά κυματοδηγού.
Βασικά στοιχεία συστημάτων επικοινωνίας οπτικών ινών
Αποστολή μέρους:
Η έξοδος σήματος διαμόρφωσης παλμού από τον ηλεκτρικό πομπό (ηλεκτρικό τερματικό) αποστέλλεται στον οπτικό πομπό (επεξεργάζεται το σήμα που αποστέλλεται από τον ελεγχόμενο από το πρόγραμμα διακόπτης, διαμορφώνεται η κυματομορφή, το αντίστροφο του σχεδίου αλλάζει… σε κατάλληλο ηλεκτρικό σήμα και αποστέλλεται στον οπτικό πομπό)
Ο πρωταρχικός ρόλος ενός οπτικού πομπού είναι να μετατρέπει ένα ηλεκτρικό σήμα σε ένα οπτικό σήμα που συνδέεται με την ίνα.
Μέρος λήψης:
Μετατροπή οπτικών σημάτων που μεταδίδονται μέσω οπτικών ινών σε ηλεκτρικά σήματα
Η επεξεργασία του ηλεκτρικού σήματος αποκαθίσταται στο αρχικό διαμορφωμένο παλμικό σήμα και αποστέλλεται στο ηλεκτρικό τερματικό (επεξεργάζεται το ηλεκτρικό σήμα που αποστέλλεται από τον οπτικό δέκτη, διαμορφώνεται η κυματομορφή, το αντίστροφο του σχεδίου αντιστρέφεται… το κατάλληλο ηλεκτρικό σήμα είναι αποστέλλεται πίσω στον προγραμματιζόμενο διακόπτη)
Μέρος μετάδοσης:
Μονότροπη ίνα, οπτικός επαναλήπτης (ηλεκτρικός αναγεννητικός επαναλήπτης (ενίσχυση μετατροπής οπτικού-ηλεκτρικού-οπτικού, η καθυστέρηση μετάδοσης θα είναι μεγαλύτερη, κύκλωμα απόφασης παλμού θα χρησιμοποιηθεί για τη διαμόρφωση της κυματομορφής και του χρονισμού), Ενισχυτής ινών με πρόσμειξη ερβίου (ολοκληρώνει την ενίσχυση σε οπτικό επίπεδο, χωρίς διαμόρφωση κυματομορφής)
(1) Οπτικός πομπός: Είναι ένας οπτικός πομποδέκτης που πραγματοποιεί ηλεκτρική/οπτική μετατροπή.Αποτελείται από μια πηγή φωτός, έναν οδηγό και έναν διαμορφωτή.Η λειτουργία είναι να διαμορφώσει το κύμα φωτός από το ηλεκτρικό μηχάνημα στο κύμα φωτός που εκπέμπεται από την πηγή φωτός για να γίνει ένα αμυδρό κύμα και στη συνέχεια να συνδέσει το διαμορφωμένο οπτικό σήμα στην οπτική ίνα ή το οπτικό καλώδιο για μετάδοση.
(2) Οπτικός δέκτης: είναι ένας οπτικός πομποδέκτης που πραγματοποιεί οπτική/ηλεκτρική μετατροπή.Το μοντέλο χρησιμότητας αποτελείται από ένα κύκλωμα ανίχνευσης φωτός και έναν οπτικό ενισχυτή και η λειτουργία είναι να μετατρέπει το οπτικό σήμα που μεταδίδεται από την οπτική ίνα ή το οπτικό καλώδιο σε ηλεκτρικό σήμα από τον οπτικό ανιχνευτή και στη συνέχεια να ενισχύει το ασθενές ηλεκτρικό σήμα σε επαρκή στάθμη μέσω του κυκλώματος ενίσχυσης για να σταλεί στο σήμα.Το άκρο λήψης της ηλεκτρικής μηχανής πηγαίνει.
(3) Fiber/Cable: Η ίνα ή το καλώδιο αποτελεί τη διαδρομή μετάδοσης του φωτός.Η λειτουργία είναι να μεταδίδει το αμυδρό σήμα που αποστέλλεται από το άκρο εκπομπής στον οπτικό ανιχνευτή του άκρου λήψης μετά από μετάδοση σε μεγάλη απόσταση μέσω της οπτικής ίνας ή του οπτικού καλωδίου για να ολοκληρωθεί η αποστολή πληροφοριών.
(4) Οπτικός επαναλήπτης: αποτελείται από έναν φωτοανιχνευτή, μια πηγή φωτός και ένα κύκλωμα αναγέννησης αποφάσεων.Υπάρχουν δύο λειτουργίες: η μία είναι η αντιστάθμιση της εξασθένησης του οπτικού σήματος που μεταδίδεται στην οπτική ίνα.το άλλο είναι να διαμορφώσουμε τον παλμό της παραμόρφωσης της κυματομορφής.
(5) Παθητικά εξαρτήματα όπως βύσματα οπτικών ινών, ζεύκτες (δεν χρειάζεται χωριστή παροχή ρεύματος, αλλά η συσκευή εξακολουθεί να έχει απώλειες): Επειδή το μήκος της ίνας ή του καλωδίου περιορίζεται από τη διαδικασία έλξης ινών και τις συνθήκες κατασκευής του καλωδίου και το μήκος της ίνας είναι επίσης Όριο (π.χ. 2km).Επομένως, μπορεί να υπάρχει πρόβλημα ότι μια πλειάδα οπτικών ινών συνδέονται σε μία γραμμή οπτικών ινών.Επομένως, η σύνδεση μεταξύ οπτικών ινών, η σύνδεση και η σύζευξη οπτικών ινών και οπτικών πομποδεκτών και η χρήση παθητικών εξαρτημάτων όπως οι οπτικοί σύνδεσμοι και οι ζεύκτες είναι απαραίτητες.
Η υπεροχή της επικοινωνίας οπτικών ινών
Εύρος ζώνης μετάδοσης, μεγάλη ικανότητα επικοινωνίας
Χαμηλή απώλεια μετάδοσης και μεγάλη απόσταση ρελέ
Ισχυρές αντι-ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές
(Πέρα από ασύρματα: τα ασύρματα σήματα έχουν πολλά εφέ, οφέλη πολλαπλών διαδρομών, εφέ σκιάς, εξασθένιση Rayleigh, εφέ Doppler
Σε σύγκριση με το ομοαξονικό καλώδιο: το οπτικό σήμα είναι μεγαλύτερο από το ομοαξονικό καλώδιο και έχει καλή εμπιστευτικότητα)
Η συχνότητα του φωτεινού κύματος είναι πολύ υψηλή, σε σύγκριση με άλλα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, η παρεμβολή είναι μικρή.
Μειονεκτήματα του οπτικού καλωδίου: κακές μηχανικές ιδιότητες, εύκολο να σπάσει, (βελτίωση της μηχανικής απόδοσης, θα έχει αντίκτυπο στην αντίσταση στις παρεμβολές), χρειάζεται πολύς χρόνος για να κατασκευαστεί και επηρεάζεται από τις γεωγραφικές συνθήκες.