Concepto básico de comunicación por fibra óptica.
Una fibra óptica es una guía de ondas óptica dieléctrica, una estructura de guía de ondas que bloquea la luz y la propaga en la dirección axial.
Fibra muy fina de vidrio de cuarzo, resina sintética, etc.
Fibra monomodo: núcleo 8-10um, revestimiento 125um
Fibra multimodo: núcleo 51um, revestimiento 125um
El método de comunicación para transmitir señales ópticas utilizando fibras ópticas se denomina comunicación por fibra óptica.
Las ondas de luz pertenecen a la categoría de ondas electromagnéticas.
El rango de longitud de onda de la luz visible es de 390 a 760 nm, la porción mayor a 760 nm es luz infrarroja y la porción menor a 390 nm es luz ultravioleta.
Ventana de trabajo de ondas de luz (tres ventanas de comunicación):
El rango de longitud de onda utilizado en la comunicación de fibra óptica está en la región del infrarrojo cercano.
Región de longitud de onda corta (luz visible, que es una luz naranja a simple vista) Luz naranja de 850 nm
Región de longitud de onda larga (región de luz invisible) 1310 nm (punto de dispersión mínima teórica), 1550 nm (punto de atenuación mínima teórica)
Estructura y clasificación de fibras.
1.La estructura de la fibra
La estructura de fibra ideal: núcleo, revestimiento, revestimiento, chaqueta.
El núcleo y el revestimiento están hechos de material de cuarzo y las propiedades mecánicas son relativamente frágiles y fáciles de romper.Por lo tanto, generalmente se agregan dos capas de capa de recubrimiento, una de tipo resina y una capa de tipo nailon, para que el rendimiento flexible de la fibra alcance los requisitos de aplicación práctica del proyecto.
2.Clasificación de fibras ópticas
(1) La fibra se divide de acuerdo con la distribución del índice de refracción de la sección transversal de la fibra: se divide en una fibra de tipo escalonado (fibra uniforme) y una fibra graduada (fibra no uniforme).
Suponga que el núcleo tiene un índice de refracción de n1 y el índice de refracción del revestimiento es n2.
Para permitir que el núcleo transmita luz a largas distancias, la condición necesaria para construir la fibra óptica es n1>n2
La distribución del índice de refracción de una fibra uniforme es una constante
La ley de distribución del índice de refracción de la fibra no uniforme:
Entre ellos, △ – diferencia relativa del índice de refracción
Α: índice de refracción, α=∞: fibra de distribución de índice de refracción de tipo escalonado, α=2: fibra de distribución de índice de refracción de ley cuadrática (una fibra graduada).Esta fibra se compara con otras fibras graduadas. Modo de dispersión mínimo óptimo.
(1) Según el número de modos transmitidos en el núcleo: dividido en fibra multimodo y fibra monomodo
El patrón aquí se refiere a la distribución de un campo electromagnético de luz transmitido en una fibra óptica.Diferentes distribuciones de campo son un modo diferente.
Monomodo (solo se transmite un modo en la fibra), multimodo (múltiples modos se transmiten simultáneamente en la fibra)
En la actualidad, debido a los crecientes requisitos sobre la velocidad de transmisión y el creciente número de transmisiones, la red del área metropolitana se está desarrollando en la dirección de alta velocidad y gran capacidad, por lo que la mayoría de ellas son fibras escalonadas monomodo.(Las características de transmisión en sí son mejores que las de la fibra multimodo)
(2) Características de la fibra óptica:
①Características de pérdida de la fibra óptica: las ondas de luz se transmiten en la fibra óptica y la potencia óptica disminuye gradualmente a medida que aumenta la distancia de transmisión.
Las causas de la pérdida de fibra incluyen: pérdida de acoplamiento, pérdida de absorción, pérdida de dispersión y pérdida de radiación por flexión.
La pérdida de acoplamiento es la pérdida causada por el acoplamiento entre la fibra y el dispositivo.
Las pérdidas por absorción son causadas por la absorción de energía luminosa por parte de los materiales de fibra y las impurezas.
La pérdida por dispersión se divide en dispersión de Rayleigh (falta de uniformidad del índice de refracción) y dispersión de la guía de ondas (irregularidad del material).
La pérdida de radiación por flexión es la pérdida causada por la flexión de la fibra que conduce al modo de radiación causado por la flexión de la fibra.
②Características de dispersión de la fibra óptica: los diferentes componentes de frecuencia en la señal transmitida por la fibra óptica tienen diferentes velocidades de transmisión, y el fenómeno físico de distorsión causado por la ampliación del pulso de la señal al llegar al terminal se denomina dispersión.
La dispersión se divide en dispersión modal, dispersión de material y dispersión de guía de ondas.
Componentes básicos de los sistemas de comunicación por fibra óptica
Enviar parte:
La señal de modulación de pulso emitida por el transmisor eléctrico (terminal eléctrico) se envía al transmisor óptico (la señal enviada por el interruptor controlado por programa se procesa, la forma de onda se forma, el inverso del patrón se cambia... en una señal eléctrica adecuada y enviado al transmisor óptico)
La función principal de un transmisor óptico es convertir una señal eléctrica en una señal óptica que se acopla a la fibra.
Parte receptora:
Conversión de señales ópticas transmitidas a través de fibras ópticas en señales eléctricas
El procesamiento de la señal eléctrica se restaura a la señal modulada por pulsos original y se envía a la terminal eléctrica (se procesa la señal eléctrica enviada por el receptor óptico, se forma la forma de onda, se invierte el patrón inverso... se enviado de vuelta al interruptor programable)
Parte de transmisión:
Fibra monomodo, repetidor óptico (repetidor regenerativo eléctrico (amplificación de conversión óptica-eléctrica-óptica, el retraso de transmisión será mayor, el circuito de decisión de pulso se utilizará para dar forma a la forma de onda y la sincronización), amplificador de fibra dopada con erbio (completa la amplificación a nivel óptico, sin formación de forma de onda)
(1) Transmisor óptico: es un transceptor óptico que realiza la conversión eléctrica/óptica.Se compone de una fuente de luz, un controlador y un modulador.La función es modular la onda de luz de la máquina eléctrica a la onda de luz emitida por la fuente de luz para convertirse en una onda atenuada y luego acoplar la señal óptica modulada a la fibra óptica o al cable óptico para la transmisión.
(2) Receptor óptico: es un transceptor óptico que realiza la conversión óptica/eléctrica.El modelo de utilidad se compone de un circuito de detección de luz y un amplificador óptico, y la función es convertir la señal óptica transmitida por la fibra óptica o el cable óptico en una señal eléctrica por el detector óptico, y luego amplificar la señal eléctrica débil para un nivel suficiente a través del circuito amplificador para ser enviado a la señal.El extremo receptor de la máquina eléctrica va.
(3) Fibra/Cable: La fibra o cable constituye la vía de transmisión de la luz.La función es transmitir la señal atenuada enviada por el extremo transmisor al detector óptico del extremo receptor después de la transmisión a larga distancia a través de la fibra óptica o el cable óptico para completar la tarea de transmitir información.
(4) Repetidor óptico: consta de un fotodetector, una fuente de luz y un circuito de regeneración de decisión.Tiene dos funciones: una es compensar la atenuación de la señal óptica transmitida en la fibra óptica;el otro es para dar forma al pulso de la distorsión de la forma de onda.
(5) Componentes pasivos como conectores de fibra óptica, acopladores (no es necesario suministrar energía por separado, pero el dispositivo sigue teniendo pérdidas): porque la longitud de la fibra o el cable está limitada por el proceso de estirado de la fibra y las condiciones de construcción del cable, y el la longitud de la fibra también es límite (por ejemplo, 2 km).Por lo tanto, puede existir el problema de que una pluralidad de fibras ópticas estén conectadas en una línea de fibra óptica.Por lo tanto, la conexión entre fibras ópticas, la conexión y acoplamiento de fibras ópticas y transceptores ópticos, y el uso de componentes pasivos como conectores y acopladores ópticos son indispensables.
La superioridad de la comunicación por fibra óptica
Ancho de banda de transmisión, gran capacidad de comunicación
Baja pérdida de transmisión y gran distancia de relé
Fuerte interferencia anti-electromagnética
(Más allá de lo inalámbrico: las señales inalámbricas tienen muchos efectos, beneficios de trayectorias múltiples, efectos de sombra, desvanecimiento de Rayleigh, efectos Doppler
En comparación con el cable coaxial: la señal óptica es más grande que el cable coaxial y tiene buena confidencialidad)
La frecuencia de la onda de luz es muy alta, en comparación con otras ondas electromagnéticas, la interferencia es pequeña.
Desventajas del cable óptico: malas propiedades mecánicas, fácil de romper (mejora el rendimiento mecánico, tendrá un impacto en la resistencia a la interferencia), lleva mucho tiempo construirlo y se ve afectado por las condiciones geográficas.