دایره المعارف انتقال فیبر نوری

زمان ارسال: فوریه-29-2020

مزایای ارتباط فیبر نوری:

● ظرفیت ارتباطی زیاد

● فاصله رله طولانی

● بدون تداخل الکترومغناطیسی

● منابع غنی

● وزن سبک و اندازه کوچک

تاریخچه مختصری از ارتباطات نوری

بیش از 2000 سال پیش، چراغ های چراغ، سمافورها

1880، تلفن نوری-ارتباط نوری بی سیم

1970، ارتباطات فیبر نوری

● در سال 1966، "پدر فیبر نوری"، دکتر گائو یونگ برای اولین بار ایده ارتباط فیبر نوری را مطرح کرد.

● در سال 1970، Lin Yanxiong موسسه بل یان یک لیزر نیمه هادی بود که می توانست به طور مداوم در دمای اتاق کار کند.

● در سال 1970، كاپرون Corning 20dB/km فیبر را از دست داد.

● در سال 1977، اولین خط تجاری شیکاگو با سرعت 45 مگابایت بر ثانیه.

طیف الکترومغناطیسی

تقسیم باند ارتباطی و رسانه انتقال مربوطه

انکسار / بازتاب و بازتاب کلی نور

از آنجایی که نور در مواد مختلف به طور متفاوتی حرکت می کند، هنگامی که نور از یک ماده به ماده دیگر گسیل می شود، انکسار و انعکاس در سطح مشترک بین دو ماده رخ می دهد.علاوه بر این، زاویه نور منکسر با زاویه نور تابشی متفاوت است.هنگامی که زاویه نور تابشی به یک زاویه خاص برسد یا از آن فراتر رود، نور شکست ناپدید می شود و تمام نور فرودی به عقب منعکس می شود.این بازتاب کلی نور است.مواد مختلف برای طول موج یکسان نور، زوایای شکست متفاوتی دارند (یعنی مواد مختلف ضریب شکست متفاوتی دارند)، و همان مواد دارای زوایای شکست متفاوت برای طول موج‌های مختلف نور هستند.ارتباط فیبر نوری بر اساس اصول فوق استوار است.

توزیع بازتاب: یک پارامتر مهم برای مشخص کردن مواد نوری، ضریب شکست است که با N نشان داده می شود. نسبت سرعت نور C در خلاء به سرعت نور V در ماده، ضریب شکست ماده است.

N = C / V

ضریب شکست شیشه کوارتز برای ارتباط فیبر نوری حدود 1.5 است.

ساختار فیبر

فیبر برهنه به طور کلی به سه لایه تقسیم می شود:

لایه اول: هسته شیشه ای مرکزی با ضریب شکست بالا (قطر هسته به طور کلی 9-10 استμمتر، (تک حالت) 50 یا 62.5 (چند حالتی).

لایه دوم: وسط روکش شیشه ای سیلیکا با ضریب شکست کم است (قطر به طور کلی 125 است.μم).

لایه سوم: بیرونی ترین لایه یک پوشش رزینی برای تقویت است.

1) هسته: ضریب شکست بالا، مورد استفاده برای انتقال نور.

2) پوشش روکش: ضریب شکست کم، تشکیل یک شرایط بازتاب کلی با هسته.

3) ژاکت محافظ: استحکام بالایی دارد و می تواند ضربه های زیادی را برای محافظت از فیبر نوری تحمل کند.

کابل نوری 3 میلی متر: نارنجی، MM، چند حالته.زرد، SM، تک حالته

اندازه فیبر

قطر بیرونی به طور کلی 125 میلی متر (متوسط 100 میلی متر در هر مو) است.

قطر داخلی: تک حالت 9mm;چند حالته 50 / 62.5um

روزنە عددی

تمام نور تابیده شده در وجه انتهایی فیبر نوری را نمی توان توسط فیبر نوری منتقل کرد، بلکه فقط نور تابیده شده در محدوده معینی از زوایای را نمی توان منتقل کرد.این زاویه دیافراگم عددی فیبر نامیده می شود.دیافراگم عددی بزرگتر فیبر نوری برای اتصال فیبر نوری مفید است.تولید کنندگان مختلف دیافراگم عددی متفاوتی دارند.

نوع فیبر

با توجه به نحوه انتقال نور در فیبر نوری، می توان آن را به موارد زیر تقسیم کرد:

چند حالته (مخفف: MM)؛Single-Mode (مخفف: SM)

فیبر چند حالته: هسته شیشه مرکزی ضخیم تر است (50 یا 62.5μm) و می تواند نور را در حالت های مختلف منتقل کند.با این حال، پراکندگی بین حالت آن زیاد است که فرکانس ارسال سیگنال های دیجیتال را محدود می کند و با افزایش فاصله جدی تر می شود.به عنوان مثال: 600 مگابایت / فیبر کیلومتر تنها 300 مگابایت پهنای باند در 2 کیلومتر دارد.بنابراین، فاصله انتقال فیبر چند حالته نسبتاً کوتاه است، معمولاً فقط چند کیلومتر است.

فیبر تک حالته: هسته شیشه مرکزی نسبتاً نازک است (قطر هسته معمولاً 9 یا 10 است.μm)، و فقط می تواند نور را در یک حالت انتقال دهد.در واقع، این یک نوع فیبر نوری پله ای است، اما قطر هسته بسیار کوچک است.در تئوری، فقط نور مستقیم یک مسیر انتشار منفرد مجاز است وارد فیبر شود و مستقیماً در هسته فیبر منتشر شود.پالس فیبر به سختی کشیده می شود.بنابراین، پراکندگی بین حالت آن کوچک و مناسب برای ارتباط از راه دور است، اما پراکندگی رنگی آن نقش اصلی را ایفا می کند.به این ترتیب فیبر تک حالته برای عرض طیفی و پایداری منبع نور الزامات بیشتری دارد، یعنی عرض طیفی باریک و پایداری خوب است..

طبقه بندی فیبرهای نوری

بر اساس مواد:

الیاف شیشه: هسته و روکش از شیشه ساخته شده است، با تلفات کم، فاصله انتقال طولانی و هزینه بالا.

فیبر نوری سیلیکونی با پوشش لاستیکی: هسته شیشه ای و روکش پلاستیکی است که ویژگی های مشابه فیبر شیشه ای و هزینه کمتر دارد.

فیبر نوری پلاستیک: هم هسته و هم روکش پلاستیکی، با تلفات زیاد، فاصله انتقال کوتاه و قیمت پایین هستند.بیشتر برای لوازم خانگی، صدا و انتقال تصویر در فواصل کوتاه استفاده می شود.

با توجه به پنجره فرکانس انتقال بهینه: فیبر تک حالته معمولی و فیبر تک حالته با تغییر پراکندگی.

نوع معمولی: خانه تولید فیبر نوری فرکانس انتقال فیبر نوری را در یک طول موج نور مانند 1300 نانومتر بهینه می کند.

نوع پراکندگی تغییر یافته: تولید کننده فیبر نوری فرکانس انتقال فیبر را در دو طول موج نور مانند: 1300 نانومتر و 1550 نانومتر بهینه می کند.

تغییر ناگهانی: ضریب شکست هسته فیبر به روکش شیشه ناگهانی است.هزینه کم و پراکندگی بین حالتی بالایی دارد.مناسب برای ارتباطات کم سرعت در فواصل کوتاه مانند کنترل صنعتی.با این حال، فیبر تک حالته از یک نوع جهش به دلیل پراکندگی بین حالتی کوچک استفاده می کند.

فیبر گرادیان: ضریب شکست هسته فیبر به روکش شیشه به تدریج کاهش می یابد و به نور حالت بالا اجازه می دهد تا به شکل سینوسی منتشر شود که می تواند پراکندگی بین حالت ها را کاهش دهد، پهنای باند فیبر را افزایش دهد و فاصله انتقال را افزایش دهد، اما هزینه آن است. فیبر حالت بالاتر عمدتاً فیبر درجه بندی شده است.

مشخصات فیبر رایج

اندازه فیبر:

1) قطر هسته تک حالته: 9/125μمتر، 10/125μm

2) قطر روکش خارجی (2D) = 125μm

3) قطر پوشش بیرونی = 250μm

4) پیگتیل: 300μm

5) چند حالته: 50/125μمتر، استاندارد اروپا؛62.5 / 125μمتر، استاندارد آمریکا

6) شبکه های صنعتی، پزشکی و کم سرعت: 100/140μمتر، 200 / 230μm

7) پلاستیک: 98/1000μمتر، برای کنترل خودرو استفاده می شود

تضعیف فیبر

عوامل اصلی که باعث تضعیف الیاف می شوند عبارتند از: ذاتی، خمش، فشردن، ناخالصی ها، ناهمواری و لب به لب.

ذاتی: از دست دادن ذاتی فیبر نوری است، از جمله: پراکندگی رایلی، جذب ذاتی و غیره.

خم شدن: زمانی که الیاف خم می شود، نور بخشی از الیاف در اثر پراکندگی از بین می رود و در نتیجه از بین می رود.

فشردن: از دست دادن ناشی از خم شدن جزئی فیبر هنگام فشرده شدن.

ناخالصی ها: ناخالصی های موجود در فیبر نوری نور منتقل شده در فیبر را جذب و پراکنده می کند و باعث تلفات می شود.

غیر یکنواخت: تلفات ناشی از ضریب شکست ناهموار مواد الیاف.

اتصال: تلفات ایجاد شده در حین اتصال فیبر، مانند: محورهای مختلف (نیاز هم محوری فیبر تک حالته کمتر از 0.8 است.μمتر)، وجه انتهایی عمود بر محور نیست، وجه انتهایی ناهموار است، قطر هسته لب به لب مطابقت ندارد و کیفیت اتصال ضعیف است.

نوع کابل نوری

1) با توجه به روش های تخمگذار: کابل های نوری سربار خود پشتیبانی، کابل های نوری خط لوله، کابل های نوری دفن شده زره پوش و کابل های نوری زیردریایی.

2) با توجه به ساختار کابل نوری، عبارتند از: کابل نوری لوله همراه، کابل نوری پیچ خورده لایه، کابل نوری محکم، کابل نوری نواری، کابل نوری غیر فلزی و کابل نوری قابل انشعاب.

3) با توجه به هدف: کابل های نوری برای ارتباطات از راه دور، کابل های نوری در فضای باز برای مسافت های کوتاه، کابل های نوری هیبریدی و کابل های نوری برای ساختمان ها.

اتصال و پایان کابل های نوری

اتصال و خاتمه کابل های نوری مهارت های اساسی است که پرسنل تعمیر و نگهداری کابل نوری باید بر آن مسلط باشند.

طبقه بندی فناوری اتصال فیبر نوری:

1) فناوری اتصال فیبر نوری و فناوری اتصال کابل نوری دو قسمت هستند.

2) انتهای کابل نوری شبیه به اتصال کابل نوری است، با این تفاوت که به دلیل مواد اتصال دهنده متفاوت، عملکرد باید متفاوت باشد.

نوع اتصال فیبر

اتصال کابل فیبر نوری به طور کلی به دو دسته تقسیم می شود:

1) اتصال ثابت فیبر نوری (که معمولاً به عنوان کانکتور مرده شناخته می شود).به طور کلی از اتصال دهنده فیبر نوری استفاده کنید.برای سر مستقیم کابل نوری استفاده می شود.

2) کانکتور فعال فیبر نوری (که معمولاً به عنوان اتصال دهنده زنده شناخته می شود).از اتصال دهنده های قابل جابجایی (که معمولاً به عنوان اتصالات شل شناخته می شوند) استفاده کنید.برای جامپر فیبر، اتصال تجهیزات و غیره.

با توجه به ناقص بودن سطح انتهایی فیبر نوری و یکنواخت نبودن فشار روی سطح انتهایی فیبر نوری، افت اسپلایس فیبر نوری با یک دشارژ همچنان نسبتا زیاد است و روش همجوشی تخلیه ثانویه اکنون استفاده می شود.ابتدا سطح انتهایی الیاف را از قبل گرم کرده و تخلیه کنید، وجه انتهایی را شکل دهید، گرد و غبار و زباله ها را پاک کنید و با گرم کردن قبل، فشار انتهایی الیاف را یکنواخت کنید.

روش مانیتورینگ از دست دادن اتصال فیبر نوری

سه روش برای نظارت بر تلفات اتصال فیبر وجود دارد:

1. بر روی اسپلایسر نظارت کنید.

2. نظارت بر منبع نور و قدرت سنج نوری.

روش اندازه گیری OTDR 3

روش عملیات اتصال فیبر نوری

عملیات اتصال فیبر نوری به طور کلی به موارد زیر تقسیم می شود:

1. رسیدگی به فیبرهای انتهایی.

2. نصب اتصال فیبر نوری.

3. اتصال فیبر نوری.

4. حفاظت از اتصالات فیبر نوری.

5. پنج مرحله برای سینی فیبر باقی مانده وجود دارد.

به طور کلی اتصال کل کابل نوری طبق مراحل زیر انجام می شود:

مرحله 1: طول زیادی دارد، کابل نوری را باز کرده و جدا کنید، غلاف کابل را بردارید

مرحله 2: خمیر پرکننده نفت را در کابل نوری تمیز کرده و بردارید.

مرحله 3: فیبر را بسته بندی کنید.

مرحله 4: تعداد هسته های فیبر را بررسی کنید، جفت شدن فیبر را انجام دهید و بررسی کنید که آیا برچسب های رنگ فیبر درست هستند یا خیر.

مرحله 5: تقویت ارتباط قلب؛

مرحله 6: جفت های مختلف خطوط کمکی، از جمله جفت های خطوط تجاری، جفت های خط کنترل، خطوط زمینی محافظ و غیره (در صورت موجود بودن جفت های خطوط فوق الذکر.

مرحله 7: فیبر را وصل کنید.

مرحله 8: از کانکتور فیبر نوری محافظت کنید.

مرحله 9: ذخیره موجودی فیبر باقی مانده.

مرحله 10: اتصال ژاکت کابل نوری را کامل کنید.

مرحله 11: محافظت از کانکتورهای فیبر نوری

از دست دادن فیبر

1310 نانومتر: 0.35 ~ 0.5 دسی بل / کیلومتر

1550 نانومتر: 0.2 ~ 0.3dB / Km

850 نانومتر: 2.3 تا 3.4 دسی بل در کیلومتر

از دست دادن نقطه فیوژن فیبر نوری: 0.08dB / نقطه

نقطه اتصال فیبر 1 نقطه / 2 کیلومتر

اسامی فیبر رایج

1) تضعیف

تضعیف: از دست دادن انرژی هنگام انتقال نور در فیبر نوری، فیبر تک حالته 1310 نانومتر 0.4 ~ 0.6dB / km، 1550nm 0.2 ~ 0.3dB / km.فیبر چند حالته پلاستیکی 300dB / km

2) پراکندگی

پراکندگی: پهنای باند پالس های نور پس از طی مسافت معینی در طول فیبر افزایش می یابد.این عامل اصلی محدود کننده سرعت انتقال است.

پراکندگی بین حالتی: فقط در فیبرهای چند حالته رخ می دهد، زیرا حالت های مختلف نور در مسیرهای مختلف حرکت می کنند.

پراکندگی مواد: طول موج های مختلف نور با سرعت های مختلف حرکت می کند.

پراکندگی موجبر: این به این دلیل اتفاق می‌افتد که انرژی نور هنگام عبور از هسته و روکش با سرعت‌های کمی متفاوت حرکت می‌کند.در فیبر تک حالته، تغییر پراکندگی فیبر با تغییر ساختار داخلی فیبر بسیار مهم است.

نوع فیبر

نقطه پراکندگی صفر G.652 حدود 1300 نانومتر است

نقطه پراکندگی صفر G.653 حدود 1550 نانومتر است

فیبر پراکندگی منفی G.654

G.655 فیبر پراکندگی تغییر یافته

فیبر موج کامل

3) پراکندگی

به دلیل ساختار اولیه ناقص نور، اتلاف انرژی نور ایجاد می شود و انتقال نور در این زمان دیگر جهت دهی خوبی ندارد.

دانش اولیه سیستم فیبر نوری

مقدمه ای بر معماری و عملکرد یک سیستم فیبر نوری پایه:

1. واحد ارسال: سیگنال های الکتریکی را به سیگنال های نوری تبدیل می کند.

2. واحد انتقال: یک رسانه حامل سیگنال های نوری.

3. واحد دریافت: سیگنال های نوری را دریافت و آنها را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند.

4. دستگاه را وصل کنید: فیبر نوری را به منبع نور، تشخیص نور و سایر فیبرهای نوری متصل کنید.

انواع کانکتورهای رایج

نوع صفحه انتهایی رابط

کوپلر

عملکرد اصلی توزیع سیگنال های نوری است.کاربردهای مهم در شبکه های فیبر نوری، به ویژه در شبکه های محلی و در دستگاه های مالتی پلکس کننده تقسیم طول موج است.

ساختار اساسی

کوپلر یک دستگاه غیرفعال دو طرفه است.اشکال اصلی درخت و ستاره هستند.کوپلر مربوط به اسپلیتر است.

WDM

WDM-مولتی پلکسر تقسیم طول موج چندین سیگنال نوری را در یک فیبر نوری ارسال می کند.این سیگنال های نوری فرکانس های متفاوت و رنگ های متفاوتی دارند.مالتی پلکسر WDM قرار است چندین سیگنال نوری را به یک فیبر نوری متصل کند.مالتی پلکسر دی مولتی پلکس برای تشخیص چندین سیگنال نوری از یک فیبر نوری است.

مولتی پلکسر تقسیم طول موج (افسانه)