مفهوم اساسی، ترکیب و ویژگی های سیستم ارتباطی فیبر نوری

مفهوم اولیه ارتباط فیبر نوری.

فیبر نوری یک موجبر نوری دی الکتریک است، یک ساختار موجبری که نور را مسدود می کند و نور را در جهت محوری منتشر می کند.

الیاف بسیار ریز ساخته شده از شیشه کوارتز، رزین مصنوعی و غیره.

فیبر تک حالته: هسته 8-10um، روکش 125um

فیبر چند حالته: هسته 51um، روکش 125um

روش ارتباطی انتقال سیگنال های نوری با استفاده از فیبرهای نوری، ارتباط فیبر نوری نامیده می شود.

امواج نور جزو دسته امواج الکترومغناطیسی هستند.

محدوده طول موج نور مرئی 390-760 نانومتر، قسمت بزرگتر از 760 نانومتر نور مادون قرمز و قسمت کوچکتر از 390 نانومتر نور فرابنفش است.

پنجره کار موج نور (سه پنجره ارتباطی):

محدوده طول موج مورد استفاده در ارتباطات فیبر نوری در ناحیه مادون قرمز نزدیک است

ناحیه با طول موج کوتاه (نور مرئی که یک نور نارنجی با چشم غیر مسلح است) نور نارنجی 850 نانومتری

منطقه طول موج بلند (منطقه نور نامرئی) 1310 نانومتر (حداقل نقطه پراکندگی نظری)، 1550 نانومتر (نقطه حداقل تضعیف نظری)

ساختار و طبقه بندی الیاف

1. ساختار فیبر

ساختار الیاف ایده آل: هسته، روکش، پوشش، ژاکت.

هسته و روکش فلزی از مواد کوارتز ساخته شده اند و خواص مکانیکی آن نسبتا شکننده است و به راحتی شکسته می شود.بنابراین، دو لایه لایه پوشش، یک نوع رزین و یک لایه از نوع نایلونی به طور کلی اضافه می شود تا عملکرد انعطاف پذیر الیاف به الزامات کاربردی پروژه برسد.

2. طبقه بندی فیبرهای نوری

(1) فیبر بر اساس توزیع ضریب شکست سطح مقطع فیبر تقسیم می شود: به فیبر نوع پله (الیاف یکنواخت) و فیبر درجه بندی شده (الیاف غیر یکنواخت) تقسیم می شود.

فرض کنید که هسته دارای ضریب شکست n1 و ضریب شکست روکش n2 است.

برای اینکه هسته بتواند نور را در فواصل طولانی منتقل کند، شرط لازم برای ساخت فیبر نوری n1>n2 است.

توزیع ضریب شکست یک فیبر یکنواخت ثابت است

قانون توزیع ضریب شکست فیبر غیریکنواخت:

در میان آنها، △ - تفاوت نسبی ضریب شکست

Α - ضریب شکست، α=∞ - فیبر توزیع ضریب شکست نوع مرحله‌ای، فیبر توزیع ضریب شکست با قانون مربع α = 2 (الیاف درجه‌بندی شده).این فیبر با سایر الیاف درجه بندی شده مقایسه می شود. حالت پراکندگی حداقل بهینه است.

(1) با توجه به تعداد حالت های منتقل شده در هسته: تقسیم به فیبر چند حالته و فیبر تک حالته

الگو در اینجا به توزیع میدان الکترومغناطیسی نور منتقل شده در فیبر نوری اشاره دارد.توزیع‌های میدانی مختلف حالت متفاوتی دارند.

حالت تک (فقط یک حالت در فیبر منتقل می شود)، چند حالته (چند حالت به طور همزمان در فیبر منتقل می شود)

در حال حاضر، با توجه به نیازهای روزافزون در نرخ انتقال و افزایش تعداد انتقال، شبکه شهری در جهت سرعت بالا و ظرفیت زیاد در حال توسعه است، بنابراین بیشتر آنها از فیبرهای تک حالته پله ای هستند.(ویژگی های انتقال خود بهتر از فیبر چند حالته است)

(2) ویژگی های فیبر نوری:

① ویژگی های از دست دادن فیبر نوری: امواج نور در فیبر نوری منتقل می شود و با افزایش فاصله انتقال، قدرت نوری به تدریج کاهش می یابد.

علل از دست دادن فیبر عبارتند از: از دست دادن جفت، از دست دادن جذب، از دست دادن پراکندگی، و از دست دادن تابش خمشی.

اتلاف کوپلینگ افت ناشی از جفت شدن فیبر و دستگاه است.

تلفات جذب ناشی از جذب انرژی نور توسط مواد الیافی و ناخالصی ها است.

تلفات پراکندگی به پراکندگی رایلی (عدم یکنواختی ضریب شکست) و پراکندگی موجبر (ناهمواری مواد) تقسیم می‌شود.

اتلاف تابش خمشی، تلفات ناشی از خم شدن الیاف است که منجر به حالت تابشی ناشی از خمش فیبر می شود.

②ویژگی های پراکندگی فیبر نوری: اجزای فرکانس مختلف در سیگنال ارسال شده توسط فیبر نوری دارای سرعت های انتقال متفاوتی هستند و پدیده فیزیکی اعوجاج ناشی از گسترش پالس سیگنال هنگام رسیدن به ترمینال پراکندگی نامیده می شود.

پراکندگی به پراکندگی مدال، پراکندگی مواد و پراکندگی موجبر تقسیم می شود.

اجزای اصلی سیستم های ارتباطی فیبر نوری

ارسال قسمت:

سیگنال مدولاسیون پالس خروجی توسط فرستنده الکتریکی (ترمینال الکتریکی) به فرستنده نوری ارسال می شود (سیگنال ارسال شده توسط سوئیچ کنترل شده با برنامه پردازش می شود، شکل موج شکل می گیرد، عکس الگو تغییر می کند ... به یک سیگنال الکتریکی مناسب تبدیل می شود. و به فرستنده نوری ارسال می شود)

نقش اصلی یک فرستنده نوری تبدیل سیگنال الکتریکی به سیگنال نوری است که به فیبر متصل می شود.

قسمت دریافتی:

تبدیل سیگنال های نوری ارسال شده از طریق فیبرهای نوری به سیگنال های الکتریکی

پردازش سیگنال الکتریکی به سیگنال مدوله شده پالس اصلی بازگردانده می شود و به ترمینال الکتریکی ارسال می شود (سیگنال الکتریکی ارسال شده توسط گیرنده نوری پردازش می شود، شکل موج شکل می گیرد، عکس الگو معکوس می شود ... سیگنال الکتریکی مناسب است. به سوئیچ قابل برنامه ریزی ارسال می شود)

بخش انتقال:

فیبر تک حالته، تکرار کننده نوری (تکرار کننده احیا کننده الکتریکی (تقویت تبدیل نوری-الکتریکی-اپتیکی، تاخیر انتقال بزرگتر خواهد بود، مدار تصمیم گیری پالس برای شکل دادن به شکل موج و زمان بندی استفاده خواهد شد)، تقویت کننده فیبر دوپ شده با اربیوم (تقویت را کامل می کند) در سطح نوری، بدون شکل دادن به شکل موج)

(1) فرستنده نوری: این یک فرستنده نوری است که تبدیل الکتریکی / نوری را انجام می دهد.از یک منبع نور، یک درایور و یک مدولاتور تشکیل شده است.عملکرد این است که موج نور را از ماشین الکتریکی به موج نوری ساطع شده از منبع نور تعدیل می کند تا به یک موج کم نور تبدیل شود و سپس سیگنال نوری مدوله شده را برای انتقال به فیبر نوری یا کابل نوری متصل می کند.

(2) گیرنده نوری: یک گیرنده نوری است که تبدیل نوری/الکتریکی را انجام می دهد.مدل کاربردی از یک مدار تشخیص نور و یک تقویت کننده نوری تشکیل شده است و عملکرد آن تبدیل سیگنال نوری ارسال شده توسط فیبر نوری یا کابل نوری به سیگنال الکتریکی توسط آشکارساز نوری است و سپس سیگنال الکتریکی ضعیف را تقویت می کند. سطح کافی از طریق مدار تقویت کننده برای ارسال به سیگنال.انتهای دریافت کننده ماشین الکتریکی می رود.

(3) فیبر/کابل: فیبر یا کابل مسیر انتقال نور را تشکیل می دهد.عملکرد این است که سیگنال کم نور ارسال شده توسط انتهای فرستنده را به آشکارساز نوری انتهای گیرنده پس از انتقال از راه دور از طریق فیبر نوری یا کابل نوری برای تکمیل وظیفه انتقال اطلاعات ارسال می کند.

(4) تکرار کننده نوری: شامل یک آشکارساز نوری، یک منبع نور و یک مدار بازسازی تصمیم است.دو عملکرد وجود دارد: یکی جبران تضعیف سیگنال نوری ارسال شده در فیبر نوری است.دیگری شکل دادن به پالس اعوجاج شکل موج است.

(5) اجزای غیرفعال مانند کانکتورهای فیبر نوری، کوپلرها (نیازی به تامین برق جداگانه نیست، اما دستگاه هنوز تلفات دارد): زیرا طول فیبر یا کابل توسط فرآیند کشیدن فیبر و شرایط ساخت کابل محدود شده است. طول فیبر نیز محدود است (مثلا 2 کیلومتر).بنابراین، ممکن است مشکلی وجود داشته باشد که تعداد زیادی فیبر نوری در یک خط فیبر نوری متصل شده اند.بنابراین، اتصال فیبرهای نوری، اتصال و جفت شدن فیبرهای نوری و فرستنده و گیرنده نوری و استفاده از قطعات غیرفعال مانند کانکتورها و کوپلرهای نوری ضروری است.

برتری ارتباط فیبر نوری

پهنای باند انتقال، ظرفیت ارتباطی زیاد

تلفات انتقال کم و فاصله رله زیاد

تداخل قوی ضد الکترومغناطیسی

(فراتر از بی سیم: سیگنال های بی سیم دارای اثرات زیادی هستند، مزایای چند مسیری، اثرات سایه، محو شدن ریلی، اثرات داپلر

در مقایسه با کابل کواکسیال: سیگنال نوری بزرگتر از کابل کواکسیال است و محرمانگی خوبی دارد)

فرکانس موج نور بسیار زیاد است، در مقایسه با سایر امواج الکترومغناطیسی، تداخل کم است.

معایب کابل نوری: خواص مکانیکی ضعیف، شکستن آسان، (بهبود عملکرد مکانیکی، تاثیری بر مقاومت در برابر تداخل خواهد داشت)، ساخت آن زمان زیادی می برد و تحت تاثیر شرایط جغرافیایی است.