Avantages de la communication par fibre optique :
● Grande capacité de communication
● Longue distance de relais
● Aucune interférence électromagnétique
● Ressources riches
● Poids léger et petite taille
Une brève histoire des communications optiques
Il y a plus de 2000 ans, les phares, sémaphores
1880, téléphone optique-communication optique sans fil
1970, communications par fibre optique
● En 1966, « Père de la fibre optique », le Dr Gao Yong a proposé pour la première fois l'idée de la communication par fibre optique.
● En 1970, le Lin Yanxiong de l'Institut Bell Yan était un laser à semi-conducteur qui pouvait fonctionner en continu à température ambiante.
● En 1970, Kapron de Corning a fait une perte de fibre de 20dB/km.
● En 1977, la première ligne commerciale de Chicago de 45Mb/s.
Spectre électromagnétique
Division de la bande de communication et supports de transmission correspondants
Réfraction / réflexion et réflexion totale de la lumière
Étant donné que la lumière se propage différemment dans différentes substances, lorsque la lumière est émise d'une substance à une autre, la réfraction et la réflexion se produisent à l'interface entre les deux substances.De plus, l'angle de la lumière réfractée varie avec l'angle de la lumière incidente.Lorsque l'angle de la lumière incidente atteint ou dépasse un certain angle, la lumière réfractée disparaît et toute la lumière incidente est réfléchie.C'est la réflexion totale de la lumière.Différents matériaux ont des angles de réfraction différents pour la même longueur d'onde de lumière (c'est-à-dire que différents matériaux ont des indices de réfraction différents), et les mêmes matériaux ont des angles de réfraction différents pour différentes longueurs d'onde de lumière.La communication par fibre optique est basée sur les principes ci-dessus.
Distribution de réflectivité : Un paramètre important pour caractériser les matériaux optiques est l'indice de réfraction, qui est représenté par N. Le rapport de la vitesse de la lumière C dans le vide à la vitesse de la lumière V dans le matériau est l'indice de réfraction du matériau.
N = C / V
L'indice de réfraction du verre de quartz pour la communication par fibre optique est d'environ 1,5.
Structure fibreuse
La fibre nue est généralement divisée en trois couches :
La première couche: le noyau central en verre à indice de réfraction élevé (le diamètre du noyau est généralement de 9 à 10μm, (monomode) 50 ou 62,5 (multimode).
La deuxième couche: le milieu est le revêtement en verre de silice à faible indice de réfraction (le diamètre est généralement de 125μm).
La troisième couche : la plus externe est un revêtement en résine pour le renforcement.
1) noyau : indice de réfraction élevé, utilisé pour transmettre la lumière ;
2) revêtement de placage : faible indice de réfraction, formant une condition de réflexion totale avec le noyau ;
3) Gaine de protection : Elle est très résistante et peut résister à des impacts importants pour protéger la fibre optique.
Câble optique 3 mm : orange, MM, multimode ;jaune, SM, monomode
Taille de fibre
Le diamètre extérieur est généralement de 125 um (moyenne de 100 um par cheveu)
Diamètre intérieur : monomode 9um ;multimode 50 / 62.5um
Ouverture numérique
Toute la lumière incidente sur la face d'extrémité de la fibre optique ne peut pas être transmise par la fibre optique, mais seulement la lumière incidente dans une certaine plage d'angles.Cet angle est appelé l'ouverture numérique de la fibre.Une plus grande ouverture numérique de la fibre optique est avantageuse pour l'amarrage de la fibre optique.Différents fabricants ont des ouvertures numériques différentes.
Type de fibre
Selon le mode de transmission de la lumière dans la fibre optique, celle-ci peut être divisée en :
Multimode (abréviation : MM) ;Monomode (abréviation : SM)
Fibre multimode : Le noyau de verre central est plus épais (50 ou 62,5μm) et peut transmettre la lumière dans plusieurs modes.Cependant, sa dispersion inter-mode est importante, ce qui limite la fréquence de transmission des signaux numériques, et elle deviendra plus grave avec l'augmentation de la distance.Par exemple : la fibre 600Mo/KM n'a que 300Mo de bande passante à 2KM.Par conséquent, la distance de transmission de la fibre multimode est relativement courte, généralement de quelques kilomètres seulement.
Fibre monomode : le noyau de verre central est relativement mince (le diamètre du noyau est généralement de 9 ou 10μm), et ne peut transmettre la lumière que dans un seul mode.En fait, c'est une sorte de fibre optique de type escalier, mais le diamètre du noyau est très petit.En théorie, seule la lumière directe d'un seul chemin de propagation est autorisée à pénétrer dans la fibre et à se propager directement dans le cœur de la fibre.L'impulsion de la fibre est à peine étirée.Par conséquent, sa dispersion inter-mode est faible et adaptée à la communication à distance, mais sa dispersion chromatique joue un rôle majeur.De cette manière, la fibre monomode a des exigences plus élevées pour la largeur spectrale et la stabilité de la source lumineuse, c'est-à-dire que la largeur spectrale est étroite et la stabilité est bonne..
Classification des fibres optiques
Par matière :
Fibre de verre : le noyau et la gaine sont en verre, avec une faible perte, une longue distance de transmission et un coût élevé ;
Fibre optique en silicone recouverte de caoutchouc : le noyau est en verre et la gaine en plastique, qui présente des caractéristiques similaires à la fibre de verre et un coût inférieur ;
Fibre optique en plastique : le noyau et la gaine sont en plastique, avec une grande perte, une courte distance de transmission et un prix bas.Principalement utilisé pour les appareils ménagers, l'audio et la transmission d'images à courte distance.
Selon la fenêtre de fréquence de transmission optimale : fibre monomode conventionnelle et fibre monomode à dispersion décalée.
Type conventionnel : la maison de production de fibres optiques optimise la fréquence de transmission de la fibre optique sur une seule longueur d'onde de lumière, telle que 1 300 nm.
Type à dispersion décalée : le producteur de fibres optiques optimise la fréquence de transmission de la fibre sur deux longueurs d'onde de lumière, telles que : 1 300 nm et 1 550 nm.
Changement brusque : L'indice de réfraction du cœur de la fibre par rapport à la gaine de verre est brusque.Il a un faible coût et une dispersion inter-mode élevée.Convient pour la communication à faible vitesse à courte distance, telle que le contrôle industriel.Cependant, la fibre monomode utilise un type de mutation en raison de la faible dispersion intermode.
Fibre à gradient : l'indice de réfraction du cœur de la fibre sur la gaine de verre est progressivement réduit, permettant à la lumière à mode élevé de se propager sous une forme sinusoïdale, ce qui peut réduire la dispersion entre les modes, augmenter la bande passante de la fibre et augmenter la distance de transmission, mais le coût est la fibre de mode supérieur est principalement une fibre graduée.
Spécifications communes des fibres
Taille de fibre :
1) Diamètre du noyau monomode : 9 / 125μm, 10 / 125μm
2) Diamètre de la gaine extérieure (2D) = 125μm
3) Diamètre du revêtement extérieur = 250μm
4) Queue de cochon : 300μm
5) Multimode : 50 / 125μm, norme européenne ;62,5 / 125μm, norme américaine
6) Réseaux industriels, médicaux et bas débit : 100 / 140μm, 200 / 230μm
7) Plastique : 98/1000μm, utilisé pour le contrôle automobile
Atténuation de la fibre
Les principaux facteurs à l'origine de l'atténuation des fibres sont les suivants : intrinsèque, courbure, compression, impuretés, irrégularités et bout à bout.
Intrinsèque : C'est la perte inhérente à la fibre optique, comprenant : la diffusion Rayleigh, l'absorption intrinsèque, etc.
Courbure : Lorsque la fibre est courbée, la lumière dans une partie de la fibre sera perdue en raison de la diffusion, ce qui entraînera une perte.
Compression : perte causée par une légère flexion de la fibre lorsqu'elle est comprimée.
Impuretés : les impuretés dans une fibre optique absorbent et dispersent la lumière transmise dans la fibre, provoquant des pertes.
Non uniforme : la perte causée par l'indice de réfraction irrégulier du matériau fibreux.
Amarrage : perte générée lors de l'amarrage de la fibre, telle que : différents axes (l'exigence de coaxialité de la fibre monomode est inférieure à 0,8μm), la face d'extrémité n'est pas perpendiculaire à l'axe, la face d'extrémité est inégale, le diamètre du noyau bout à bout ne correspond pas et la qualité de l'épissage est médiocre.
Type de câble optique
1) Selon les modes de pose : câbles optiques aériens autoportants, câbles optiques pipeline, câbles optiques blindés enterrés et câbles optiques sous-marins.
2) Selon la structure du câble optique, il existe : un câble optique à tube groupé, un câble optique torsadé en couche, un câble optique à maintien serré, un câble optique à ruban, un câble optique non métallique et un câble optique branchable.
3) Selon le but : câbles optiques pour communication longue distance, câbles optiques extérieurs pour courte distance, câbles optiques hybrides et câbles optiques pour bâtiments.
Connexion et terminaison de câbles optiques
La connexion et la terminaison des câbles optiques sont les compétences de base que le personnel de maintenance des câbles optiques doit maîtriser.
Classification de la technologie de connexion par fibre optique :
1) La technologie de connexion de la fibre optique et la technologie de connexion du câble optique sont en deux parties.
2) L'extrémité du câble optique est similaire à la connexion du câble optique, sauf que l'opération doit être différente en raison des différents matériaux du connecteur.
Type de connexion fibre
La connexion par câble à fibre optique peut généralement être divisée en deux catégories :
1) Connexion fixe de fibre optique (communément appelée connecteur mort).Utilisez généralement une épissure par fusion de fibres optiques ;utilisé pour la tête directe du câble optique.
2) Le connecteur actif de la fibre optique (communément appelé connecteur sous tension).Utilisez des connecteurs amovibles (communément appelés joints lâches).Pour le cavalier de fibre, la connexion d'équipement, etc.
En raison de l'incomplétude de la face d'extrémité de la fibre optique et de la non-uniformité de la pression sur la face d'extrémité de la fibre optique, la perte d'épissure de la fibre optique par une décharge est encore relativement importante, et la méthode de fusion par décharge secondaire est maintenant utilisé.Tout d'abord, préchauffez et déchargez la face d'extrémité de la fibre, façonnez la face d'extrémité, éliminez la poussière et les débris et uniformisez la pression d'extrémité de la fibre par préchauffage.
Méthode de surveillance de la perte de connexion de fibre optique
Il existe trois méthodes pour surveiller la perte de connexion fibre :
1. Moniteur sur la colleuse.
2. Surveillance de la source lumineuse et du wattmètre optique.
3.Méthode de mesure OTDR
Méthode de fonctionnement de la connexion par fibre optique
Les opérations de raccordement en fibre optique sont généralement réparties en :
1. Manipulation des extrémités des fibres.
2. Installation de connexion de fibre optique.
3. Épissage de fibre optique.
4. Protection des connecteurs de fibre optique.
5. Il y a cinq étapes pour le plateau de fibre restant.
Généralement, le raccordement de l'ensemble du câble optique s'effectue selon les étapes suivantes :
Étape 1 : beaucoup de bonne longueur, ouvrez et dénudez le câble optique, retirez la gaine du câble
Étape 2 : Nettoyez et retirez la pâte de remplissage à base de pétrole dans le câble optique.
Étape 3 : Regroupez la fibre.
Étape 4 : vérifiez le nombre de cœurs de fibre, effectuez l'appariement des fibres et vérifiez si les étiquettes de couleur des fibres sont correctes.
Étape 5 : Renforcez la connexion cardiaque ;
Étape 6 : Diverses paires de lignes auxiliaires, y compris les paires de lignes d'affaires, les paires de lignes de contrôle, les lignes de terre blindées, etc. (si les paires de lignes mentionnées ci-dessus sont disponibles.
Étape 7 : Connectez la fibre.
Étape 8 : Protégez le connecteur de fibre optique ;
Etape 9 : le stockage de l'inventaire de la fibre restante ;
Étape 10 : Terminez la connexion de la gaine du câble optique ;
Etape 11 : Protection des connecteurs fibre optique
Perte de fibres
1310 nm : 0,35 ~ 0,5 dB/Km
1550 nm : 0,2 ~ 0,3 dB/km
850 nm : 2,3 à 3,4 dB/Km
Perte de point de fusion de fibre optique : 0,08 dB/point
Point d'épissure fibre 1 point / 2km
Noms communs en fibres
1) Atténuation
Atténuation : perte d'énergie lorsque la lumière est transmise dans la fibre optique, fibre monomode 1310 nm 0,4 ~ 0,6 dB/km, 1550 nm 0,2 ~ 0,3 dB/km ;fibre plastique multimode 300dB/km
2) Dispersion
Dispersion : La bande passante des impulsions lumineuses est augmentée après avoir parcouru une certaine distance le long de la fibre.C'est le principal facteur limitant le débit de transmission.
Dispersion inter-mode : se produit uniquement dans les fibres multimodes, car différents modes de lumière se déplacent le long de différents chemins.
Dispersion du matériau : différentes longueurs d'onde de la lumière se propagent à différentes vitesses.
Dispersion du guide d'ondes : cela se produit parce que l'énergie lumineuse se déplace à des vitesses légèrement différentes lorsqu'elle se déplace à travers le noyau et la gaine.Dans la fibre monomode, il est très important de modifier la dispersion de la fibre en modifiant la structure interne de la fibre.
Type de fibre
Le point de dispersion zéro G.652 est d'environ 1300 nm
Le point de dispersion zéro G.653 est d'environ 1550 nm
Fibre à dispersion négative G.654
Fibre à dispersion décalée G.655
Fibre pleine onde
3) diffusion
En raison de la structure de base imparfaite de la lumière, une perte d'énergie lumineuse est provoquée et la transmission de la lumière à ce moment n'a plus une bonne directivité.
Connaissance de base du système de fibre optique
Introduction à l'architecture et aux fonctions d'un système de fibre optique de base :
1. Unité d'envoi : convertit les signaux électriques en signaux optiques ;
2. Unité de transmission : un support transportant des signaux optiques ;
3. Unité de réception : reçoit les signaux optiques et les convertit en signaux électriques ;
4. Connectez l'appareil : connectez la fibre optique à la source lumineuse, à la détection de lumière et aux autres fibres optiques.
Types de connecteurs courants
Type de face d'extrémité du connecteur
Coupleur
La fonction principale est de distribuer des signaux optiques.Des applications importantes sont dans les réseaux à fibres optiques, en particulier dans les réseaux locaux et dans les dispositifs de multiplexage par répartition en longueur d'onde.
structure basique
Le coupleur est un dispositif passif bidirectionnel.Les formes de base sont l'arbre et l'étoile.Le coupleur correspond au répartiteur.
WDM
WDM—Le multiplexeur par répartition en longueur d'onde transmet plusieurs signaux optiques dans une seule fibre optique.Ces signaux optiques ont des fréquences différentes et des couleurs différentes.Le multiplexeur WDM consiste à coupler plusieurs signaux optiques dans la même fibre optique ;le multiplexeur de démultiplexage doit distinguer plusieurs signaux optiques d'une même fibre optique.
Multiplexeur en longueur d'onde (légende)
Définition des impulsions dans les systèmes numériques :
1. Amplitude : La hauteur de l'impulsion représente l'énergie de puissance optique dans le système à fibre optique.
2. Temps de montée : le temps nécessaire pour que l'impulsion passe de 10 % à 90 % de l'amplitude maximale.
3. Temps de chute : le temps nécessaire pour que l'impulsion tombe de 90 % à 10 % de l'amplitude.
4. Largeur d'impulsion : La largeur de l'impulsion à la position d'amplitude de 50 %, exprimée en temps.
5. Cycle : le temps spécifique d'impulsion est le temps de travail nécessaire pour terminer un cycle.
6. Taux d'extinction : Le rapport de 1 puissance de signal lumineux à 0 puissance de signal lumineux.
Définition des unités communes en communication par fibre optique :
1.dB = 10 log10 (Pout / Pin)
Pout : puissance de sortie ;Broche : puissance d'entrée
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), qui est une unité largement utilisée en ingénierie des communications ;il représente généralement la puissance optique avec 1 milliwatt comme référence ;
Exemple:–10dBm signifie que la puissance optique est égale à 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)