Prednosti optičke komunikacije:
● Veliki komunikacijski kapacitet
● Velika udaljenost releja
● Nema elektromagnetskih smetnji
● Bogati resursi
● Mala težina i mala veličina
Kratka povijest optičkih komunikacija
Prije više od 2000 godina svjetionici, semafori
1880, optički telefon-bežična optička komunikacija
1970, optičke komunikacije
● Godine 1966., “otac optičkih vlakana”, dr. Gao Yong prvi je predložio ideju komunikacije optičkim vlaknima.
● Godine 1970. Lin Yanxiong Instituta Bell Yan bio je poluvodički laser koji je mogao kontinuirano raditi na sobnoj temperaturi.
● Godine 1970. Corningov Kapron napravio je gubitak od 20dB/km vlakana.
● Godine 1977., prva komercijalna linija u Chicagu od 45Mb/s.
Elektromagnetski spektar
Podjela komunikacijskih pojaseva i odgovarajući prijenosni mediji
Refrakcija/refleksija i potpuna refleksija svjetlosti
Budući da svjetlost putuje različito u različitim tvarima, kada se svjetlost emitira s jedne tvari na drugu, dolazi do loma i refleksije na sučelju između dviju tvari.Štoviše, kut lomljene svjetlosti varira s kutom upadne svjetlosti.Kada kut upadne svjetlosti dosegne ili prijeđe određeni kut, lomljena svjetlost će nestati, a sva upadna svjetlost će se reflektirati natrag.Ovo je potpuna refleksija svjetla.Različiti materijali imaju različite kutove loma za istu valnu duljinu svjetlosti (odnosno, različiti materijali imaju različite indekse loma), a isti materijali imaju različite kutove loma za različite valne duljine svjetlosti.Komunikacija optičkim vlaknima temelji se na gore navedenim principima.
Raspodjela reflektivnosti: važan parametar za karakterizaciju optičkih materijala je indeks loma, koji je predstavljen s N. Omjer brzine svjetlosti C u vakuumu i brzine svjetlosti V u materijalu je indeks loma materijala.
N = C / V
Indeks loma kvarcnog stakla za komunikaciju optičkim vlaknima je oko 1,5.
Struktura vlakana
Golo vlakno se općenito dijeli na tri sloja:
Prvi sloj: središnja staklena jezgra s visokim indeksom loma (promjer jezgre je općenito 9-10μm, (jednomodni) 50 ili 62,5 (višemodni).
Drugi sloj: sredina je obloga od silicijevog stakla s niskim indeksom loma (promjer je općenito 125μm).
Treći sloj: krajnji vanjski je sloj smole za ojačanje.
1) jezgra: visok indeks loma, koristi se za prijenos svjetlosti;
2) Obloga: nizak indeks loma, stvara stanje potpune refleksije s jezgrom;
3) Zaštitni omotač: ima veliku čvrstoću i može izdržati velike udarce kako bi zaštitio optičko vlakno.
3 mm optički kabel: narančasti, MM, multi-mode;žuta, SM, jednomodna
Veličina vlakana
Vanjski promjer je općenito 125um (prosječno 100um po kosi)
Unutarnji promjer: single mode 9um;višemodni 50 / 62.5um
Numerička apertura
Optičko vlakno ne može prenijeti svu svjetlost koja pada na čeonu stranu optičkog vlakna, već samo svjetlost koja pada unutar određenog raspona kutova.Ovaj kut se naziva numerička apertura vlakna.Veći numerički otvor optičkog vlakna je prednost za spajanje optičkog vlakna.Različiti proizvođači imaju različite numeričke otvore.
Vrsta vlakana
Prema načinu prijenosa svjetlosti u optičkom vlaknu, može se podijeliti na:
Multi-Mode (kratica: MM);Jednomodni (skraćenica: SM)
Višemodno vlakno: središnja staklena jezgra je deblja (50 ili 62,5μm) i može prenositi svjetlost na više načina.Međutim, njegova međumodna disperzija je velika, što ograničava frekvenciju odašiljanja digitalnih signala, a bit će sve ozbiljnija s povećanjem udaljenosti.Na primjer: vlakno od 600MB/KM ima samo 300MB propusnosti na 2KM.Stoga je udaljenost prijenosa višemodnih vlakana relativno kratka, općenito samo nekoliko kilometara.
Jednomodno vlakno: središnja staklena jezgra je relativno tanka (promjer jezgre je općenito 9 ili 10μm), i može prenositi svjetlost samo u jednom modu.Zapravo, to je vrsta optičkog vlakna stepenastog tipa, ali je promjer jezgre vrlo mali.U teoriji, samo izravna svjetlost jednog puta širenja smije ući u vlakno i širiti se ravno u jezgri vlakna.Puls vlakana je jedva rastegnut.Stoga je njegova međumodna disperzija mala i prikladna za komunikaciju na daljinu, ali njegova kromatska disperzija igra glavnu ulogu.Na taj način, jednomodno vlakno ima veće zahtjeve za spektralnu širinu i stabilnost izvora svjetlosti, odnosno spektralna širina je uska, a stabilnost dobra..
Podjela optičkih vlakana
Po materijalu:
Staklena vlakna: Jezgra i obloga izrađeni su od stakla, s malim gubicima, velikom udaljenošću prijenosa i visokom cijenom;
Silikonsko optičko vlakno prekriveno gumom: jezgra je od stakla, a obloga od plastike, koja ima slične karakteristike staklenim vlaknima i nižu cijenu;
Plastično optičko vlakno: I jezgra i omotač su plastični, s velikim gubicima, kratkom udaljenošću prijenosa i niskom cijenom.Uglavnom se koristi za kućanske aparate, audio i prijenos slike na kratke udaljenosti.
Prema prozoru optimalne frekvencije prijenosa: konvencionalno jednomodno vlakno i jednomodno vlakno s pomakom disperzije.
Konvencionalni tip: kuća za proizvodnju optičkih vlakana optimizira frekvenciju prijenosa optičkih vlakana na jednoj valnoj duljini svjetlosti, kao što je 1300 nm.
Tip s pomakom disperzije: Proizvođač optičkih vlakana optimizira frekvenciju prijenosa vlakana na dvije valne duljine svjetlosti, kao što su: 1300nm i 1550nm.
Nagla promjena: Indeks loma jezgre vlakna u odnosu na staklenu oblogu je nagao.Ima nisku cijenu i visoku međumodnu disperziju.Prikladno za komunikaciju male brzine na kratkim udaljenostima, kao što je industrijska kontrola.Međutim, jednomodno vlakno koristi vrstu mutacije zbog male međumodne disperzije.
Gradijentno vlakno: indeks loma jezgre vlakna u odnosu na staklenu oblogu postupno se smanjuje, dopuštajući svjetlu visokog moda da se širi u sinusoidalnom obliku, što može smanjiti disperziju između modova, povećati propusnost vlakna i povećati udaljenost prijenosa, ali trošak je Vlakna višeg načina rada uglavnom su gradirana vlakna.
Uobičajene specifikacije vlakana
Veličina vlakana:
1) Jednomodni promjer jezgre: 9 / 125μm, 10 / 125μm
2) Promjer vanjske obloge (2D) = 125μm
3) Promjer vanjske prevlake = 250μm
4) Rep: 300μm
5) Višemodni: 50 / 125μm, europski standard;62,5 / 125μm, američki standard
6) Industrijske, medicinske i mreže malih brzina: 100 / 140μm, 200 / 230μm
7) Plastika: 98 / 1000μm, koji se koristi za kontrolu automobila
Prigušenje vlakana
Glavni čimbenici koji uzrokuju atenuaciju vlakana su: unutarnji, savijanje, stiskanje, nečistoće, neravnine i sučelje.
Intrinzički: To je inherentni gubitak optičkog vlakna, uključujući: Rayleighovo raspršenje, intrinzičnu apsorpciju itd.
Savijanje: Kada je vlakno savijeno, svjetlost u dijelu vlakna će se izgubiti zbog raspršenja, što će rezultirati gubitkom.
Gnječenje: gubitak uzrokovan laganim savijanjem vlakna kada se stisne.
Nečistoće: Nečistoće u optičkom vlaknu apsorbiraju i raspršuju svjetlost koja se prenosi u vlaknu, uzrokujući gubitke.
Nejednolik: Gubitak uzrokovan nejednakim indeksom loma vlaknastog materijala.
Spajanje: Gubitak generiran tijekom spajanja vlakana, kao što su: različite osi (zahtjev koaksijalnosti jednomodnog vlakna manji je od 0,8μm), krajnja strana nije okomita na os, čeona strana je neravna, promjer čeone jezgre ne odgovara, a kvaliteta spajanja je loša.
Vrsta optičkog kabela
1) Prema načinu polaganja: samonosivi nadzemni optički kabeli, optički kabeli za cjevovode, oklopni ukopani optički kabeli i podmorski optički kabeli.
2) Prema strukturi optičkog kabela, postoje: optički kabel u snopu cijevi, slojevito upleteni optički kabel, optički kabel s čvrstim držanjem, vrpčasti optički kabel, nemetalni optički kabel i račvi optički kabel.
3) Prema namjeni: optički kabeli za komunikaciju na daljinu, vanjski optički kabeli za kratke udaljenosti, hibridni optički kabeli i optički kabeli za zgrade.
Spajanje i završavanje optičkih kabela
Spajanje i završavanje optičkih kabela osnovne su vještine koje osoblje za održavanje optičkih kabela mora savladati.
Klasifikacija tehnologije spajanja optičkih vlakana:
1) Tehnologija spajanja optičkog vlakna i tehnologija povezivanja optičkog kabela dva su dijela.
2) Kraj optičkog kabela sličan je spoju optičkog kabela, osim što bi rad trebao biti drugačiji zbog različitih materijala konektora.
Vrsta veze vlakana
Povezivanje optičkim kabelom općenito se može podijeliti u dvije kategorije:
1) Fiksna veza optičkih vlakana (poznata kao mrtvi konektor).Općenito koristite uređaj za spajanje optičkih vlakana;koristi se za izravnu glavu optičkog kabela.
2) Aktivni konektor optičkog vlakna (poznatiji kao konektor pod naponom).Koristite uklonjive spojnice (poznate kao labavi spojevi).Za optički premosnik, priključak opreme itd.
Zbog nedovršenosti čeone strane optičkog vlakna i nejednolikosti pritiska na čeonoj plohi optičkog vlakna, gubitak spajanja optičkog vlakna jednim pražnjenjem je još uvijek relativno velik, a metoda fuzije sekundarnog pražnjenja sada se koristi.Najprije prethodno zagrijte i ispraznite čeonu površinu vlakna, oblikujte čeonu površinu, uklonite prašinu i ostatke i ujednačite krajnji pritisak predgrijavanjem.
Metoda praćenja gubitka veze optičkih vlakana
Postoje tri metode za praćenje gubitka optičke veze:
1. Monitor na splajseru.
2. Nadzor izvora svjetlosti i mjerač optičke snage.
3.OTDR metoda mjerenja
Način rada spajanja optičkih vlakana
Operacije spajanja optičkih vlakana općenito se dijele na:
1. Rukovanje krajevima vlakana.
2. Priključna instalacija optičkog vlakna.
3. Spajanje optičkih vlakana.
4. Zaštita konektora optičkih vlakana.
5. Postoji pet koraka za preostalu ladicu za vlakna.
Općenito, spajanje cijelog optičkog kabela izvodi se prema sljedećim koracima:
Korak 1: puno dobre duljine, otvorite i skinite optički kabel, uklonite omotač kabela
Korak 2: Očistite i uklonite pastu za punjenje petroleuma u optičkom kabelu.
Korak 3: Skupite vlakna.
Korak 4: Provjerite broj jezgri vlakana, izvršite uparivanje vlakana i provjerite jesu li oznake boja vlakana točne.
Korak 5: Ojačajte vezu srca;
Korak 6: Razni parovi pomoćnih linija, uključujući parove poslovnih linija, parove kontrolnih linija, oklopljene uzemljene vodove itd. (ako su gore spomenuti parovi linija dostupni.
Korak 7: Spojite vlakno.
Korak 8: Zaštitite konektor optičkog vlakna;
Korak 9: skladištenje inventara preostalih vlakana;
Korak 10: Dovršite spajanje omotača optičkog kabela;
Korak 11: Zaštita konektora optičkih vlakana
Gubitak vlakana
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB / km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3 dB / km
850 nm: 2,3 do 3,4 dB/km
Gubitak točke spajanja optičkog vlakna: 0,08 dB/bod
Točka spajanja vlakana 1 točka / 2 km
Zajedničke vlaknaste imenice
1) Prigušenje
Prigušenje: gubitak energije kada se svjetlost prenosi u optičkom vlaknu, jednomodno vlakno 1310nm 0,4 ~ 0,6dB/km, 1550nm 0,2 ~ 0,3dB/km;plastično multimodno vlakno 300dB/km
2) Disperzija
Disperzija: Širina pojasa svjetlosnih impulsa povećava se nakon prijeđene određene udaljenosti duž vlakna.To je glavni faktor koji ograničava brzinu prijenosa.
Međumodna disperzija: Javlja se samo u višemodnim vlaknima, jer različiti modovi svjetlosti putuju različitim stazama.
Disperzija materijala: Različite valne duljine svjetlosti putuju različitim brzinama.
Disperzija valovoda: Do toga dolazi jer svjetlosna energija putuje malo drugačijim brzinama dok putuje kroz jezgru i omotač.U jednomodnom vlaknu vrlo je važno promijeniti disperziju vlakna promjenom unutarnje strukture vlakna.
Vrsta vlakana
G.652 nulta točka disperzije je oko 1300nm
G.653 nulta točka disperzije je oko 1550nm
G.654 vlakno s negativnom disperzijom
G.655 vlakno s pomakom disperzije
Punovalno vlakno
3) raspršivanje
Zbog nesavršene osnovne strukture svjetlosti dolazi do gubitka svjetlosne energije, a prijenos svjetlosti u ovom trenutku više nema dobru usmjerenost.
Osnovno poznavanje optičkog sustava
Uvod u arhitekturu i funkcije osnovnog optičkog sustava:
1. Jedinica za slanje: pretvara električne signale u optičke signale;
2. Prijenosna jedinica: medij koji prenosi optičke signale;
3. Prijemna jedinica: prima optičke signale i pretvara ih u električne signale;
4. Spojite uređaj: spojite optičko vlakno na izvor svjetla, detekciju svjetla i druga optička vlakna.
Uobičajene vrste konektora
Vrsta čelne strane konektora
Spojnica
Glavna funkcija je distribucija optičkih signala.Važne primjene su u mrežama optičkih vlakana, posebno u lokalnim mrežama i u uređajima za multipleksiranje s valnim duljinama.
osnovna struktura
Spojnica je dvosmjerni pasivni uređaj.Osnovni oblici su stablo i zvijezda.Spojnica odgovara razdjelniku.
WDM
WDM—Wavelength Division Multiplexer prenosi više optičkih signala u jednom optičkom vlaknu.Ti optički signali imaju različite frekvencije i različite boje.WDM multiplekser spaja više optičkih signala u isto optičko vlakno;demultipleksirajući multiplekser je razlikovati više optičkih signala iz jednog optičkog vlakna.
Multipleksor s podjelom valnih duljina (legenda)
Definicija impulsa u digitalnim sustavima:
1. Amplituda: Visina impulsa predstavlja energiju optičke snage u sustavu optičkih vlakana.
2. Vrijeme porasta: vrijeme potrebno da puls poraste od 10% do 90% maksimalne amplitude.
3. Vrijeme pada: vrijeme potrebno da puls padne s 90% na 10% amplitude.
4. Širina pulsa: Širina pulsa na poziciji amplitude od 50%, izražena u vremenu.
5. Ciklus: specifično vrijeme pulsa je radno vrijeme potrebno za završetak ciklusa.
6. Omjer gašenja: Omjer 1 snage signalnog svjetla i 0 snage signalnog svjetla.
Definicija uobičajenih jedinica u komunikaciji optičkim vlaknima:
1.dB = 10 log10 (Pout / Pin)
Pout: izlazna snaga;Pin: ulazna snaga
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), što je široko korištena jedinica u komunikacijskom inženjerstvu;obično predstavlja optičku snagu s 1 milivatom kao referencom;
primjer:–10dBm znači da je optička snaga jednaka 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)