Osnovni koncept optičke komunikacije.
Optičko vlakno je dielektrični optički valovod, struktura valovoda koja blokira svjetlost i širi svjetlost u aksijalnom smjeru.
Vrlo fino vlakno od kvarcnog stakla, sintetičke smole itd.
Jednomodno vlakno: jezgra 8-10um, omotač 125um
Višemodno vlakno: jezgra 51um, omotač 125um
Komunikacijski način prijenosa optičkih signala pomoću optičkih vlakana naziva se komunikacija optičkim vlaknima.
Svjetlosni valovi spadaju u kategoriju elektromagnetskih valova.
Raspon valnih duljina vidljive svjetlosti je 390-760 nm, dio veći od 760 nm je infracrveno svjetlo, a dio manji od 390 nm je ultraljubičasto svjetlo.
Radni prozor svjetlosnog vala (tri komunikacijska prozora):
Raspon valnih duljina koji se koristi u komunikaciji optičkim vlaknima nalazi se u području bliskom infracrvenom
Područje kratke valne duljine (vidljiva svjetlost, koja je golim okom narančasta svjetlost) 850 nm narančasta svjetlost
Područje dugih valnih duljina (područje nevidljivog svjetla) 1310 nm (teorijska minimalna točka disperzije), 1550 nm (teorijska minimalna točka prigušenja)
Struktura i klasifikacija vlakana
1.Struktura vlakna
Idealna struktura vlakana: jezgra, obloga, premaz, omotač.
Jezgra i obloga izrađeni su od kvarcnog materijala, a mehanička svojstva su relativno krhka i lako se lome.Stoga se općenito dodaju dva sloja premaznog sloja, jedan tip smole i jedan sloj najlonskog tipa, tako da fleksibilna izvedba vlakana doseže zahtjeve praktične primjene projekta.
2.Klasifikacija optičkih vlakana
(1) Vlakno se dijeli prema raspodjeli indeksa loma poprečnog presjeka vlakna: dijeli se na vlakno stepenastog tipa (jednoliko vlakno) i gradirano vlakno (nejednoliko vlakno).
Pretpostavimo da jezgra ima indeks loma n1, a indeks loma ovojnice n2.
Kako bi jezgra mogla prenositi svjetlost na velike udaljenosti, nužan uvjet za konstrukciju optičkog vlakna je n1>n2
Distribucija indeksa loma jednoličnog vlakna je konstanta
Zakon raspodjele indeksa loma nejednolikog vlakna:
Među njima, △ – relativna razlika indeksa loma
Α—indeks loma, α=∞—stepenasto vlakno s raspodjelom indeksa loma, α=2—vlakno s kvadratnom raspodjelom indeksa loma (gradirano vlakno).Ovo se vlakno uspoređuje s drugim gradiranim vlaknima. Minimalna optimalna disperzija načina.
(1) Prema broju modova koji se prenose u jezgri: podijeljeno na višemodno vlakno i jednomodno vlakno
Uzorak se ovdje odnosi na distribuciju elektromagnetskog polja svjetlosti koje se prenosi u optičkom vlaknu.Različite raspodjele polja su različiti načini.
Single mode (u vlaknu se prenosi samo jedan mod), multimode (u vlaknu se istovremeno prenosi više modova)
Trenutačno, zbog sve većih zahtjeva za brzinom prijenosa i sve većeg broja prijenosa, mreža metropolitanskog područja razvija se u smjeru velikih brzina i velikog kapaciteta, tako da su većina njih jednomodna stepenasta vlakna.(Karakteristike prijenosa same po sebi su bolje od multimodnog vlakna)
(2) Karakteristike optičkog vlakna:
①Karakteristike gubitka optičkog vlakna: Svjetlosni valovi se prenose u optičkom vlaknu, a optička snaga postupno opada kako se udaljenost prijenosa povećava.
Uzroci gubitka vlakana uključuju: gubitak spoja, gubitak apsorpcije, gubitak raspršenja i gubitak zračenja savijanjem.
Gubitak spoja je gubitak uzrokovan spojem između vlakna i uređaja.
Gubici apsorpcije uzrokovani su apsorpcijom svjetlosne energije vlaknastim materijalima i nečistoćama.
Gubitak raspršenja dijeli se na Rayleighovo raspršenje (nejednolikost indeksa loma) i raspršenje valovodom (neravnomjernost materijala).
Gubitak zračenja savijanjem je gubitak uzrokovan savijanjem vlakna što dovodi do načina zračenja uzrokovanog savijanjem vlakna.
②Karakteristike disperzije optičkog vlakna: Različite frekvencijske komponente u signalu koji prenosi optičko vlakno imaju različite brzine prijenosa, a fizička pojava izobličenja uzrokovana širenjem impulsa signala kada stigne do terminala naziva se disperzija.
Disperzija se dijeli na modalnu disperziju, materijalnu disperziju i valovodnu disperziju.
Osnovne komponente optičkih komunikacijskih sustava
Pošalji dio:
Izlaz signala pulsne modulacije od strane električnog odašiljača (električni terminal) šalje se optičkom odašiljaču (signal koji šalje programski kontrolirani prekidač se obrađuje, valni oblik se oblikuje, inverzni uzorak se mijenja ... u odgovarajući električni signal i šalje se optičkom odašiljaču)
Primarna uloga optičkog odašiljača je pretvaranje električnog signala u optički signal koji je spojen na vlakno.
Prijemni dio:
Pretvaranje optičkih signala koji se prenose optičkim vlaknima u električne signale
Obrada električnog signala vraća se na izvorni impulsno modulirani signal i šalje na električni terminal (električni signal koji šalje optički prijamnik se obrađuje, valni oblik se oblikuje, inverzni uzorak se invertira... odgovarajući električni signal je poslana natrag na programabilni prekidač)
Prijenosni dio:
Jednomodno vlakno, optički repetitor (električni regenerativni repetitor (optičko-električno-optičko pojačanje pretvorbe, kašnjenje prijenosa će biti veće, krug odlučivanja o impulsu koristit će se za oblikovanje valnog oblika i vremena), vlaknasto pojačalo dopirano erbijem (dovršava pojačanje na optičkoj razini, bez oblikovanja valnog oblika)
(1) Optički odašiljač: To je optički primopredajnik koji ostvaruje električnu/optičku pretvorbu.Sastoji se od izvora svjetlosti, pokretača i modulatora.Funkcija je modulirati svjetlosni val iz električnog stroja u svjetlosni val koji emitira izvor svjetlosti da postane prigušeni val, a zatim spojiti modulirani optički signal na optičko vlakno ili optički kabel za prijenos.
(2) Optički prijamnik: je optički primopredajnik koji ostvaruje optičko/električnu pretvorbu.Korisni model sastoji se od kruga za detekciju svjetla i optičkog pojačala, a funkcija je pretvaranje optičkog signala koji prenosi optičko vlakno ili optički kabel u električni signal pomoću optičkog detektora, a zatim pojačavanje slabog električnog signala na dovoljnu razinu kroz krug za pojačanje da se pošalje na signal.Prijemni kraj električnog stroja ide.
(3) Vlakno/kabel: Vlakno ili kabel čini put prijenosa svjetlosti.Funkcija je prijenos prigušenog signala koji šalje odašiljačka strana do optičkog detektora primateljske strane nakon prijenosa na velike udaljenosti kroz optičko vlakno ili optički kabel kako bi se dovršio zadatak prijenosa informacija.
(4) Optički repetitor: sastoji se od fotodetektora, izvora svjetlosti i kruga regeneracije odluke.Postoje dvije funkcije: jedna je kompenzirati slabljenje optičkog signala koji se prenosi optičkim vlaknom;drugi je oblikovati puls izobličenja valnog oblika.
(5) Pasivne komponente kao što su konektori za optička vlakna, spojnice (nema potrebe za zasebnim napajanjem, ali uređaj i dalje gubi): Budući da je duljina vlakna ili kabela ograničena postupkom izvlačenja vlakana i uvjetima konstrukcije kabela, a duljina vlakna je također ograničena (npr. 2 km).Stoga može postojati problem da je više optičkih vlakana povezano u jednu liniju optičkih vlakana.Stoga je neizostavno povezivanje optičkih vlakana, spajanje i sprezanje optičkih vlakana i optičkih primopredajnika te korištenje pasivnih komponenti poput optičkih konektora i spojnica.
Nadmoćnost komunikacije optičkim vlaknima
Propusnost prijenosa, veliki komunikacijski kapacitet
Niski gubici prijenosa i velika udaljenost releja
Jake anti-elektromagnetske smetnje
(Osim bežične veze: bežični signali imaju mnogo učinaka, prednosti višestaznosti, efekte sjene, Rayleighovo blijeđenje, Doppler efekte
U usporedbi s koaksijalnim kabelom: optički signal je veći od koaksijalnog kabela i ima dobru povjerljivost)
Frekvencija svjetlosnog vala je vrlo visoka, u usporedbi s drugim elektromagnetskim valovima, smetnje su male.
Nedostaci optičkog kabela: loša mehanička svojstva, lako se lomi (poboljšava mehaničke performanse, utjecat će na otpornost na smetnje), potrebno je dugo vremena za izradu i na njega utječu geografski uvjeti.