Az optikai kommunikáció előnyei:
● Nagy kommunikációs kapacitás
● Hosszú relé távolság
● Nincs elektromágneses interferencia
● Gazdag források
● Könnyű súly és kis méret
Az optikai kommunikáció rövid története
Több mint 2000 évvel ezelőtt a jelzőfények, szemaforok
1880, optikai telefon-vezeték nélküli optikai kommunikáció
1970, száloptikai kommunikáció
● 1966-ban, „Az optikai szál atyja”, Dr. Gao Yong javasolta először az optikai szálas kommunikáció ötletét.
● 1970-ben a Bell Yan Institute Lin Yanxiong nevű félvezető lézere volt, amely szobahőmérsékleten folyamatosan működött.
● 1970-ben a Corning's Kapron 20 dB/km szálveszteséget termelt.
● 1977-ben Chicago első kereskedelmi vonala 45Mb/s.
Elektromágneses spektrum
Kommunikációs sávfelosztás és a megfelelő átviteli közeg
Fénytörés / visszaverődés és teljes visszaverődés
Mivel a fény a különböző anyagokban eltérően halad, amikor egyik anyagból a másikba fényt bocsátanak ki, a két anyag határfelületén törés és visszaverődés következik be.Ezenkívül a megtört fény szöge a beeső fény szögével változik.Amikor a beeső fény szöge elér vagy meghalad egy bizonyos szöget, a megtört fény eltűnik, és az összes beeső fény visszaverődik.Ez a fény teljes visszaverődése.Különböző anyagoknak eltérő törésszöge van azonos hullámhosszú fényhez (azaz a különböző anyagoknak más a törésmutatója), és ugyanazon anyagok eltérő törésszöggel rendelkeznek a különböző hullámhosszú fényekhez.Az optikai szálas kommunikáció a fenti elveken alapul.
Reflexiósság-eloszlás: Az optikai anyagok jellemzésének fontos paramétere a törésmutató, amelyet N képvisel. A vákuumban lévő C fénysebesség és az anyagban lévő V fénysebesség aránya az anyag törésmutatója.
N = C/V
A kvarcüveg törésmutatója az optikai szálas kommunikációhoz körülbelül 1,5.
Szálszerkezet
A csupasz rostszál általában három rétegre oszlik:
Az első réteg: a középső nagy törésmutatójú üvegmag (a mag átmérője általában 9-10μm, (egymódusú) 50 vagy 62,5 (multimode).
A második réteg: a középső az alacsony törésmutatójú szilikaüveg burkolat (átmérője általában 125).μm).
A harmadik réteg: a legkülső egy gyanta bevonat megerősítésre.
1) mag: magas törésmutató, fényátvitelre szolgál;
2) Burkolat bevonat: alacsony törésmutató, teljes visszaverődési állapotot képez a maggal;
3) Védőkabát: Nagy szilárdságú, és ellenáll a nagy ütéseknek, hogy megvédje az optikai szálat.
3 mm-es optikai kábel: narancssárga, MM, többmódusú;sárga, SM, egymódusú
A rost mérete
A külső átmérő általában 125 um (átlagosan 100 um hajonként)
Belső átmérő: egymódusú 9um;multimódusú 50 / 62,5 um
Numerikus rekesznyílás
Az optikai szál nem képes átvinni az optikai szál végfelületére beeső összes fényt, hanem csak bizonyos szögtartományon belül a beeső fényt.Ezt a szöget a szál numerikus apertúrájának nevezik.Az optikai szál nagyobb numerikus apertúrája előnyös az optikai szál dokkolásánál.A különböző gyártók különböző numerikus rekesznyílásokkal rendelkeznek.
A rost típusa
Az optikai szálban lévő fény átviteli módja szerint a következőkre osztható:
Multi-Mode (rövidítés: MM);Egymódusú (rövidítés: SM)
Multimódusú szál: A középső üvegmag vastagabb (50 vagy 62,5μm) és többféle módban képes továbbítani a fényt.Módusok közötti szórása azonban nagy, ami korlátozza a digitális jelek továbbításának gyakoriságát, és a távolság növekedésével súlyosbodik.Például: a 600 MB / KM üvegszál 2 km-en csak 300 MB sávszélességgel rendelkezik.Ezért a többmódusú szál átviteli távolsága viszonylag rövid, általában csak néhány kilométer.
Egymódusú szál: A középső üvegmag viszonylag vékony (a mag átmérője általában 9 vagy 10μm), és csak egy üzemmódban képes továbbítani a fényt.Valójában ez egyfajta lépcsős típusú optikai szál, de a mag átmérője nagyon kicsi.Elméletileg csak egyetlen terjedési út közvetlen fénye léphet be a szálba és terjedhet egyenesen a szálmagban.A szálimpulzus alig nyúlik meg.Emiatt a módusok közötti szórása kicsi és alkalmas távoli kommunikációra, de a kromatikus diszperziója nagy szerepet játszik.Ily módon az egymódusú optikai szálaknak magasabb követelményeket támasztanak a fényforrás spektrális szélességével és stabilitásával szemben, vagyis a spektrális szélesség szűk és a stabilitás jó..
Az optikai szálak osztályozása
Anyag szerint:
Üvegszál: A mag és a burkolat üvegből készül, kis veszteséggel, nagy átviteli távolsággal és magas költségekkel;
Gumi borítású szilícium optikai szál: a mag üveg, a burkolat pedig műanyag, amely az üvegszálhoz hasonló tulajdonságokkal és alacsonyabb költséggel rendelkezik;
Műanyag optikai szál: Mind a mag, mind a burkolat műanyag, nagy veszteséggel, rövid átviteli távolsággal és alacsony árral.Leginkább háztartási gépekhez, hang- és rövidtávú képátvitelhez használják.
Az optimális átviteli frekvenciaablak szerint: hagyományos egymódusú szál és diszperziós eltolt egymódusú szál.
Hagyományos típus: Az optikai szál gyártóház optimalizálja az optikai szál átviteli frekvenciáját egyetlen hullámhosszon, például 1300 nm-en.
Diszperziós eltolt típus: A száloptika gyártója optimalizálja a szál átviteli frekvenciáját két hullámhosszon, például: 1300 nm és 1550 nm.
Hirtelen változás: A szálmag törésmutatója az üvegburkolathoz képest hirtelen.Alacsony költséggel és nagy inter-mode diszperzióval rendelkezik.Alkalmas kis távolságú, kis sebességű kommunikációra, például ipari vezérlésre.Az egymódusú szál azonban mutációs típust használ a kis inter-módusú diszperzió miatt.
Gradiens szál: a szálmag törésmutatója az üvegburkolathoz képest fokozatosan csökken, lehetővé téve a nagy módú fény szinuszos formában terjedését, ami csökkentheti a módok közötti diszperziót, növelheti a szál sávszélességét és növelheti az átviteli távolságot, de a költség magasabb módú szál többnyire osztályozott szál.
Általános szálspecifikációk
Rost mérete:
1) Egymódusú magátmérő: 9/125μm, 10/125μm
2) A burkolat külső átmérője (2D) = 125μm
3) A bevonat külső átmérője = 250μm
4) Pigtail: 300μm
5) Multimód: 50/125μm, európai szabvány;62,5 / 125μm, amerikai szabvány
6) Ipari, egészségügyi és kis sebességű hálózatok: 100 / 140μm, 200/230μm
7) Műanyag: 98 / 1000μm, autóvezérlésre használják
Szálcsillapítás
A szálak csillapítását okozó fő tényezők a következők: belső, hajlítás, összenyomás, szennyeződések, egyenetlenségek és fenék.
Intrinsic: Az optikai szál eredendő vesztesége, beleértve: Rayleigh-szórást, belső abszorpciót stb.
Hajlítás: Amikor a szál meg van hajlítva, a szál egy részének fénye elvész a szóródás miatt, ami veszteséget eredményez.
Összenyomódás: a szál enyhe meggörbülése okozta veszteség, amikor összenyomják.
Szennyeződések: Az optikai szálban lévő szennyeződések elnyelik és szétszórják a szálon áthaladó fényt, veszteséget okozva.
Nem egyenletes: A szálanyag egyenetlen törésmutatója által okozott veszteség.
Dokkolás: A szálas dokkolás során keletkező veszteség, például: különböző tengelyek (az egymódusú szál koaxiális követelménye kisebb, mint 0,8μm), a homlokfelület nem merőleges a tengelyre, a homlokfelület egyenetlen, a tompamag átmérője nem egyezik, és a toldás minősége rossz.
Optikai kábel típusa
1) A fektetési módszerek szerint: önhordó felső optikai kábelek, csővezeték-optikai kábelek, páncélozott földbe fektetett optikai kábelek és tenger alatti optikai kábelek.
2) Az optikai kábel szerkezete szerint a következők vannak: kötegelt cső optikai kábel, rétegcsavart optikai kábel, szorosan tartó optikai kábel, szalagos optikai kábel, nem fém optikai kábel és elágazó optikai kábel.
3) A célnak megfelelően: nagy távolságú kommunikációhoz optikai kábelek, rövidtávú kültéri optikai kábelek, hibrid optikai kábelek, épületek optikai kábelei.
Optikai kábelek csatlakoztatása és lezárása
Az optikai kábelek csatlakoztatása és lezárása az az alapvető készség, amelyet az optikai kábel karbantartó személyzetének el kell sajátítania.
Az optikai szálas csatlakozási technológia osztályozása:
1) Az optikai szál csatlakozási technológiája és az optikai kábel csatlakozási technológiája két részből áll.
2) Az optikai kábel vége hasonló az optikai kábel csatlakozásához, azzal a különbséggel, hogy a különböző csatlakozóanyagok miatt a működésnek eltérőnek kell lennie.
A szálas csatlakozás típusa
Az optikai kábeles csatlakozás általában két kategóriába sorolható:
1) Optikai szál rögzített csatlakozása (közismert nevén holt csatlakozó).Általában használjon optikai szál fúziós splicer;az optikai kábel közvetlen fejéhez használják.
2) Az optikai szál aktív csatlakozója (általános nevén élő csatlakozó).Használjon kivehető csatlakozókat (általános nevén laza kötéseket).Fiber jumperhez, berendezés csatlakoztatásához stb.
Az optikai szál végfelületének hiányossága és az optikai szál végfelületére nehezedő nyomás egyenetlensége miatt az optikai szál egy kisüléssel történő illesztési vesztesége még mindig viszonylag nagy, és a másodlagos kisülési fúziós módszer most használatos.Először melegítse elő és ürítse ki a szál végfelületét, alakítsa ki a végfelületet, távolítsa el a port és a törmeléket, és előmelegítéssel egységesítse a szál végnyomását.
Az optikai szálas kapcsolat elvesztésének megfigyelési módszere
Három módszer létezik az üvegszálas kapcsolat elvesztésének megfigyelésére:
1. Figyelje a splicer-t.
2. Fényforrás és optikai teljesítménymérő monitorozása.
3.OTDR mérési módszer
Optikai szálas csatlakozás működési módja
Az optikai szálas csatlakozási műveletek általában a következőkre oszlanak:
1. A szálak végfelületeinek kezelése.
2. Optikai szál csatlakozás telepítése.
3. Optikai szál toldása.
4. Optikai szálas csatlakozók védelme.
5. A maradék rosttálca öt lépésből áll.
Általában a teljes optikai kábel csatlakoztatása a következő lépések szerint történik:
1. lépés: jó hosszúságú, nyissa ki és csupaszítsa le az optikai kábelt, távolítsa el a kábel hüvelyét
2. lépés: Tisztítsa meg és távolítsa el a petróleumtöltő pasztát az optikai kábelből.
3. lépés: Kösse össze a szálat.
4. lépés: Ellenőrizze a szálmagok számát, végezze el a szálpárosítást, és ellenőrizze, hogy a szálak színcímkéi helyesek-e.
5. lépés: Erősítse meg a szívkapcsolatot;
6. lépés: Különféle segédvonalpárok, beleértve az üzletág-párokat, a vezérlővonal-párokat, az árnyékolt földvezetékeket stb. (ha a fent említett vonalpárok rendelkezésre állnak.
7. lépés: Csatlakoztassa a szálat.
8. lépés: Védje meg az optikai szálas csatlakozót;
9. lépés: a maradék szál készlettárolása;
10. lépés: Hajtsa végre az optikai kábel köpenyének csatlakoztatását;
11. lépés: Optikai csatlakozók védelme
Rostveszteség
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB / Km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3 dB / Km
850 nm: 2,3-3,4 dB / Km
Optikai szál fúziós pont veszteség: 0,08 dB / pont
Szálillesztési pont 1 pont / 2km
Gyakori rost főnevek
1) Csillapítás
Csillapítás: energiaveszteség, amikor a fényt optikai szálban továbbítják, egymódusú szál 1310 nm 0,4 ~ 0,6 dB / km, 1550 nm 0,2 ~ 0,3 dB / km;műanyag multimódusú szál 300dB / km
2) Diszperzió
Diszperzió: A fényimpulzusok sávszélessége megnő egy bizonyos távolság megtétele után a szál mentén.Ez a fő tényező, amely korlátozza az átviteli sebességet.
Inter-mode diszperzió: Csak többmódusú szálakban fordul elő, mivel a különböző fénymódok különböző utakon haladnak.
Anyagi diszperzió: A különböző hullámhosszú fények különböző sebességgel terjednek.
Hullámvezető diszperzió: Ez azért fordul elő, mert a fényenergia kissé eltérő sebességgel halad át a magon és a burkolaton.Az egymódusú szálaknál nagyon fontos a szál diszperziójának megváltoztatása a szál belső szerkezetének megváltoztatásával.
Száltípus
A G.652 nulla diszperziós pontja 1300 nm körül van
A G.653 nulla diszperziós pontja 1550 nm körül van
G.654 negatív diszperziós szál
G.655 diszperziós eltolt szál
Teljes hullámú szál
3) szóródás
A fény tökéletlen alapszerkezete miatt fényenergia veszteség keletkezik, és a fényáteresztés ilyenkor már nem jó irányíthatósággal rendelkezik.
Optikai rendszer alapismeretei
Bevezetés az alapvető száloptikai rendszer felépítésébe és funkcióiba:
1. Küldő egység: elektromos jeleket optikai jelekké alakítja;
2. Átviteli egység: optikai jeleket hordozó közeg;
3. Fogadó egység: optikai jeleket vesz és elektromos jelekké alakítja át;
4. Csatlakoztassa a készüléket: csatlakoztassa az optikai szálat a fényforráshoz, a fényérzékelőhöz és más optikai szálakhoz.
Gyakori csatlakozó típusok
Csatlakozó végfelület típusa
Kapcsolókészülék
A fő funkció az optikai jelek elosztása.Fontos alkalmazások az optikai szálas hálózatokban, különösen a helyi hálózatokban és a hullámhosszosztásos multiplexelő eszközökben.
alapszerkezet
A csatoló egy kétirányú passzív eszköz.Az alapformák a fa és a csillag.A csatoló megfelel az elosztónak.
WDM
WDM—A hullámhossz-osztásos multiplexer több optikai jelet továbbít egyetlen optikai szálon.Ezek az optikai jelek különböző frekvenciájúak és különböző színűek.A WDM multiplexer több optikai jelet kapcsol ugyanahhoz az optikai szálhoz;a demultiplexelő multiplexer célja több optikai jel megkülönböztetése egy optikai száltól.
Hullámhosszosztásos multiplexer (legenda)
Az impulzusok meghatározása digitális rendszerekben:
1. Amplitúdó: Az impulzus magassága az optikai teljesítmény energiáját jelenti az optikai rendszerben.
2. Felfutási idő: az az idő, amely szükséges ahhoz, hogy az impulzus a maximális amplitúdó 10%-áról 90%-ára emelkedjen.
3. Esési idő: az az idő, amely szükséges ahhoz, hogy az impulzus az amplitúdó 90%-áról 10%-ára csökkenjen.
4. Impulzusszélesség: Az impulzus szélessége 50%-os amplitúdójú pozícióban, időben kifejezve.
5. Ciklus: az impulzusspecifikus idő a ciklus befejezéséhez szükséges munkaidő.
6. Kioltási arány: 1 jelzőfény teljesítmény és 0 jelzőfény teljesítmény aránya.
A közös egységek meghatározása az optikai szálas kommunikációban:
1.dB = 10 log10 (Pout / Pin)
Pout: kimeneti teljesítmény;Pin: bemeneti teljesítmény
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), amely a kommunikációtechnikában széles körben használt mértékegység;általában az optikai teljesítményt jelenti, referenciaként 1 milliwatt;
példa:–A 10 dBm azt jelenti, hogy az optikai teljesítmény 100 uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)