Az optikai szálas kommunikáció alapfogalma.
Az optikai szál egy dielektromos optikai hullámvezető, egy hullámvezető szerkezet, amely blokkolja a fényt és a fényt tengelyirányban terjeszti.
Nagyon finom szál kvarcüvegből, műgyantából stb.
Egymódusú szál: mag 8-10um, burkolat 125um
Multimódusú szál: mag 51um, burkolat 125um
Az optikai jelek optikai szálak segítségével történő továbbításának kommunikációs módját optikai szálas kommunikációnak nevezik.
A fényhullámok az elektromágneses hullámok kategóriájába tartoznak.
A látható fény hullámhossz-tartománya 390-760 nm, a 760 nm-nél nagyobb része infravörös fény, a 390 nm-nél kisebb rész pedig ultraibolya fény.
Fényhullámos munkaablak (három kommunikációs ablak):
Az optikai kommunikációban használt hullámhossz-tartomány a közeli infravörös tartományba esik
Rövid hullámhosszú tartomány (látható fény, amely szabad szemmel narancssárga fény) 850 nm narancssárga fény
Hosszú hullámhosszú tartomány (láthatatlan fénytartomány) 1310 nm (elméleti minimális diszperziós pont), 1550 nm (elméleti minimális csillapítási pont)
A szál szerkezete és osztályozása
1.A szál szerkezete
Az ideális szálszerkezet: mag, burkolat, bevonat, köpeny.
A mag és a burkolat kvarc anyagból készül, a mechanikai tulajdonságok viszonylag törékenyek és könnyen törhetők.Ezért általában két réteg bevonóréteget, egy gyanta típusú és egy nejlon típusú réteget adnak hozzá, hogy a szál rugalmas teljesítménye elérje a projekt gyakorlati alkalmazási követelményeit.
2. Az optikai szálak osztályozása
(1) A szál a szál keresztmetszetének törésmutató-eloszlása szerint van felosztva: lépcsős típusú szálra (uniform rost) és osztályozott szálra (nem egyenletes szálra) oszlik.
Tegyük fel, hogy a mag törésmutatója n1, a burkolat törésmutatója pedig n2.
Annak érdekében, hogy a mag képes legyen nagy távolságra átengedni a fényt, az optikai szál megépítésének szükséges feltétele n1>n2
Az egyenletes szál törésmutató-eloszlása állandó
A nem egyenletes szál törésmutató-eloszlási törvénye:
Közülük △ – relatív törésmutató különbség
Α – törésmutató, α=∞ – lépcsős típusú törésmutató-eloszlású szál, α=2 – négyzettörvényű törésmutató-eloszlású szál (osztályozott szál).Ezt a szálat más osztályozott szálakkal hasonlítják össze. Az üzemmód diszperziója minimális.
(1) A magban továbbított módok száma szerint: többmódusú szálra és egymódusú szálra osztva
A minta itt az optikai szálon átvitt elektromágneses fénymező eloszlására vonatkozik.A különböző mezőeloszlás eltérő módot jelent.
Egymódusú (csak egy mód van sugározva a szálban), többmódusú (több módot is továbbít egyidejűleg az üvegszálban)
Jelenleg az átviteli sebességgel szembeni növekvő követelmények és az átvitelek számának növekedése miatt a nagyvárosi hálózat a nagy sebesség és a nagy kapacitás irányába fejlődik, így a legtöbb egymódusú lépcsős szál.(Önmagában az átviteli jellemzők jobbak, mint a többmódusú optikai szálak)
(2) Az optikai szál jellemzői:
①Az optikai szál elvesztési jellemzői: A fényhullámok az optikai szálon keresztül kerülnek átadásra, és az optikai teljesítmény fokozatosan csökken az átviteli távolság növekedésével.
A szálvesztés okai a következők: csatolási veszteség, abszorpciós veszteség, szóródási veszteség és hajlítási sugárzás vesztesége.
A csatolási veszteség az a veszteség, amelyet a szál és az eszköz közötti csatolás okoz.
Az abszorpciós veszteségeket a fényenergia szálanyagok és szennyeződések általi elnyelése okozza.
A szórási veszteséget Rayleigh-szórásra (a törésmutató egyenetlensége) és a hullámvezető-szórásra (anyag egyenetlensége) osztják.
A hajlítási sugárzási veszteség a szál hajlítása által okozott veszteség, amely a szál hajlítása által okozott sugárzási módhoz vezet.
② Az optikai szál diszperziós jellemzői: Az optikai szál által továbbított jel különböző frekvenciakomponensei eltérő átviteli sebességgel rendelkeznek, és a jelimpulzusok kiszélesedése okozta torzítás fizikai jelenségét a terminál elérésekor diszperziónak nevezzük.
A diszperzió modális diszperzióra, anyagdiszperzióra és hullámvezető diszperzióra oszlik.
Optikai szálas kommunikációs rendszerek alapelemei
Részlet küldése:
Az elektromos adó (elektromos terminál) által kibocsátott impulzusmodulációs jel az optikai adóhoz kerül (a programvezérelt kapcsoló által küldött jel feldolgozása, a hullámforma formázása, a minta inverze megváltoztatása… megfelelő elektromos jellé és elküldjük az optikai adónak)
Az optikai adó elsődleges feladata, hogy egy elektromos jelet optikai jellé alakítson, amely a szálba van csatolva.
Fogadó rész:
Az optikai szálakon átvitt optikai jelek átalakítása elektromos jelekké
Az elektromos jel feldolgozása visszaáll az eredeti impulzusmodulált jelre és az elektromos terminálra kerül (az optikai vevő által küldött elektromos jel feldolgozása, a hullámforma formázása, a minta inverze megfordítása… a megfelelő elektromos jel visszaküldve a programozható kapcsolóra)
Sebességváltó alkatrész:
Egymódusú szál, optikai átjátszó (elektromos regeneratív átjátszó (optikai-elektromos-optikai konverziós erősítés, nagyobb lesz az átviteli késleltetés, impulzus döntési áramkört használnak a hullámforma alakítására és az időzítésre), erbiummal adalékolt szálas erősítő (befejezi az erősítést optikai szinten, hullámforma alakítás nélkül)
(1) Optikai adó: Ez egy optikai adó-vevő, amely elektromos/optikai átalakítást valósít meg.Fényforrásból, meghajtóból és modulátorból áll.A funkció az elektromos gép fényhullámának modulálása a fényforrás által kibocsátott fényhullámra, hogy tompított hullámgá váljon, majd a modulált optikai jelet az optikai szálhoz vagy az optikai kábelhez csatolja az átvitelhez.
(2) Optikai vevő: egy optikai adó-vevő, amely optikai/elektromos konverziót valósít meg.A használati modell egy fényérzékelő áramkörből és egy optikai erősítőből áll, és az optikai szál vagy az optikai kábel által továbbított optikai jelet az optikai detektor elektromos jellé alakítja, majd a gyenge elektromos jelet felerősíti elegendő szint az erősítő áramkörön keresztül a jelhez.Az elektromos gép fogadóvége megy.
(3) Üvegszál/kábel: A fény átviteli útvonalát a szál vagy kábel képezi.A funkció az, hogy az adóvég által küldött tompított jelet az optikai szálon vagy az optikai kábelen keresztül történő nagy távolságú átvitel után továbbítsa a vevővég optikai érzékelőjéhez, hogy befejezze az információtovábbítási feladatot.
(4) Optikai átjátszó: egy fotodetektorból, egy fényforrásból és egy döntés-regeneráló áramkörből áll.Két funkciója van: az egyik az optikai szálban továbbított optikai jel csillapításának kompenzálása;a másik a hullámforma torzítás impulzusának alakítása.
(5) Passzív alkatrészek, például száloptikai csatlakozók, csatolók (nem kell külön tápellátást adni, de az eszköz továbbra is veszteséges): Mivel a szál vagy a kábel hosszát korlátozzák a szálhúzási folyamat és a kábel építési feltételei, és a szál hossza is Limit (pl. 2km).Emiatt probléma adódhat, ha több optikai szál van összekötve egy optikai szál vonalában.Ezért elengedhetetlen az optikai szálak közötti kapcsolat, az optikai szálak és az optikai adó-vevők csatlakoztatása és csatolása, valamint a passzív alkatrészek, például optikai csatlakozók és csatolók használata.
Az optikai szálas kommunikáció felsőbbrendűsége
Átviteli sávszélesség, nagy kommunikációs kapacitás
Alacsony átviteli veszteség és nagy relé távolság
Erős anti-elektromágneses interferencia
(A vezeték nélküli kapcsolaton túl: a vezeték nélküli jeleknek számos hatása van, többutas előnyök, árnyékeffektusok, Rayleigh-fading, Doppler-effektusok
A koaxiális kábellel összehasonlítva: az optikai jel nagyobb, mint a koaxiális kábel, és jó a bizalmassága)
A fényhullám frekvenciája nagyon magas, más elektromágneses hullámokhoz képest az interferencia kicsi.
Az optikai kábel hátrányai: rossz mechanikai tulajdonságok, könnyen törhető, (javítja a mechanikai teljesítményt, hatással lesz a zavaró ellenállásra), hosszú ideig tart a megépítése, és befolyásolják a földrajzi viszonyok.