Keuntungan dari komunikasi serat optik:
● Kapasitas komunikasi yang besar
● Jarak relai yang jauh
● Tidak ada interferensi elektromagnetik
● Sumber daya yang kaya
● Ringan dan ukuran kecil
Sejarah Singkat Komunikasi Optik
Lebih dari 2000 tahun yang lalu, lampu suar, semafor
1880, komunikasi optik nirkabel telepon optik
1970, komunikasi serat optik
● Pada tahun 1966, “Bapak Serat Optik”, Dr. Gao Yong pertama kali mengusulkan gagasan komunikasi serat optik.
● Pada tahun 1970, Lin Yanxiong dari Bell Yan Institute adalah laser semikonduktor yang dapat bekerja terus menerus pada suhu kamar.
● Pada tahun 1970, Kapron Corning kehilangan serat 20dB / km.
● Pada tahun 1977, lini komersial pertama Chicago dari 45Mb / s.
Spektrum elektromagnetik
Divisi pita komunikasi dan media transmisi yang sesuai
Pembiasan / pemantulan dan pemantulan total cahaya
Karena cahaya merambat secara berbeda dalam zat yang berbeda, ketika cahaya dipancarkan dari satu zat ke zat lain, pembiasan dan pemantulan terjadi pada antarmuka antara dua zat.Selain itu, sudut cahaya yang dibiaskan bervariasi dengan sudut cahaya datang.Ketika sudut cahaya datang mencapai atau melebihi sudut tertentu, cahaya yang dibiaskan akan hilang, dan semua cahaya datang akan dipantulkan kembali.Ini adalah refleksi total dari cahaya.Bahan yang berbeda memiliki sudut bias yang berbeda untuk panjang gelombang cahaya yang sama (yaitu, bahan yang berbeda memiliki indeks bias yang berbeda), dan bahan yang sama memiliki sudut bias yang berbeda untuk panjang gelombang cahaya yang berbeda.Komunikasi serat optik didasarkan pada prinsip-prinsip di atas.
Distribusi reflektifitas: Parameter penting untuk mengkarakterisasi bahan optik adalah indeks bias, yang diwakili oleh N. Rasio kecepatan cahaya C dalam ruang hampa dengan kecepatan cahaya V dalam material adalah indeks bias material.
N = C / V
Indeks bias kaca kuarsa untuk komunikasi serat optik adalah sekitar 1,5.
Struktur serat
Serat serat telanjang umumnya dibagi menjadi tiga lapisan:
Lapisan pertama: inti kaca indeks bias tinggi tengah (diameter inti umumnya 9-10μm, (mode tunggal) 50 atau 62,5 (multimode).
Lapisan kedua: bagian tengah adalah kelongsong kaca silika indeks bias rendah (diameter umumnya 125μm).
Lapisan ketiga: terluar adalah lapisan resin untuk penguatan.
1) inti: indeks bias tinggi, digunakan untuk mentransmisikan cahaya;
2) Lapisan kelongsong: indeks bias rendah, membentuk kondisi refleksi total dengan inti;
3) Jaket pelindung: Ini memiliki kekuatan tinggi dan dapat menahan benturan besar untuk melindungi serat optik.
Kabel optik 3mm: oranye, MM, multi-mode;kuning, SM, mode tunggal
Ukuran serat
Diameter luar umumnya 125um (rata-rata 100um per rambut)
Diameter dalam: mode tunggal 9um;multimode 50 / 62.5um
Bukaan numerik
Tidak semua insiden cahaya pada permukaan ujung serat optik dapat ditransmisikan oleh serat optik, tetapi hanya cahaya insiden dalam rentang sudut tertentu.Sudut ini disebut aperture numerik serat.Apertur numerik yang lebih besar dari serat optik menguntungkan untuk penyambungan serat optik.Pabrikan yang berbeda memiliki lubang numerik yang berbeda.
Jenis serat
Menurut mode transmisi cahaya dalam serat optik, dapat dibagi menjadi:
Multi-Mode (singkatan: MM);Single-Mode (singkatan: SM)
Serat multimode: Inti kaca tengah lebih tebal (50 atau 62,5μm) dan dapat mentransmisikan cahaya dalam berbagai mode.Namun, dispersi antar-modenya besar, yang membatasi frekuensi transmisi sinyal digital, dan akan menjadi lebih serius dengan bertambahnya jarak.Misalnya: serat 600MB / KM hanya memiliki bandwidth 300MB pada 2KM.Oleh karena itu, jarak transmisi serat multi-mode relatif pendek, umumnya hanya beberapa kilometer.
Serat mode tunggal: Inti kaca tengah relatif tipis (diameter inti umumnya 9 atau 10μm), dan hanya dapat mentransmisikan cahaya dalam satu mode.Sebenarnya, ini adalah jenis serat optik tipe langkah, tetapi diameter inti sangat kecil.Secara teori, hanya cahaya langsung dari jalur propagasi tunggal yang diizinkan memasuki serat dan merambat lurus di inti serat.Pulsa serat hampir tidak meregang.Oleh karena itu, dispersi antar-modenya kecil dan cocok untuk komunikasi jarak jauh, tetapi dispersi kromatiknya memainkan peran utama.Dengan cara ini, serat mode tunggal memiliki persyaratan yang lebih tinggi untuk lebar spektral dan stabilitas sumber cahaya, yaitu, lebar spektral sempit dan stabilitasnya baik..
Klasifikasi serat optik
Menurut bahan:
Serat kaca: Inti dan kelongsong terbuat dari kaca, dengan kerugian kecil, jarak transmisi panjang dan biaya tinggi;
Serat optik silikon berlapis karet: intinya adalah kaca dan kelongsongnya adalah plastik, yang memiliki karakteristik serupa dengan serat kaca dan biaya lebih rendah;
Serat optik plastik: Baik inti dan kelongsongnya terbuat dari plastik, dengan kerugian besar, jarak transmisi pendek, dan harga murah.Banyak digunakan untuk peralatan rumah tangga, audio, dan transmisi gambar jarak pendek.
Menurut jendela frekuensi transmisi yang optimal: serat mode tunggal konvensional dan serat mode tunggal dengan pergeseran dispersi.
Tipe konvensional: Rumah produksi serat optik mengoptimalkan frekuensi transmisi serat optik pada satu panjang gelombang cahaya, seperti 1300nm.
Jenis pergeseran dispersi: Produsen serat optik mengoptimalkan frekuensi transmisi serat pada dua panjang gelombang cahaya, seperti: 1300nm dan 1550nm.
Perubahan mendadak: Indeks bias inti serat ke kelongsong kaca tiba-tiba.Ini memiliki biaya rendah dan dispersi antar-mode yang tinggi.Cocok untuk komunikasi kecepatan rendah jarak pendek, seperti kontrol industri.Namun, serat mode tunggal menggunakan tipe mutasi karena dispersi antar mode yang kecil.
Serat gradien: indeks bias inti serat ke kelongsong kaca berkurang secara bertahap, memungkinkan cahaya mode tinggi menyebar dalam bentuk sinusoidal, yang dapat mengurangi dispersi antar mode, meningkatkan bandwidth serat, dan meningkatkan jarak transmisi, tetapi biayanya serat Mode yang lebih tinggi sebagian besar adalah serat bergradasi.
Spesifikasi serat umum
Ukuran serat:
1) Diameter inti mode tunggal: 9/125μm, 10 / 125μm
2) Diameter kelongsong luar (2D) = 125μm
3) Diameter lapisan luar = 250μm
4) Kuncir: 300μm
5) Multimode: 50/125μm, standar Eropa;62,5 / 125μm, standar Amerika
6) Jaringan industri, medis, dan kecepatan rendah: 100/140μm, 200 / 230μm
7) Plastik: 98/1000μm, digunakan untuk kontrol mobil
Atenuasi serat
Faktor utama yang menyebabkan redaman serat adalah: intrinsik, lentur, meremas, kotoran, ketidakrataan dan pantat.
Intrinsik: Ini adalah hilangnya serat optik yang melekat, termasuk: hamburan Rayleigh, penyerapan intrinsik, dll.
Tekuk: Ketika serat ditekuk, cahaya di bagian serat akan hilang karena hamburan, sehingga hilang.
Squeezing: kehilangan yang disebabkan oleh sedikit pembengkokan serat ketika diremas.
Kotoran: Kotoran dalam serat optik menyerap dan menyebarkan cahaya yang ditransmisikan dalam serat, menyebabkan kerugian.
Tidak seragam: Kerugian yang disebabkan oleh indeks bias bahan serat yang tidak merata.
Docking: Kerugian yang dihasilkan selama docking serat, seperti: sumbu yang berbeda (persyaratan koaksialitas serat mode tunggal kurang dari 0,8μm), permukaan ujung tidak tegak lurus terhadap sumbu, permukaan ujung tidak rata, diameter inti pantat tidak cocok, dan kualitas penyambungan buruk.
Jenis kabel optik
1) Menurut metode peletakan: kabel optik overhead mandiri, kabel optik pipa, kabel optik terkubur lapis baja dan kabel optik bawah laut.
2) Menurut struktur kabel optik, ada: kabel optik tabung yang dibundel, kabel optik terpilin berlapis, kabel optik penahan ketat, kabel optik pita, kabel optik non-logam dan kabel optik bercabang.
3) Sesuai dengan tujuannya: kabel optik untuk komunikasi jarak jauh, kabel optik luar ruangan untuk jarak pendek, kabel optik hibrida, dan kabel optik untuk bangunan.
Koneksi dan pemutusan kabel optik
Penyambungan dan pemutusan kabel optik merupakan keterampilan dasar yang harus dikuasai oleh petugas pemeliharaan kabel optik.
Klasifikasi teknologi koneksi serat optik:
1) Teknologi koneksi serat optik dan teknologi koneksi kabel optik adalah dua bagian.
2) Ujung kabel optik mirip dengan sambungan kabel optik, kecuali bahwa pengoperasiannya harus berbeda karena bahan konektor yang berbeda.
Jenis koneksi serat
Sambungan kabel serat optik secara umum dapat dibagi menjadi dua kategori:
1) Sambungan tetap serat optik (umumnya dikenal sebagai konektor mati).Umumnya menggunakan splicer fusi serat optik;digunakan untuk kepala langsung kabel optik.
2) Konektor aktif serat optik (umumnya dikenal sebagai konektor langsung).Gunakan konektor yang dapat dilepas (umumnya dikenal sebagai sambungan longgar).Untuk jumper serat, sambungan peralatan, dll.
Karena ketidaklengkapan permukaan ujung serat optik dan ketidakseragaman tekanan pada permukaan ujung serat optik, kehilangan sambungan serat optik dengan satu pelepasan masih relatif besar, dan metode fusi pelepasan sekunder sekarang digunakan.Pertama, panaskan dan lepaskan permukaan ujung serat, bentuk permukaan ujung, singkirkan debu dan kotoran, dan buat tekanan akhir serat seragam dengan pemanasan awal.
Metode pemantauan untuk kehilangan koneksi serat optik
Ada tiga metode untuk memantau kehilangan koneksi serat:
1. Monitor pada splicer.
2. Pemantauan sumber cahaya dan meteran daya optik.
3. Metode pengukuran OTDR
Metode operasi koneksi serat optik
Operasi penyambungan serat optik secara umum dibagi menjadi:
1. Penanganan permukaan ujung serat.
2. Pemasangan sambungan serat optik.
3. Penyambungan serat optik.
4. Perlindungan konektor serat optik.
5. Ada lima langkah untuk baki serat yang tersisa.
Secara umum, penyambungan seluruh kabel optik dilakukan menurut langkah-langkah berikut:
Step1: banyak panjang yang baik, buka dan lepaskan kabel optik, lepaskan selubung kabel
Langkah 2: Bersihkan dan lepaskan pasta pengisian minyak bumi di kabel optik.
Langkah 3: Bundel serat.
Langkah 4: Periksa jumlah inti serat, lakukan pemasangan serat, dan periksa apakah label warna serat sudah benar.
Langkah 5: Perkuat koneksi jantung;
Langkah 6: Berbagai pasangan garis bantu, termasuk pasangan garis bisnis, pasangan garis kontrol, garis tanah berpelindung, dll. (jika pasangan garis yang disebutkan di atas tersedia.
Langkah 7: Hubungkan serat.
Langkah 8: Lindungi konektor serat optik;
Langkah 9: penyimpanan inventaris serat yang tersisa;
Langkah 10: Selesaikan koneksi jaket kabel optik;
Langkah 11: Perlindungan konektor serat optik
Kehilangan serat
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB / Km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3dB / Km
850 nm: 2,3 hingga 3,4 dB / Km
Kehilangan titik fusi serat optik: 0,08dB / titik
Titik penyambungan serat 1 titik / 2km
Kata benda serat umum
1) Atenuasi
Atenuasi: kehilangan energi saat cahaya ditransmisikan dalam serat optik, serat mode tunggal 1310nm 0,4 ~ 0,6dB / km, 1550nm 0,2 ~ 0,3dB / km;serat multimode plastik 300dB / km
2) Dispersi
Dispersi: Bandwidth pulsa cahaya meningkat setelah menempuh jarak tertentu di sepanjang serat.Ini adalah faktor utama yang membatasi laju transmisi.
Dispersi antar mode: Terjadi hanya pada serat multimode, karena mode cahaya yang berbeda berjalan di sepanjang jalur yang berbeda.
Dispersi material: Panjang gelombang yang berbeda dari perjalanan cahaya pada kecepatan yang berbeda.
Dispersi pandu gelombang: Ini terjadi karena energi cahaya bergerak dengan kecepatan yang sedikit berbeda saat melewati inti dan kelongsong.Dalam serat mode tunggal, sangat penting untuk mengubah dispersi serat dengan mengubah struktur internal serat.
Jenis serat:
G.652 titik dispersi nol sekitar 1300nm
G.653 titik dispersi nol sekitar 1550nm
G.654 serat dispersi negatif
G.655 dispersi-shifted fiber
Serat gelombang penuh
3) hamburan
Karena struktur dasar cahaya yang tidak sempurna, menyebabkan hilangnya energi cahaya, dan transmisi cahaya saat ini tidak lagi memiliki directivity yang baik.
Pengetahuan dasar tentang sistem serat optik
Pengantar arsitektur dan fungsi sistem serat optik dasar:
1. Unit pengirim: mengubah sinyal listrik menjadi sinyal optik;
2. Unit transmisi: media pembawa sinyal optik;
3. Unit penerima: menerima sinyal optik dan mengubahnya menjadi sinyal listrik;
4. Hubungkan perangkat: sambungkan serat optik ke sumber cahaya, deteksi cahaya, dan serat optik lainnya.
Jenis konektor umum
Jenis wajah ujung konektor
Alat prerangkai
Fungsi utamanya adalah untuk mendistribusikan sinyal optik.Aplikasi penting dalam jaringan serat optik, terutama di jaringan area lokal dan perangkat multiplexing divisi panjang gelombang.
struktur dasar
Coupler adalah perangkat pasif dua arah.Bentuk dasarnya adalah pohon dan bintang.Coupler sesuai dengan splitter.
WDM
WDM—Multiplexer Divisi Panjang Gelombang mentransmisikan beberapa sinyal optik dalam satu serat optik.Sinyal optik ini memiliki frekuensi dan warna yang berbeda.Multiplexer WDM adalah untuk memasangkan beberapa sinyal optik ke dalam serat optik yang sama;multiplexer demultiplexing adalah untuk membedakan beberapa sinyal optik dari satu serat optik.
Multiplexer Divisi Panjang Gelombang (Legenda)
Pengertian pulsa dalam sistem digital:
1. Amplitudo: Ketinggian pulsa mewakili energi daya optik dalam sistem serat optik.
2. Rise time: waktu yang dibutuhkan pulsa untuk naik dari 10% menjadi 90% dari amplitudo maksimum.
3. Waktu jatuh: waktu yang dibutuhkan pulsa untuk jatuh dari 90% menjadi 10% dari amplitudo.
4. Lebar pulsa: Lebar pulsa pada posisi amplitudo 50%, dinyatakan dalam waktu.
5. Siklus: waktu spesifik pulsa adalah waktu kerja yang diperlukan untuk menyelesaikan satu siklus.
6. Rasio kepunahan: Rasio 1 daya lampu sinyal dengan 0 daya lampu sinyal.
Definisi unit umum dalam komunikasi serat optik:
1.dB = 10 log10 (Pout / Pin)
Pout: daya keluaran;Pin: daya masukan
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), yang merupakan satuan yang banyak digunakan dalam teknik komunikasi;biasanya mewakili daya optik dengan 1 miliwatt sebagai referensi;
contoh:-10dBm berarti daya optik sama dengan 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)