Konsep dasar komunikasi serat optik.
Serat optik adalah pandu gelombang optik dielektrik, struktur pandu gelombang yang menghalangi cahaya dan menyebarkan cahaya ke arah aksial.
Serat yang sangat halus terbuat dari kaca kuarsa, resin sintetis, dll.
Serat mode tunggal: inti 8-10um, kelongsong 125um
Serat multimode: inti 51um, kelongsong 125um
Metode komunikasi transmisi sinyal optik menggunakan serat optik disebut komunikasi serat optik.
Gelombang cahaya termasuk dalam kategori gelombang elektromagnetik.
Kisaran panjang gelombang cahaya tampak adalah 390-760 nm, bagian yang lebih besar dari 760 nm adalah cahaya inframerah, dan bagian yang lebih kecil dari 390 nm adalah sinar ultraviolet.
Jendela kerja gelombang cahaya (tiga jendela komunikasi):
Rentang panjang gelombang yang digunakan dalam komunikasi serat optik berada di wilayah inframerah-dekat
Wilayah panjang gelombang pendek (cahaya tampak, yang merupakan cahaya oranye dengan mata telanjang) Cahaya oranye 850nm
Wilayah panjang gelombang panjang (wilayah cahaya tak terlihat) 1310 nm (titik dispersi minimum teoritis), 1550 nm (titik atenuasi minimum teoritis)
Struktur dan klasifikasi serat
1. Struktur serat
Struktur serat yang ideal: inti, kelongsong, pelapis, jaket.
Inti dan kelongsong terbuat dari bahan kuarsa, dan sifat mekaniknya relatif rapuh dan mudah pecah.Oleh karena itu, dua lapisan lapisan pelapis, satu jenis resin dan satu lapisan jenis nilon umumnya ditambahkan, sehingga kinerja serat yang fleksibel mencapai persyaratan aplikasi praktis dari proyek tersebut.
2. Klasifikasi serat optik
(1) Serat dibagi sesuai dengan distribusi indeks bias dari penampang serat: dibagi menjadi serat tipe langkah (serat seragam) dan serat bergradasi (serat tidak seragam).
Asumsikan bahwa inti memiliki indeks bias n1 dan indeks bias kelongsong adalah n2.
Untuk memungkinkan inti mentransmisikan cahaya jarak jauh, kondisi yang diperlukan untuk membangun serat optik adalah n1>n2
Distribusi indeks bias serat seragam adalah konstan
Hukum distribusi indeks bias serat tidak seragam:
Diantaranya, △ – perbedaan indeks bias relatif
Α—indeks bias, α=∞—serat distribusi indeks bias tipe langkah, α=2—serat distribusi indeks bias hukum kuadrat (serat bertingkat).Serat ini dibandingkan dengan serat bergradasi lainnya. Mode dispersi minimum optimal.
(1) Menurut jumlah mode yang ditransmisikan dalam inti: dibagi menjadi serat multimode dan serat mode tunggal
Pola di sini mengacu pada distribusi medan elektromagnetik cahaya yang ditransmisikan dalam serat optik.Distribusi bidang yang berbeda adalah mode yang berbeda.
Mode tunggal (hanya satu mode yang ditransmisikan dalam serat), multimode (beberapa mode ditransmisikan secara bersamaan dalam serat)
Saat ini, karena meningkatnya kebutuhan pada tingkat transmisi dan meningkatnya jumlah transmisi, jaringan area metropolitan berkembang ke arah kecepatan tinggi dan kapasitas besar, sehingga sebagian besar adalah serat langkah mode tunggal.(Karakteristik transmisi itu sendiri lebih baik daripada serat multimode)
(2) Karakteristik serat optik:
①Karakteristik hilangnya serat optik: Gelombang cahaya ditransmisikan dalam serat optik, dan daya optik secara bertahap berkurang seiring bertambahnya jarak transmisi.
Penyebab kehilangan serat meliputi: kehilangan kopling, kehilangan penyerapan, kehilangan hamburan, dan kehilangan radiasi lentur.
Kerugian kopling adalah kerugian yang disebabkan oleh kopling antara serat dan perangkat.
Kerugian penyerapan disebabkan oleh penyerapan energi cahaya oleh bahan serat dan kotoran.
Kerugian hamburan dibagi menjadi hamburan Rayleigh (ketidakseragaman indeks bias) dan hamburan pandu gelombang (ketidakrataan material).
Kehilangan radiasi lentur adalah kerugian yang disebabkan oleh pembengkokan serat yang mengarah ke mode radiasi yang disebabkan oleh pembengkokan serat.
②Karakteristik dispersi serat optik: Komponen frekuensi yang berbeda dalam sinyal yang ditransmisikan oleh serat optik memiliki kecepatan transmisi yang berbeda, dan fenomena fisik distorsi yang disebabkan oleh pelebaran pulsa sinyal saat mencapai terminal disebut dispersi.
Dispersi dibagi menjadi dispersi modal, dispersi material, dan dispersi pandu gelombang.
Komponen dasar sistem komunikasi serat optik
Kirim bagian:
Output sinyal modulasi pulsa oleh pemancar listrik (terminal listrik) dikirim ke pemancar optik (sinyal yang dikirim oleh sakelar yang dikendalikan program diproses, bentuk gelombang dibentuk, kebalikan dari pola diubah ... menjadi sinyal listrik yang sesuai dan dikirim ke pemancar optik)
Peran utama pemancar optik adalah mengubah sinyal listrik menjadi sinyal optik yang digabungkan ke dalam serat.
Menerima bagian:
Mengubah sinyal optik yang ditransmisikan melalui serat optik menjadi sinyal listrik
Pemrosesan sinyal listrik dikembalikan ke sinyal termodulasi pulsa asli dan dikirim ke terminal listrik (sinyal listrik yang dikirim oleh penerima optik diproses, bentuk gelombang dibentuk, kebalikan dari pola dibalik ... sinyal listrik yang sesuai adalah dikirim kembali ke sakelar yang dapat diprogram)
Bagian transmisi:
Serat mode tunggal, pengulang optik (pengulang regeneratif listrik (amplifikasi konversi optik-listrik-optik, penundaan transmisi akan lebih besar, rangkaian keputusan pulsa akan digunakan untuk membentuk bentuk gelombang, dan pengaturan waktu), Penguat serat yang didoping erbium (menyelesaikan amplifikasi pada tingkat optik, tanpa pembentukan gelombang)
(1) Pemancar optik: Ini adalah transceiver optik yang mewujudkan konversi listrik/optik.Ini terdiri dari sumber cahaya, driver dan modulator.Fungsinya untuk memodulasi gelombang cahaya dari mesin listrik ke gelombang cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya menjadi gelombang redup, dan kemudian memasangkan sinyal optik termodulasi ke serat optik atau kabel optik untuk transmisi.
(2) Penerima optik: adalah transceiver optik yang mewujudkan konversi optik/listrik.Model utilitas terdiri dari sirkuit pendeteksi cahaya dan penguat optik, dan fungsinya adalah untuk mengubah sinyal optik yang ditransmisikan oleh serat optik atau kabel optik menjadi sinyal listrik oleh detektor optik, dan kemudian memperkuat sinyal listrik yang lemah menjadi tingkat yang cukup melalui sirkuit penguat untuk dikirim ke sinyal.Ujung penerima mesin listrik berjalan.
(3) Serat/Kabel: Serat atau kabel merupakan jalur transmisi cahaya.Fungsinya adalah untuk mengirimkan sinyal redup yang dikirim oleh ujung transmisi ke detektor optik ujung penerima setelah transmisi jarak jauh melalui serat optik atau kabel optik untuk menyelesaikan tugas transmisi informasi.
(4) Pengulang optik: terdiri dari fotodetektor, sumber cahaya, dan sirkuit regenerasi keputusan.Ada dua fungsi: satu untuk mengkompensasi pelemahan sinyal optik yang ditransmisikan dalam serat optik;yang lainnya adalah membentuk denyut distorsi bentuk gelombang.
(5) Komponen pasif seperti konektor serat optik, skrup (tidak perlu mensuplai daya secara terpisah, tetapi perangkat masih lossy): Karena panjang serat atau kabel dibatasi oleh proses penarikan serat dan kondisi konstruksi kabel, dan panjang serat juga Batas (mis. 2km).Oleh karena itu, mungkin ada masalah bahwa sejumlah serat optik dihubungkan dalam satu jalur serat optik.Oleh karena itu, koneksi antara serat optik, koneksi dan penggandengan serat optik dan transceiver optik, serta penggunaan komponen pasif seperti konektor dan skrup optik sangat diperlukan.
Keunggulan komunikasi serat optik
Bandwidth transmisi, kapasitas komunikasi besar
Kehilangan transmisi rendah dan jarak relai besar
Gangguan anti-elektromagnetik yang kuat
(Selain nirkabel: sinyal nirkabel memiliki banyak efek, manfaat multipath, efek bayangan, pemudaran Rayleigh, efek Doppler
Dibandingkan dengan kabel koaksial: sinyal optik lebih besar dari kabel koaksial dan memiliki kerahasiaan yang baik)
Frekuensi gelombang cahaya sangat tinggi, dibandingkan dengan gelombang elektromagnetik lainnya, interferensinya kecil.
Kerugian dari kabel optik: sifat mekanik yang buruk, mudah putus, (meningkatkan kinerja mekanik, akan berdampak pada resistensi interferensi), membutuhkan waktu lama untuk membangun, dan dipengaruhi oleh kondisi geografis.