Vantaggi della comunicazione in fibra ottica:
● Grande capacità di comunicazione
● Lunga distanza del relè
● Nessuna interferenza elettromagnetica
● Ricche risorse
● Leggero e di piccole dimensioni
Una breve storia delle comunicazioni ottiche
Più di 2000 anni fa, i fari-luci, i semafori
1880, comunicazione ottica telefono-senza fili
1970, comunicazioni in fibra ottica
● Nel 1966, “Il padre della fibra ottica”, il dottor Gao Yong propose per la prima volta l'idea della comunicazione in fibra ottica.
● Nel 1970, il Lin Yanxiong del Bell Yan Institute era un laser a semiconduttore che poteva funzionare continuamente a temperatura ambiente.
● Nel 1970, Kapron di Corning ha perso 20dB/km di fibra.
● Nel 1977, la prima linea commerciale di Chicago da 45 Mb / s.
Spettro elettromagnetico
Divisione della banda di comunicazione e relativi mezzi di trasmissione
Rifrazione/riflessione e riflessione totale della luce
Poiché la luce viaggia in modo diverso in diverse sostanze, quando la luce viene emessa da una sostanza all'altra, all'interfaccia tra le due sostanze si verificano rifrazione e riflessione.Inoltre, l'angolo della luce rifratta varia con l'angolo della luce incidente.Quando l'angolo della luce incidente raggiunge o supera un certo angolo, la luce rifratta scompare e tutta la luce incidente viene riflessa indietro.Questo è il riflesso totale della luce.Materiali diversi hanno angoli di rifrazione diversi per la stessa lunghezza d'onda della luce (ovvero, materiali diversi hanno indici di rifrazione diversi) e gli stessi materiali hanno angoli di rifrazione diversi per diverse lunghezze d'onda della luce.La comunicazione in fibra ottica si basa sui principi di cui sopra.
Distribuzione della riflettività: un parametro importante per caratterizzare i materiali ottici è l'indice di rifrazione, che è rappresentato da N. Il rapporto tra la velocità della luce C nel vuoto e la velocità della luce V nel materiale è l'indice di rifrazione del materiale.
N = C/V
L'indice di rifrazione del vetro al quarzo per la comunicazione in fibra ottica è di circa 1,5.
Struttura in fibra
La fibra nuda è generalmente divisa in tre strati:
Il primo strato: il nucleo centrale in vetro ad alto indice di rifrazione (il diametro del nucleo è generalmente 9-10μm, (modalità singola) 50 o 62,5 (modalità multipla).
Il secondo strato: il centro è il rivestimento in vetro di silice a basso indice di rifrazione (il diametro è generalmente 125μm).
Il terzo strato: quello più esterno è un rivestimento in resina per rinforzo.
1) nucleo: alto indice di rifrazione, utilizzato per trasmettere la luce;
2) Rivestimento di rivestimento: basso indice di rifrazione, formando con il nucleo una condizione di riflessione totale;
3) Giacca protettiva: ha un'elevata resistenza e può resistere a grandi impatti per proteggere la fibra ottica.
Cavo ottico da 3 mm: arancione, MM, multimodale;giallo, SM, monomodale
Dimensione della fibra
Il diametro esterno è generalmente 125um (in media 100um per capello)
Diametro interno: modalità singola 9um;multimodale 50/62,5um
Apertura numerica
Non tutta la luce incidente sulla faccia terminale della fibra ottica può essere trasmessa dalla fibra ottica, ma solo la luce incidente entro un certo intervallo di angoli.Questo angolo è chiamato apertura numerica della fibra.Un'apertura numerica maggiore della fibra ottica è vantaggiosa per l'aggancio della fibra ottica.Diversi produttori hanno diverse aperture numeriche.
Tipo di fibra
Secondo la modalità di trasmissione della luce nella fibra ottica, può essere suddivisa in:
Multi-Mode (abbreviazione: MM);Modalità singola (abbreviazione: SM)
Fibra multimodale: il nucleo centrale in vetro è più spesso (50 o 62,5μm) e può trasmettere luce in più modalità.Tuttavia, la sua dispersione tra le modalità è ampia, il che limita la frequenza di trasmissione dei segnali digitali e diventerà più grave con l'aumentare della distanza.Ad esempio: la fibra da 600 MB / KM ha solo 300 MB di larghezza di banda a 2 KM.Pertanto, la distanza di trasmissione della fibra multimodale è relativamente breve, generalmente solo pochi chilometri.
Fibra monomodale: il nucleo centrale in vetro è relativamente sottile (il diametro del nucleo è generalmente 9 o 10μm) e può trasmettere luce solo in una modalità.In effetti, è una specie di fibra ottica a gradini, ma il diametro del nucleo è molto piccolo.In teoria, solo la luce diretta di un singolo percorso di propagazione può entrare nella fibra e propagarsi direttamente nel nucleo della fibra.L'impulso della fibra è a malapena allungato.Pertanto, la sua dispersione intermodale è piccola e adatta alla comunicazione remota, ma la sua dispersione cromatica gioca un ruolo importante.In questo modo, la fibra monomodale ha requisiti più elevati per la larghezza spettrale e la stabilità della sorgente luminosa, cioè la larghezza spettrale è stretta e la stabilità è buona..
Classificazione delle fibre ottiche
Per materiale:
Fibra di vetro: l'anima e il rivestimento sono realizzati in vetro, con piccole perdite, lunga distanza di trasmissione e costi elevati;
Fibra ottica di silicio ricoperta di gomma: l'anima è in vetro e il rivestimento è in plastica, che ha caratteristiche simili alla fibra di vetro e un costo inferiore;
Fibra ottica di plastica: sia il nucleo che il rivestimento sono in plastica, con grande perdita, breve distanza di trasmissione e prezzo basso.Utilizzato principalmente per elettrodomestici, audio e trasmissione di immagini a breve distanza.
Secondo la finestra di frequenza di trasmissione ottimale: fibra monomodale convenzionale e fibra monomodale a dispersione spostata.
Tipo convenzionale: la casa di produzione della fibra ottica ottimizza la frequenza di trasmissione della fibra ottica su una singola lunghezza d'onda della luce, ad esempio 1300 nm.
Tipo a dispersione spostata: il produttore di fibre ottiche ottimizza la frequenza di trasmissione della fibra su due lunghezze d'onda della luce, come: 1300 nm e 1550 nm.
Brusco cambiamento: l'indice di rifrazione del nucleo in fibra del rivestimento in vetro è brusco.Ha un basso costo e un'elevata dispersione tra le modalità.Adatto per comunicazioni a bassa velocità a breve distanza, come il controllo industriale.Tuttavia, la fibra monomodale utilizza un tipo di mutazione a causa della piccola dispersione intermodale.
Fibra sfumata: l'indice di rifrazione del nucleo della fibra rispetto al rivestimento in vetro viene gradualmente ridotto, consentendo alla luce ad alta modalità di propagarsi in una forma sinusoidale, che può ridurre la dispersione tra le modalità, aumentare la larghezza di banda della fibra e aumentare la distanza di trasmissione, ma il costo è superiore La fibra Mode è per lo più fibra classificata.
Specifiche comuni delle fibre
Dimensione della fibra:
1) Diametro del nucleo in modalità singola: 9/125μm, 10 / 125μm
2) Diametro rivestimento esterno (2D) = 125μm
3) Diametro rivestimento esterno = 250μm
4) Treccia: 300μm
5) Multimodale: 50/125μm, norma europea;62,5 / 125μm, standard americano
6) Reti industriali, mediche e a bassa velocità: 100 / 140μm, 200 / 230μm
7) Plastica: 98/1000μm, utilizzato per il controllo dell'automobile
Attenuazione della fibra
I principali fattori che causano l'attenuazione delle fibre sono: intrinseco, flessione, schiacciamento, impurità, irregolarità e testa.
Intrinseco: è la perdita intrinseca della fibra ottica, tra cui: diffusione di Rayleigh, assorbimento intrinseco, ecc.
Piega: quando la fibra è piegata, la luce in parte della fibra andrà persa a causa della dispersione, con conseguente perdita.
Spremitura: perdita causata dalla leggera flessione della fibra quando viene schiacciata.
Impurità: le impurità in una fibra ottica assorbono e disperdono la luce trasmessa nella fibra, causando perdite.
Non uniforme: la perdita causata dall'indice di rifrazione irregolare del materiale in fibra.
Docking: perdita generata durante l'aggancio della fibra, ad esempio: assi diversi (il requisito di coassialità della fibra monomodale è inferiore a 0,8μm), la faccia terminale non è perpendicolare all'asse, la faccia terminale non è uniforme, il diametro del nucleo di testa non corrisponde e la qualità di giunzione è scarsa.
Tipo di cavo ottico
1) Secondo le modalità di posa: cavi ottici aerei autoportanti, cavi ottici di condotta, cavi ottici interrati armati e cavi ottici sottomarini.
2) In base alla struttura del cavo ottico, ci sono: cavo ottico a fascio tubiero, cavo ottico intrecciato a strati, cavo ottico a tenuta stagna, cavo ottico a nastro, cavo ottico non metallico e cavo ottico ramificabile.
3) In base allo scopo: cavi ottici per comunicazioni a lunga distanza, cavi ottici per esterni per brevi distanze, cavi ottici ibridi e cavi ottici per edifici.
Collegamento e terminazione di cavi ottici
La connessione e la terminazione dei cavi ottici sono le competenze di base che il personale addetto alla manutenzione dei cavi ottici deve padroneggiare.
Classificazione della tecnologia di connessione in fibra ottica:
1) La tecnologia di connessione della fibra ottica e la tecnologia di connessione del cavo ottico sono due parti.
2) L'estremità del cavo ottico è simile alla connessione del cavo ottico, tranne per il fatto che il funzionamento dovrebbe essere diverso a causa dei diversi materiali del connettore.
Tipo di connessione in fibra
La connessione con cavo in fibra ottica può essere generalmente suddivisa in due categorie:
1) Collegamento fisso di fibra ottica (comunemente noto come connettore morto).Generalmente utilizzare la giuntatrice a fusione di fibra ottica;utilizzato per la testa diretta del cavo ottico.
2) Il connettore attivo della fibra ottica (comunemente noto come connettore live).Utilizzare connettori rimovibili (comunemente noti come giunti allentati).Per ponticelli in fibra, collegamento di apparecchiature, ecc.
A causa dell'incompletezza della faccia terminale della fibra ottica e della non uniformità della pressione sulla faccia terminale della fibra ottica, la perdita di giunzione della fibra ottica per una scarica è ancora relativamente grande e il metodo di fusione della scarica secondaria è ora utilizzato.In primo luogo, preriscaldare e scaricare la faccia terminale della fibra, modellare la faccia terminale, rimuovere polvere e detriti e rendere uniforme la pressione finale della fibra preriscaldando.
Metodo di monitoraggio per perdita di connessione in fibra ottica
Esistono tre metodi per monitorare la perdita di connessione in fibra:
1. Monitorare la giuntatrice.
2. Monitoraggio della sorgente luminosa e del misuratore di potenza ottica.
3. Metodo di misurazione OTDR
Metodo operativo di connessione in fibra ottica
Le operazioni di connessione in fibra ottica si suddividono generalmente in:
1. Movimentazione delle facce terminali delle fibre.
2. Installazione del collegamento di fibra ottica.
3. Giunzione di fibra ottica.
4. Protezione dei connettori in fibra ottica.
5. Ci sono cinque passaggi per il vassoio della fibra rimanente.
Generalmente, la connessione dell'intero cavo ottico viene eseguita secondo i seguenti passaggi:
Passaggio 1: molto di buona lunghezza, aprire e spellare il cavo ottico, rimuovere la guaina del cavo
Passaggio 2: pulire e rimuovere la pasta di riempimento del petrolio nel cavo ottico.
Passaggio 3: impacchettare la fibra.
Passaggio 4: controllare il numero di nuclei in fibra, eseguire l'accoppiamento in fibra e verificare se le etichette colorate in fibra sono corrette.
Passaggio 5: rafforzare la connessione cardiaca;
Fase 6: Varie coppie di linee ausiliarie, incluse coppie di linee commerciali, coppie di linee di controllo, linee di terra schermate, ecc. (se le coppie di linee sopra menzionate sono disponibili.
Passaggio 7: collegare la fibra.
Passaggio 8: proteggere il connettore della fibra ottica;
Step 9: lo stoccaggio dell'inventario della fibra rimanente;
Step 10: Completare il collegamento della guaina del cavo ottico;
Step 11: Protezione dei connettori in fibra ottica
Perdita di fibra
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB/km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3 dB/km
850 nm: da 2,3 a 3,4 dB/km
Perdita del punto di fusione della fibra ottica: 0,08 dB/punto
Punto di giunzione fibra 1 punto / 2 km
Nomi di fibre comuni
1) Attenuazione
Attenuazione: perdita di energia quando la luce viene trasmessa in fibra ottica, fibra monomodale 1310 nm 0,4 ~ 0,6 dB / km, 1550 nm 0,2 ~ 0,3 dB / km;fibra plastica multimodale 300dB/km
2) Dispersione
Dispersione: la larghezza di banda degli impulsi luminosi viene aumentata dopo aver percorso una certa distanza lungo la fibra.È il fattore principale che limita la velocità di trasmissione.
Dispersione intermodale: si verifica solo nelle fibre multimodali, perché diverse modalità di luce viaggiano lungo percorsi diversi.
Dispersione del materiale: diverse lunghezze d'onda della luce viaggiano a velocità diverse.
Dispersione della guida d'onda: ciò si verifica perché l'energia luminosa viaggia a velocità leggermente diverse mentre viaggia attraverso il nucleo e il rivestimento.Nella fibra monomodale, è molto importante modificare la dispersione della fibra modificando la struttura interna della fibra.
Tipo di fibra
Il punto di dispersione zero G.652 è di circa 1300 nm
Il punto di dispersione zero G.653 è di circa 1550 nm
Fibra a dispersione negativa G.654
Fibra G.655 a dispersione spostata
Fibra a onda intera
3) dispersione
A causa della struttura di base imperfetta della luce, viene causata la perdita di energia luminosa e la trasmissione della luce in questo momento non ha più una buona direttività.
Conoscenze di base del sistema in fibra ottica
Introduzione all'architettura e alle funzioni di un sistema base in fibra ottica:
1. Unità di invio: converte i segnali elettrici in segnali ottici;
2. Unità di trasmissione: un mezzo che trasporta segnali ottici;
3. Unità ricevente: riceve segnali ottici e li converte in segnali elettrici;
4. Collegare il dispositivo: collegare la fibra ottica alla sorgente luminosa, al rilevamento della luce e ad altre fibre ottiche.
Tipi di connettori comuni
Tipo di faccia terminale del connettore
Accoppiatore
La funzione principale è quella di distribuire segnali ottici.Applicazioni importanti sono nelle reti in fibra ottica, in particolare nelle reti locali e nei dispositivi multiplexing a divisione di lunghezza d'onda.
Struttura basilare
L'accoppiatore è un dispositivo passivo bidirezionale.Le forme di base sono albero e stella.L'accoppiatore corrisponde allo splitter.
WDM
WDM—Il multiplexer a divisione di lunghezza d'onda trasmette più segnali ottici in una fibra ottica.Questi segnali ottici hanno frequenze e colori diversi.Il multiplexer WDM serve per accoppiare più segnali ottici nella stessa fibra ottica;il multiplexer di demultiplazione serve a distinguere più segnali ottici da una fibra ottica.
Multiplexer a divisione di lunghezza d'onda (leggenda)
Definizione degli impulsi nei sistemi digitali:
1. Ampiezza: l'altezza dell'impulso rappresenta l'energia di potenza ottica nel sistema in fibra ottica.
2. Tempo di salita: il tempo necessario affinché l'impulso salga dal 10% al 90% dell'ampiezza massima.
3. Tempo di caduta: il tempo necessario affinché l'impulso scenda dal 90% al 10% dell'ampiezza.
4. Larghezza dell'impulso: l'ampiezza dell'impulso alla posizione di ampiezza del 50%, espressa nel tempo.
5. Ciclo: il tempo specifico dell'impulso è il tempo di lavoro necessario per completare un ciclo.
6. Rapporto di estinzione: il rapporto tra 1 potenza della luce del segnale e 0 potenza della luce del segnale.
Definizione di unità comuni nella comunicazione in fibra ottica:
1.dB = 10 log10 (Morcia / Pin)
Broncio: potenza di uscita;Pin: potenza in ingresso
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), che è un'unità ampiamente utilizzata nell'ingegneria delle comunicazioni;solitamente rappresenta la potenza ottica con 1 milliwatt come riferimento;
esempio:–10dBm significa che la potenza ottica è pari a 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)