אנציקלופדיה להעברת סיבים אופטיים

היתרונות של תקשורת סיבים אופטיים:

● יכולת תקשורת גדולה

● מרחק ממסר ארוך

● אין הפרעות אלקטרומגנטיות

● משאבים עשירים

● משקל קל וגודל קטן

היסטוריה קצרה של תקשורת אופטית

לפני יותר מ-2000 שנה, המשואות-אורות, סמפורות

1880, תקשורת אופטית אופטית טלפון-אלחוטי

1970, תקשורת סיבים אופטיים

● בשנת 1966, "אבי הסיבים האופטיים", ד"ר גאו יונג הציע לראשונה את הרעיון של תקשורת סיבים אופטיים.

● בשנת 1970, Lin Yanxiong של מכון בל יאן היה לייזר מוליכים למחצה שיכול לעבוד ברציפות בטמפרטורת החדר.

● בשנת 1970, ה-Kapron של קורנינג ירד ב-20dB/km סיבים.

● בשנת 1977, הקו המסחרי הראשון של שיקגו של 45Mb/s.

הספקטרום האלקטרומגנטי

חלוקת פסי תקשורת ואמצעי שידור מתאימים

שבירה / השתקפות והחזרה כוללת של אור

מכיוון שאור נע בצורה שונה בחומרים שונים, כאשר אור נפלט מחומר אחד למשנהו, מתרחשות שבירה והשתקפות בממשק בין שני החומרים.יתרה מכך, זווית האור השבור משתנה עם זווית האור הנוצר.כאשר זווית האור הנכנס תגיע או תעלה על זווית מסוימת, האור השבור ייעלם, וכל האור הנכנס יוחזר בחזרה.זוהי ההשתקפות הכוללת של האור.לחומרים שונים יש זוויות שבירה שונות עבור אותו אורך גל של אור (כלומר, לחומרים שונים יש מדדי שבירה שונים), ולאותם חומרים יש זוויות שבירה שונות עבור אורכי גל שונים של אור.תקשורת סיבים אופטיים מבוססת על העקרונות שלעיל.

התפלגות רפלקטיביות: פרמטר חשוב לאפיון חומרים אופטיים הוא מקדם השבירה, שמיוצג על ידי N. היחס בין מהירות האור C בוואקום למהירות האור V בחומר הוא מקדם השבירה של החומר.

N = C / V

מקדם השבירה של זכוכית קוורץ לתקשורת סיבים אופטיים הוא בערך 1.5.

מבנה סיבים

סיבים חשופים מחולקים בדרך כלל לשלוש שכבות:

השכבה הראשונה: ליבת הזכוכית המרכזית עם אינדקס שבירה גבוה (קוטר הליבה הוא בדרך כלל 9-10μm, (מצב יחיד) 50 או 62.5 (מולטימוד).

השכבה השנייה: האמצעית היא חיפוי זכוכית סיליקה עם אינדקס שבירה נמוך (הקוטר הוא בדרך כלל 125μM).

השכבה השלישית: החיצונית ביותר היא ציפוי שרף לחיזוק.

1) ליבה: מקדם שבירה גבוה, המשמש להעברת אור;

2) ציפוי חיפוי: מקדם שבירה נמוך, יוצר מצב השתקפות כולל עם הליבה;

3) מעיל מגן: יש לו חוזק גבוה ויכול לעמוד בפני פגיעות גדולות כדי להגן על הסיב האופטי.

כבל אופטי 3 מ"מ: כתום, MM, רב מצבים;צהוב, SM, מצב יחיד

גודל סיבים

הקוטר החיצוני הוא בדרך כלל 125um (ממוצע 100um לשיער)

קוטר פנימי: מצב יחיד 9um;multimode 50 / 62.5um

צמצם מספרי

לא כל האור הנכנס על פני הקצה של הסיב האופטי יכול להיות מועבר על ידי הסיב האופטי, אלא רק אור חודר בטווח מסוים של זוויות.זווית זו נקראת הצמצם המספרי של הסיב.צמצם מספרי גדול יותר של הסיב האופטי הוא יתרון לעגינה של הסיב האופטי.ליצרנים שונים יש פתחים מספריים שונים.

סוג סיבים

על פי מצב השידור של האור בסיב האופטי, ניתן לחלק אותו ל:

Multi-Mode (ראשי תיבות: MM);מצב יחיד (ראשי תיבות: SM)

סיב רב-מוד: ליבת הזכוכית המרכזית עבה יותר (50 או 62.5μמ) ויכול להעביר אור במספר מצבים.עם זאת, הפיזור בין המצבים שלו גדול, מה שמגביל את תדירות העברת האותות הדיגיטליים, והוא יהפוך רציני יותר עם הגדלת המרחק.לדוגמא: סיבי 600MB / KM יש רק 300MB רוחב פס ב-2KM.לכן, מרחק השידור של סיבים מרובים הוא קצר יחסית, בדרך כלל רק כמה קילומטרים.

סיב במצב יחיד: ליבת הזכוכית המרכזית דקה יחסית (קוטר הליבה הוא בדרך כלל 9 או 10μm), והוא יכול להעביר אור רק במצב אחד.למעשה, זהו סוג של סיב אופטי מסוג צעד, אך קוטר הליבה קטן מאוד.בתיאוריה, רק האור הישיר של נתיב התפשטות בודד רשאי להיכנס לסיב ולהתפשט ישר בליבת הסיבים.דופק הסיבים בקושי נמתח.לכן, הפיזור הבין-מצבי שלו קטן ומתאים לתקשורת מרחוק, אבל הפיזור הכרומטי שלו משחק תפקיד מרכזי.באופן זה, לסיבים חד-מודים דרישות גבוהות יותר לרוחב הספקטרלי וליציבות מקור האור, כלומר, הרוחב הספקטרלי צר והיציבות טובה..

סיווג סיבים אופטיים

לפי חומר:

סיבי זכוכית: הליבה והחיפוי עשויים מזכוכית, עם אובדן קטן, מרחק שידור ארוך ועלות גבוהה;

סיב אופטי מכוסה גומי: הליבה היא זכוכית והחיפוי מפלסטיק, בעל מאפיינים דומים לסיבי זכוכית ובעלות נמוכה יותר;

סיב אופטי פלסטי: גם הליבה וגם החיפוי הם פלסטיק, עם אובדן גדול, מרחק שידור קצר ומחיר נמוך.משמש בעיקר למכשירי חשמל ביתיים, אודיו והעברת תמונות למרחקים קצרים.

על פי חלון תדר השידור האופטימלי: סיבים חד-מודים רגילים וסיבים חד-מודים מוסטים.

סוג קונבנציונלי: בית הייצור של סיבים אופטיים מייעל את תדר שידור הסיבים האופטיים על אורך גל יחיד של אור, כגון 1300nm.

סוג מוסט פיזור: מפיק הסיבים האופטיים מייעל את תדר שידור הסיבים בשני אורכי גל של אור, כגון: 1300nm ו-1550nm.

שינוי פתאומי: מקדם השבירה של ליבת הסיבים לחיפוי הזכוכית הוא פתאומי.יש לו עלות נמוכה ופיזור גבוה בין מצבים.מתאים לתקשורת למרחקים קצרים במהירות נמוכה, כגון בקרה תעשייתית.עם זאת, סיבים במצב יחיד משתמש בסוג מוטציה בגלל הפיזור הקטן בין המצבים.

סיב שיפוע: מקדם השבירה של ליבת הסיבים לחיפוי הזכוכית מופחת בהדרגה, מה שמאפשר לאור במצב גבוה להתפשט בצורה סינוסואידלית, מה שיכול להפחית את הפיזור בין המצבים, להגדיל את רוחב הפס של הסיבים ולהגדיל את מרחק השידור, אך העלות היא סיב מצב גבוה יותר הוא בעיקר סיבים מדורגים.

מפרטי סיבים נפוצים

גודל סיבים:

1) קוטר ליבה במצב יחיד: 9/125μמ', 10/125μm

2) קוטר חיפוי חיצוני (2D) = 125μm

3) קוטר ציפוי חיצוני = 250μm

4) צמה: 300μm

5) מצב רב: 50/125μm, תקן אירופאי;62.5 / 125μm, תקן אמריקאי

6) רשתות תעשייתיות, רפואיות ומהירות נמוכה: 100 / 140μמ', 200 / 230μm

7) פלסטיק: 98/1000μm, משמש לבקרת רכב

הנחתה של סיבים

הגורמים העיקריים הגורמים להנחתת הסיבים הם: מהותי, כיפוף, מעיכה, זיהומים, חוסר אחידות ותחת.

מהותי: זהו האובדן המובנה של הסיב האופטי, כולל: פיזור ריילי, ספיגה פנימית וכו'.

כיפוף: כאשר הסיב מכופף, האור בחלק מהסיב יאבד עקב פיזור, וכתוצאה מכך אובדן.

מעיכה: אובדן הנגרם כתוצאה מכיפוף קל של הסיב בעת סחיטה.

זיהומים: זיהומים בסיב אופטי סופגים ומפזרים אור המועבר בסיב וגורמים להפסדים.

לא אחיד: ההפסד הנגרם על ידי מקדם השבירה הלא אחיד של חומר הסיבים.

עגינה: אובדן שנוצר במהלך עגינה של סיבים, כגון: צירים שונים (דרישת קואקסיאליות סיבים במצב יחיד היא פחות מ-0.8μמ), פני הקצה אינם מאונכים לציר, פני הקצה אינם אחידים, קוטר ליבת התחת אינו תואם ואיכות השחבור ירודה.

סוג כבל אופטי

1) לפי שיטות הנחת: כבלים אופטיים עיליים תומכים בעצמם, כבלים אופטיים צנרת, כבלים אופטיים קבורים משוריינים וכבלים אופטיים תת ימיים.

2) על פי מבנה הכבל האופטי, ישנם: כבל אופטי צינור ארוז, כבל אופטי מעוות שכבה, כבל אופטי חזק, כבל אופטי סרט, כבל אופטי שאינו מתכת וכבל אופטי שניתן להסתעף.

3) לפי המטרה: כבלים אופטיים לתקשורת למרחקים ארוכים, כבלים אופטיים חיצוניים למרחקים קצרים, כבלים אופטיים היברידיים וכבלים אופטיים לבניינים.

חיבור וסיום כבלים אופטיים

החיבור והסיום של כבלים אופטיים הם הכישורים הבסיסיים שאנשי תחזוקת הכבלים האופטיים חייבים לשלוט בהם.

סיווג טכנולוגיית חיבור סיבים אופטיים:

1) טכנולוגיית החיבור של סיבים אופטיים וטכנולוגיית החיבור של כבל אופטי הם שני חלקים.

2) קצה הכבל האופטי דומה לחיבור הכבל האופטי, אלא שהפעולה צריכה להיות שונה עקב חומרי המחברים השונים.

סוג חיבור לסיבים

ניתן לחלק את חיבור כבל סיבים אופטיים לשתי קטגוריות:

1) חיבור קבוע של סיב אופטי (המכונה בדרך כלל מחבר מת).בדרך כלל השתמש ב-Splicer היתוך סיבים אופטיים;משמש לראש הישיר של כבל אופטי.

2) המחבר הפעיל של סיבים אופטיים (הידוע בכינויו המחבר החי).השתמש במחברים נשלפים (הידועים בדרך כלל כחיבורים רופפים).עבור מגשר סיבים, חיבור ציוד וכו'.

בשל חוסר השלמות של הקצה האופטי של הסיב האופטי ואי אחידות הלחץ על הקצה של הסיב האופטי, אובדן השחוג של הסיב האופטי על ידי פריקה אחת עדיין גדול יחסית, ושיטת היתוך הפריקה המשנית משמש כעת.ראשית, לחמם ולפרוק את פני הקצה של הסיב, לעצב את פני הקצה, להסיר אבק ופסולת ולהפוך את לחץ הקצה של הסיב לאחיד על ידי חימום מוקדם.

שיטת ניטור לאובדן חיבור סיבים אופטיים

ישנן שלוש שיטות לניטור אובדן חיבור סיבים:

1. מוניטור על הספליסר.

2. ניטור מקור אור ומד כוח אופטי.

שיטת מדידה 3.OTDR

שיטת הפעולה של חיבור סיבים אופטיים

פעולות חיבור סיבים אופטיים מחולקים בדרך כלל ל:

1. טיפול בפנים קצה הסיבים.

2. התקנת חיבור של סיב אופטי.

3. שחבור של סיב אופטי.

4. הגנה על מחברי סיבים אופטיים.

5. יש חמישה שלבים למגש הסיבים הנותר.

בדרך כלל, החיבור של הכבל האופטי כולו מתבצע לפי השלבים הבאים:

שלב 1: הרבה אורך טוב, פתח והפשט את הכבל האופטי, הסר את מעטפת הכבל

שלב 2: נקה והסר את משחת מילוי הנפט בכבל האופטי.

שלב 3: צרור את הסיבים.

שלב 4: בדוק את מספר ליבות הסיבים, בצע צימוד סיבים ובדוק אם תוויות צבע הסיבים נכונות.

שלב 5: חיזוק קשר הלב;

שלב 6: זוגות קווי עזר שונים, כולל זוגות קווי עסקים, זוגות קווי בקרה, קווי קרקע ממוגנים וכו' (אם זמינים זוגות הקווים הנ"ל.

שלב 7: חבר את הסיב.

שלב 8: הגן על מחבר הסיבים האופטיים;

שלב 9: אחסון המלאי של הסיבים שנותרו;

שלב 10: השלם את החיבור של מעיל הכבל האופטי;

שלב 11: הגנה על מחברי סיבים אופטיים

אובדן סיבים

1310 ננומטר: 0.35 ~ 0.5 dB/Km

1550 ננומטר: 0.2 ~ 0.3dB/Km

850 ננומטר: 2.3 עד 3.4 dB/Km

אובדן נקודת היתוך של סיבים אופטיים: 0.08dB/נקודה

נקודת חיבור סיבים 1 נקודה / 2 ק"מ

שמות עצם נפוצים של סיבים

1) הנחתה

הנחתה: אובדן אנרגיה כאשר אור מועבר בסיבים אופטיים, סיב חד-מוד 1310nm 0.4 ~ 0.6dB/km, 1550nm 0.2 ~0.3dB/km;סיב רב-מצבי פלסטיק 300dB/km

2) פיזור

פיזור: רוחב הפס של פעימות האור גדל לאחר נסיעה מרחק מסוים לאורך הסיב.זהו הגורם העיקרי המגביל את קצב השידור.

פיזור בין-מצבים: מתרחש רק בסיבים מולטי-מודים, מכיוון שאופנים שונים של אור נעים לאורך נתיבים שונים.

פיזור חומר: אורכי גל שונים של אור נעים במהירויות שונות.

פיזור מוליך גל: זה מתרחש מכיוון שאנרגיית האור נעה במהירויות שונות במקצת כשהיא עוברת דרך הליבה והחיפוי.בסיבים חד-מודים חשוב מאוד לשנות את פיזור הסיב על ידי שינוי המבנה הפנימי של הסיב.

סוג סיבים

G.652 נקודת פיזור אפס היא סביב 1300nm

G.653 נקודת פיזור אפס היא סביב 1550nm

סיבי פיזור שלילי G.654

סיב שעבר פיזור G.655

סיב גל מלא

3) פיזור

בשל המבנה הבסיסי הלא מושלם של האור, נגרם אובדן אנרגיית האור, ולהעברת האור בשלב זה אין עוד כיווניות טובה.

ידע בסיסי במערכת סיבים אופטיים

מבוא לארכיטקטורה ולתפקודים של מערכת סיבים אופטיים בסיסיים:

1. יחידת שולח: ממירה אותות חשמליים לאותות אופטיים;

2. יחידת שידור: מדיום הנושא אותות אופטיים;

3. יחידת קליטה: קולטת אותות אופטיים וממירה אותם לאותות חשמליים;

4. חבר את המכשיר: חבר את הסיב האופטי למקור האור, זיהוי אור וסיבים אופטיים אחרים.

סוגי מחברים נפוצים

סוג קצה המחבר

מצמד

התפקיד העיקרי הוא להפיץ אותות אופטיים.יישומים חשובים הם ברשתות סיבים אופטיים, במיוחד ברשתות מקומיות ובהתקני ריבוי חלוקת אורכי גל.

מבנה בסיסי

המצמד הוא מכשיר פסיבי דו-כיווני.הצורות הבסיסיות הן עץ וכוכב.המצמד מתאים למפצל.

WDM

WDM—מרבב חלוקת אורך גל משדר מספר אותות אופטיים בסיב אופטי אחד.לאותות אופטיים אלה יש תדרים שונים וצבעים שונים.מרבבי ה-WDM מיועד לצמד אותות אופטיים מרובים לאותו סיב אופטי;מרבב ה-demultiplexing נועד להבחין בין מספר אותות אופטיים מסיב אופטי אחד.

מרבב חלוקת אורך גל (אגדה)

הגדרה של פולסים במערכות דיגיטליות:

1. משרעת: גובה הדופק מייצג את אנרגיית הכוח האופטי במערכת הסיבים האופטיים.

2. זמן עלייה: הזמן הנדרש לעלייה של הדופק מ-10% ל-90% מהמשרעת המקסימלית.

3. זמן נפילה: הזמן הנדרש לירידת הדופק מ-90% ל-10% מהמשרעת.

4. רוחב הדופק: רוחב הפולס במיקום של 50% משרעת, מבוטא בזמן.

5. מחזור: זמן ספציפי לדופק הוא זמן העבודה הנדרש להשלמת מחזור.

6. יחס הכחדה: היחס בין עוצמת אור אות 1 ל-0 עוצמת אור אות.

הגדרה של יחידות נפוצות בתקשורת סיבים אופטיים:

1.dB = 10 log10 (שבט / סיכה)

פוטה: כוח פלט;פין: כוח קלט

2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), שהיא יחידה בשימוש נרחב בהנדסת תקשורת;זה בדרך כלל מייצג את ההספק האופטי עם 1 מיליוואט כנקודת ההתייחסות;

דוגמא:–10dBm אומר שההספק האופטי שווה ל-100uw.

3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)