מושג בסיסי של תקשורת סיבים אופטיים.
סיב אופטי הוא מוליך גל אופטי דיאלקטרי, מבנה מוליך גל שחוסם אור ומפיץ אור בכיוון הצירי.
סיבים עדינים מאוד עשויים מזכוכית קוורץ, שרף סינטטי וכו'.
סיב מצב יחיד: ליבה 8-10um, חיפוי 125um
סיב רב-מוד: ליבה 51um, חיפוי 125um
שיטת התקשורת של העברת אותות אופטיים באמצעות סיבים אופטיים נקראת תקשורת סיבים אופטיים.
גלי אור שייכים לקטגוריה של גלים אלקטרומגנטיים.
טווח אורכי הגל של האור הנראה הוא 390-760 ננומטר, החלק הגדול מ-760 ננומטר הוא אור אינפרא אדום, והחלק הקטן מ-390 ננומטר הוא אור אולטרה סגול.
חלון עבודה של גלי אור (שלושה חלונות תקשורת):
טווח אורכי הגל המשמש בתקשורת סיבים אופטיים הוא באזור הקרוב לאינפרא אדום
אזור באורך גל קצר (אור נראה, שהוא אור כתום בעין בלתי מזוינת) אור כתום 850nm
אזור אורך גל ארוך (אזור אור בלתי נראה) 1310 ננומטר (נקודת פיזור מינימלית תיאורטית), 1550 ננומטר (נקודת הנחתה מינימלית תיאורטית)
מבנה וסיווג סיבים
1. מבנה הסיב
מבנה הסיבים האידיאלי: ליבה, חיפוי, ציפוי, ז'קט.
הליבה והחיפוי עשויים מחומר קוורץ, והתכונות המכניות שבריריות יחסית וקל לשבור.לכן, בדרך כלל מוסיפים שתי שכבות של שכבת ציפוי, סוג שרף אחד ושכבה אחת מסוג ניילון, כך שהביצועים הגמישים של הסיבים מגיעים לדרישות היישום המעשיות של הפרויקט.
2. סיווג סיבים אופטיים
(1) הסיב מחולק לפי התפלגות מקדם השבירה של חתך הסיב: הוא מחולק לסיב מסוג צעד (סיב אחיד) וסיב מדורג (סיב לא אחיד).
נניח שלליבה יש מקדם שבירה של n1 ומקדם השבירה של החיפוי הוא n2.
על מנת לאפשר לליבה להעביר אור למרחקים ארוכים, התנאי ההכרחי לבניית הסיב האופטי הוא n1>n2
התפלגות מקדם השבירה של סיב אחיד היא קבועה
חוק חלוקת אינדקס השבירה של סיבים לא אחידים:
ביניהם, △ – הפרש מקדם שבירה יחסי
Α—אינדקס השבירה, α=∞—סיב חלוקת מקדם השבירה מסוג צעד, α=2—סיב לחלוקת מקדם השבירה בחוק הריבועי (סיב מדורג).סיב זה מושווה לסיבים מדורגים אחרים. מצב פיזור מינימום אופטימלי.
(1) לפי מספר המצבים המועברים בליבה: מחולק לסיב רב-מוד וסיב במצב יחיד
התבנית כאן מתייחסת להפצה של שדה אלקטרומגנטי של אור המועבר בסיב אופטי.הפצות שדות שונות הן מצב שונה.
מצב יחיד (רק מצב אחד משודר בסיב), multimode (מספר מצבים משודרים בו זמנית בסיב)
נכון להיום, עקב הדרישות הגוברת בקצב ההולכה ומספר ההולכים הגדל, רשת המטרופולין מתפתחת לכיוון של מהירות גבוהה וקיבולת גדולה, כך שרובם הם סיבים מדורגים חד-מודים.(מאפייני השידור של עצמם טובים יותר מסיבים מולטי-מודים)
(2) מאפיינים של סיבים אופטיים:
①מאפייני אובדן של סיב אופטי: גלי אור מועברים בסיב האופטי, וההספק האופטי פוחת בהדרגה ככל שמרחק השידור גדל.
הגורמים לאובדן סיבים כוללים: אובדן צימוד, אובדן ספיגה, אובדן פיזור ואובדן קרינה בכיפוף.
אובדן צימוד הוא האובדן הנגרם מהצימוד בין הסיב למכשיר.
הפסדי ספיגה נגרמים מספיגת אנרגיית האור על ידי חומרי סיבים וזיהומים.
אובדן הפיזור מתחלק לפיזור ריילי (אי אחידות מקדם השבירה) ופיזור מוליך גל (אי אחידות החומר).
אובדן קרינת כיפוף הוא האובדן הנגרם מכיפוף הסיב המוביל למצב הקרינה הנגרם כתוצאה מכיפוף הסיב.
②מאפייני פיזור של סיב אופטי: לרכיבי תדר שונים באות המשודר על ידי הסיב האופטי יש מהירויות שידור שונות, והתופעה הפיזית של עיוות הנגרמת מהרחבת דופק האות בעת הגעה למסוף נקראת פיזור.
הפיזור מתחלק לפיזור מודאלי, פיזור חומר ופיזור מוליך גל.
רכיבים בסיסיים של מערכות תקשורת סיבים אופטיים
שלח חלק:
אות אפנון הדופק שיוצא על ידי המשדר החשמלי (מסוף חשמלי) נשלח למשדר האופטי (האות שנשלח על ידי המתג הנשלט על ידי התוכנית מעובד, צורת הגל מעוצבת, ההפך של התבנית משתנה... לאות חשמלי מתאים ונשלח למשדר האופטי)
התפקיד העיקרי של משדר אופטי הוא להמיר אות חשמלי לאות אופטי שמחובר לסיב.
חלק מקבל:
המרת אותות אופטיים המועברים דרך סיבים אופטיים לאותות חשמליים
העיבוד של האות החשמלי משוחזר לאות המקורי מאופנן הדופק ונשלח למסוף החשמלי (האות החשמלי שנשלח על ידי המקלט האופטי מעובד, צורת הגל מעוצבת, היפוך של התבנית מתהפך... האות החשמלי המתאים הוא נשלח חזרה למתג הניתן לתכנות)
חלק הילוכים:
סיב חד-מוד, משחזר אופטי (מחדש רגנרטיבי חשמלי (הגברת המרה אופטית-חשמלית-אופטית, עיכוב השידור יהיה גדול יותר, מעגל החלטת דופק ישמש לעיצוב צורת הגל ותזמון), מגבר סיבים מסוממים בארביום (משלים את ההגברה ברמה האופטית, ללא עיצוב צורות גל)
(1) משדר אופטי: זהו מקלט משדר אופטי המממש המרה חשמלית/אופטית.הוא מורכב ממקור אור, דרייבר ומאפנן.הפונקציה היא לווסת את גל האור מהמכונה החשמלית לגל האור הנפלט ממקור האור כדי להפוך לגל מעומעם, ולאחר מכן לחבר את האות האופטי המאופנן לסיב האופטי או לכבל האופטי לצורך שידור.
(2) מקלט אופטי: הוא מקלט משדר אופטי המממש המרה אופטית/חשמלית.דגם השירות מורכב ממעגל זיהוי אור ומגבר אופטי, והתפקיד הוא להמיר את האות האופטי המועבר על ידי הסיב האופטי או הכבל האופטי לאות חשמלי על ידי הגלאי האופטי, ולאחר מכן להגביר את האות החשמלי החלש ל רמה מספקת דרך מעגל ההגברה כדי להישלח לאות.הקצה המקבל של המכונה החשמלית הולך.
(3) סיבים/כבל: סיבים או כבל מהווים את נתיב ההולכה של האור.הפונקציה היא להעביר את האות המעומעם שנשלח על ידי הקצה המשדר לגלאי האופטי של הקצה המקבל לאחר שידור למרחקים ארוכים דרך הסיב האופטי או הכבל האופטי כדי להשלים את משימת העברת המידע.
(4) משחזר אופטי: מורכב מפוטו-גלאי, מקור אור ומעגל התחדשות החלטה.ישנן שתי פונקציות: האחת היא לפצות על הנחתה של האות האופטי המועבר בסיב האופטי;השני הוא לעצב את הדופק של עיוות צורת הגל.
(5) רכיבים פסיביים כגון מחברי סיבים אופטיים, מצמדים (אין צורך באספקת חשמל בנפרד, אך המכשיר עדיין אובדן): מכיוון שאורך הסיב או הכבל מוגבל על ידי תהליך ציור הסיבים ותנאי בניית הכבלים. אורך הסיב הוא גם Limit (למשל 2 ק"מ).לכן, תיתכן בעיה בכך שמספר סיבים אופטיים מחוברים בקו סיב אופטי אחד.לכן, החיבור בין סיבים אופטיים, חיבור וצימוד של סיבים אופטיים ומקלטי משדר אופטיים ושימוש ברכיבים פסיביים כמו מחברים אופטיים ומצמדים הם הכרחיים.
העליונות של תקשורת סיבים אופטיים
רוחב פס שידור, יכולת תקשורת גדולה
אובדן שידור נמוך ומרחק ממסר גדול
הפרעות אנטי אלקטרומגנטיות חזקות
(מעבר לאלחוטי: לאותות אלחוטיים יש אפקטים רבים, יתרונות ריבוי נתיבים, אפקטי צל, דהיית ריילי, אפקטי דופלר
בהשוואה לכבל קואקסיאלי: האות האופטי גדול יותר מכבל קואקסיאלי ויש לו סודיות טובה)
תדירות גל האור גבוהה מאוד, בהשוואה לגלים אלקטרומגנטיים אחרים, ההפרעה קטנה.
חסרונות של כבל אופטי: תכונות מכניות גרועות, קל לשבור, (שיפור ביצועים מכניים, ישפיע על עמידות הפרעות), בנייתו לוקח זמן רב ומושפע מתנאים גיאוגרפיים.