光ファイバー通信の利点:
●通信容量が大きい
●中継距離が長い
●電磁干渉なし
●豊富なリソース
●軽量・小型
光通信の歴史
2000年以上前、ビーコンライト、セマフォ
1880年、光電話-無線光通信
1970年、光ファイバー通信
● 1966 年、「光ファイバーの父」高勇博士が光ファイバー通信のアイデアを初めて提唱。
● 1970 年、ベル ヤン研究所のリン ヤンシオンは、室温で連続動作できる半導体レーザーを開発しました。
● 1970 年、Corning の Kapron は 20dB/km のファイバー損失を出しました。
● 1977 年、シカゴ初の 45Mb/s の商用回線。
電磁スペクトル
通信帯域分割と対応伝送媒体
光の屈折・反射と全反射
物質によって光の進み方が異なるため、ある物質から別の物質に光が放出されると、2 つの物質の界面で屈折と反射が起こります。また、屈折する光の角度は、入射光の角度によって変化します。入射光の角度が一定の角度以上になると、屈折した光が消え、すべての入射光が反射されます。これが光の全反射です。異なる材料は、同じ波長の光に対して異なる屈折角を持ち (つまり、異なる材料は異なる屈折率を持ちます)、同じ材料でも異なる波長の光に対して異なる屈折角を持ちます。光ファイバー通信は、上記の原理に基づいています。
反射率分布: 光学材料を特徴付ける重要なパラメータは、N で表される屈折率です。真空中の光速 C と材料中の光速 V の比が、材料の屈折率です。
N = C / V
光ファイバー通信用石英ガラスの屈折率は約1.5です。
繊維構造
ファイバー裸ファイバーは、一般に次の 3 つの層に分けられます。
最初の層: 中心の高屈折率のガラス コア (コアの直径は一般に 9-10μm、(シングルモード) 50 または 62.5 (マルチモード)。
2 番目の層: 中間は低屈折率の石英ガラスのクラッドです (直径は通常 125μメートル）。
3層目：最外層は補強用の樹脂コーティング。
1) コア: 光を伝送するために使用される高屈折率。
２）クラッドコーティング：屈折率が低く、コアと全反射状態を形成する。
3) 保護ジャケット：強度が高く、大きな衝撃にも耐え、光ファイバーを保護します。
3mm 光ケーブル: オレンジ、MM、マルチモード;イエロー、SM、シングルモード
繊維サイズ
外径は一般的に 125um (毛髪あたり平均 100um) です。
内径: シングルモード 9um;マルチモード 50 / 62.5um
開口数
光ファイバの端面に入射するすべての光が光ファイバによって伝送できるわけではなく、特定の角度範囲内の入射光のみが伝送されます。この角度は、ファイバーの開口数と呼ばれます。光ファイバの開口数が大きいほど、光ファイバのドッキングに有利である。異なるメーカーは異なる開口数を持っています。
繊維の種類
光ファイバー内の光の伝送モードに応じて、次のように分類できます。
マルチモード（略称：MM）;シングルモード（略称：SM）
マルチモード ファイバ: 中央のガラス コアが厚い (50 または 62.5μm) 複数のモードで光を送信できます。ただし、モード間分散が大きいため、デジタル信号の送信周波数が制限され、距離が長くなるほど深刻になります。例: 600MB / KM 光ファイバは、2KM で 300MB の帯域幅しかありません。したがって、マルチモード ファイバの伝送距離は比較的短く、通常は数キロメートルしかありません。
シングルモードファイバー: 中心のガラスコアは比較的細い (コア径は一般的に 9 または 10μm)、1 つのモードでのみ光を送信できます。実は階段型光ファイバーの一種ですが、コア径が非常に小さいのです。理論的には、単一の伝播経路の直接光のみがファイバに入り、ファイバ コア内をまっすぐ伝播することができます。ファイバーパルスはほとんど伸びません。したがって、モード間分散は小さく、リモート通信に適していますが、波長分散が大きな役割を果たします。このように、シングルモード ファイバでは、光源のスペクトル幅と安定性に対する要件が高くなります。つまり、スペクトル幅が狭く、安定性が良好です。.
光ファイバーの分類
素材別：
ガラス繊維：コアとクラッドはガラス製で、損失が少なく、伝送距離が長く、コストが高くなります。
ゴムで覆われたシリコン光ファイバー: コアはガラスで、クラッドはプラスチックで、グラスファイバーと同様の特性を持ち、低コストです。
プラスチック光ファイバ：コアとクラッドの両方がプラスチックで、損失が大きく、伝送距離が短く、低価格です。主に家電製品、オーディオ、近距離画像伝送に使用されます。
最適な伝送周波数ウィンドウによると、従来のシングルモード ファイバーと分散シフト シングルモード ファイバー。
従来型：1300nmなどの単一波長の光に対して光ファイバーの伝送周波数を最適化する光ファイバー製造会社。
分散シフト タイプ: 光ファイバー メーカーは、1300nm と 1550nm などの 2 つの波長の光でファイバー伝送周波数を最適化します。
急激な変化: ガラス クラッドに対するファイバー コアの屈折率は急激です。低コストでモード間分散が高い。産業用制御などの近距離低速通信に適しています。ただし、シングルモード ファイバでは、モード間分散が小さいため、ミューテーション タイプが使用されます。
勾配ファイバー: ファイバー コアからガラス クラッドまでの屈折率が徐々に低下し、高モード光が正弦波状に伝搬できるようになります。これにより、モード間の分散が減少し、ファイバー帯域幅が増加し、伝送距離が増加しますが、コストは高くなります。より高いモードのファイバーは、ほとんどが傾斜ファイバーです。
共通ファイバー仕様
繊維サイズ:
1) シングルモードコア径: 9 / 125μメートル、10 / 125μm
2) クラッド外径 (2D) = 125μm
3) コーティング外径 = 250μm
4) ピグテール: 300μm
5) マルチモード: 50/125μm、ヨーロッパ規格。62.5 / 125μm、アメリカ規格
6) 産業用、医療用、低速ネットワーク: 100 / 140μメートル、200/230μm
7) プラスチック: 98/1000μm、自動車制御に使用
繊維の減衰
繊維の減衰を引き起こす主な要因は、固有、曲げ、絞り、不純物、凹凸、突合せです。
固有: レイリー散乱、固有吸収などを含む、光ファイバーの固有の損失です。
曲げ：ファイバーを曲げると、ファイバーの一部の光が散乱により失われ、損失が発生します。
Squeezing: ファイバが絞られたときにファイバがわずかに曲がることによって生じる損失。
不純物: 光ファイバー内の不純物は、ファイバー内を伝送される光を吸収および散乱し、損失を引き起こします。
不均一: ファイバー素材の不均一な屈折率によって生じる損失。
ドッキング: ファイバーのドッキング中に発生する損失。たとえば、軸が異なる (シングルモード ファイバーの同軸度要件は 0.8 未満)μm)、端面が軸に対して垂直でない、端面がでこぼこである、バット コアの直径が一致しない、接続品質が悪い。
光ケーブルの種類
1) 敷設方法によると: 自己支持架空光ケーブル、パイプライン光ケーブル、装甲埋設光ケーブル、海底光ケーブル。
2) 光ケーブルの構造により、結束チューブ光ケーブル、層撚り光ケーブル、タイトホールド光ケーブル、リボン光ケーブル、非金属光ケーブル、分岐光ケーブルがあります。
3) 目的に応じて、長距離通信用光ケーブル、近距離用屋外用光ケーブル、ハイブリッド光ケーブル、ビル用光ケーブル。
光ケーブルの接続と終端
光ケーブルの接続と終端処理は、光ケーブルの保守担当者が習得しなければならない基本的なスキルです。
光ファイバー接続技術の分類：
1) 光ファイバーの接続技術と光ケーブルの接続技術は 2 つの部分です。
2) 光ケーブルの端部は、コネクタの材質が異なるため操作が異なることを除いて、光ケーブルの接続と同様です。
ファイバー接続の種類
光ファイバーケーブル接続は、一般に次の 2 つのカテゴリに分類できます。
１）光ファイバーの固定接続（通称デッドコネクター）。通常、光ファイバ融着接続機を使用します。光ケーブルのダイレクトヘッドに使用。
2) 光ファイバーのアクティブ コネクタ (通称ライブ コネクタ)。取り外し可能なコネクタ (一般にルーズ ジョイントとして知られている) を使用します。ファイバージャンパー、機器接続などに。
光ファイバーの端面の不完全性と光ファイバーの端面の圧力の不均一性により、1回の放電による光ファイバーの接続損失は依然として比較的大きく、2次放電融着法が使用されるようになりました。まず、ファイバの端面を予熱して排出し、端面を成形し、ゴミやゴミを取り除き、予熱によってファイバの端面圧力を均一にします。
光ファイバー接続損失の監視方法
ファイバー接続損失を監視するには、次の 3 つの方法があります。
1. スプライサーを監視します。
2. 光源と光パワーメータの監視。
3.OTDR測定方法
光ファイバー接続の操作方法
光ファイバー接続操作は、一般的に次のように分類されます。
1. ファイバー端面の取り扱い。
2. 光ファイバーの接続設置。
3. 光ファイバーのスプライシング。
4. 光ファイバーコネクターの保護。
5. 残りのファイバー トレイには 5 つの手順があります。
一般に、光ケーブル全体の接続は、次の手順に従って実行されます。
ステップ 1: 十分な長さ、光ケーブルを開いて剥がし、ケーブル シースを取り外します。
ステップ 2: 光ケーブルの石油充填ペーストをきれいにして取り除きます。
ステップ 3: ファイバーを束ねます。
ステップ 4: ファイバ コアの数を確認し、ファイバ ペアリングを実行して、ファイバの色ラベルが正しいかどうかを確認します。
ステップ 5: 心のつながりを強化します。
ステップ 6: 商用ライン ペア、制御ライン ペア、シールド グランド ラインなどを含むさまざまな補助ライン ペア (上記のライン ペアが使用可能な場合。
ステップ 7: ファイバーを接続します。
ステップ 8: 光ファイバ コネクタを保護します。
ステップ 9: 残りのファイバーの在庫保管。
ステップ 10: 光ケーブル ジャケットの接続を完了します。
ステップ 11: 光ファイバーコネクターの保護
ファイバーロス
1310nm：0.35～0.5dB/Km
1550nm：0.2～0.3dB/Km
850nm：2.3～3.4dB/Km
光ファイバー融着点損失：0.08dB/点
ファイバー接続点 1点/2km
一般的な繊維名詞
1) 減衰
減衰：光が光ファイバーで伝送される際のエネルギー損失、シングルモードファイバー 1310nm 0.4 ~ 0.6dB/km、1550nm 0.2 ~ 0.3dB/km;プラスチックマルチモードファイバー 300dB / km
2) 分散
分散: 光パルスの帯域幅は、ファイバーに沿って一定の距離を移動した後に増加します。これは、伝送速度を制限する主な要因です。
モード間分散: さまざまなモードの光がさまざまなパスに沿って移動するため、マルチモード ファイバーでのみ発生します。
材料の分散: 異なる波長の光は、異なる速度で移動します。
導波路分散: これは、光エネルギーがコアとクラッドを通過するときにわずかに異なる速度で移動するために発生します。シングルモード ファイバでは、ファイバの内部構造を変更してファイバの分散を変更することが非常に重要です。
繊維の種類
G.652 ゼロ分散ポイントは約 1300nm です
G.653 のゼロ分散点は 1550nm 付近です
G.654 負分散ファイバー
G.655 分散シフト ファイバ
全波ファイバー
3) 散乱
光の基本構造が不完全なため、光エネルギーの損失が生じ、このときの光の透過は良好な指向性を持たなくなります。
光ファイバーシステムの基礎知識
基本的な光ファイバー システムのアーキテクチャと機能の紹介:
1.送信ユニット：電気信号を光信号に変換します。
2. 伝送ユニット: 光信号を伝送する媒体。
3. 受信ユニット: 光信号を受信し、電気信号に変換します。
4.デバイスを接続します。光ファイバーを光源、光検出、およびその他の光ファイバーに接続します。
一般的なコネクタの種類
コネクタ端面タイプ
カプラー
主な機能は、光信号を配信することです。重要なアプリケーションは、光ファイバー ネットワーク、特にローカル エリア ネットワークおよび波長分割多重デバイスにあります。
基本構造
カプラーは双方向受動デバイスです。基本形はツリーとスター。カプラーはスプリッターに対応。
WDM
WDM—波長分割マルチプレクサーは、1 本の光ファイバーで複数の光信号を伝送します。これらの光信号は、異なる周波数と異なる色を持っています。WDM マルチプレクサは、複数の光信号を同じ光ファイバに結合します。逆多重化マルチプレクサは、1 本の光ファイバから複数の光信号を区別するためのものです。
波長分割マルチプレクサー (凡例)
デジタルシステムにおけるパルスの定義:
1. 振幅: パルスの高さは、光ファイバー システムの光パワー エネルギーを表します。
2. 上昇時間: パルスが最大振幅の 10% から 90% に上昇するのに必要な時間。
3. 下降時間: パルスが振幅の 90% から 10% に下降するのに必要な時間。
4. パルス幅: 振幅 50% の位置でのパルスの幅で、時間で表されます。
5. サイクル: パルス固有時間は、サイクルを完了するのに必要な作業時間です。
6. 消光比：信号光パワー 0 に対する信号光パワー 1 の比。
光ファイバー通信における一般的な単位の定義:
1.dB = 10 log10 (Pout / ピン)
Pout: 出力電力;ピン: 入力電力
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw)。通信工学で広く使用されている単位です。通常、1 ミリワットを基準とした光パワーを表します。
例：–10dBm は、光パワーが 100uw に等しいことを意味します。
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)