Konsep asas komunikasi gentian optik.
Gentian optik ialah pandu gelombang optik dielektrik, struktur pandu gelombang yang menyekat cahaya dan menyebarkan cahaya ke arah paksi.
Serat yang sangat halus diperbuat daripada kaca kuarza, resin sintetik, dsb.
Gentian mod tunggal: teras 8-10um, pelapisan 125um
Gentian pelbagai mod: teras 51um, pelapisan 125um
Kaedah komunikasi menghantar isyarat optik menggunakan gentian optik dipanggil komunikasi gentian optik.
Gelombang cahaya tergolong dalam kategori gelombang elektromagnet.
Julat panjang gelombang cahaya boleh dilihat ialah 390-760 nm, bahagian yang lebih besar daripada 760 nm adalah cahaya inframerah, dan bahagian yang lebih kecil daripada 390 nm adalah cahaya ultraviolet.
Tingkap kerja gelombang cahaya (tiga tetingkap komunikasi):
Julat panjang gelombang yang digunakan dalam komunikasi gentian optik adalah di kawasan inframerah dekat
Rantau panjang gelombang pendek (cahaya kelihatan, iaitu cahaya oren dengan mata kasar) cahaya oren 850nm
Rantau panjang gelombang panjang (rantau cahaya tidak kelihatan) 1310 nm (titik serakan minimum teori), 1550 nm (titik pengecilan minimum teori)
Struktur dan klasifikasi gentian
1. Struktur gentian
Struktur gentian yang ideal: teras, pelapisan, salutan, jaket.
Teras dan pelapisan diperbuat daripada bahan kuarza, dan sifat mekanikalnya agak rapuh dan mudah pecah.Oleh itu, dua lapisan lapisan salutan, satu jenis resin dan satu lapisan jenis nilon biasanya ditambah, supaya prestasi fleksibel gentian mencapai keperluan aplikasi praktikal projek.
2.Klasifikasi gentian optik
(1) Gentian dibahagikan mengikut taburan indeks biasan keratan rentas gentian: ia dibahagikan kepada gentian jenis langkah (gentian seragam) dan gentian berperingkat (gentian tidak seragam).
Andaikan teras mempunyai indeks biasan n1 dan indeks biasan pelapisan ialah n2.
Untuk membolehkan teras menghantar cahaya pada jarak yang jauh, syarat yang diperlukan untuk membina gentian optik ialah n1>n2
Taburan indeks biasan bagi gentian seragam ialah pemalar
Hukum taburan indeks biasan gentian tidak seragam:
Antaranya, △ – perbezaan indeks biasan relatif
Α—indeks biasan, α=∞—gentian pengedaran indeks biasan jenis langkah, α=2—gentian pengedaran indeks biasan undang-undang persegi (gentian berperingkat).Gentian ini dibandingkan dengan gentian gred lain. Mod penyebaran minimum optimum.
(1) Mengikut bilangan mod yang dihantar dalam teras: dibahagikan kepada gentian berbilang mod dan gentian mod tunggal
Corak di sini merujuk kepada pengagihan medan elektromagnet cahaya yang dihantar dalam gentian optik.Pengagihan medan yang berbeza adalah mod yang berbeza.
Mod tunggal (hanya satu mod dihantar dalam gentian), multimod (berbilang mod serentak dihantar dalam gentian)
Pada masa ini, disebabkan oleh peningkatan keperluan pada kadar penghantaran dan peningkatan bilangan penghantaran, rangkaian kawasan metropolitan berkembang ke arah kelajuan tinggi dan kapasiti besar, jadi kebanyakannya adalah gentian bertingkat mod tunggal.(Ciri-ciri penghantaran itu sendiri adalah lebih baik daripada gentian pelbagai mod)
(2) Ciri-ciri gentian optik:
①Kehilangan ciri gentian optik: Gelombang cahaya dipancarkan dalam gentian optik, dan kuasa optik secara beransur-ansur berkurangan apabila jarak penghantaran meningkat.
Punca kehilangan gentian termasuk: kehilangan gandingan, kehilangan penyerapan, kehilangan hamburan, dan kehilangan sinaran lentur.
Kehilangan gandingan ialah kehilangan yang disebabkan oleh gandingan antara gentian dan peranti.
Kehilangan penyerapan disebabkan oleh penyerapan tenaga cahaya oleh bahan gentian dan kekotoran.
Kehilangan hamburan dibahagikan kepada hamburan Rayleigh (ketidakseragaman indeks biasan) dan hamburan pandu gelombang (ketidaksamaan bahan).
Kehilangan sinaran lentur adalah kehilangan yang disebabkan oleh lenturan gentian yang membawa kepada mod sinaran yang disebabkan oleh lenturan gentian.
②Ciri-ciri penyebaran gentian optik: Komponen frekuensi yang berbeza dalam isyarat yang dihantar oleh gentian optik mempunyai kelajuan penghantaran yang berbeza, dan fenomena fizikal herotan yang disebabkan oleh pembesaran nadi isyarat apabila sampai ke terminal dipanggil penyebaran.
Penyerakan dibahagikan kepada penyebaran modal, penyebaran bahan, dan penyebaran pandu gelombang.
Komponen asas sistem komunikasi gentian optik
Hantar bahagian:
Output isyarat modulasi nadi oleh pemancar elektrik (terminal elektrik) dihantar ke pemancar optik (isyarat yang dihantar oleh suis dikawal atur cara diproses, bentuk gelombang dibentuk, songsang corak ditukar… menjadi isyarat elektrik yang sesuai dan dihantar ke pemancar optik)
Peranan utama pemancar optik adalah untuk menukar isyarat elektrik kepada isyarat optik yang digabungkan ke dalam gentian.
Bahagian menerima:
Menukar isyarat optik yang dihantar melalui gentian optik kepada isyarat elektrik
Pemprosesan isyarat elektrik dipulihkan kepada isyarat termodulat nadi asal dan dihantar ke terminal elektrik (isyarat elektrik yang dihantar oleh penerima optik diproses, bentuk gelombang dibentuk, songsang corak disongsangkan... isyarat elektrik yang sesuai ialah dihantar semula ke suis boleh atur cara )
Bahagian penghantaran:
Gentian mod tunggal, pengulang optik (pengulang penjanaan semula elektrik (penguatan penukaran optik-elektrik-optik, kelewatan penghantaran akan menjadi lebih besar, litar keputusan nadi akan digunakan untuk membentuk bentuk gelombang dan pemasaan), Penguat gentian dop erbium (melengkapkan penguatan pada tahap optik, tanpa bentuk gelombang)
(1) Pemancar optik: Ia adalah transceiver optik yang merealisasikan penukaran elektrik/optik.Ia terdiri daripada sumber cahaya, pemacu dan modulator.Fungsinya adalah untuk memodulasi gelombang cahaya daripada mesin elektrik kepada gelombang cahaya yang dipancarkan oleh sumber cahaya untuk menjadi gelombang malap, dan kemudian menggabungkan isyarat optik termodulat kepada gentian optik atau kabel optik untuk penghantaran.
(2) Penerima optik: ialah transceiver optik yang merealisasikan penukaran optik/elektrik.Model utiliti terdiri daripada litar pengesan cahaya dan penguat optik, dan fungsinya adalah untuk menukar isyarat optik yang dihantar oleh gentian optik atau kabel optik kepada isyarat elektrik oleh pengesan optik, dan kemudian menguatkan isyarat elektrik yang lemah kepada tahap yang mencukupi melalui litar penguat untuk dihantar kepada isyarat.Hujung penerima mesin elektrik pergi.
(3) Gentian/Kabel: Gentian atau kabel membentuk laluan penghantaran cahaya.Fungsinya adalah untuk menghantar isyarat malap yang dihantar oleh hujung pemancar ke pengesan optik hujung penerima selepas penghantaran jarak jauh melalui gentian optik atau kabel optik untuk menyelesaikan tugas menghantar maklumat.
(4) Pengulang optik: terdiri daripada pengesan foto, sumber cahaya, dan litar penjanaan semula keputusan.Terdapat dua fungsi: satu adalah untuk mengimbangi pengecilan isyarat optik yang dihantar dalam gentian optik;yang lain adalah untuk membentuk nadi herotan bentuk gelombang.
(5) Komponen pasif seperti penyambung gentian optik, pengganding (tidak perlu membekalkan kuasa secara berasingan, tetapi peranti masih hilang): Kerana panjang gentian atau kabel dihadkan oleh proses lukisan gentian dan keadaan pembinaan kabel, dan panjang gentian juga Had (cth 2km).Oleh itu, mungkin terdapat masalah bahawa pluraliti gentian optik disambungkan dalam satu talian gentian optik.Oleh itu, sambungan antara gentian optik, sambungan dan gandingan gentian optik dan transceiver optik, dan penggunaan komponen pasif seperti penyambung dan pengganding optik adalah amat diperlukan.
Keunggulan komunikasi gentian optik
Jalur lebar penghantaran, kapasiti komunikasi yang besar
Kehilangan penghantaran yang rendah dan jarak geganti yang besar
Gangguan anti-elektromagnet yang kuat
(Selain wayarles: isyarat wayarles mempunyai banyak kesan, faedah berbilang laluan, kesan bayangan, pudar Rayleigh, kesan Doppler
Berbanding dengan kabel sepaksi: isyarat optik lebih besar daripada kabel sepaksi dan mempunyai kerahsiaan yang baik)
Kekerapan gelombang cahaya adalah sangat tinggi, berbanding dengan gelombang elektromagnet lain, gangguan adalah kecil.
Kelemahan kabel optik: sifat mekanikal yang lemah, mudah pecah, (meningkatkan prestasi mekanikal, akan memberi kesan kepada rintangan gangguan), ia mengambil masa yang lama untuk dibina, dan dipengaruhi oleh keadaan geografi.