Zalety komunikacji światłowodowej:
● Duża przepustowość komunikacyjna
● Długa odległość przekaźnika
● Brak zakłóceń elektromagnetycznych
● Bogate zasoby
● Lekka waga i mały rozmiar
Krótka historia komunikacji optycznej
Ponad 2000 lat temu światła ostrzegawcze, semafory
1880, optyczna telefoniczna bezprzewodowa komunikacja optyczna
1970, komunikacja światłowodowa
● W 1966 r. „Ojciec światłowodów”, dr Gao Yong jako pierwszy zaproponował ideę komunikacji światłowodowej.
● W 1970 roku Lin Yanxiong z Instytutu Bell Yan był laserem półprzewodnikowym, który mógł pracować w sposób ciągły w temperaturze pokojowej.
● W 1970 r. firma Kapron firmy Corning spowodowała utratę 20 dB/km światłowodu.
● W 1977 r. pierwsza komercyjna linia Chicago 45Mb/s.
Widmo elektromagnetyczne
Podział pasma komunikacyjnego i odpowiednie media transmisyjne
Załamanie/odbicie i całkowite odbicie światła
Ponieważ światło przemieszcza się w różny sposób w różnych substancjach, gdy światło jest emitowane z jednej substancji do drugiej, na granicy między tymi dwiema substancjami dochodzi do załamania i odbicia.Ponadto kąt załamanego światła zmienia się wraz z kątem padającego światła.Gdy kąt padającego światła osiągnie lub przekroczy określony kąt, załamane światło zniknie, a całe padające światło zostanie odbite z powrotem.To jest całkowite odbicie światła.Różne materiały mają różne kąty załamania dla tej samej długości fali światła (to znaczy różne materiały mają różne współczynniki załamania), a te same materiały mają różne kąty załamania dla różnych długości fal światła.Komunikacja światłowodowa opiera się na powyższych zasadach.
Rozkład odbicia: Ważnym parametrem charakteryzującym materiały optyczne jest współczynnik załamania, który jest reprezentowany przez N. Stosunek prędkości światła C w próżni do prędkości światła V w materiale jest współczynnikiem załamania materiału.
N = C / V
Współczynnik załamania szkła kwarcowego do komunikacji światłowodowej wynosi około 1,5.
Struktura włókien
Włókno gołe jest generalnie podzielone na trzy warstwy:
Pierwsza warstwa: środkowy rdzeń szklany o wysokim współczynniku załamania światła (średnica rdzenia wynosi zwykle 9-10μm, (tryb pojedynczy) 50 lub 62,5 (tryb wielomodowy).
Druga warstwa: środkowa to okładzina ze szkła krzemionkowego o niskim współczynniku załamania światła (średnica wynosi zwykle 125μm).
Trzecia warstwa: najbardziej zewnętrzna to powłoka z żywicy wzmacniająca.
1) rdzeń: wysoki współczynnik załamania światła, stosowany do przepuszczania światła;
2) Powłoka okładzinowa: niski współczynnik załamania, tworzący warunki całkowitego odbicia z rdzeniem;
3) Kurtka ochronna: ma wysoką wytrzymałość i może wytrzymać duże uderzenia, aby chronić światłowód.
kabel optyczny 3mm: pomarańczowy, MM, wielomodowy;żółty, SM, jednomodowy
Rozmiar włókna
Średnica zewnętrzna wynosi zazwyczaj 125um (średnio 100um na włos)
Średnica wewnętrzna: tryb jednomodowy 9um;wielomodowy 50/62,5um
Apertura numeryczna
Nie całe światło padające na czoło światłowodu może być przepuszczane przez światłowód, a jedynie światło padające w pewnym zakresie kątów.Ten kąt nazywa się aperturą numeryczną światłowodu.Większa apertura numeryczna światłowodu jest korzystna dla dokowania światłowodu.Różni producenci mają różne apertury numeryczne.
Rodzaj włókna
Ze względu na sposób transmisji światła w światłowodzie można je podzielić na:
Multi-Mode (skrót: MM);Jednomodowy (skrót: SM)
Włókno wielomodowe: środkowy rdzeń szklany jest grubszy (50 lub 62,5μm) i może przepuszczać światło w wielu trybach.Jednak jego dyspersja międzymodowa jest duża, co ogranicza częstotliwość nadawania sygnałów cyfrowych, a wraz ze wzrostem odległości będzie się pogłębiać.Na przykład: światłowód 600MB/KM ma przepustowość tylko 300MB przy 2KM.Dlatego odległość transmisji światłowodu wielomodowego jest stosunkowo niewielka, na ogół tylko kilka kilometrów.
Włókno jednomodowe: środkowy rdzeń szklany jest stosunkowo cienki (średnica rdzenia wynosi zwykle 9 lub 10μm) i może przepuszczać światło tylko w jednym trybie.W rzeczywistości jest to rodzaj światłowodu typu schodkowego, ale średnica rdzenia jest bardzo mała.Teoretycznie tylko bezpośrednie światło z pojedynczej ścieżki propagacji może dostać się do światłowodu i rozchodzić się prosto w rdzeniu światłowodu.Impuls światłowodu jest ledwo rozciągnięty.Dlatego jego dyspersja między trybami jest niewielka i nadaje się do komunikacji zdalnej, ale jego dyspersja chromatyczna odgrywa ważną rolę.W ten sposób światłowód jednomodowy ma wyższe wymagania dotyczące szerokości widmowej i stabilności źródła światła, to znaczy szerokość widmowa jest wąska, a stabilność jest dobra..
Klasyfikacja światłowodów
Według materiału:
Włókno szklane: rdzeń i okładzina są wykonane ze szkła, z niewielką stratą, dużą odległością transmisji i wysokimi kosztami;
Włókno światłowodowe krzemowe pokryte gumą: rdzeń jest ze szkła, a okładzina z tworzywa sztucznego, które ma podobne właściwości do włókna szklanego i jest niższy koszt;
Plastikowe światłowód: Zarówno rdzeń, jak i płaszcz są plastikowe, z dużą stratą, krótką odległością transmisji i niską ceną.Stosowany głównie do sprzętu AGD, audio i transmisji obrazu na niewielkie odległości.
Zgodnie z optymalnym oknem częstotliwości transmisji: konwencjonalne światłowód jednomodowy i światłowód jednomodowy z przesuniętą dyspersją.
Typ konwencjonalny: Zakład produkcyjny światłowodów optymalizuje częstotliwość transmisji światłowodu na pojedynczej długości fali światła, takiej jak 1300 nm.
Typ z przesuniętą dyspersją: Producent światłowodów optymalizuje częstotliwość transmisji światłowodu na dwóch długościach fal światła, takich jak: 1300nm i 1550nm.
Nagła zmiana: współczynnik załamania światła rdzenia światłowodu do płaszcza szklanego jest nagły.Ma niski koszt i wysoką dyspersję między trybami.Nadaje się do komunikacji o niskiej prędkości na krótkich dystansach, takiej jak sterowanie przemysłowe.Jednak światłowód jednomodowy wykorzystuje typ mutacji ze względu na małą dyspersję międzymodową.
Włókno gradientowe: współczynnik załamania światła rdzenia światłowodu do okładziny szklanej jest stopniowo zmniejszany, umożliwiając propagację światła w wysokich modach w postaci sinusoidalnej, co może zmniejszyć dyspersję między trybami, zwiększyć przepustowość światłowodu i zwiększyć odległość transmisji, ale koszt jest Włókno wyższe Mode to głównie włókno sortowane.
Wspólne specyfikacje włókien
Rozmiar włókna:
1) Średnica rdzenia jednomodowego: 9/125μm, 10 / 125μm
2) Zewnętrzna średnica okładziny (2D) = 125μm
3) Zewnętrzna średnica powłoki = 250μm
4) Warkocz: 300μm
5) Wielomodowy: 50/125μm, norma europejska;62,5 / 125μm, standard amerykański
6) Sieci przemysłowe, medyczne i wolnoobrotowe: 100/140μm, 200 / 230μm
7) Plastik: 98 / 1000μm, używany do sterowania samochodami
Tłumienie włókien
Głównymi czynnikami powodującymi tłumienie włókien są: samoistność, zginanie, ściskanie, zanieczyszczenia, nierówności i kolby.
Wewnętrzna: jest to nieodłączna utrata światłowodu, w tym: rozpraszanie Rayleigha, wewnętrzna absorpcja itp.
Wygięcie: Gdy włókno jest wygięte, światło w części włókna zostanie utracone z powodu rozpraszania, co powoduje straty.
Ściskanie: strata spowodowana lekkim wygięciem włókna podczas ściskania.
Zanieczyszczenia: Zanieczyszczenia w światłowodzie pochłaniają i rozpraszają światło przechodzące przez światłowód, powodując straty.
Nierównomierność: Strata spowodowana nierównomiernym współczynnikiem załamania światła materiału włókna.
Dokowanie: Straty generowane podczas dokowania światłowodu, takie jak: różne osie (wymaganie współosiowości światłowodu jednomodowego jest mniejsze niż 0,8μm), powierzchnia czołowa nie jest prostopadła do osi, powierzchnia czołowa jest nierówna, średnica rdzenia doczołowego nie pasuje, a jakość łączenia jest słaba.
Rodzaj kabla optycznego
1) Zgodnie z metodami układania: samonośne napowietrzne kable optyczne, rurociągowe kable optyczne, opancerzone zakopane kable optyczne i podmorskie kable optyczne.
2) Zgodnie ze strukturą kabla optycznego, istnieją: kabel optyczny w wiązce, skręcony warstwowo kabel optyczny, szczelny kabel optyczny, taśmowy kabel optyczny, niemetalowy kabel optyczny i rozgałęziony kabel optyczny.
3) Zgodnie z przeznaczeniem: kable optyczne do komunikacji na duże odległości, zewnętrzne kable optyczne do krótkich odległości, hybrydowe kable optyczne i kable optyczne do budynków.
Podłączanie i zakańczanie kabli optycznych
Łączenie i zakańczanie kabli optycznych to podstawowe umiejętności, które musi opanować personel zajmujący się konserwacją kabli optycznych.
Klasyfikacja technologii połączeń światłowodowych:
1) Technologia łączenia światłowodu i technologia łączenia kabla optycznego to dwie części.
2) Koniec kabla optycznego jest podobny do połączenia kabla optycznego, z wyjątkiem tego, że działanie powinno być inne ze względu na różne materiały złącza.
Rodzaj połączenia światłowodowego
Połączenie światłowodowe można ogólnie podzielić na dwie kategorie:
1) Stałe połączenie światłowodu (powszechnie znane jako martwe złącze).Generalnie używaj spawarki światłowodowej;używany do bezpośredniej głowicy kabla optycznego.
2) Aktywne złącze światłowodu (powszechnie znane jako złącze pod napięciem).Użyj zdejmowanych łączników (powszechnie znanych jako luźne połączenia).Do zworki światłowodowej, podłączenia sprzętu itp.
Ze względu na niekompletność czoła światłowodu i nierównomierność nacisku na czoło światłowodu, utrata spawu światłowodu przy jednym wyładowaniu jest nadal stosunkowo duża, a metoda fuzji wyładowania wtórnego jest teraz używany.Najpierw należy wstępnie podgrzać i rozładować powierzchnię końcową włókna, ukształtować powierzchnię końcową, usunąć kurz i zanieczyszczenia oraz ujednolicić nacisk końcowy włókna poprzez wstępne ogrzewanie.
Metoda monitorowania utraty połączenia światłowodowego
Istnieją trzy metody monitorowania utraty połączenia światłowodowego:
1. Monitoruj na spawarce.
2. Monitorowanie źródła światła i miernika mocy optycznej.
3. Metoda pomiaru OTDR
Sposób działania połączenia światłowodowego
Operacje połączeń światłowodowych generalnie dzieli się na:
1. Postępowanie z powierzchniami końcowymi włókien.
2. Instalacja przyłączeniowa światłowodu.
3. Spajanie światłowodów.
4. Ochrona złączy światłowodowych.
5. Istnieje pięć kroków dla pozostałej tacy na włókna.
Generalnie połączenie całego kabla optycznego wykonuje się według następujących kroków:
Krok 1: dużo dobrej długości, otwórz i zdejmij kabel optyczny, usuń osłonę kabla;
Krok 2: Oczyść i usuń naftową pastę wypełniającą z kabla optycznego.
Krok 3: Zwiąż włókno.
Krok 4: Sprawdź liczbę rdzeni włókien, wykonaj parowanie włókien i sprawdź, czy etykiety kolorów włókien są prawidłowe.
Krok 5: Wzmocnij połączenie serca;
Krok 6: Różne pary linii pomocniczych, w tym pary linii biznesowych, pary linii sterujących, ekranowane linie uziemiające itp. (jeśli są dostępne wyżej wymienione pary linii).
Krok 7: Podłącz światłowód.
Krok 8: Chroń złącze światłowodowe;
Krok 9: inwentaryzacja pozostałego włókna;
Krok 10: Zakończ połączenie osłony kabla optycznego;
Krok 11: Ochrona złączy światłowodowych
Utrata włókien
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB/Km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3 dB / km
850 nm: 2,3 do 3,4 dB/Km
Utrata punktu połączenia światłowodu: 0,08 dB / punkt
Punkt spawu światłowodu 1 punkt / 2 km
Wspólne rzeczowniki włókien
1) Tłumienie
Tłumienie: strata energii przy przepuszczaniu światła w światłowodzie, światłowód jednomodowy 1310nm 0,4~0,6dB/km, 1550nm 0,2~0,3dB/km;plastikowe światłowód wielomodowy 300dB/km
2) Dyspersja
Dyspersja: Szerokość pasma impulsów świetlnych zwiększa się po przebyciu pewnej odległości wzdłuż światłowodu.Jest to główny czynnik ograniczający szybkość transmisji.
Dyspersja międzymodowa: Występuje tylko we włóknach wielomodowych, ponieważ różne mody wędrują różnymi drogami.
Dyspersja materiału: Różne długości fal światła przemieszczają się z różnymi prędkościami.
Dyspersja falowodu: Dzieje się tak, ponieważ energia świetlna przemieszcza się z nieco inną prędkością, gdy przechodzi przez rdzeń i płaszcz.W światłowodzie jednomodowym bardzo ważna jest zmiana dyspersji światłowodu poprzez zmianę wewnętrznej struktury światłowodu.
Typ włókna
Punkt zerowej dyspersji G.652 wynosi około 1300nm
Punkt zerowej dyspersji G.653 wynosi około 1550nm
Włókno negatywnej dyspersji G.654
Włókno z przesuniętą dyspersją G.655
Włókno pełnofalowe
3) rozpraszanie
Ze względu na niedoskonałą podstawową strukturę światła dochodzi do utraty energii świetlnej, a transmisja światła w tym czasie nie ma już dobrej kierunkowości.
Podstawowa wiedza o systemie światłowodowym
Wprowadzenie do architektury i funkcji podstawowego systemu światłowodowego:
1. Jednostka nadawcza: konwertuje sygnały elektryczne na sygnały optyczne;
2. Jednostka transmisyjna: medium przenoszące sygnały optyczne;
3. Jednostka odbiorcza: odbiera sygnały optyczne i przetwarza je na sygnały elektryczne;
4. Podłącz urządzenie: podłącz światłowód do źródła światła, wykrywania światła i innych światłowodów.
Typowe typy złączy
Typ powierzchni końcowej złącza
Łącznik
Główną funkcją jest dystrybucja sygnałów optycznych.Ważne zastosowania znajdują się w sieciach światłowodowych, zwłaszcza w sieciach lokalnych i urządzeniach multipleksujących z podziałem długości fali.
podstawowa struktura
Sprzęgacz jest dwukierunkowym urządzeniem pasywnym.Podstawowe formy to drzewo i gwiazda.Łącznik odpowiada rozdzielaczowi.
WDM
WDM—Multiplekser z podziałem długości fali przesyła wiele sygnałów optycznych w jednym włóknie światłowodowym.Te sygnały optyczne mają różne częstotliwości i różne kolory.Multiplekser WDM służy do łączenia wielu sygnałów optycznych w tym samym włóknie światłowodowym;multiplekser demultipleksujący służy do rozróżniania wielu sygnałów optycznych z jednego włókna światłowodowego.
Multiplekser z podziałem długości fali (legenda)
Definicja impulsów w systemach cyfrowych:
1. Amplituda: Wysokość impulsu reprezentuje energię mocy optycznej w systemie światłowodowym.
2. Czas narastania: czas potrzebny na wzrost impulsu od 10% do 90% maksymalnej amplitudy.
3. Czas opadania: czas wymagany do spadku impulsu z 90% do 10% amplitudy.
4. Szerokość impulsu: Szerokość impulsu w pozycji 50% amplitudy, wyrażona w czasie.
5. Cykl: czas określony impulsem to czas pracy wymagany do ukończenia cyklu.
6. Współczynnik ekstynkcji: stosunek 1 mocy światła sygnału do 0 mocy światła sygnału.
Definicja wspólnych jednostek w komunikacji światłowodowej:
1.dB = 10 log10 (Pout/Pin)
Pout: moc wyjściowa;Pin: moc wejściowa
2. dBm = 10 log10 (P/1mw), która jest jednostką szeroko stosowaną w inżynierii komunikacyjnej;zwykle reprezentuje moc optyczną z 1 miliwatem jako odniesieniem;
przykład:–10dBm oznacza, że moc optyczna jest równa 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)