Podstawowe pojęcia komunikacji światłowodowej.
Światłowód to dielektryczny falowód optyczny, struktura falowodu, która blokuje światło i propaguje światło w kierunku osiowym.
Bardzo drobne włókno ze szkła kwarcowego, żywicy syntetycznej itp.
Światłowód jednomodowy: rdzeń 8-10um, płaszcz 125um
Światłowód wielomodowy: rdzeń 51um, okładzina 125um
Metoda komunikacji polegająca na przesyłaniu sygnałów optycznych za pomocą światłowodów nazywana jest komunikacją światłowodową.
Fale świetlne należą do kategorii fal elektromagnetycznych.
Zakres długości fal światła widzialnego wynosi 390-760 nm, część większa niż 760 nm to światło podczerwone, a część mniejsza niż 390 nm to światło ultrafioletowe.
Okno robocze fali świetlnej (trzy okna komunikacyjne):
Zakres długości fal wykorzystywanych w komunikacji światłowodowej mieści się w obszarze bliskiej podczerwieni
Obszar krótkofalowy (światło widzialne, które gołym okiem jest światłem pomarańczowym) Światło pomarańczowe 850 nm
Obszar długich fal (obszar światła niewidzialnego) 1310 nm (teoretyczny minimalny punkt dyspersji), 1550 nm (teoretyczny minimalny punkt tłumienia)
Struktura i klasyfikacja włókien
1. Struktura włókna
Idealna struktura włókna: rdzeń, płaszcz, powłoka, płaszcz.
Rdzeń i okładziny są wykonane z materiału kwarcowego, a właściwości mechaniczne są stosunkowo delikatne i łatwe do złamania.Dlatego na ogół dodaje się dwie warstwy warstwy powlekającej, jeden rodzaj żywicy i jedną warstwę typu nylonu, tak aby elastyczne działanie włókna spełniało wymagania praktycznego zastosowania projektu.
2.Klasyfikacja światłowodów
(1) Włókno jest podzielone zgodnie z rozkładem współczynnika załamania światła przekroju poprzecznego włókna: jest podzielone na włókno typu schodkowego (włókno jednorodne) i włókno stopniowane (włókno niejednorodne).
Załóżmy, że rdzeń ma współczynnik załamania n1, a współczynnik załamania płaszcza wynosi n2.
Aby rdzeń mógł przenosić światło na duże odległości, koniecznym warunkiem budowy światłowodu jest n1>n2
Rozkład współczynnika załamania światła jednolitego włókna jest stały
Prawo rozkładu współczynnika załamania światła niejednorodnego włókna:
Wśród nich △ – względna różnica współczynnika załamania światła
Α—współczynnik załamania światła, α=∞—światłowód o skokowym rozkładzie współczynnika załamania światła, α=2 — włókno o kwadratowym rozkładzie współczynnika załamania światła (światłowód stopniowany).Włókno to jest porównywane z innymi włóknami stopniowanymi. Minimalna optymalna dyspersja modów.
(1) Zgodnie z liczbą modów transmitowanych w rdzeniu: podzielone na światłowód wielomodowy i światłowód jednomodowy
Wzór odnosi się tutaj do rozkładu pola elektromagnetycznego światła transmitowanego w światłowodzie.Różne rozkłady pól to inny tryb.
Jednomodowy (w światłowodzie transmitowany jest tylko jeden mod), wielomodowy (w światłowodzie transmitowanych jest jednocześnie wiele modów)
Obecnie, ze względu na rosnące wymagania dotyczące szybkości transmisji i zwiększającą się liczbę transmisji, sieci metropolitalne rozwijają się w kierunku dużych prędkości i dużej przepustowości, dlatego większość z nich to światłowody jednomodowe schodkowe.(Charakterystyka transmisji sama w sobie jest lepsza niż światłowód wielomodowy)
(2) Charakterystyka światłowodu:
① Charakterystyka strat światłowodu: Fale świetlne są przesyłane w światłowodzie, a moc optyczna stopniowo maleje wraz ze wzrostem odległości transmisji.
Przyczyny utraty włókien obejmują: utratę sprzężenia, utratę absorpcji, utratę rozpraszania i utratę promieniowania zginania.
Utrata sprzężenia to strata spowodowana sprzężeniem między światłowodem a urządzeniem.
Straty absorpcyjne są spowodowane pochłanianiem energii świetlnej przez materiały włókniste i zanieczyszczenia.
Straty rozpraszania dzielą się na rozpraszanie Rayleigha (niejednorodność współczynnika załamania światła) i rozpraszanie falowodu (nierówności materiału).
Strata promieniowania zginania to strata spowodowana zginaniem światłowodu prowadząca do trybu promieniowania spowodowanego zginaniem włókna.
② Charakterystyka dyspersji światłowodu: Różne składowe częstotliwości w sygnale przesyłanym przez światłowód mają różne prędkości transmisji, a zjawisko fizyczne zniekształcenia spowodowanego poszerzeniem impulsu sygnału po dotarciu do terminala nazywa się dyspersją.
Dyspersja dzieli się na dyspersję modalną, dyspersję materiałową i dyspersję falowodową.
Podstawowe elementy systemów łączności światłowodowej
Wyślij część:
Sygnał modulacji impulsowej wysyłany przez nadajnik elektryczny (złącze elektryczne) jest przesyłany do nadajnika optycznego (przetwarzany jest sygnał wysyłany przez sterowany programowo przełącznik, kształtowany jest przebieg, odwrotność wzoru jest zamieniana… na odpowiedni sygnał elektryczny i wysłany do nadajnika optycznego)
Podstawową rolą nadajnika optycznego jest konwersja sygnału elektrycznego na sygnał optyczny, który jest wprowadzany do światłowodu.
Część odbiorcza:
Konwersja sygnałów optycznych przesyłanych światłowodami na sygnały elektryczne
Przetwarzanie sygnału elektrycznego jest przywracane do pierwotnego sygnału modulowanego impulsowo i wysyłane do zacisku elektrycznego (przetwarzany jest sygnał elektryczny wysyłany przez odbiornik optyczny, kształtowany jest przebieg, odwracana jest odwrotność wzoru… odpowiedni sygnał elektryczny jest wysłany z powrotem do programowalnego przełącznika)
Część transmisyjna:
Światłowód jednomodowy, repeater optyczny (elektryczny repeater regeneracyjny (wzmocnienie konwersji optyczno-elektryczno-optycznej, opóźnienie transmisji będzie większe, obwód decyzyjny impulsu zostanie wykorzystany do kształtowania kształtu fali i taktowania), wzmacniacz światłowodowy domieszkowany erbem (dopełnia wzmocnienie na poziomie optycznym, bez kształtowania kształtu fali)
(1) Nadajnik optyczny: Jest to optyczny nadajnik-odbiornik realizujący konwersję elektryczną/optyczną.Składa się ze źródła światła, sterownika i modulatora.Funkcja polega na modulowaniu fali świetlnej z maszyny elektrycznej na falę świetlną emitowaną przez źródło światła, aby stała się falą przyciemnioną, a następnie połączenie modulowanego sygnału optycznego ze światłowodem lub kablem optycznym w celu transmisji.
(2) Odbiornik optyczny: to optyczny nadajnik-odbiornik realizujący konwersję optyczną/elektryczną.Model użytkowy składa się z obwodu wykrywania światła i wzmacniacza optycznego, a jego funkcją jest konwersja sygnału optycznego przesyłanego przez światłowód lub kabel optyczny na sygnał elektryczny przez detektor optyczny, a następnie wzmocnienie słabego sygnału elektrycznego do wystarczający poziom przez obwód wzmacniający, aby został wysłany do sygnału.Odbiorczy koniec maszyny elektrycznej idzie.
(3) Światłowód/kabel: światłowód lub kabel stanowi ścieżkę transmisji światła.Funkcja polega na przesyłaniu przyciemnionego sygnału wysyłanego przez koniec nadawczy do detektora optycznego końca odbiorczego po transmisji na duże odległości przez światłowód lub kabel optyczny w celu wykonania zadania przesyłania informacji.
(4) Wzmacniacz optyczny: składa się z fotodetektora, źródła światła i obwodu regeneracji decyzyjnej.Istnieją dwie funkcje: jedna to kompensacja tłumienia sygnału optycznego przesyłanego w światłowodzie;drugim jest kształtowanie impulsu zniekształcenia fali.
(5) Elementy pasywne, takie jak złącza światłowodowe, sprzęgacze (nie ma potrzeby osobnego zasilania, ale urządzenie nadal generuje straty): Ponieważ długość światłowodu lub kabla jest ograniczona procesem ciągnienia światłowodu i warunkami konstrukcyjnymi kabla, a Limitem jest również długość światłowodu (np. 2km).W związku z tym może wystąpić problem polegający na tym, że wiele włókien optycznych jest połączonych w jedną linię światłowodową.Dlatego nieodzowne są połączenia między światłowodami, łączenie i sprzęganie światłowodów i optycznych nadajników-odbiorników oraz stosowanie elementów pasywnych, takich jak złącza optyczne i sprzęgacze.
Przewaga komunikacji światłowodowej
Pasmo transmisji, duża pojemność komunikacyjna
Niskie straty transmisji i duża odległość przekaźnika
Silne zakłócenia antyelektromagnetyczne
(Poza łącznością bezprzewodową: sygnały bezprzewodowe mają wiele efektów, korzyści wielościeżkowe, efekty cienia, zanikanie Rayleigha, efekty Dopplera
W porównaniu z kablem koncentrycznym: sygnał optyczny jest większy niż kabel koncentryczny i ma dobrą poufność)
Częstotliwość fali świetlnej jest bardzo wysoka, w porównaniu z innymi falami elektromagnetycznymi, interferencja jest niewielka.
Wady kabla optycznego: słabe właściwości mechaniczne, łatwo się psuje (poprawia parametry mechaniczne, będzie miało wpływ na odporność na zakłócenia), jego budowa zajmuje dużo czasu i ma na niego wpływ warunki geograficzne.