Vantagens da comunicação por fibra óptica:
● Grande capacidade de comunicação
● Longa distância do relé
● Sem interferência eletromagnética
● Recursos avançados
● Peso leve e tamanho pequeno
Uma Breve História das Comunicações Ópticas
Há mais de 2000 anos, os faróis, os semáforos
1880, comunicação óptica sem fio de telefone óptico
1970, comunicações de fibra óptica
● Em 1966, “Pai da Fibra Óptica”, Dr. Gao Yong propôs pela primeira vez a ideia de comunicação por fibra ótica.
● Em 1970, Lin Yanxiong do Instituto Bell Yan era um laser semicondutor que podia funcionar continuamente à temperatura ambiente.
● Em 1970, a Kapron da Corning teve uma perda de 20dB/km de fibra.
● Em 1977, a primeira linha comercial de Chicago de 45Mb/s.
Espectro eletromagnético
Divisão de banda de comunicação e meios de transmissão correspondentes
Refração/reflexão e reflexão total da luz
Como a luz viaja de maneira diferente em diferentes substâncias, quando a luz é emitida de uma substância para outra, a refração e a reflexão ocorrem na interface entre as duas substâncias.Além disso, o ângulo da luz refratada varia com o ângulo da luz incidente.Quando o ângulo da luz incidente atinge ou excede um certo ângulo, a luz refratada desaparecerá e toda a luz incidente será refletida de volta.Este é o reflexo total da luz.Diferentes materiais têm diferentes ângulos de refração para o mesmo comprimento de onda da luz (ou seja, diferentes materiais têm diferentes índices de refração), e os mesmos materiais têm diferentes ângulos de refração para diferentes comprimentos de onda da luz.A comunicação por fibra óptica é baseada nos princípios acima.
Distribuição de refletividade: Um parâmetro importante para caracterizar materiais ópticos é o índice de refração, que é representado por N. A razão entre a velocidade da luz C no vácuo e a velocidade da luz V no material é o índice de refração do material.
N = C / V
O índice de refração do vidro de quartzo para comunicação por fibra óptica é de cerca de 1,5.
Estrutura da fibra
A fibra nua de fibra é geralmente dividida em três camadas:
A primeira camada: o núcleo de vidro de alto índice de refração central (diâmetro do núcleo é geralmente 9-10μm, (modo único) 50 ou 62,5 (multimodo).
A segunda camada: o meio é o revestimento de vidro de sílica de baixo índice de refração (o diâmetro é geralmente 125μm).
A terceira camada: a mais externa é um revestimento de resina para reforço.
1) núcleo: alto índice de refração, usado para transmitir luz;
2) Revestimento de revestimento: baixo índice de refração, formando uma condição de reflexão total com o núcleo;
3) Jaqueta de proteção: Possui alta resistência e pode suportar grandes impactos para proteger a fibra óptica.
cabo óptico de 3 mm: laranja, MM, multimodo;amarelo, SM, monomodo
Tamanho da fibra
O diâmetro externo é geralmente 125um (média de 100um por cabelo)
Diâmetro interno: modo único 9um;multimodo 50/62,5um
Abertura numerica
Nem toda a luz incidente na face final da fibra óptica pode ser transmitida pela fibra óptica, mas apenas a luz incidente dentro de uma certa faixa de ângulos.Este ângulo é chamado de abertura numérica da fibra.Uma abertura numérica maior da fibra óptica é vantajosa para o encaixe da fibra óptica.Diferentes fabricantes têm diferentes aberturas numéricas.
Tipo de fibra
De acordo com o modo de transmissão da luz na fibra óptica, ela pode ser dividida em:
Multi-Modo (abreviatura: MM);Modo Único (abreviação: SM)
Fibra multimodo: O núcleo central de vidro é mais espesso (50 ou 62,5μm) e pode transmitir luz em vários modos.No entanto, sua dispersão intermodo é grande, o que limita a frequência de transmissão de sinais digitais, e se tornará mais grave com o aumento da distância.Por exemplo: a fibra de 600MB/KM tem apenas 300MB de largura de banda a 2KM.Portanto, a distância de transmissão da fibra multimodo é relativamente curta, geralmente apenas alguns quilômetros.
Fibra monomodo: O núcleo central de vidro é relativamente fino (o diâmetro do núcleo é geralmente 9 ou 10μm), e só pode transmitir luz em um modo.Na verdade, é um tipo de fibra óptica do tipo degrau, mas o diâmetro do núcleo é muito pequeno.Em teoria, apenas a luz direta de um único caminho de propagação pode entrar na fibra e se propagar diretamente no núcleo da fibra.O pulso da fibra é pouco esticado.Portanto, sua dispersão intermodo é pequena e adequada para comunicação remota, mas sua dispersão cromática desempenha um papel importante.Desta forma, a fibra monomodo tem requisitos mais elevados para a largura espectral e estabilidade da fonte de luz, ou seja, a largura espectral é estreita e a estabilidade é boa..
Classificação de fibras ópticas
Por materiais:
Fibra de vidro: O núcleo e o revestimento são feitos de vidro, com pequena perda, longa distância de transmissão e alto custo;
Fibra óptica de silicone revestida de borracha: o núcleo é de vidro e o revestimento é de plástico, que possui características semelhantes à fibra de vidro e menor custo;
Fibra óptica de plástico: Tanto o núcleo quanto o revestimento são de plástico, com grande perda, curta distância de transmissão e preço baixo.Usado principalmente para eletrodomésticos, áudio e transmissão de imagem de curta distância.
De acordo com a janela de frequência de transmissão ideal: fibra monomodo convencional e fibra monomodo deslocada por dispersão.
Tipo convencional: A casa de produção de fibra óptica otimiza a frequência de transmissão da fibra óptica em um único comprimento de onda de luz, como 1300nm.
Tipo de dispersão deslocada: O produtor de fibra óptica otimiza a frequência de transmissão da fibra em dois comprimentos de onda de luz, como: 1300nm e 1550nm.
Mudança abrupta: O índice de refração do núcleo de fibra para o revestimento de vidro é abrupto.Possui baixo custo e alta dispersão intermodo.Adequado para comunicação de baixa velocidade de curta distância, como controle industrial.No entanto, a fibra monomodo usa um tipo de mutação devido à pequena dispersão entre os modos.
Fibra gradiente: o índice de refração do núcleo da fibra para o revestimento de vidro é gradualmente reduzido, permitindo que a luz de modo alto se propague de forma senoidal, o que pode reduzir a dispersão entre os modos, aumentar a largura de banda da fibra e aumentar a distância de transmissão, mas o custo é baixo fibra de modo superior é principalmente fibra graduada.
Especificações comuns de fibra
Tamanho da fibra:
1) Diâmetro do núcleo de modo único: 9/125μm, 10/125μm
2) Diâmetro do revestimento externo (2D) = 125μm
3) Diâmetro do revestimento externo = 250μm
4) Trança: 300μm
5) Multimodo: 50 / 125μm, padrão europeu;62,5 / 125μm, padrão americano
6) Redes industriais, médicas e de baixa velocidade: 100 / 140μm, 200 / 230μm
7) Plástico: 98/1000μm, usado para controle de automóveis
Atenuação de fibra
Os principais fatores que causam a atenuação da fibra são: intrínseca, flexão, compressão, impurezas, desníveis e bumbum.
Intrínseca: É a perda inerente da fibra óptica, incluindo: espalhamento Rayleigh, absorção intrínseca, etc.
Dobra: Quando a fibra é dobrada, a luz em parte da fibra será perdida devido à dispersão, resultando em perda.
Espremedura: perda causada pela leve flexão da fibra ao ser espremida.
Impurezas: As impurezas em uma fibra óptica absorvem e dispersam a luz transmitida na fibra, causando perdas.
Não uniforme: A perda causada pelo índice de refração desigual do material da fibra.
Docking: Perda gerada durante o acoplamento da fibra, como: eixos diferentes (o requisito de coaxialidade da fibra monomodo é inferior a 0,8μm), a face final não é perpendicular ao eixo, a face final é irregular, o diâmetro do núcleo da extremidade não corresponde e a qualidade da emenda é ruim.
Tipo de cabo óptico
1) De acordo com os métodos de colocação: cabos ópticos aéreos autoportantes, cabos ópticos de tubulação, cabos ópticos enterrados blindados e cabos ópticos submarinos.
2) De acordo com a estrutura do cabo óptico, existem: cabo óptico de tubo agrupado, cabo óptico trançado de camada, cabo óptico de fixação firme, cabo óptico de fita, cabo óptico não metálico e cabo óptico ramificado.
3) De acordo com a finalidade: cabos ópticos para comunicação de longa distância, cabos ópticos externos para curta distância, cabos ópticos híbridos e cabos ópticos para edifícios.
Conexão e terminação de cabos ópticos
A conexão e terminação de cabos ópticos são as habilidades básicas que o pessoal de manutenção de cabos ópticos deve dominar.
Classificação da tecnologia de conexão de fibra óptica:
1) A tecnologia de conexão de fibra óptica e a tecnologia de conexão de cabo óptico são duas partes.
2) A extremidade do cabo óptico é semelhante à conexão do cabo óptico, exceto que o funcionamento deve ser diferente devido aos diferentes materiais do conector.
Tipo de conexão de fibra
A conexão do cabo de fibra óptica geralmente pode ser dividida em duas categorias:
1) Conexão fixa de fibra óptica (vulgarmente conhecida como conector morto).Geralmente use splicer de fusão de fibra óptica;usado para a cabeça direta do cabo óptico.
2) O conector ativo de fibra óptica (comumente conhecido como conector ativo).Use conectores removíveis (comumente conhecidos como juntas soltas).Para jumper de fibra, conexão de equipamentos, etc.
Devido à incompletude da face final da fibra óptica e à não uniformidade da pressão na face final da fibra óptica, a perda de emenda da fibra óptica por uma descarga ainda é relativamente grande e o método de fusão de descarga secundária agora é usado.Primeiro, pré-aqueça e descarregue a face final da fibra, modele a face final, remova poeira e detritos e torne a pressão final da fibra uniforme por pré-aquecimento.
Método de monitoramento para perda de conexão de fibra óptica
Existem três métodos para monitorar a perda de conexão de fibra:
1. Monitore o splicer.
2. Monitoramento de fonte de luz e medidor de potência óptica.
3. Método de medição OTDR
Método de operação de conexão de fibra óptica
As operações de conexão de fibra óptica são geralmente divididas em:
1. Manuseio das extremidades das fibras.
2. Instalação de conexão de fibra óptica.
3. Emenda de fibra óptica.
4. Proteção de conectores de fibra óptica.
5. Há cinco etapas para a bandeja de fibra restante.
Geralmente, a conexão de todo o cabo óptico é realizada de acordo com os seguintes passos:
Step1: muito bom comprimento, abra e retire o cabo óptico, remova a bainha do cabo
Passo 2: Limpe e remova a pasta de enchimento de petróleo no cabo óptico.
Passo 3: Agrupe a fibra.
Etapa 4: Verifique o número de núcleos de fibra, faça o emparelhamento de fibra e verifique se as etiquetas de cores da fibra estão corretas.
Passo 5: Fortaleça a conexão do coração;
Etapa 6: Vários pares de linhas auxiliares, incluindo pares de linhas comerciais, pares de linhas de controle, linhas de aterramento blindadas, etc. (se os pares de linhas mencionados acima estiverem disponíveis.
Etapa 7: Conecte a fibra.
Etapa 8: Proteja o conector de fibra óptica;
Etapa 9: o armazenamento do estoque da fibra restante;
Passo 10: Complete a conexão da capa do cabo óptico;
Etapa 11: Proteção de conectores de fibra óptica
Perda de fibra
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB/Km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3 dB/Km
850 nm: 2,3 a 3,4 dB/Km
Perda do ponto de fusão da fibra óptica: 0,08dB/ponto
Ponto de emenda da fibra 1 ponto / 2km
Substantivos comuns de fibra
1) Atenuação
Atenuação: perda de energia quando a luz é transmitida em fibra óptica, fibra monomodo 1310nm 0,4 ~ 0,6dB/km, 1550nm 0,2~0,3dB/km;fibra multimodo de plástico 300dB/km
2) Dispersão
Dispersão: A largura de banda dos pulsos de luz é aumentada após percorrer uma certa distância ao longo da fibra.É o principal fator que limita a taxa de transmissão.
Dispersão intermodo: Ocorre apenas em fibras multimodo, porque diferentes modos de luz viajam por diferentes caminhos.
Dispersão do material: Diferentes comprimentos de onda da luz viajam em diferentes velocidades.
Dispersão do guia de ondas: Isso ocorre porque a energia da luz viaja em velocidades ligeiramente diferentes à medida que viaja através do núcleo e do revestimento.Na fibra monomodo, é muito importante alterar a dispersão da fibra alterando a estrutura interna da fibra.
Tipo de fibra
O ponto de dispersão zero G.652 é em torno de 1300nm
O ponto de dispersão zero G.653 é em torno de 1550nm
Fibra de dispersão negativa G.654
Fibra deslocada por dispersão G.655
Fibra de onda completa
3) espalhamento
Devido à estrutura básica imperfeita da luz, a perda de energia luminosa é causada e a transmissão da luz neste momento não tem mais boa diretividade.
Conhecimento básico de sistema de fibra óptica
Introdução à arquitetura e funções de um sistema básico de fibra óptica:
1. Unidade emissora: converte sinais elétricos em sinais ópticos;
2. Unidade de transmissão: um meio que transporta sinais ópticos;
3. Unidade receptora: recebe sinais ópticos e os converte em sinais elétricos;
4. Conecte o dispositivo: conecte a fibra óptica à fonte de luz, detecção de luz e outras fibras ópticas.
Tipos de conectores comuns
Tipo de face final do conector
Acoplador
A principal função é distribuir sinais ópticos.Aplicações importantes são em redes de fibra óptica, especialmente em redes locais e em dispositivos de multiplexação por divisão de comprimento de onda.
estrutura básica
O acoplador é um dispositivo passivo bidirecional.As formas básicas são árvore e estrela.O acoplador corresponde ao divisor.
WDM
WDM—O multiplexador de divisão de comprimento de onda transmite vários sinais ópticos em uma fibra óptica.Esses sinais ópticos têm diferentes frequências e cores diferentes.O multiplexador WDM deve acoplar vários sinais ópticos na mesma fibra óptica;o multiplexador de desmultiplexação serve para distinguir múltiplos sinais ópticos de uma fibra óptica.
Multiplexador de Divisão de Comprimento de Onda (Legenda)
Definição de pulsos em sistemas digitais:
1. Amplitude: A altura do pulso representa a energia de potência óptica no sistema de fibra óptica.
2. Tempo de subida: o tempo necessário para que o pulso suba de 10% a 90% da amplitude máxima.
3. Tempo de queda: o tempo necessário para que o pulso caia de 90% a 10% da amplitude.
4. Largura do pulso: A largura do pulso na posição de amplitude de 50%, expressa em tempo.
5. Ciclo: o tempo específico de pulso é o tempo de trabalho necessário para completar um ciclo.
6. Relação de extinção: A relação de 1 potência de luz de sinal para 0 potência de luz de sinal.
Definição de unidades comuns em comunicação de fibra óptica:
1.dB = 10 log10 (Pout / Pin)
Biquinho: potência de saída;Pino: alimentação de entrada
2. dBm = 10 log10 (P/1mw), que é uma unidade amplamente utilizada na engenharia de comunicação;geralmente representa a potência óptica com 1 miliwatt como referência;
exemplo:–10dBm significa que a potência óptica é igual a 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)