Conceito básico de comunicação por fibra óptica.
Uma fibra óptica é um guia de onda óptico dielétrico, uma estrutura de guia de onda que bloqueia a luz e a propaga na direção axial.
Fibra muito fina de vidro de quartzo, resina sintética, etc.
Fibra monomodo: núcleo 8-10um, revestimento 125um
Fibra multimodo: núcleo 51um, revestimento 125um
O método de comunicação de transmissão de sinais ópticos usando fibras ópticas é chamado de comunicação por fibra óptica.
As ondas de luz pertencem à categoria das ondas eletromagnéticas.
A faixa de comprimento de onda da luz visível é de 390-760 nm, a porção maior que 760 nm é a luz infravermelha e a porção menor que 390 nm é a luz ultravioleta.
Janela de trabalho de ondas de luz (três janelas de comunicação):
A faixa de comprimento de onda usada na comunicação por fibra óptica está na região do infravermelho próximo
Região de comprimento de onda curto (luz visível, que é uma luz laranja a olho nu) 850 nm luz laranja
Região de comprimento de onda longo (região de luz invisível) 1310 nm (ponto de dispersão mínimo teórico), 1550 nm (o ponto de atenuação mínimo teórico)
Estrutura e classificação da fibra
1. A estrutura da fibra
A estrutura de fibra ideal: núcleo, revestimento, revestimento, revestimento.
O núcleo e o revestimento são feitos de material de quartzo e as propriedades mecânicas são relativamente frágeis e fáceis de quebrar.Portanto, geralmente são adicionadas duas camadas de camada de revestimento, uma do tipo resina e uma camada do tipo nylon, para que o desempenho flexível da fibra atenda aos requisitos de aplicação prática do projeto.
2. Classificação das fibras ópticas
(1) A fibra é dividida de acordo com a distribuição do índice de refração da seção transversal da fibra: ela é dividida em fibra tipo degrau (fibra uniforme) e fibra graduada (fibra não uniforme).
Suponha que o núcleo tenha um índice de refração de n1 e o índice de refração do revestimento seja n2.
Para permitir que o núcleo transmita luz por longas distâncias, a condição necessária para a construção da fibra óptica é n1>n2
A distribuição do índice de refração de uma fibra uniforme é uma constante
A lei de distribuição do índice de refração da fibra não uniforme:
Entre eles, △ - diferença relativa do índice de refração
Α—índice de refração, α=∞—fibra de distribuição de índice de refração tipo degrau, α=2—fibra de distribuição de índice de refração de lei quadrada (uma fibra graduada).Esta fibra é comparada a outras fibras classificadas. Dispersão mínima do modo ideal.
(1) De acordo com o número de modos transmitidos no núcleo: dividido em fibra multimodo e fibra monomodo
O padrão aqui se refere à distribuição de um campo eletromagnético de luz transmitido em uma fibra óptica.Diferentes distribuições de campo são um modo diferente.
Modo único (apenas um modo é transmitido na fibra), multimodo (vários modos são transmitidos simultaneamente na fibra)
Atualmente, devido aos requisitos crescentes na taxa de transmissão e ao número crescente de transmissões, a rede da área metropolitana está se desenvolvendo na direção de alta velocidade e grande capacidade, portanto, a maioria delas são fibras escalonadas de modo único.(As características de transmissão em si são melhores do que a fibra multimodo)
(2) Características da fibra óptica:
①Características de perda da fibra óptica: As ondas de luz são transmitidas na fibra óptica e a potência óptica diminui gradualmente à medida que a distância de transmissão aumenta.
As causas da perda de fibra incluem: perda de acoplamento, perda de absorção, perda de dispersão e perda de radiação de curvatura.
A perda de acoplamento é a perda causada pelo acoplamento entre a fibra e o dispositivo.
As perdas por absorção são causadas pela absorção de energia luminosa por materiais fibrosos e impurezas.
A perda por espalhamento é dividida em espalhamento de Rayleigh (não uniformidade do índice de refração) e espalhamento de guia de onda (desigualdade do material).
A perda por radiação de flexão é a perda causada pela flexão da fibra levando ao modo de radiação causado pela flexão da fibra.
②Características de dispersão da fibra óptica: Diferentes componentes de frequência no sinal transmitido pela fibra óptica têm diferentes velocidades de transmissão, e o fenômeno físico de distorção causado pelo alargamento do pulso do sinal ao atingir o terminal é chamado de dispersão.
A dispersão é dividida em dispersão modal, dispersão de material e dispersão de guia de onda.
Componentes básicos de sistemas de comunicação por fibra óptica
Enviar parte:
O sinal de modulação de pulso emitido pelo transmissor elétrico (terminal elétrico) é enviado para o transmissor óptico (o sinal enviado pelo interruptor controlado por programa é processado, a forma de onda é moldada, o inverso do padrão é alterado… em um sinal elétrico adequado e enviado para o transmissor óptico)
A principal função de um transmissor óptico é converter um sinal elétrico em um sinal óptico que é acoplado à fibra.
Recebendo parte:
Conversão de sinais ópticos transmitidos através de fibras ópticas em sinais elétricos
O processamento do sinal elétrico é restaurado ao sinal modulado de pulso original e enviado para o terminal elétrico (o sinal elétrico enviado pelo receptor óptico é processado, a forma de onda é modelada, o inverso do padrão é invertido… o sinal elétrico apropriado é enviado de volta para o interruptor programável)
Parte de transmissão:
Fibra monomodo, repetidor óptico (repetidor regenerativo elétrico (amplificação de conversão óptico-elétrico-óptico, atraso de transmissão será maior, circuito de decisão de pulso será usado para moldar a forma de onda e temporização), amplificador de fibra dopada com érbio (completa a amplificação no nível óptico, sem modelagem de forma de onda)
(1) Transmissor óptico: É um transceptor óptico que realiza a conversão elétrica/óptica.Consiste em uma fonte de luz, um driver e um modulador.A função é modular a onda de luz da máquina elétrica para a onda de luz emitida pela fonte de luz para se tornar uma onda dimerizada e, em seguida, acoplar o sinal óptico modulado à fibra óptica ou ao cabo óptico para transmissão.
(2) Receptor óptico: é um transceptor óptico que realiza a conversão óptica/elétrica.O modelo de utilidade é composto por um circuito detector de luz e um amplificador óptico, e a função é converter o sinal óptico transmitido pela fibra óptica ou pelo cabo óptico em sinal elétrico pelo detector óptico e, em seguida, amplificar o sinal elétrico fraco para um nível suficiente através do circuito amplificador para ser enviado ao sinal.A extremidade receptora da máquina elétrica vai.
(3) Fibra/Cabo: A fibra ou cabo constitui o caminho de transmissão da luz.A função é transmitir o sinal escurecido enviado pela extremidade transmissora para o detector óptico da extremidade receptora após a transmissão de longa distância através da fibra óptica ou do cabo óptico para concluir a tarefa de transmissão de informações.
(4) Repetidor óptico: consiste em um fotodetector, uma fonte de luz e um circuito de regeneração de decisão.São duas funções: uma é compensar a atenuação do sinal óptico transmitido na fibra óptica;a outra é moldar o pulso da distorção da forma de onda.
(5) Componentes passivos, como conectores de fibra ótica, acopladores (não há necessidade de fornecer energia separadamente, mas o dispositivo ainda apresenta perdas): Como o comprimento da fibra ou cabo é limitado pelo processo de trefilação da fibra e pelas condições de construção do cabo, e as comprimento da fibra também é limite (por exemplo, 2 km).Portanto, pode haver um problema de uma pluralidade de fibras ópticas serem conectadas em uma linha de fibra óptica.Portanto, a conexão entre fibras ópticas, a conexão e acoplamento de fibras ópticas e transceptores ópticos e o uso de componentes passivos como conectores ópticos e acopladores são indispensáveis.
A superioridade da comunicação por fibra óptica
Largura de banda de transmissão, grande capacidade de comunicação
Baixa perda de transmissão e grande distância de relé
Forte interferência anti-eletromagnética
(Além do sem fio: os sinais sem fio têm muitos efeitos, benefícios de multipercurso, efeitos de sombra, desbotamento Rayleigh, efeitos Doppler
Comparado com o cabo coaxial: o sinal óptico é maior que o cabo coaxial e tem boa confidencialidade)
A frequência da onda de luz é muito alta, em comparação com outras ondas eletromagnéticas, a interferência é pequena.
Desvantagens do cabo óptico: fracas propriedades mecânicas, fácil de quebrar (melhora o desempenho mecânico, terá um impacto na resistência à interferência), leva muito tempo para ser construído e é afetado pelas condições geográficas.