Преимущества оптоволоконной связи:
● Большая коммуникационная способность
● Большая дистанция реле
● Отсутствие электромагнитных помех
● Богатые ресурсы
● Легкий вес и небольшой размер
Краткая история оптических коммуникаций
Более 2000 лет назад маяки-фонари, семафоры
1880 г., оптическая телефонная беспроводная оптическая связь
1970 г., волоконно-оптическая связь.
● В 1966 году «отец оптоволокна» доктор Гао Юн впервые предложил идею оптоволоконной связи.
● В 1970 году Lin Yanxiong из Института Белл Янь создал полупроводниковый лазер, который мог непрерывно работать при комнатной температуре.
● В 1970 г. компания Corning Kapron потеряла 20 дБ/км оптоволокна.
● В 1977 году в Чикаго была запущена первая коммерческая линия 45 Мбит/с.
Электромагнитный спектр
Разделение диапазона связи и соответствующие средства передачи
Преломление/отражение и полное отражение света
Поскольку свет распространяется по-разному в разных веществах, когда свет излучается из одного вещества в другое, на границе раздела двух веществ происходят преломление и отражение.Кроме того, угол преломленного света зависит от угла падающего света.Когда угол падающего света достигает или превышает определенный угол, преломленный свет исчезает, а весь падающий свет отражается обратно.Это полное отражение света.Различные материалы имеют разные углы преломления для одной и той же длины волны света (то есть разные материалы имеют разные показатели преломления), и одни и те же материалы имеют разные углы преломления для разных длин волн света.Оптоволоконная связь основана на вышеуказанных принципах.
Распределение отражательной способности. Важным параметром для характеристики оптических материалов является показатель преломления, который обозначается буквой N. Отношение скорости света C в вакууме к скорости света V в материале является показателем преломления материала.
Н = С / В
Показатель преломления кварцевого стекла для оптоволоконной связи составляет около 1,5.
Структура волокна
Волокно голое волокно обычно делится на три слоя:
Первый слой: центральный стеклянный сердечник с высоким показателем преломления (диаметр сердечника обычно составляет 9-10μм, (одномодовый) 50 или 62,5 (многомодовый).
Второй слой: средний - оболочка из кварцевого стекла с низким показателем преломления (диаметр обычно 125μм).
Третий слой: самый внешний - это смоляное покрытие для армирования.
1) сердцевина: с высоким показателем преломления, используется для передачи света;
2) Плакирующее покрытие: низкий показатель преломления, образующий условия полного отражения с сердцевиной;
3) Защитная оболочка: обладает высокой прочностью и может выдерживать большие удары для защиты оптического волокна.
Оптический кабель 3 мм: оранжевый, MM, многомодовый;желтый, SM, одномодовый
Размер волокна
Внешний диаметр обычно составляет 125 мкм (в среднем 100 мкм на волос).
Внутренний диаметр: одномодовый 9um;многомодовый 50/62,5 мкм
Числовая апертура
Не весь свет, падающий на торец оптического волокна, может быть передан оптическим волокном, а только падающий свет в пределах определенного диапазона углов.Этот угол называется числовой апертурой волокна.Большая числовая апертура оптического волокна выгодна для стыковки оптического волокна.Разные производители имеют разные числовые апертуры.
Тип волокна
По способу передачи света в оптическом волокне его можно разделить на:
Многорежимный (аббревиатура: ММ);Одномодовый (аббревиатура: SM)
Многомодовое волокно: Центральная стеклянная сердцевина толще (50 или 62,5 мкм).μм) и может передавать свет в нескольких режимах.Однако его межмодовая дисперсия велика, что ограничивает частоту передачи цифровых сигналов, и с увеличением расстояния она станет более серьезной.Например: оптоволокно 600 МБ/км имеет пропускную способность только 300 МБ на расстоянии 2 км.Следовательно, расстояние передачи многомодового волокна относительно короткое, обычно всего несколько километров.
Одномодовое волокно: центральная стеклянная сердцевина относительно тонкая (диаметр жилы обычно составляет 9 или 10 мкм).μм) и может передавать свет только в одном режиме.По сути, это оптическое волокно ступенчатого типа, но диаметр сердцевины очень мал.Теоретически только прямой свет одного пути распространения может проникать в волокно и распространяться прямо в сердцевине волокна.Пульс волокна едва растянут.Следовательно, его межмодовая дисперсия мала и подходит для удаленной связи, но большую роль играет его хроматическая дисперсия.Таким образом, одномодовое волокно предъявляет более высокие требования к ширине спектра и стабильности источника света, то есть ширина спектра узкая, а стабильность хорошая..
Классификация оптических волокон
По материалу:
Стекловолокно: сердцевина и оболочка изготовлены из стекла с небольшими потерями, большим расстоянием передачи и высокой стоимостью;
Кремниевое оптическое волокно с резиновым покрытием: сердцевина из стекла, а оболочка из пластика, которое имеет характеристики, аналогичные характеристикам стекловолокна, и более низкую стоимость;
Пластиковое оптическое волокно: и сердцевина, и оболочка выполнены из пластика, с большими потерями, коротким расстоянием передачи и низкой ценой.В основном используется для бытовой техники, аудио и передачи изображения на короткие расстояния.
По оптимальному частотному окну передачи: обычное одномодовое волокно и одномодовое волокно со смещенной дисперсией.
Обычный тип: предприятие по производству оптического волокна оптимизирует частоту передачи оптического волокна на одной длине волны света, например 1300 нм.
Тип со смещенной дисперсией: производитель оптоволокна оптимизирует частоту передачи волокна на двух длинах волн света, таких как: 1300 нм и 1550 нм.
Резкое изменение: резкое изменение показателя преломления сердцевины волокна относительно стеклянной оболочки.Он имеет низкую стоимость и высокую межмодовую дисперсию.Подходит для низкоскоростной связи на короткие расстояния, например, для промышленного контроля.Однако одномодовое волокно использует мутационный тип из-за небольшой межмодовой дисперсии.
Градиентное волокно: показатель преломления сердцевины волокна по отношению к стеклянной оболочке постепенно снижается, что позволяет высокомодовому свету распространяться в синусоидальной форме, что может уменьшить дисперсию между модами, увеличить пропускную способность волокна и увеличить дальность передачи, но стоимость Волокно более высокого режима в основном представляет собой градуированное волокно.
Общие характеристики волокна
Размер волокна:
1) Диаметр одномодового сердечника: 9/125μм, 10/125μm
2) Внешний диаметр оболочки (2D) = 125μm
3) Внешний диаметр покрытия = 250μm
4) Косичка: 300μm
5) Многомодовый: 50/125μм, евростандарт;62,5/125μм, американский стандарт
6) Промышленные, медицинские и низкоскоростные сети: 100/140μм, 200/230μm
7) Пластик: 98/1000μм, используется для управления автомобилем
Затухание волокна
Основными факторами, вызывающими затухание волокна, являются: собственные, изгибы, сдавливания, примеси, неровности и стыковость.
Внутренние: это собственные потери оптического волокна, в том числе: рэлеевское рассеяние, собственное поглощение и т. д.
Изгиб: когда волокно согнуто, свет в части волокна будет потерян из-за рассеяния, что приведет к потерям.
Сдавливание: потеря, вызванная легким изгибом волокна при его сжатии.
Примеси: примеси в оптическом волокне поглощают и рассеивают свет, проходящий в волокне, вызывая потери.
Неравномерный: потери, вызванные неравномерным показателем преломления материала волокна.
Стыковка: потери, возникающие при стыковке волокна, такие как: разные оси (требование коаксиальности одномодового волокна менее 0,8);μм), торец не перпендикулярен оси, торец неровный, диаметр стержня не совпадает, качество сращивания плохое.
Тип оптического кабеля
1) По способу прокладки: самонесущие воздушные оптические кабели, трубопроводные оптические кабели, бронированные подземные оптические кабели и подводные оптические кабели.
2) В соответствии со структурой оптического кабеля различают: оптический кабель в виде жгута, многослойный оптический кабель, герметичный оптический кабель, ленточный оптический кабель, неметаллический оптический кабель и разветвленный оптический кабель.
3) По назначению: оптические кабели для дальней связи, наружные оптические кабели для ближней связи, гибридные оптические кабели и оптические кабели для зданий.
Подключение и терминация оптических кабелей
Соединение и оконцевание оптических кабелей являются основными навыками, которыми должен овладеть персонал, обслуживающий оптические кабели.
Классификация технологии соединения оптоволокна:
1) Технология соединения оптического волокна и технология соединения оптического кабеля состоят из двух частей.
2) Конец оптического кабеля аналогичен соединению оптического кабеля, за исключением того, что операция должна отличаться из-за различных материалов разъема.
Тип оптоволоконного соединения
Соединение оптоволоконным кабелем обычно можно разделить на две категории:
1) Фиксированное соединение оптического волокна (широко известное как мертвый разъем).Обычно используйте сварочный аппарат для оптического волокна;используется для прямой головки оптического кабеля.
2) Активный разъем оптического волокна (широко известный как разъем под напряжением).Используйте съемные соединители (обычно называемые свободными соединениями).Для оптоволоконной перемычки, подключения оборудования и т. д.
Из-за незавершенности торца оптического волокна и неравномерности давления на торец оптического волокна потери на сращивание оптического волокна одним разрядом все еще относительно велики, а метод плавления вторичным разрядом сейчас используется.Во-первых, предварительно нагрейте и разгрузите торец волокна, придайте торцу форму, удалите пыль и мусор и сделайте давление на конце волокна равномерным путем предварительного нагрева.
Метод мониторинга потери связи по оптическому волокну
Существует три метода мониторинга потери оптоволоконного соединения:
1. Монитор на сварочном аппарате.
2. Мониторинг источника света и измерителя оптической мощности.
3. Метод измерения OTDR
Метод работы оптоволоконного соединения
Операции по оптоволоконному соединению обычно делятся на:
1. Обработка торцов волокна.
2. Установка подключения оптического волокна.
3. Сварка оптического волокна.
4. Защита оптоволоконных разъемов.
5. Для оставшегося лотка для волокна существует пять шагов.
Как правило, подключение всего оптического кабеля выполняется в соответствии со следующими шагами:
Шаг 1: много хорошей длины, откройте и зачистите оптический кабель, снимите оболочку кабеля
Шаг 2: Очистите и удалите нефтяную пасту с оптического кабеля.
Шаг 3: Свяжите волокно.
Шаг 4: Проверьте количество сердцевин волокон, выполните сопряжение волокон и проверьте правильность маркировки цветов волокон.
Шаг 5: Укрепите сердечную связь;
Шаг 6: Различные пары вспомогательных линий, включая пары рабочих линий, пары линий управления, экранированные линии заземления и т. д. (если доступны вышеупомянутые пары линий.
Шаг 7: Подключите волокно.
Шаг 8: Защитите соединитель оптоволокна;
Шаг 9: инвентаризация склада оставшегося волокна;
Шаг 10: Завершите подключение оболочки оптического кабеля;
Шаг 11: Защита оптоволоконных разъемов
Потеря волокна
1310 нм: 0,35 ~ 0,5 дБ/км
1550 нм: 0,2 ~ 0,3 дБ/км
850 нм: от 2,3 до 3,4 дБ/км
Потеря точки сплавления оптического волокна: 0,08 дБ/точка
Точка соединения волокна 1 точка / 2 км
Общие существительные волокна
1) Затухание
Затухание: потери энергии при передаче света в оптическом волокне, одномодовое волокно 1310нм 0,4~0,6дБ/км, 1550нм 0,2~0,3дБ/км;пластиковое многомодовое волокно 300дБ/км
2) Рассеивание
Дисперсия: Ширина полосы световых импульсов увеличивается после прохождения определенного расстояния по волокну.Это главный фактор, ограничивающий скорость передачи.
Межмодовая дисперсия: возникает только в многомодовых волокнах, поскольку разные моды света распространяются по разным путям.
Материальная дисперсия: свет с разной длиной волны распространяется с разной скоростью.
Дисперсия волновода: это происходит из-за того, что световая энергия распространяется с немного разными скоростями при прохождении через сердцевину и оболочку.В одномодовом волокне очень важно изменить дисперсию волокна за счет изменения внутренней структуры волокна.
Тип волокна
Точка нулевой дисперсии G.652 составляет около 1300 нм.
Точка нулевой дисперсии G.653 составляет около 1550 нм.
Волокно с отрицательной дисперсией G.654
Волокно G.655 со смещенной дисперсией
Полноволновое волокно
3) рассеивание
Из-за несовершенной базовой структуры света происходит потеря световой энергии, и передача света в это время уже не имеет хорошей направленности.
Базовые знания оптоволоконной системы
Введение в архитектуру и функции базовой оптоволоконной системы:
1. Передающий блок: преобразует электрические сигналы в оптические;
2. Блок передачи: среда передачи оптических сигналов;
3. Приемный блок: принимает оптические сигналы и преобразует их в электрические сигналы;
4. Подключите устройство: подключите оптическое волокно к источнику света, детектору света и другим оптическим волокнам.
Общие типы разъемов
Тип торца разъема
Муфта
Основная функция заключается в распространении оптических сигналов.Важные приложения находятся в оптоволоконных сетях, особенно в локальных сетях и в устройствах мультиплексирования с разделением по длине волны.
Базовая структура
Ответвитель представляет собой двунаправленное пассивное устройство.Основные формы – дерево и звезда.Ответвитель соответствует разветвителю.
WDM
WDM—Мультиплексор с разделением по длине волны передает несколько оптических сигналов по одному оптическому волокну.Эти оптические сигналы имеют разные частоты и разные цвета.Мультиплексор WDM предназначен для соединения нескольких оптических сигналов в одно и то же оптическое волокно;демультиплексирующий мультиплексор должен отличать несколько оптических сигналов от одного оптического волокна.
Мультиплексор с разделением по длине волны (легенда)
Определение импульсов в цифровых системах:
1. Амплитуда: высота импульса представляет собой оптическую мощность энергии в волоконно-оптической системе.
2. Время нарастания: время, необходимое для того, чтобы импульс увеличился с 10% до 90% от максимальной амплитуды.
3. Время спада: время, необходимое для падения импульса с 90% до 10% амплитуды.
4. Ширина импульса: ширина импульса в положении 50% амплитуды, выраженная во времени.
5. Цикл: конкретное время импульса — это рабочее время, необходимое для завершения цикла.
6. Коэффициент затухания: отношение 1 мощности светового сигнала к 0 мощности светового сигнала.
Определение общих единиц в оптоволоконной связи:
1.дБ = 10 log10 (Pвыход/вывод)
Pвых: выходная мощность;Пин: входная мощность
2. дБм = 10 log10 (P/1 мВт), что является широко используемой единицей в технике связи;обычно представляет оптическую мощность с 1 милливаттом в качестве эталона;
пример:–10 дБм означает, что оптическая мощность равна 100 мкВт.
3.dBu = 10 log10 (P/1uw)