Основная концепция оптоволоконной связи.
Оптическое волокно представляет собой диэлектрический оптический волновод, волноводную структуру, которая блокирует свет и распространяет свет в осевом направлении.
Очень тонкое волокно из кварцевого стекла, синтетической смолы и т. д.
Одномодовое волокно: сердцевина 8-10 мкм, оболочка 125 мкм
Многомодовое волокно: сердцевина 51 мкм, оболочка 125 мкм
Коммуникационный метод передачи оптических сигналов с использованием оптических волокон называется волоконно-оптической связью.
Световые волны относятся к категории электромагнитных волн.
Диапазон длин волн видимого света составляет 390–760 нм, часть с длиной волны более 760 нм относится к инфракрасному свету, а часть с длиной волны менее 390 нм — к ультрафиолетовому излучению.
Рабочее окно световой волны (три коммуникационных окна):
Диапазон длин волн, используемый в оптоволоконной связи, находится в ближней инфракрасной области.
Коротковолновая область (видимый свет, который невооруженным глазом выглядит оранжевым) 850 нм оранжевый свет
Длинноволновая область (область невидимого света) 1310 нм (теоретическая минимальная точка рассеяния), 1550 нм (теоретическая минимальная точка затухания)
Структура волокна и классификация
1.Структура волокна
Идеальная структура волокна: сердцевина, оболочка, покрытие, оболочка.
Сердечник и оболочка изготовлены из кварцевого материала, механические свойства которого относительно хрупкие и их легко сломать.Поэтому обычно добавляются два слоя слоя покрытия, один слой смолы и один слой нейлонового типа, чтобы гибкие характеристики волокна соответствовали практическим требованиям проекта.
2.Классификация оптических волокон.
(1) Волокно делится в соответствии с распределением показателя преломления в поперечном сечении волокна: оно делится на волокно ступенчатого типа (однородное волокно) и градуированное волокно (неоднородное волокно).
Предположим, что показатель преломления сердцевины равен n1, а показатель преломления оболочки равен n2.
Для того чтобы сердцевина могла передавать свет на большие расстояния, необходимым условием построения оптического волокна является n1>n2
Распределение показателя преломления однородного волокна является постоянной величиной.
Закон распределения показателя преломления неоднородного волокна:
Среди них △ – относительная разность показателей преломления
Α – показатель преломления, α=∞ – волокно со ступенчатым распределением показателя преломления, α=2 – волокно с квадратичным распределением показателя преломления (градуированное волокно).Это волокно сравнивается с другими градуированными волокнами. Минимальная оптимальная модовая дисперсия.
(1) В зависимости от количества мод, передаваемых в ядре: делится на многомодовое волокно и одномодовое волокно.
Шаблон здесь относится к распределению электромагнитного поля света, передаваемого в оптическом волокне.Разные распределения полей — это разные режимы.
Одномодовые (по волокну передается только одна мода), многомодовые (по волокну одновременно передаются несколько мод)
В настоящее время из-за растущих требований к скорости передачи и увеличения количества передач городская сеть развивается в направлении высокой скорости и большой емкости, поэтому большинство из них представляют собой одномодовые ступенчатые волокна.(Характеристики передачи сами по себе лучше, чем у многомодового волокна)
(2) Характеристики оптического волокна:
① Характеристики потерь оптического волокна: световые волны передаются по оптическому волокну, и оптическая мощность постепенно уменьшается по мере увеличения расстояния передачи.
Причины потерь волокна включают: потери связи, потери поглощения, потери рассеяния и потери излучения изгиба.
Потери на связь — это потери, вызванные связью между волокном и устройством.
Потери на поглощение вызваны поглощением световой энергии волокнистыми материалами и примесями.
Потери на рассеяние делятся на рэлеевское рассеяние (неравномерность показателя преломления) и волноводное рассеяние (неравномерность материала).
Потери на излучение при изгибе – это потери, вызванные изгибом волокна, ведущие к моде излучения, вызванной изгибом волокна.
② Характеристики дисперсии оптического волокна: различные частотные компоненты в сигнале, передаваемом по оптическому волокну, имеют разные скорости передачи, и физическое явление искажения, вызванное расширением импульса сигнала при достижении терминала, называется дисперсией.
Дисперсия подразделяется на модовую, материальную и волноводную.
Основные компоненты волоконно-оптических систем связи
Отправить часть:
Сигнал импульсной модуляции, выдаваемый электрическим передатчиком (электрическим терминалом), отправляется на оптический передатчик (сигнал, отправленный переключателем с программным управлением, обрабатывается, форма волны формируется, обратная картина изменяется… в подходящий электрический сигнал). и отправляется на оптический передатчик)
Основная роль оптического передатчика заключается в преобразовании электрического сигнала в оптический сигнал, передаваемый по волокну.
Приемная часть:
Преобразование оптических сигналов, передаваемых по оптическим волокнам, в электрические сигналы
Обработка электрического сигнала восстанавливается до исходного импульсно-модулированного сигнала и отправляется на электрический терминал (электрический сигнал, отправленный оптическим приемником, обрабатывается, форма волны формируется, инверсия шаблона инвертируется… соответствующий электрический сигнал отправляется обратно на программируемый переключатель )
Трансмиссионная часть:
Одномодовое волокно, оптический ретранслятор (электрический регенеративный ретранслятор (усиление оптико-электрооптического преобразования, задержка передачи будет больше, импульсная схема решения будет использоваться для формирования формы волны и синхронизации), усилитель волокна, легированного эрбием (завершает усиление на оптическом уровне, без формирования сигнала)
(1) Оптический передатчик: это оптический приемопередатчик, реализующий электрическое/оптическое преобразование.Он состоит из источника света, драйвера и модулятора.Функция состоит в том, чтобы модулировать световую волну от электрической машины в световую волну, излучаемую источником света, чтобы она стала приглушенной волной, а затем направлять модулированный оптический сигнал на оптическое волокно или оптический кабель для передачи.
(2) Оптический приемник: это оптический приемопередатчик, реализующий оптическое/электрическое преобразование.Полезная модель состоит из схемы обнаружения света и оптического усилителя, и функция состоит в том, чтобы преобразовывать оптический сигнал, передаваемый оптическим волокном или оптическим кабелем, в электрический сигнал оптическим детектором, а затем усиливать слабый электрический сигнал до достаточный уровень через усилительную цепь для подачи на сигнал.Приемный конец электрической машины идет.
(3) Волокно/кабель: Волокно или кабель составляют путь передачи света.Функция заключается в передаче затемненного сигнала, отправленного передающей стороной, на оптический детектор принимающей стороны после передачи на большие расстояния по оптоволокну или оптическому кабелю для выполнения задачи передачи информации.
(4) Оптический повторитель: состоит из фотодетектора, источника света и схемы регенерации решения.Есть две функции: одна — компенсировать затухание оптического сигнала, передаваемого по оптоволокну;другой должен сформировать импульс искажения формы волны.
(5) Пассивные компоненты, такие как оптоволоконные соединители, ответвители (нет необходимости подавать питание отдельно, но устройство по-прежнему имеет потери): поскольку длина волокна или кабеля ограничена процессом протяжки волокна и условиями конструкции кабеля, а также длина волокна также ограничена (например, 2 км).Следовательно, может возникнуть проблема, связанная с тем, что множество оптических волокон соединены в одну оптоволоконную линию.Следовательно, соединение между оптическими волокнами, соединение и соединение оптических волокон и оптических приемопередатчиков, а также использование пассивных компонентов, таких как оптические соединители и ответвители, являются обязательными.
Превосходство оптоволоконной связи
Ширина полосы пропускания, большая пропускная способность связи
Низкие потери при передаче и большое расстояние реле
Сильные анти-электромагнитные помехи
(Помимо беспроводной связи: беспроводные сигналы имеют множество эффектов, преимущества многолучевости, эффекты теней, затухание Рэлея, эффекты Доплера
По сравнению с коаксиальным кабелем: оптический сигнал больше, чем у коаксиального кабеля, и имеет хорошую конфиденциальность)
Частота световой волны очень высока, по сравнению с другими электромагнитными волнами интерференция мала.
Недостатки оптического кабеля: плохие механические свойства, легко ломается (улучшает механические характеристики, влияет на устойчивость к помехам), требует много времени для сборки и зависит от географических условий.