Základný koncept komunikácie cez optické vlákna.
Optické vlákno je dielektrický optický vlnovod, štruktúra vlnovodu, ktorá blokuje svetlo a šíri svetlo v axiálnom smere.
Veľmi jemné vlákno vyrobené z kremenného skla, syntetickej živice atď.
Jednovidové vlákno: jadro 8-10um, plášť 125um
Multimode vlákno: jadro 51um, plášť 125um
Komunikačný spôsob prenosu optických signálov pomocou optických vlákien sa nazýva komunikácia pomocou optických vlákien.
Svetelné vlny patria do kategórie elektromagnetických vĺn.
Rozsah vlnových dĺžok viditeľného svetla je 390-760 nm, časť väčšia ako 760 nm je infračervené svetlo a časť menšia ako 390 nm je ultrafialové svetlo.
Pracovné okno svetelných vĺn (tri komunikačné okná):
Rozsah vlnových dĺžok používaný pri komunikácii s optickými vláknami je v oblasti blízkej infračervenej oblasti
Oblasť s krátkou vlnovou dĺžkou (viditeľné svetlo, čo je oranžové svetlo voľným okom) 850nm oranžové svetlo
Oblasť s dlhou vlnovou dĺžkou (oblasť neviditeľného svetla) 1310 nm (teoretický minimálny bod rozptylu), 1550 nm (teoretický minimálny bod útlmu)
Štruktúra a klasifikácia vlákien
1.Štruktúra vlákna
Ideálna štruktúra vlákna: jadro, plášť, povlak, plášť.
Jadro a plášť sú vyrobené z kremenného materiálu a mechanické vlastnosti sú pomerne krehké a ľahko sa zlomia.Preto sa vo všeobecnosti pridávajú dve vrstvy poťahovej vrstvy, jeden typ živice a jedna vrstva nylonového typu, aby flexibilný výkon vlákna dosiahol praktické aplikačné požiadavky projektu.
2.Klasifikácia optických vlákien
(1) Vlákno sa delí podľa rozloženia indexu lomu prierezu vlákna: delí sa na vlákno stupňovitého typu (jednotné vlákno) a triedené vlákno (nerovnomerné vlákno).
Predpokladajme, že jadro má index lomu n1 a index lomu plášťa je n2.
Aby jadro mohlo prenášať svetlo na veľké vzdialenosti, nevyhnutnou podmienkou pre konštrukciu optického vlákna je n1>n2
Rozdelenie indexu lomu rovnomerného vlákna je konštantné
Zákon rozdelenia indexu lomu nerovnomerného vlákna:
Medzi nimi △ – rozdiel relatívneho indexu lomu
Α—index lomu, α=∞—vlákno stupňovitého typu s distribúciou indexu lomu, α=2—vlákno so štvorcovým zákonom s distribúciou indexu lomu (odstupňované vlákno).Toto vlákno je v porovnaní s inými triedenými vláknami. Režim minimálnej disperzie optimálny.
(1) Podľa počtu režimov prenášaných v jadre: rozdelené na multimódové vlákno a jednovidové vlákno
Vzor sa tu týka rozloženia elektromagnetického poľa svetla prenášaného v optickom vlákne.Rôzne distribúcie poľa sú odlišným režimom.
Jediný režim (vo vlákne sa prenáša iba jeden režim), multimód (vo vlákne sa súčasne prenáša viacero režimov)
V súčasnosti, vzhľadom na zvyšujúce sa požiadavky na prenosovú rýchlosť a zvyšujúci sa počet prenosov, sa metropolitná sieť vyvíja smerom k vysokej rýchlosti a veľkej kapacite, takže väčšina z nich sú jednovidové stupňovité vlákna.(Samotné prenosové charakteristiky sú lepšie ako multimódové vlákno)
(2) Vlastnosti optického vlákna:
①Stratové charakteristiky optického vlákna: Svetelné vlny sa prenášajú v optickom vlákne a optická sila sa postupne znižuje so zvyšujúcou sa prenosovou vzdialenosťou.
Príčiny straty vlákna zahŕňajú: stratu väzby, stratu absorpcie, stratu rozptylu a stratu žiarenia ohybom.
Spojovacia strata je strata spôsobená väzbou medzi vláknom a zariadením.
Straty absorpciou sú spôsobené absorpciou svetelnej energie vláknitými materiálmi a nečistotami.
Strata rozptylom sa delí na Rayleighov rozptyl (nerovnomernosť indexu lomu) a rozptyl vlnovodu (nerovnosť materiálu).
Strata žiarenia ohybom je strata spôsobená ohybom vlákna, ktorá vedie k režimu žiarenia spôsobenému ohybom vlákna.
②Disperzné charakteristiky optického vlákna: Rôzne frekvenčné zložky v signáli prenášanom optickým vláknom majú rôzne prenosové rýchlosti a fyzikálny jav skreslenia spôsobený rozšírením signálového impulzu pri dosiahnutí terminálu sa nazýva disperzia.
Disperzia sa delí na modálnu disperziu, materiálovú disperziu a vlnovodnú disperziu.
Základné komponenty optických komunikačných systémov
Odoslať časť:
Výstup signálu pulznej modulácie z elektrického vysielača (elektrického terminálu) je odoslaný do optického vysielača (signál vyslaný programom riadeným spínačom sa spracuje, tvar vlny sa vytvaruje, inverzný vzor sa zmení... na vhodný elektrický signál a odoslaná do optického vysielača)
Primárnou úlohou optického vysielača je konvertovať elektrický signál na optický signál, ktorý je pripojený do vlákna.
Prijímacia časť:
Konverzia optických signálov prenášaných cez optické vlákna na elektrické signály
Spracovanie elektrického signálu sa obnoví na pôvodný impulzne modulovaný signál a odošle sa do elektrického terminálu (elektrický signál odoslaný optickým prijímačom sa spracuje, tvar vlny sa vytvaruje, inverzná krivka sa prevráti... príslušný elektrický signál sa spracuje odoslaný späť do programovateľného prepínača)
Prevodová časť:
Jednomódové vlákno, optický opakovač (elektrický regeneračný opakovač (zosilnenie opticko-elektricko-optickej konverzie, oneskorenie prenosu bude väčšie, na tvarovanie tvaru vlny a časovanie sa použije obvod na rozhodovanie impulzov), zosilňovač s vláknom dopovaným erbiom (dokončí zosilnenie na optickej úrovni, bez tvarovania tvaru vlny)
(1) Optický vysielač: Je to optický transceiver, ktorý realizuje elektrickú / optickú konverziu.Skladá sa zo svetelného zdroja, budiča a modulátora.Funkciou je modulovať svetelnú vlnu z elektrického stroja na svetelnú vlnu vyžarovanú svetelným zdrojom, aby sa stala tlmenou vlnou, a potom pripojiť modulovaný optický signál k optickému vláknu alebo optickému káblu na prenos.
(2) Optický prijímač: je optický transceiver, ktorý realizuje optickú/elektrickú konverziu.Úžitkový model sa skladá z obvodu na detekciu svetla a optického zosilňovača a funkciou je previesť optický signál prenášaný optickým vláknom alebo optickým káblom na elektrický signál optickým detektorom a potom zosilniť slabý elektrický signál na dostatočnú úroveň cez zosilňovací obvod na odoslanie signálu.Prijímací koniec elektrického stroja ide.
(3) Vlákno/kábel: Vlákno alebo kábel tvorí dráhu prenosu svetla.Funkciou je preniesť tlmený signál odoslaný vysielacím koncom do optického detektora prijímacieho konca po diaľkovom prenose cez optické vlákno alebo optický kábel, aby sa dokončila úloha prenosu informácií.
(4) Optický opakovač: pozostáva z fotodetektora, svetelného zdroja a rozhodovacieho regeneračného obvodu.Existujú dve funkcie: jedna je kompenzácia útlmu optického signálu prenášaného v optickom vlákne;druhým je tvarovanie impulzu skreslenia tvaru vlny.
(5) Pasívne komponenty, ako sú konektory z optických vlákien, spojky (nie je potrebné napájať samostatne, ale zariadenie je stále stratové): Pretože dĺžka vlákna alebo kábla je obmedzená procesom ťahania vlákna a podmienkami konštrukcie kábla a dĺžka vlákna je tiež Limit (napr. 2 km).Preto môže nastať problém, že v jednej línii optických vlákien je spojených viacero optických vlákien.Preto je nevyhnutné spojenie medzi optickými vláknami, spojenie a spojenie optických vlákien a optických transceiverov a použitie pasívnych komponentov, ako sú optické konektory a spojky.
Nadradenosť komunikácie s optickými vláknami
Šírka prenosového pásma, veľká komunikačná kapacita
Nízka prenosová strata a veľká vzdialenosť relé
Silné antielektromagnetické rušenie
(Okrem bezdrôtového pripojenia: bezdrôtové signály majú mnoho efektov, viaccestné výhody, tieňové efekty, Rayleighov blednutie, Dopplerovské efekty
V porovnaní s koaxiálnym káblom: optický signál je väčší ako koaxiálny kábel a má dobrú dôvernosť)
Frekvencia svetelnej vlny je veľmi vysoká, v porovnaní s inými elektromagnetickými vlnami je rušenie malé.
Nevýhody optického kábla: zlé mechanické vlastnosti, ľahko sa zlomí (zlepšia mechanické vlastnosti, bude mať vplyv na odolnosť proti rušeniu), dlho sa stavia a sú ovplyvnené geografickými podmienkami.