Osnovni koncept komunikacije po optičnih vlaknih.
Optično vlakno je dielektrični optični valovod, struktura valovoda, ki blokira svetlobo in širi svetlobo v aksialni smeri.
Zelo fina vlakna iz kremenčevega stekla, sintetične smole itd.
Enomodovna vlakna: jedro 8-10um, obloga 125um
Večmodno vlakno: jedro 51um, ovoj 125um
Komunikacijski način prenosa optičnih signalov z uporabo optičnih vlaken se imenuje komunikacija po optičnih vlaknih.
Svetlobni valovi spadajo v kategorijo elektromagnetnih valov.
Območje valovnih dolžin vidne svetlobe je 390-760 nm, del, večji od 760 nm, je infrardeča svetloba, del, manjši od 390 nm, pa ultravijolična svetloba.
Delovno okno svetlobnih valov (tri komunikacijska okna):
Razpon valovnih dolžin, ki se uporablja pri komunikaciji z optičnimi vlakni, je v bližnjem infrardečem območju
Območje kratke valovne dolžine (vidna svetloba, ki je s prostim očesom oranžna svetloba) 850 nm oranžna svetloba
Območje dolgih valovnih dolžin (območje nevidne svetlobe) 1310 nm (teoretična najmanjša točka disperzije), 1550 nm (teoretična najmanjša točka dušenja)
Zgradba in razvrstitev vlaken
1.Zgradba vlakna
Idealna struktura vlaken: jedro, obloga, prevleka, plašč.
Jedro in obloga sta izdelana iz kremenčevega materiala, mehanske lastnosti pa so razmeroma krhke in jih je enostavno zlomiti.Zato sta na splošno dodani dve plasti prevleke, ena vrsta smole in ena plast najlona, tako da prilagodljiva zmogljivost vlaken doseže zahteve praktične uporabe projekta.
2.Razvrstitev optičnih vlaken
(1) Vlakno je razdeljeno glede na porazdelitev lomnega količnika preseka vlakna: razdeljeno je na stopničasto vlakno (enakomerno vlakno) in stopenjsko vlakno (neenakomerno vlakno).
Predpostavimo, da ima jedro lomni količnik n1 in lomni količnik ovoja n2.
Da jedro lahko prenaša svetlobo na velike razdalje, je nujen pogoj za konstrukcijo optičnega vlakna n1>n2
Porazdelitev lomnega količnika enotnega vlakna je konstanta
Zakon porazdelitve lomnega količnika neenakomernega vlakna:
Med njimi je △ – relativna razlika lomnega količnika
Α—lomni količnik, α=∞—stopenjsko vlakno s porazdelitvijo lomnega količnika, α=2—kvadratno vlakno s porazdelitvijo lomnega količnika (stopenjsko vlakno).To vlakno je v primerjavi z drugimi razvrščenimi vlakni. Minimalna disperzija načina je optimalna.
(1) Glede na število načinov, ki se prenašajo v jedru: razdeljeno na večmodna vlakna in enomodna vlakna
Vzorec se tukaj nanaša na porazdelitev elektromagnetnega polja svetlobe, ki se prenaša v optičnem vlaknu.Različne porazdelitve polja so drugačen način.
Enojni način (v vlaknu se prenaša samo en način), večmodni (v vlaknu se prenaša več načinov hkrati)
Trenutno se zaradi naraščajočih zahtev glede hitrosti prenosa in vse večjega števila prenosov metropolitansko omrežje razvija v smeri visokih hitrosti in velike zmogljivosti, zato je večina enomodnih stopničastih vlaken.(Lastnosti prenosa same po sebi so boljše od večmodnega vlakna)
(2) Značilnosti optičnega vlakna:
①Značilnosti izgube optičnega vlakna: svetlobni valovi se prenašajo v optičnem vlaknu in optična moč se postopoma zmanjšuje, ko se razdalja prenosa povečuje.
Vzroki za izgubo vlaken vključujejo: izgubo sklopitve, izgubo absorpcije, izgubo sipanja in izgubo zaradi upogibnega sevanja.
Izguba sklopitve je izguba, ki jo povzroči sklopitev med vlaknom in napravo.
Izgube zaradi absorpcije nastanejo zaradi absorpcije svetlobne energije s strani vlaken in nečistoč.
Izgubo sipanja delimo na Rayleighovo sipanje (neenakomernost lomnega količnika) in sipanje v valovodu (neenakomernost materiala).
Izguba zaradi upogibnega sevanja je izguba, ki jo povzroči upogibanje vlakna, ki vodi do načina sevanja, ki ga povzroči upogibanje vlakna.
②Disperzijske značilnosti optičnega vlakna: Različne frekvenčne komponente v signalu, ki ga prenaša optično vlakno, imajo različne hitrosti prenosa, fizični pojav popačenja, ki ga povzroči širjenje impulza signala, ko doseže terminal, pa se imenuje disperzija.
Disperzijo delimo na modalno disperzijo, materialno disperzijo in valovodno disperzijo.
Osnovne komponente optičnih komunikacijskih sistemov
Pošlji del:
Izhodni signal pulzne modulacije električnega oddajnika (električni terminal) se pošlje v optični oddajnik (signal, ki ga pošlje programsko krmiljeno stikalo, se obdela, valovna oblika se oblikuje, inverzni vzorec se spremeni … v ustrezen električni signal in poslana optičnemu oddajniku)
Primarna vloga optičnega oddajnika je pretvorba električnega signala v optični signal, ki je povezan v vlakno.
Prejemni del:
Pretvarjanje optičnih signalov, ki se prenašajo po optičnih vlaknih, v električne signale
Obdelava električnega signala se obnovi na izvirni impulzno moduliran signal in se pošlje v električni terminal (električni signal, ki ga pošlje optični sprejemnik, se obdela, valovna oblika se oblikuje, obrat vzorca se obrne ... ustrezen električni signal je poslano nazaj na programabilno stikalo)
Prenosni del:
Enomodovna vlakna, optični repetitor (električni regenerativni repetitor (ojačitev optične-električne-optične pretvorbe, zakasnitev prenosa bo večja, za oblikovanje valovne oblike in časa bo uporabljeno vezje odločanja o impulzu), ojačevalnik vlaken, dopiran z erbijem (dokonča ojačanje na optični ravni, brez oblikovanja valov)
(1) Optični oddajnik: je optični oddajnik, ki izvaja električno/optično pretvorbo.Sestavljen je iz vira svetlobe, gonilnika in modulatorja.Funkcija je, da modulira svetlobni val iz električnega stroja v svetlobni val, ki ga oddaja svetlobni vir, da postane zatemnjen val, in nato poveže moduliran optični signal z optičnim vlaknom ali optičnim kablom za prenos.
(2) Optični sprejemnik: je optični oddajnik-sprejemnik, ki izvaja optično/električno pretvorbo.Uporabni model je sestavljen iz vezja za zaznavanje svetlobe in optičnega ojačevalnika, njegova funkcija pa je pretvorba optičnega signala, ki ga prenaša optično vlakno ali optični kabel, v električni signal optičnega detektorja in nato ojačanje šibkega električnega signala na zadostna raven skozi ojačevalno vezje, da se pošlje signalu.Sprejemni del električnega stroja gre.
(3) Vlakno/kabel: Vlakno ali kabel predstavlja pot prenosa svetlobe.Funkcija je prenos zatemnjenega signala, ki ga pošlje oddajni konec, do optičnega detektorja sprejemnega konca po prenosu na dolge razdalje po optičnem vlaknu ali optičnem kablu, da se dokonča naloga prenosa informacij.
(4) Optični repetitor: sestavljen je iz fotodetektorja, vira svetlobe in vezja za regeneracijo odločitve.Obstajata dve funkciji: ena je kompenzacija oslabitve optičnega signala, ki se prenaša v optičnem vlaknu;drugi je oblikovanje impulza popačenja valovne oblike.
(5) Pasivne komponente, kot so konektorji za optična vlakna, sklopke (ni potrebe po ločenem napajanju, vendar je naprava še vedno izgubna): ker je dolžina vlakna ali kabla omejena s postopkom vlečenja vlaken in pogoji konstrukcije kabla ter dolžina vlakna je prav tako omejena (npr. 2 km).Zato lahko pride do težave, da je več optičnih vlaken povezanih v eno optično linijo.Zato je nepogrešljiva povezava med optičnimi vlakni, povezava in sklopitev optičnih vlaken in optičnih sprejemnikov ter uporaba pasivnih komponent, kot so optični konektorji in spojniki.
Prednost komunikacije po optičnih vlaknih
Pasovna širina prenosa, velika komunikacijska zmogljivost
Nizke izgube prenosa in velika razdalja releja
Močne protielektromagnetne motnje
(Poleg brezžičnega omrežja: brezžični signali imajo številne učinke, prednosti večpotja, učinke senc, Rayleighovo bledenje, Dopplerjeve učinke
V primerjavi s koaksialnim kablom: optični signal je večji od koaksialnega kabla in ima dobro zaupnost)
Frekvenca svetlobnega valovanja je zelo visoka, v primerjavi z drugimi elektromagnetnimi valovi je motnja majhna.
Slabosti optičnega kabla: slabe mehanske lastnosti, enostaven za zlom (izboljša mehanske lastnosti, bo vplival na odpornost proti motnjam), izdelava traja dolgo časa in nanj vplivajo geografski pogoji.