แนวคิดพื้นฐานของการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง.
ใยแก้วนำแสงคือท่อนำคลื่นแสงแบบไดอิเล็กตริก ซึ่งเป็นโครงสร้างท่อนำคลื่นที่ปิดกั้นแสงและกระจายแสงในทิศทางตามแนวแกน
เส้นใยละเอียดมากทำจากแก้วควอทซ์ เรซินสังเคราะห์ ฯลฯ
เส้นใยโหมดเดี่ยว: แกน 8-10um, การหุ้ม 125um
เส้นใยมัลติโหมด: แกน 51um, การหุ้ม 125um
วิธีการสื่อสารของการส่งสัญญาณแสงโดยใช้ใยแก้วนำแสงเรียกว่าการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง
คลื่นแสงอยู่ในประเภทของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
ช่วงความยาวคลื่นของแสงที่ตามองเห็นคือ 390-760 นาโนเมตร ส่วนที่ใหญ่กว่า 760 นาโนเมตรคือแสงอินฟราเรด และส่วนที่เล็กกว่า 390 นาโนเมตรคือแสงอัลตราไวโอเลต
หน้าต่างการทำงานของคลื่นแสง (หน้าต่างสื่อสารสามบาน):
ช่วงความยาวคลื่นที่ใช้ในการสื่อสารด้วยไฟเบอร์ออปติกอยู่ในเขตอินฟราเรดใกล้
ย่านความยาวคลื่นสั้น (แสงที่ตามองเห็นซึ่งเป็นแสงสีส้มด้วยตาเปล่า) แสงสีส้ม 850 นาโนเมตร
บริเวณความยาวคลื่นยาว (บริเวณแสงที่มองไม่เห็น) 1310 นาโนเมตร (จุดกระจายต่ำสุดตามทฤษฎี), 1550 นาโนเมตร (จุดลดทอนต่ำสุดตามทฤษฎี)
โครงสร้างและการจำแนกประเภทของไฟเบอร์
1. โครงสร้างของเส้นใย
โครงสร้างไฟเบอร์ในอุดมคติ: แกนกลาง, การหุ้ม, การเคลือบ, แจ็คเก็ต
แกนและส่วนหุ้มทำจากวัสดุควอตซ์ และคุณสมบัติเชิงกลค่อนข้างเปราะบางและแตกหักง่ายดังนั้นโดยทั่วไปจะมีการเพิ่มชั้นเคลือบสองชั้น เรซินหนึ่งชั้นและไนลอนหนึ่งชั้น เพื่อให้ประสิทธิภาพที่ยืดหยุ่นของไฟเบอร์เป็นไปตามข้อกำหนดการใช้งานจริงของโครงการ
2. การจำแนกประเภทของเส้นใยแก้วนำแสง
(1) ไฟเบอร์ถูกแบ่งตามการกระจายดัชนีหักเหของส่วนตัดขวางของไฟเบอร์: แบ่งออกเป็นไฟเบอร์ชนิดขั้นบันได (ไฟเบอร์สม่ำเสมอ) และไฟเบอร์คัดเกรด (ไฟเบอร์ไม่สม่ำเสมอ)
สมมติว่าแกนกลางมีดัชนีการหักเหของแสงเท่ากับ n1 และดัชนีการหักเหของแสงหุ้มอยู่ที่ n2
เพื่อให้แกนสามารถส่งผ่านแสงในระยะทางไกลได้ เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการสร้างใยแก้วนำแสงคือ n1>n2
การกระจายดัชนีหักเหของเส้นใยสม่ำเสมอเป็นค่าคงที่
กฎการกระจายดัชนีหักเหของเส้นใยที่ไม่สม่ำเสมอ:
ในหมู่พวกเขา △ – ความแตกต่างของดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์
Α—ดัชนีการหักเหของแสง, α=∞—เส้นใยกระจายดัชนีการหักเหของแสงชนิดขั้นบันได, α=2—เส้นใยกระจายดัชนีการหักเหของแสงแบบตารางกฎเส้นใยนี้ถูกเปรียบเทียบกับเส้นใยที่จัดลำดับอื่น ๆ โหมดการกระจายต่ำสุดที่เหมาะสมที่สุด
(1) ตามจำนวนโหมดที่ส่งในแกนกลาง: แบ่งออกเป็นมัลติไฟเบอร์และไฟเบอร์โหมดเดียว
รูปแบบในที่นี้หมายถึงการกระจายของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของแสงที่ส่งผ่านใยแก้วนำแสงการกระจายฟิลด์ที่แตกต่างกันเป็นโหมดที่แตกต่างกัน
โหมดเดียว (ส่งเพียงโหมดเดียวในไฟเบอร์), มัลติโหมด (ส่งหลายโหมดพร้อมกันในไฟเบอร์)
ในปัจจุบัน เนื่องจากความต้องการที่เพิ่มขึ้นของอัตราการส่งข้อมูลและจำนวนการส่งสัญญาณที่เพิ่มขึ้น เครือข่ายเขตเมืองกำลังพัฒนาในทิศทางของความเร็วสูงและความจุขนาดใหญ่ ดังนั้นส่วนใหญ่จึงเป็นเส้นใยแบบขั้นบันไดโหมดเดียว(ลักษณะการส่งสัญญาณของตัวมันเองดีกว่ามัลติไฟเบอร์)
(2) ลักษณะของใยแก้วนำแสง:
①ลักษณะการสูญเสียของใยแก้วนำแสง: คลื่นแสงจะถูกส่งผ่านใยแก้วนำแสง และพลังงานแสงจะค่อยๆ ลดลงเมื่อระยะการส่งเพิ่มขึ้น
สาเหตุของการสูญเสียไฟเบอร์รวมถึง: การสูญเสียการเชื่อมต่อ การสูญเสียการดูดกลืน การสูญเสียการกระเจิง และการสูญเสียการแผ่รังสีดัด
การสูญเสียการเชื่อมต่อคือการสูญเสียที่เกิดจากการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างไฟเบอร์และอุปกรณ์
การสูญเสียการดูดซึมเกิดจากการดูดซับพลังงานแสงโดยวัสดุไฟเบอร์และสิ่งสกปรก
การสูญเสียการกระเจิงแบ่งออกเป็นการกระเจิงแบบเรย์ลี (ดัชนีการหักเหของแสงไม่สม่ำเสมอ) และการกระเจิงของท่อนำคลื่น (ความไม่สม่ำเสมอของวัสดุ)
การสูญเสียรังสีดัดคือการสูญเสียที่เกิดจากการดัดของเส้นใยที่นำไปสู่โหมดการแผ่รังสีที่เกิดจากการดัดของเส้นใย
②ลักษณะการกระจายของใยแก้วนำแสง: ส่วนประกอบความถี่ต่างๆ ในสัญญาณที่ส่งโดยใยแก้วนำแสงมีความเร็วในการส่งข้อมูลต่างกัน และปรากฏการณ์ทางกายภาพของการบิดเบือนที่เกิดจากการขยายสัญญาณพัลส์เมื่อไปถึงขั้วเรียกว่าการกระจาย
การกระจายตัวแบ่งออกเป็นโมดอลการกระจายตัว การกระจายตัวของวัสดุ และการกระจายตัวของท่อนำคลื่น
ส่วนประกอบพื้นฐานของระบบสื่อสารใยแก้วนำแสง
ส่งส่วน:
เอาต์พุตสัญญาณมอดูเลตพัลส์โดยเครื่องส่งสัญญาณไฟฟ้า (ขั้วไฟฟ้า) จะถูกส่งไปยังเครื่องส่งสัญญาณออปติคอล (สัญญาณที่ส่งโดยสวิตช์ควบคุมโปรแกรมได้รับการประมวลผล รูปคลื่นจะมีรูปร่าง รูปแบบผกผันเปลี่ยนไป… เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่เหมาะสม แล้วส่งไปยังเครื่องส่งแสง)
บทบาทหลักของเครื่องส่งสัญญาณออปติคัลคือการแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นสัญญาณออปติกที่ต่อเข้ากับไฟเบอร์
ส่วนรับ:
การแปลงสัญญาณแสงที่ส่งผ่านใยแก้วนำแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้า
การประมวลผลของสัญญาณไฟฟ้าจะกลับคืนสู่สัญญาณมอดูเลตพัลส์ดั้งเดิมและส่งไปยังขั้วไฟฟ้า (สัญญาณไฟฟ้าที่ส่งโดยตัวรับแสงได้รับการประมวลผล รูปคลื่นมีรูปร่าง รูปแบบผกผันกลับด้าน… สัญญาณไฟฟ้าที่เหมาะสมคือ ส่งกลับไปยังสวิตช์ที่ตั้งโปรแกรมได้ )
ส่วนเกียร์:
ไฟเบอร์โหมดเดียว, ออปติคัลรีพีทเตอร์ (รีพีทเตอร์สร้างไฟฟ้าใหม่ (การขยายการแปลงออปติคัล-ไฟฟ้า-ออปติคัล, ความล่าช้าในการส่งจะมีขนาดใหญ่ขึ้น, วงจรการตัดสินใจของพัลส์จะถูกใช้เพื่อกำหนดรูปร่างของคลื่นและจังหวะ), แอมพลิฟายเออร์ไฟเบอร์เจือด้วยเออร์เบียม (เสร็จสิ้นการขยายสัญญาณ ที่ระดับออปติคัล โดยไม่มีการสร้างรูปคลื่น)
(1) เครื่องส่งสัญญาณออปติคัล: เป็นเครื่องรับส่งสัญญาณออปติคอลที่แปลงไฟฟ้า/ออปติคอลประกอบด้วยแหล่งกำเนิดแสง ไดรเวอร์ และโมดูเลเตอร์ฟังก์ชันคือการปรับคลื่นแสงจากเครื่องไฟฟ้าไปยังคลื่นแสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงให้กลายเป็นคลื่นที่หรี่ลง จากนั้นจึงจับคู่สัญญาณออปติคัลที่มอดูเลตเข้ากับใยแก้วนำแสงหรือสายเคเบิลออปติกสำหรับการส่งสัญญาณ
(2) ตัวรับแสง: เป็นตัวรับส่งสัญญาณแสงที่แปลงแสง/ไฟฟ้าโมเดลอรรถประโยชน์นี้ประกอบด้วยวงจรตรวจจับแสงและเครื่องขยายสัญญาณออปติคัล และฟังก์ชันคือการแปลงสัญญาณออปติคัลที่ส่งโดยใยแก้วนำแสงหรือสายเคเบิลออปติคัลให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยเครื่องตรวจจับด้วยแสง จากนั้นจึงขยายสัญญาณไฟฟ้าที่อ่อนเป็น ระดับที่เพียงพอผ่านวงจรขยายเพื่อส่งไปยังสัญญาณปลายรับของเครื่องไฟฟ้าไป
(3) ไฟเบอร์/เคเบิล: ไฟเบอร์หรือเคเบิลถือเป็นเส้นทางการส่งผ่านของแสงฟังก์ชันคือการส่งสัญญาณสีจางที่ส่งโดยปลายส่งสัญญาณไปยังเครื่องตรวจจับออปติคัลของปลายรับหลังจากการส่งสัญญาณทางไกลผ่านใยแก้วนำแสงหรือสายเคเบิลออปติคัลเพื่อทำงานส่งข้อมูลให้เสร็จ
(4) เครื่องทวนสัญญาณแบบออปติคัล: ประกอบด้วยตัวตรวจจับแสง แหล่งกำเนิดแสง และวงจรสร้างการตัดสินใจใหม่มีหน้าที่สองอย่าง: หนึ่งคือการชดเชยการลดทอนของสัญญาณแสงที่ส่งในใยแก้วนำแสง;อีกวิธีหนึ่งคือการกำหนดรูปแบบพัลส์ของการบิดเบือนรูปคลื่น
(5) ส่วนประกอบแบบพาสซีฟ เช่น ตัวเชื่อมต่อไฟเบอร์ออปติก ตัวเชื่อมต่อ (ไม่จำเป็นต้องจ่ายไฟแยกต่างหาก แต่อุปกรณ์ยังคงสูญหาย): เนื่องจากความยาวของไฟเบอร์หรือสายเคเบิลถูกจำกัดโดยกระบวนการวาดไฟเบอร์และเงื่อนไขการสร้างสายเคเบิล และ ความยาวของเส้นใยก็จำกัดเช่นกัน (เช่น 2 กม.)ดังนั้นอาจมีปัญหาที่ใยแก้วนำแสงหลายเส้นเชื่อมต่ออยู่ในเส้นใยแก้วนำแสงหนึ่งเส้นดังนั้นการเชื่อมต่อระหว่างใยแก้วนำแสง การเชื่อมต่อและการต่อเชื่อมระหว่างเส้นใยแก้วนำแสงกับตัวรับส่งสัญญาณแสง และการใช้ส่วนประกอบแบบพาสซีฟ เช่น ขั้วต่อและข้อต่อแบบออปติกจึงขาดไม่ได้
ความเหนือกว่าของการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง
แบนด์วิธการส่งข้อมูล ความสามารถในการสื่อสารขนาดใหญ่
การสูญเสียการส่งต่ำและระยะการถ่ายทอดที่มาก
ป้องกันการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่แข็งแกร่ง
(เหนือกว่าระบบไร้สาย: สัญญาณไร้สายมีผลมากมาย ประโยชน์หลายเส้นทาง เอฟเฟ็กต์เงา เรย์ลีห์ซีดจาง เอฟเฟ็กต์ Doppler
เมื่อเทียบกับสายโคแอกเชียล: สัญญาณออปติคัลมีขนาดใหญ่กว่าสายโคแอกเชียลและมีการรักษาความลับที่ดี)
ความถี่ของคลื่นแสงสูงมาก เมื่อเทียบกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่น ๆ การรบกวนมีขนาดเล็ก
ข้อเสียของสายเคเบิลออปติก: คุณสมบัติเชิงกลต่ำ แตกหักง่าย (ปรับปรุงประสิทธิภาพเชิงกล จะมีผลกระทบต่อความต้านทานสัญญาณรบกวน) ใช้เวลาสร้างนาน และได้รับผลกระทบจากสภาพทางภูมิศาสตร์