Optik fiber iletişimin temel konsepti.
Bir optik fiber, ışığı bloke eden ve ışığı eksenel yönde yayan bir dalga kılavuzu yapısı olan dielektrik bir optik dalga kılavuzudur.
Kuvars camdan, sentetik reçineden vb. yapılan çok ince elyaf.
Tek modlu fiber: çekirdek 8-10um, kaplama 125um
Çok modlu fiber: çekirdek 51um, kaplama 125um
Optik sinyalleri optik fiberler kullanarak iletmenin iletişim yöntemine fiber optik iletişim denir.
Işık dalgaları elektromanyetik dalgalar kategorisine aittir.
Görünür ışığın dalga boyu aralığı 390-760 nm'dir, 760 nm'den büyük kısım kızılötesi ışıktır ve 390 nm'den küçük kısım ultraviyole ışıktır.
Işık dalgası çalışma penceresi (üç iletişim penceresi):
Fiber optik iletişimde kullanılan dalga boyu aralığı yakın kızılötesi bölgededir.
Kısa dalga boyu bölgesi (çıplak gözle turuncu bir ışık olan görünür ışık) 850nm turuncu ışık
Uzun dalga boyu bölgesi (görünmez ışık bölgesi) 1310 nm (teorik minimum dağılım noktası), 1550 nm (teorik minimum zayıflama noktası)
Elyaf yapısı ve sınıflandırması
1. Elyafın yapısı
İdeal lif yapısı: çekirdek, kaplama, kaplama, ceket.
Çekirdek ve kaplama kuvars malzemeden yapılmıştır ve mekanik özellikler nispeten kırılgandır ve kırılması kolaydır.Bu nedenle, genellikle iki kat kaplama tabakası, bir reçine tipi ve bir naylon tipi tabaka eklenir, böylece elyafın esnek performansı projenin pratik uygulama gereksinimlerine ulaşır.
2. Optik fiberlerin sınıflandırılması
(1) Elyaf, elyafın enine kesitinin kırılma indisi dağılımına göre bölünür: kademeli tip elyaf (tekdüze elyaf) ve dereceli elyaf (üniform olmayan elyaf) olarak ayrılır.
Çekirdeğin kırılma indisinin n1 olduğunu ve kaplamanın kırılma indisinin n2 olduğunu varsayalım.
Çekirdeğin ışığı uzun mesafelere iletebilmesi için, fiber optik oluşturmak için gerekli koşul n1>n2'dir.
Düzgün bir fiberin kırılma indisi dağılımı sabittir
Düzgün olmayan fiberin kırılma indisi dağılım yasası:
Bunların arasında △ – bağıl kırılma indisi farkı
Α—kırılma indisi, α=∞—adım tipi kırılma indisi dağıtım lifi, α=2—kare kanunu kırılma indisi dağıtım lifi (kademeli bir lif).Bu fiber, diğer kademeli fiberlerle karşılaştırılır. Mod dağılımı minimum optimal.
(1) Çekirdekte iletilen mod sayısına göre: çok modlu fiber ve tek modlu fiber olarak ayrılır
Buradaki model, bir optik fiberde iletilen bir elektromanyetik ışık alanının dağılımını ifade eder.Farklı alan dağılımları farklı bir moddur.
Tekli mod (fiberde yalnızca bir mod iletilir), çok modlu (fiberde aynı anda birden fazla mod iletilir)
Şu anda, iletim hızındaki artan gereksinimler ve artan iletim sayısı nedeniyle, metropol alan ağı yüksek hız ve büyük kapasite yönünde gelişmektedir, bu nedenle çoğu tek modlu kademeli fiberlerdir.(Kendi iletim özellikleri çok modlu fiberden daha iyidir)
(2) Optik fiberin özellikleri:
①Optik fiberin kayıp özellikleri: Optik fiberde ışık dalgaları iletilir ve iletim mesafesi arttıkça optik güç kademeli olarak azalır.
Fiber kaybının nedenleri şunları içerir: bağlantı kaybı, absorpsiyon kaybı, saçılma kaybı ve eğilme radyasyon kaybı.
Bağlantı kaybı, fiber ile cihaz arasındaki bağlantının neden olduğu kayıptır.
Absorpsiyon kayıpları, ışık enerjisinin fiber malzemeler ve safsızlıklar tarafından emilmesinden kaynaklanır.
Saçılma kaybı, Rayleigh saçılması (kırılma indisi düzensizliği) ve dalga kılavuzu saçılması (materyal düzgünsüzlüğü) olarak ikiye ayrılır.
Bükülme radyasyon kaybı, fiberin bükülmesinden kaynaklanan radyasyon moduna yol açan fiberin bükülmesinden kaynaklanan kayıptır.
②Optik fiberin dağılım özellikleri: Optik fiber tarafından iletilen sinyaldeki farklı frekans bileşenleri, farklı iletim hızlarına sahiptir ve terminale ulaşırken sinyal darbesinin genişlemesinin neden olduğu fiziksel bozulma olgusuna dağılım denir.
Dağılım, modal dağılım, malzeme dağılımı ve dalga kılavuzu dağılımına bölünmüştür.
Optik fiber iletişim sistemlerinin temel bileşenleri
Parça gönder:
Elektrik vericisi (elektrik terminali) tarafından çıkan darbe modülasyon sinyali, optik vericiye gönderilir (program kontrollü anahtar tarafından gönderilen sinyal işlenir, dalga biçimi şekillendirilir, modelin tersi değiştirilir… uygun bir elektrik sinyaline dönüştürülür) ve optik vericiye gönderilir)
Bir optik vericinin birincil rolü, bir elektrik sinyalini fibere bağlı bir optik sinyale dönüştürmektir.
alma kısmı:
Optik fiberler yoluyla iletilen optik sinyallerin elektrik sinyallerine dönüştürülmesi
Elektrik sinyalinin işlenmesi orijinal darbe modülasyonlu sinyale geri döndürülür ve elektrik terminaline gönderilir (optik alıcı tarafından gönderilen elektrik sinyali işlenir, dalga formu şekillendirilir, modelin tersi ters çevrilir… uygun elektrik sinyali programlanabilir anahtara geri gönderilir)
İletim parçası:
Tek modlu fiber, optik tekrarlayıcı (elektriksel rejeneratif tekrarlayıcı (optik-elektrik-optik dönüşüm amplifikasyonu, iletim gecikmesi daha büyük olacak, dalga formunu ve zamanlamayı şekillendirmek için darbe karar devresi kullanılacak), erbiyum katkılı fiber Amplifikatör (amplifikasyonu tamamlar) optik seviyede, dalga formu şekillendirme olmadan)
(1) Optik verici: Elektrik/optik dönüşümü gerçekleştiren bir optik alıcı-vericidir.Bir ışık kaynağı, bir sürücü ve bir modülatörden oluşur.İşlev, elektrik makinesinden gelen ışık dalgasını ışık kaynağı tarafından yayılan ışık dalgasına modüle ederek soluk bir dalga haline getirmek ve ardından modüle edilmiş optik sinyali iletim için fiber optik veya optik kabloya bağlamaktır.
(2) Optik alıcı: optik/elektrik dönüşümünü gerçekleştiren bir optik alıcı-vericidir.Faydalı model, bir ışık algılama devresi ve bir optik amplifikatörden oluşur ve işlev, optik fiber veya optik kablo tarafından iletilen optik sinyali optik dedektör tarafından bir elektrik sinyaline dönüştürmek ve ardından zayıf elektrik sinyalini yükseltmektir. sinyale gönderilecek yükseltici devre aracılığıyla yeterli bir seviye.Elektrikli makinenin alıcı ucu gider.
(3) Fiber/Kablo: Fiber veya kablo, ışığın iletim yolunu oluşturur.İşlev, bilgi iletme görevini tamamlamak için optik fiber veya optik kablo aracılığıyla uzun mesafeli iletimden sonra verici uç tarafından gönderilen karartılmış sinyali alıcı ucun optik dedektörüne iletmektir.
(4) Optik tekrarlayıcı: bir fotodedektör, bir ışık kaynağı ve bir karar rejenerasyon devresinden oluşur.İki işlev vardır: biri, optik fiberde iletilen optik sinyalin zayıflamasını telafi etmektir;diğeri ise dalga biçimi bozulmasının nabzını şekillendirmektir.
(5) Fiber optik konektörler, kuplörler gibi pasif bileşenler (ayrı ayrı güç sağlamaya gerek yoktur, ancak cihaz hala kayıplıdır): Fiberin veya kablonun uzunluğu, fiber çekme işlemi ve kablo yapım koşulları ile sınırlıdır ve fiberin uzunluğu da Limit'tir (örn. 2km).Bu nedenle, çok sayıda optik lifin bir optik lif hattına bağlanması sorunu olabilir.Bu nedenle, optik fiberler arasındaki bağlantı, optik fiberler ve optik alıcı-vericilerin bağlantısı ve kuplajı ve optik konektörler ve kuplörler gibi pasif bileşenlerin kullanımı vazgeçilmezdir.
Fiber optik iletişimin üstünlüğü
İletim bant genişliği, geniş iletişim kapasitesi
Düşük iletim kaybı ve büyük röle mesafesi
Güçlü anti-elektromanyetik girişim
(Kablosuzun ötesinde: kablosuz sinyallerin birçok etkisi vardır, çok yollu faydalar, gölge efektleri, Rayleigh sönümlemesi, Doppler etkileri
Koaksiyel kablo ile karşılaştırıldığında: optik sinyal koaksiyel kablodan daha büyüktür ve iyi bir gizliliğe sahiptir)
Işık dalgasının frekansı, diğer elektromanyetik dalgalarla karşılaştırıldığında çok yüksektir, girişim küçüktür.
Optik kablonun dezavantajları: zayıf mekanik özellikler, kolay kırılma, (mekanik performansı iyileştirme, parazit direnci üzerinde bir etkisi olacaktır), inşa edilmesi uzun zaman alır ve coğrafi koşullardan etkilenir.