Переваги оптоволоконного зв'язку:
● Велика комунікаційна ємність
● Велика відстань естафети
● Відсутність електромагнітних перешкод
● Багаті ресурси
● Мала вага та невеликі розміри
Коротка історія оптичних комунікацій
Більше 2000 років тому з'явилися маяки-ліхтарі, семафори
1880, оптичний телефон-бездротовий оптичний зв'язок
1970, волоконно-оптичний зв'язок
● У 1966 році, «батько оптичного волокна», д-р Гао Йонг вперше запропонував ідею волоконно-оптичного зв’язку.
● У 1970 році Lin Yanxiong Інституту Белла Яна створив напівпровідниковий лазер, який міг безперервно працювати при кімнатній температурі.
● У 1970 році Kapron компанії Corning втратив 20 дБ/км волокна.
● У 1977 році в Чикаго з'явилася перша комерційна лінія 45 Мбіт/с.
Електромагнітний спектр
Поділ смуги зв'язку та відповідне середовище передачі
Заломлення / відбиття і повне відбиття світла
Оскільки світло поширюється по-різному в різних речовинах, коли світло випромінюється від однієї речовини до іншої, на межі розділу між двома речовинами відбувається заломлення та відбиття.Більше того, кут заломленого світла змінюється залежно від кута падаючого світла.Коли кут падаючого світла досягає або перевищує певний кут, заломлене світло зникає, а все падаюче світло відбивається назад.Це повне відбиття світла.Різні матеріали мають різні кути заломлення для однієї і тієї ж довжини хвилі світла (тобто різні матеріали мають різні показники заломлення), а ті самі матеріали мають різні кути заломлення для різних довжин хвиль світла.Оптоволоконний зв'язок заснований на вищевказаних принципах.
Розподіл відбивної здатності. Важливим параметром для характеристики оптичних матеріалів є показник заломлення, який позначається N. Відношення швидкості світла C у вакуумі до швидкості світла V у матеріалі є показником заломлення матеріалу.
N = C / V
Показник заломлення кварцового скла для оптоволоконного зв'язку становить близько 1,5.
Структура волокон
Голе волокно зазвичай поділяється на три шари:
Перший шар: центральне скляне ядро з високим показником заломлення (діаметр ядра зазвичай становить 9-10μм, (одномодовий) 50 або 62,5 (багатомодовий).
Другий шар: середній - це покриття з кремнеземного скла з низьким коефіцієнтом заломлення (діаметр зазвичай становить 125μм).
Третій шар: крайній - це смоляне покриття для зміцнення.
1) сердечник: високий показник заломлення, використовується для пропускання світла;
2) Покриття оболонки: низький показник заломлення, утворюючи стан повного відбиття серцевини;
3) Захисний кожух: він має високу міцність і може витримувати сильні удари для захисту оптичного волокна.
3 мм оптичний кабель: оранжевий, MM, багатомодовий;жовтий, СМ, одномодовий
Розмір волокна
Зовнішній діаметр зазвичай становить 125 мкм (в середньому 100 мкм на волосок)
Внутрішній діаметр: одномодовий 9 мкм;багатомодовий 50 / 62.5um
Числова апертура
Не все світло, що падає на торець оптичного волокна, може бути передане оптичним волокном, а лише падаюче світло в межах певного діапазону кутів.Цей кут називається числовою апертурою волокна.Більша числова апертура оптичного волокна є вигідною для стикування оптичного волокна.Різні виробники мають різні числові апертури.
Тип волокна
За способом пропускання світла в оптичному волокні його можна розділити на:
Multi-Mode (абревіатура: MM);Одномодовий (абревіатура: SM)
Багатомодове волокно: центральна скляна серцевина товща (50 або 62,5μm) і може пропускати світло в декількох режимах.Однак його міжмодова дисперсія велика, що обмежує частоту передачі цифрових сигналів, і вона буде ставати більш серйозною зі збільшенням відстані.Наприклад: оптоволокно 600 МБ / КМ має лише 300 МБ пропускної здатності на 2 км.Таким чином, відстань передачі багатомодового волокна є відносно короткою, як правило, лише кілька кілометрів.
Одномодове волокно: центральна скляна серцевина відносно тонка (діаметр серцевини зазвичай становить 9 або 10μm), і може пропускати світло лише в одному режимі.По суті, це різновид ступінчастого оптичного волокна, але діаметр сердечника дуже малий.Теоретично, лише пряме світло одного шляху розповсюдження може входити у волокно та поширюватися прямо в серцевині волокна.Волокно пульсу ледве розтягнуте.Тому його міжмодова дисперсія невелика і придатна для віддаленого зв'язку, але його хроматична дисперсія відіграє основну роль.Таким чином, одномодове волокно має вищі вимоги до спектральної ширини та стабільності джерела світла, тобто спектральна ширина вузька, а стабільність хороша..
Класифікація оптичних волокон
За матеріалом:
Скловолокно: серцевина та оболонка виготовлені зі скла, з малими втратами, великою відстанню передачі та високою вартістю;
Кремнієве оптичне волокно з прогумованим покриттям: серцевина скляна, а оболонка пластикова, яка має подібні характеристики до скловолокна та нижчу вартість;
Пластмасове оптичне волокно: як серцевина, так і оболонка пластикові, з великими втратами, короткою відстанню передачі та низькою ціною.В основному використовується для побутової техніки, аудіо та передачі зображення на короткі відстані.
Відповідно до оптимального вікна частоти передачі: звичайне одномодове волокно та одномодове волокно зі зсувом дисперсії.
Звичайний тип: підприємство з виробництва оптичних волокон оптимізує частоту передачі оптичних волокон на одній довжині хвилі світла, наприклад 1300 нм.
Тип зі зміщеною дисперсією: виробник волоконної оптики оптимізує частоту передачі волокна на двох довжинах хвилі світла, наприклад: 1300 нм і 1550 нм.
Різка зміна: показник заломлення серцевини волокна до скляної оболонки є різким.Має низьку вартість і високу міжмодову дисперсію.Підходить для низькошвидкісного зв'язку на короткій відстані, наприклад для промислового управління.Однак одномодове волокно використовує тип мутації через малу міжмодову дисперсію.
Градієнтне волокно: показник заломлення серцевини волокна до скляної оболонки поступово зменшується, дозволяючи високомодовому світлу поширюватися в синусоїдальній формі, що може зменшити дисперсію між модами, збільшити пропускну здатність волокна та збільшити відстань передачі, але вартість є волокно з вищим режимом – це переважно градуйоване волокно.
Загальні характеристики волокна
Розмір волокна:
1) Одномодовий діаметр сердечника: 9/125μм, 10 / 125μm
2) Зовнішній діаметр обшивки (2D) = 125μm
3) Зовнішній діаметр покриття = 250μm
4) Косичка: 300μm
5) Багатомодовий: 50 / 125μм, євростандарт;62,5 / 125μм, американський стандарт
6) Промислові, медичні та низькошвидкісні мережі: 100 / 140μм, 200 / 230μm
7) Пластик: 98 / 1000μм, використовується для управління автомобілем
Згасання волокна
Основними факторами, що викликають затухання волокна, є: власне, згинання, здавлювання, домішки, нерівності та стик.
Внутрішня: це властива втрата оптичного волокна, включаючи: релеївське розсіювання, власне поглинання тощо.
Вигин: коли волокно згинається, світло в частині волокна буде втрачено через розсіювання, що призведе до втрати.
Здавлення: втрата, викликана легким вигином волокна під час його стискання.
Домішки: домішки в оптичному волокні поглинають і розсіюють світло, що проходить у волокні, викликаючи втрати.
Нерівномірний: втрати, спричинені нерівномірним показником заломлення волоконного матеріалу.
Стикування: втрати, що виникають під час стикування волокна, наприклад: різні осі (вимога до коаксіальності одномодового волокна менше 0,8μм), торець не перпендикулярний до осі, торець нерівний, діаметр стрижня не відповідає, якість зварювання низька.
Тип оптичного кабелю
1) За способами прокладки: самонесучі повітряні оптичні кабелі, трубопровідні оптичні кабелі, броньовані підземні оптичні кабелі та підводні оптичні кабелі.
2) За структурою оптичного кабелю розрізняють: трубчастий оптичний кабель, багатошаровий оптичний кабель, оптичний кабель із щільним утриманням, стрічковий оптичний кабель, неметалевий оптичний кабель і розгалужуваний оптичний кабель.
3) За призначенням: оптичні кабелі для міжміського зв'язку, зовнішні оптичні кабелі для коротких відстаней, гібридні оптичні кабелі та оптичні кабелі для будівель.
Підключення та закінчення оптичних кабелів
Підключення та завершення оптичних кабелів є основними навичками, якими повинен оволодіти персонал з обслуговування оптичних кабелів.
Класифікація технології підключення оптоволокна:
1) Технологія підключення оптичного волокна та технологія підключення оптичного кабелю є двома частинами.
2) Кінець оптичного кабелю подібний до підключення оптичного кабелю, за винятком того, що операція має відрізнятися через різні матеріали роз’єму.
Тип волоконного з'єднання
Підключення оптоволоконного кабелю загалом можна розділити на дві категорії:
1) Фіксоване з’єднання оптичного волокна (широко відоме як мертвий роз’єм).Як правило, використовують зварювальний пристрій для оптичного волокна;використовується для прямої головки оптичного кабелю.
2) Активний роз’єм оптичного волокна (широко відомий як живий роз’єм).Використовуйте знімні з’єднувачі (широко відомі як нещільні з’єднання).Для оптоволоконної перемички, підключення обладнання тощо.
Через неповноту торця оптичного волокна та нерівномірність тиску на торець оптичного волокна, втрати з’єднання оптичного волокна одним розрядом все ще відносно великі, і метод вторинного розряду злиття зараз використовується.Спочатку попередньо нагрійте та розрядіть торець волокна, сформуйте торець, видаліть пил і сміття та зробіть рівномірний кінцевий тиск волокна шляхом попереднього нагрівання.
Метод моніторингу втрат оптоволоконного з'єднання
Існує три методи моніторингу втрати оптоволоконного з’єднання:
1. Монітор на сплайсері.
2. Моніторинг джерела світла та вимірювача оптичної потужності.
3. Метод вимірювання OTDR
Спосіб роботи оптоволоконного підключення
Операції підключення оптоволокна в цілому поділяються на:
1. Обробка торців волокна.
2. Монтаж підключення оптоволокна.
3. Зрощення оптичного волокна.
4. Захист оптоволоконних роз'ємів.
5. Є п’ять кроків для лотка для волокон, що залишилися.
Як правило, підключення всього оптичного кабелю виконується за наступними етапами:
Крок 1: багато хорошої довжини, розкрийте та зачистіть оптичний кабель, зніміть оболонку кабелю
Крок 2: Очистіть і видаліть нафтову пасту з оптичного кабелю.
Крок 3: Зв’яжіть волокно в пучок.
Крок 4. Перевірте кількість ядер оптоволокна, виконайте сполучення оптоволокна та перевірте, чи правильні позначки кольору волокна.
Крок 5: Зміцніть серцевий зв’язок;
Крок 6: Різні допоміжні пари ліній, включаючи пари бізнес-ліній, пари ліній керування, екрановані лінії заземлення тощо (якщо згадані вище пари ліній доступні.
Крок 7: Підключіть волокно.
Крок 8: захистіть оптоволоконний роз’єм;
Етап 9: інвентарне зберігання залишків волокна;
Крок 10: завершіть підключення оболонки оптичного кабелю;
Крок 11: Захист волоконно-оптичних роз’ємів
Втрата клітковини
1310 нм: 0,35 ~ 0,5 дБ/км
1550 нм: 0,2 ~ 0,3 дБ / км
850 нм: від 2,3 до 3,4 дБ/км
Втрата точки злиття оптичного волокна: 0,08 дБ/точка
Точка з’єднання волокна 1 точка/2 км
Загальні іменники
1) Затухання
Загасання: втрати енергії під час передачі світла в оптичному волокні, одномодовому волокні 1310 нм 0,4 ~ 0,6 дБ / км, 1550 нм 0,2 ~ 0,3 дБ / км;пластикове багатомодове волокно 300 дБ / км
2) Дисперсія
Дисперсія: смуга пропускання світлових імпульсів збільшується після проходження певної відстані по волокну.Це основний фактор, що обмежує швидкість передачі.
Міжмодова дисперсія: виникає лише в багатомодових волокнах, оскільки різні моди світла поширюються різними шляхами.
Дисперсія матеріалу: різні довжини хвилі світла поширюються з різними швидкостями.
Хвилеводна дисперсія: це відбувається тому, що світлова енергія рухається з дещо різними швидкостями, коли вона проходить через серцевину та оболонку.У одномодовому волокні дуже важливо змінити дисперсію волокна шляхом зміни внутрішньої структури волокна.
Тип волокна
Нульова точка дисперсії G.652 становить близько 1300 нм
Нульова точка дисперсії G.653 становить близько 1550 нм
G.654 волокно з негативною дисперсією
Волокно зі зміщеною дисперсією G.655
Волокно повної хвилі
3) розсіювання
Через недосконалу основну структуру світла відбувається втрата світлової енергії, і пропускання світла в цей час уже не має хорошої спрямованості.
Базові знання волоконно-оптичної системи
Вступ до архітектури та функцій базової волоконно-оптичної системи:
1. Блок передачі: перетворює електричні сигнали в оптичні;
2. Блок передачі: носій оптичних сигналів;
3. Приймальний блок: приймає оптичні сигнали і перетворює їх в електричні;
4. Підключіть пристрій: підключіть оптичне волокно до джерела світла, датчика світла та інших оптичних волокон.
Поширені типи роз’ємів
Роз'єм торцевого типу
Муфта
Основна функція - розподіл оптичних сигналів.Важливе застосування в оптоволоконних мережах, особливо в локальних мережах і в пристроях мультиплексування за довжиною хвилі.
базова структура
Муфта є двонаправленим пасивним пристроєм.Основні форми — дерево і зірка.Муфта відповідає спліттеру.
WDM
WDM—Wavelength Division Multiplexer передає кілька оптичних сигналів в одному оптичному волокні.Ці оптичні сигнали мають різні частоти та різні кольори.Мультиплексор WDM поєднує кілька оптичних сигналів в одне оптичне волокно;Мультиплексор демультиплексування призначений для розрізнення кількох оптичних сигналів від одного оптичного волокна.
Мультиплексор з розділенням довжин хвиль (легенда)
Визначення імпульсів у цифрових системах:
1. Амплітуда: висота імпульсу являє собою енергію оптичної потужності в волоконно-оптичній системі.
2. Час наростання: час, необхідний для підвищення імпульсу від 10% до 90% від максимальної амплітуди.
3. Час падіння: час, необхідний для падіння пульсу з 90% до 10% амплітуди.
4. Ширина імпульсу: ширина імпульсу в положенні амплітуди 50%, виражена в часі.
5. Цикл: питомий час імпульсу – це робочий час, необхідний для завершення циклу.
6. Коефіцієнт згасання: відношення 1 потужності сигнального світла до 0 потужності сигнального світла.
Визначення загальних одиниць у волоконно-оптичному зв’язку:
1 дБ = 10 log10 (Pout / Pin)
Pout: вихідна потужність;Pin: вхідна потужність
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), яка є широко використовуваною одиницею в техніці зв'язку;зазвичай це оптична потужність з 1 міліваттом як еталон;
приклад:–10dBm означає, що оптична потужність дорівнює 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)