Ưu điểm của truyền thông cáp quang:
● Khả năng giao tiếp lớn
● Khoảng cách tiếp sức dài
● Không có nhiễu điện từ
● Tài nguyên phong phú
● Trọng lượng nhẹ và kích thước nhỏ
Sơ lược về lịch sử truyền thông quang học
Hơn 2000 năm trước, đèn hiệu, đèn bán kính
1880, điện thoại quang-truyền thông quang học không dây
1970, truyền thông cáp quang
● Năm 1966, “Cha đẻ của cáp quang”, Tiến sĩ Gao Yong lần đầu tiên đề xuất ý tưởng về truyền thông cáp quang.
● Năm 1970, Lin Yanxiong của Viện Bell Yan là một laser bán dẫn có thể hoạt động liên tục ở nhiệt độ phòng.
● Năm 1970, Kapron của Corning làm suy hao sợi quang 20dB / km.
● Năm 1977, dòng thương mại đầu tiên của Chicago có tốc độ 45Mb / s.
Quang phổ điện từ
Phân chia băng tần truyền thông và phương tiện truyền dẫn tương ứng
Khúc xạ / phản xạ và phản xạ toàn phần ánh sáng
Bởi vì ánh sáng truyền khác nhau trong các chất khác nhau, khi ánh sáng được phát ra từ chất này sang chất khác, hiện tượng khúc xạ và phản xạ xảy ra ở mặt phân cách giữa hai chất.Hơn nữa, góc của ánh sáng khúc xạ thay đổi theo góc của ánh sáng tới.Khi góc của ánh sáng tới đạt hoặc vượt quá một góc nhất định, ánh sáng khúc xạ sẽ biến mất, và tất cả ánh sáng tới sẽ bị phản xạ trở lại.Đây là phản xạ toàn phần của ánh sáng.Các vật liệu khác nhau có góc khúc xạ khác nhau đối với cùng một bước sóng ánh sáng (nghĩa là các vật liệu khác nhau có chiết suất khác nhau), và cùng một vật liệu có góc khúc xạ khác nhau đối với các bước sóng ánh sáng khác nhau.Truyền thông cáp quang dựa trên các nguyên tắc trên.
Sự phân bố hệ số phản xạ: Một thông số quan trọng để đặc trưng cho vật liệu quang học là chiết suất, được biểu thị bằng N. Tỉ số giữa tốc độ ánh sáng C trong chân không và tốc độ ánh sáng V trong vật liệu là chiết suất của vật liệu.
N = C / V
Chiết suất của thủy tinh thạch anh đối với thông tin liên lạc bằng sợi quang là khoảng 1,5.
Cấu trúc sợi
Sợi trần thường được chia thành ba lớp:
Lớp đầu tiên: lõi thủy tinh chiết suất cao trung tâm (đường kính lõi thường là 9-10μm, (chế độ đơn) 50 hoặc 62,5 (đa chế độ).
Lớp thứ hai: ở giữa là tấm phủ thủy tinh silica chiết suất thấp (đường kính nói chung là 125μm).
Lớp thứ ba: ngoài cùng là lớp nhựa thông để gia cố.
1) lõi: chiết suất cao, được sử dụng để truyền ánh sáng;
2) Lớp phủ ốp: chiết suất thấp, tạo thành điều kiện phản xạ toàn phần với lõi;
3) Áo khoác bảo vệ: Có độ bền cao và chịu được tác động lớn để bảo vệ sợi quang.
Cáp quang 3mm: màu cam, MM, đa chế độ;màu vàng, SM, chế độ đơn
Kích thước sợi
Đường kính ngoài thường là 125um (trung bình 100um cho mỗi sợi tóc)
Đường kính bên trong: chế độ đơn 9um;đa chế độ 50 / 62.5um
Khẩu độ số
Không phải tất cả ánh sáng tới trên mặt cuối của sợi quang đều có thể được sợi quang truyền đi mà chỉ có ánh sáng tới trong một phạm vi góc nhất định.Góc này được gọi là khẩu độ số của sợi quang.Khẩu độ số lớn hơn của sợi quang sẽ có lợi cho việc lắp ghép sợi quang.Các nhà sản xuất khác nhau có các khẩu độ số khác nhau.
Loại sợi
Theo phương thức truyền của ánh sáng trong sợi quang, nó có thể được chia thành:
Multi-Mode (viết tắt: MM);Chế độ đơn (viết tắt: SM)
Sợi đa mode: Lõi thủy tinh trung tâm dày hơn (50 hoặc 62,5μm) và có thể truyền ánh sáng ở nhiều chế độ.Tuy nhiên, độ phân tán giữa các chế độ của nó lớn, điều này làm hạn chế tần số truyền tín hiệu kỹ thuật số, và nó sẽ trở nên nghiêm trọng hơn với khoảng cách ngày càng tăng.Ví dụ: 600MB / KM cáp quang chỉ có 300MB băng thông ở 2KM.Do đó, khoảng cách truyền dẫn của sợi quang đa mode tương đối ngắn, thường chỉ vài km.
Sợi đơn mode: Lõi thủy tinh trung tâm tương đối mỏng (đường kính lõi thường là 9 hoặc 10μm), và chỉ có thể truyền ánh sáng ở một chế độ.Thực chất nó là một loại sợi quang dạng bước nhưng đường kính lõi rất nhỏ.Theo lý thuyết, chỉ có ánh sáng trực tiếp của một đường truyền duy nhất mới được phép đi vào sợi quang và truyền thẳng trong lõi sợi quang.Xung sợi quang hầu như không bị kéo căng.Do đó, độ phân tán giữa các chế độ của nó nhỏ và thích hợp cho giao tiếp từ xa, nhưng sự phân tán màu sắc của nó đóng một vai trò quan trọng.Theo cách này, sợi quang đơn mode có yêu cầu cao hơn đối với độ rộng quang phổ và độ ổn định của nguồn sáng, tức là độ rộng quang phổ hẹp và độ ổn định tốt..
Phân loại sợi quang
Theo chất liệu:
Sợi thủy tinh: Lõi và lớp phủ làm bằng thủy tinh, suy hao nhỏ, khoảng cách truyền xa và giá thành cao;
Sợi quang silicon bọc cao su: lõi là thủy tinh và vỏ bọc là nhựa, có đặc điểm tương tự như sợi thủy tinh và giá thành thấp hơn;
Cáp quang bằng nhựa: Cả lõi và vỏ đều bằng nhựa, suy hao lớn, khoảng cách truyền dẫn ngắn, giá thành rẻ.Chủ yếu được sử dụng cho các thiết bị gia dụng, truyền âm thanh và hình ảnh khoảng cách ngắn.
Theo cửa sổ tần số truyền tối ưu: sợi đơn mode thông thường và sợi đơn mode dịch chuyển tán sắc.
Loại thông thường: Nhà sản xuất cáp quang tối ưu hóa tần số truyền dẫn của sợi quang trên một bước sóng ánh sáng đơn lẻ, chẳng hạn như 1300nm.
Loại dịch chuyển tán sắc: Nhà sản xuất sợi quang tối ưu hóa tần số truyền dẫn của sợi quang trên hai bước sóng ánh sáng, chẳng hạn như: 1300nm và 1550nm.
Thay đổi đột ngột: Chiết suất của lõi sợi quang đối với lớp phủ thủy tinh là đột ngột.Nó có chi phí thấp và độ phân tán giữa các chế độ cao.Thích hợp cho giao tiếp tốc độ thấp khoảng cách ngắn, chẳng hạn như điều khiển công nghiệp.Tuy nhiên, sợi đơn mode sử dụng kiểu đột biến vì sự phân tán giữa các mode nhỏ.
Sợi gradient: chiết suất của lõi sợi quang đối với lớp phủ thủy tinh giảm dần, cho phép ánh sáng chế độ cao truyền theo dạng hình sin, có thể làm giảm sự phân tán giữa các chế độ, tăng băng thông sợi và tăng khoảng cách truyền dẫn, nhưng chi phí là sợi Mode cao hơn chủ yếu là sợi đã được phân loại.
Thông số kỹ thuật sợi chung
Kích thước sợi:
1) Đường kính lõi chế độ đơn: 9/125μm, 10/125μm
2) Đường kính ốp bên ngoài (2D) = 125μm
3) Đường kính lớp phủ bên ngoài = 250μm
4) Bím tóc: 300μm
5) Đa chế độ: 50/125μm, tiêu chuẩn Châu Âu;62,5 / 125μm, tiêu chuẩn Mỹ
6) Mạng công nghiệp, y tế và mạng tốc độ thấp: 100/140μm, 200/230μm
7) Nhựa: 98/1000μm, được sử dụng để điều khiển ô tô
Suy giảm sợi quang
Các yếu tố chính gây ra hiện tượng suy hao sợi là: nội tại, uốn, ép, tạp chất, không đồng đều và mông.
Nội tại: Đó là sự mất mát vốn có của sợi quang, bao gồm: tán xạ Rayleigh, hấp thụ nội tại, v.v.
Uốn cong: Khi sợi quang bị uốn cong, ánh sáng trong một phần của sợi quang sẽ bị mất đi do tán xạ, dẫn đến suy hao.
Ép: hao hụt do sợi bị uốn cong nhẹ khi bóp.
Tạp chất: Các tạp chất trong sợi quang học hấp thụ và tán xạ ánh sáng truyền trong sợi quang, gây ra tổn thất.
Không đồng nhất: Sự mất mát do chiết suất không đồng đều của vật liệu sợi.
Gắn vào đế: Suy hao được tạo ra trong quá trình kết nối sợi quang, chẳng hạn như: các trục khác nhau (yêu cầu độ đồng trục của sợi quang chế độ đơn nhỏ hơn 0,8μm), mặt cuối không vuông góc với trục, mặt cuối không đều, đường kính lõi đối đầu không phù hợp và chất lượng mối nối kém.
Loại cáp quang
1) Theo các phương pháp đặt: cáp quang tự dùng trên không, cáp quang đường ống, cáp quang chôn bọc thép và cáp quang dưới biển.
2) Theo cấu tạo của cáp quang gồm có: cáp quang ống bó, cáp quang xoắn lớp, cáp quang cuốn chặt, cáp quang ruy băng, cáp quang phi kim loại và cáp quang phân nhánh.
3) Theo mục đích: cáp quang thông tin liên lạc đường dài, cáp quang ngoài trời cho khoảng cách ngắn, cáp quang lai, và cáp quang cho các tòa nhà.
Kết nối và kết thúc cáp quang
Việc đấu nối và kết thúc cáp quang là những kỹ năng cơ bản mà nhân viên bảo trì cáp quang phải thành thạo.
Phân loại công nghệ kết nối cáp quang:
1) Công nghệ kết nối của sợi quang và công nghệ kết nối của cáp quang là hai phần.
2) Đầu cuối của cáp quang tương tự như kết nối của cáp quang, ngoại trừ hoạt động phải khác nhau do vật liệu đầu nối khác nhau.
Loại kết nối sợi quang
Kết nối cáp quang nói chung có thể được chia thành hai loại:
1) Kết nối cố định của sợi quang (thường được gọi là kết nối chết).Nói chung sử dụng bộ ghép nối sợi quang;được sử dụng cho đầu trực tiếp của cáp quang.
2) Đầu nối hoạt động của sợi quang (thường được gọi là đầu nối trực tiếp).Sử dụng các đầu nối có thể tháo rời (thường được gọi là khớp rời).Đối với dây nối cáp quang, kết nối thiết bị, v.v.
Do sự không hoàn toàn của mặt cuối của sợi quang và sự không đồng nhất của áp suất trên mặt cuối của sợi quang, suy hao mối nối của sợi quang do một lần phóng điện vẫn còn tương đối lớn, và phương pháp hợp nhất phóng điện thứ cấp hiện đã được sử dụng.Đầu tiên, làm nóng sơ bộ và xả mặt cuối của sợi, định hình mặt cuối, loại bỏ bụi và mảnh vụn, đồng thời làm cho áp suất cuối của sợi đồng đều bằng cách gia nhiệt sơ bộ.
Phương pháp giám sát mất kết nối cáp quang
Có ba phương pháp để theo dõi tình trạng mất kết nối sợi quang:
1. Theo dõi trên ống nối.
2. Giám sát nguồn sáng và công suất quang.
3. phương pháp đo lườngOTDR
Phương thức hoạt động của kết nối cáp quang
Các hoạt động kết nối cáp quang thường được chia thành:
1. Xử lý các mặt cuối sợi.
2. Kết nối lắp đặt cáp quang.
3. Nối sợi quang.
4. Bảo vệ các đầu nối sợi quang.
5. Có năm bước cho khay xơ còn lại.
Nói chung, việc kết nối toàn bộ cáp quang được thực hiện theo các bước sau:
Bước 1: Có nhiều chiều dài tốt, mở và dải cáp quang, tháo vỏ cáp
Bước 2: Làm sạch và loại bỏ keo đổ xăng trong cáp quang.
Bước 3: Bó sợi.
Bước 4: Kiểm tra số lượng lõi sợi quang, thực hiện ghép nối sợi quang, kiểm tra nhãn màu sợi quang có đúng không.
Bước 5: Tăng cường kết nối trái tim;
Bước 6: Các cặp đường dây phụ trợ khác nhau, bao gồm các cặp dây kinh doanh, cặp dây điều khiển, đường dây nối đất được che chắn, v.v. (nếu có các cặp dây nói trên.
Bước 7: Kết nối cáp quang.
Bước 8: Bảo vệ đầu nối sợi quang;
Bước 9: kiểm kê kho lưu trữ phần xơ còn lại;
Bước 10: Hoàn thành kết nối áo cáp quang;
Bước 11: Bảo vệ đầu nối sợi quang
Mất chất xơ
1310 nm: 0,35 ~ 0,5 dB / Km
1550 nm: 0,2 ~ 0,3dB / Km
850 nm: 2,3 đến 3,4 dB / Km
Mất điểm tổng hợp sợi quang: 0,08dB / điểm
Điểm nối sợi 1 điểm / 2km
Danh từ sợi chung
1) Suy giảm
Suy hao: tổn thất năng lượng khi ánh sáng truyền trong sợi quang, sợi đơn mode 1310nm 0,4 ~ 0,6dB / km, 1550nm 0,2 ~ 0,3dB / km;sợi nhựa đa chế độ 300dB / km
2) Sự phân tán
Tán sắc: Băng thông của các xung ánh sáng được tăng lên sau khi truyền đi một khoảng cách nhất định dọc theo sợi quang.Nó là yếu tố chính hạn chế tốc độ truyền.
Tán sắc giữa các chế độ: Chỉ xảy ra trong các sợi đa chế độ, bởi vì các chế độ khác nhau của ánh sáng truyền theo các đường khác nhau.
Sự tán sắc của vật chất: Các bước sóng khác nhau của ánh sáng truyền đi với tốc độ khác nhau.
Tán sắc ống dẫn sóng: Điều này xảy ra do năng lượng ánh sáng truyền với tốc độ hơi khác khi nó truyền qua lõi và lớp phủ.Trong sợi đơn mode, điều rất quan trọng là thay đổi độ phân tán của sợi bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong của sợi.
Loại sợi
Điểm phân tán 0 của G.652 là khoảng 1300nm
Điểm phân tán 0 của G.653 là khoảng 1550nm
Sợi phân tán âm G.654
G.655 sợi chuyển dịch phân tán
Toàn sóng sợi
3) phân tán
Do cấu trúc cơ bản không hoàn hảo của ánh sáng gây ra sự mất mát năng lượng ánh sáng và sự truyền ánh sáng lúc này không còn tính định hướng tốt nữa.
Kiến thức cơ bản về hệ thống cáp quang
Giới thiệu về kiến trúc và chức năng của một hệ thống cáp quang cơ bản:
1. Bộ phận gửi: chuyển tín hiệu điện thành tín hiệu quang;
2. Bộ phận truyền dẫn: phương tiện truyền tín hiệu quang học;
3. Bộ phận thu: nhận tín hiệu quang và chuyển thành tín hiệu điện;
4. Kết nối thiết bị: kết nối sợi quang với nguồn sáng, phát hiện ánh sáng và các sợi quang khác.
Các loại đầu nối phổ biến
Loại mặt cuối của đầu nối
Coupler
Chức năng chính là phân phối tín hiệu quang học.Các ứng dụng quan trọng là trong mạng cáp quang, đặc biệt là trong mạng cục bộ và trong các thiết bị ghép kênh phân chia theo bước sóng.
cấu trúc cơ bản
Bộ ghép là một thiết bị thụ động hai chiều.Các hình thức cơ bản là cây và ngôi sao.Bộ ghép tương ứng với bộ chia.
WDM
WDM-Bộ ghép kênh phân chia theo bước sóng truyền nhiều tín hiệu quang trong một sợi quang.Các tín hiệu quang học này có tần số khác nhau và màu sắc khác nhau.Bộ ghép kênh WDM là ghép nhiều tín hiệu quang vào cùng một sợi quang;bộ ghép kênh phân kênh là để phân biệt nhiều tín hiệu quang từ một sợi quang.
Bộ ghép kênh phân chia theo bước sóng (Chú giải)
Định nghĩa xung trong hệ thống kỹ thuật số:
1. Biên độ: Độ cao của xung thể hiện năng lượng quang điện trong hệ thống cáp quang.
2. Thời gian tăng: thời gian cần thiết để xung tăng từ 10% đến 90% của biên độ tối đa.
3. Thời gian rơi: thời gian cần thiết để mạch giảm từ 90% đến 10% biên độ.
4. Độ rộng xung: Độ rộng của xung tại vị trí biên độ 50%, biểu thị theo thời gian.
5. Chu kỳ: thời gian cụ thể xung là thời gian làm việc cần thiết để hoàn thành một chu kỳ.
6. Tỷ lệ tắt: Tỷ lệ giữa công suất đèn tín hiệu 1 và công suất đèn tín hiệu 0.
Định nghĩa các đơn vị phổ biến trong truyền thông cáp quang:
1.dB = 10 log10 (Bĩu môi / Ghim)
Bĩu môi: công suất đầu ra;Pin: nguồn điện đầu vào
2. dBm = 10 log10 (P / 1mw), là một đơn vị được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật truyền thông;nó thường đại diện cho công suất quang học với 1 miliwatt làm tham chiếu;
thí dụ:-10dBm có nghĩa là công suất quang bằng 100uw.
3.dBu = 10 log10 (P / 1uw)