Khái niệm cơ bản về truyền thông sợi quang.
Sợi quang là một ống dẫn sóng quang điện môi, một cấu trúc ống dẫn sóng chặn ánh sáng và truyền ánh sáng theo hướng dọc trục.
Sợi rất mịn làm bằng thủy tinh thạch anh, nhựa tổng hợp, v.v.
Sợi đơn mode: lõi 8-10um, lớp phủ 125um
Sợi đa mode: lõi 51um, lớp phủ 125um
Phương thức truyền thông truyền tín hiệu quang bằng sợi quang được gọi là truyền thông sợi quang.
Sóng ánh sáng thuộc loại sóng điện từ.
Phạm vi bước sóng của ánh sáng khả kiến là 390-760 nm, phần lớn hơn 760 nm là ánh sáng hồng ngoại và phần nhỏ hơn 390 nm là ánh sáng cực tím.
Cửa sổ làm việc sóng ánh sáng (ba cửa sổ giao tiếp):
Dải bước sóng được sử dụng trong thông tin sợi quang nằm trong vùng cận hồng ngoại
Vùng bước sóng ngắn (ánh sáng nhìn thấy được, là ánh sáng màu cam bằng mắt thường) Ánh sáng màu cam 850nm
Vùng bước sóng dài (vùng ánh sáng không nhìn thấy) 1310 nm (điểm tán sắc cực tiểu theo lý thuyết), 1550 nm (điểm suy giảm cực tiểu theo lý thuyết)
Cấu trúc sợi và phân loại
1. Cấu trúc của sợi
Cấu trúc sợi lý tưởng: lõi, lớp phủ, lớp phủ, áo khoác.
Lõi và lớp vỏ được làm bằng chất liệu thạch anh, tính chất cơ học tương đối mỏng manh, dễ gãy.Do đó, hai lớp lớp phủ, một loại nhựa và một lớp nylon thường được thêm vào, để hiệu suất linh hoạt của sợi đạt được các yêu cầu ứng dụng thực tế của dự án.
2. Phân loại sợi quang
(1) Sợi được chia theo phân bố chiết suất của mặt cắt ngang của sợi: được chia thành sợi loại bước (sợi đồng nhất) và sợi phân loại (sợi không đồng nhất).
Giả sử chiết suất của lõi là n1 và chiết suất của lớp bọc là n2.
Để lõi có thể truyền ánh sáng đi xa thì điều kiện cần để cấu tạo nên sợi quang là n1>n2
Sự phân bố chiết suất của một sợi đồng nhất là một hằng số
Định luật phân bố chiết suất của sợi không đồng nhất:
Trong số đó, △ – chênh lệch chiết suất tương đối
Α—chiết suất, α=∞—sợi phân bố chiết suất kiểu bước, α=2—sợi phân bố chiết suất định luật vuông (sợi phân loại).Sợi này được so sánh với các sợi được phân loại khác. Chế độ phân tán tối thiểu tối ưu.
(1) Theo số lượng chế độ được truyền trong lõi: được chia thành sợi đa mode và sợi đơn mode
Mô hình ở đây đề cập đến sự phân bố của trường điện từ của ánh sáng truyền trong sợi quang.Phân phối trường khác nhau là một chế độ khác nhau.
Chế độ đơn (chỉ một chế độ được truyền trong sợi quang), đa chế độ (nhiều chế độ được truyền đồng thời trong sợi quang)
Hiện nay, do yêu cầu về tốc độ truyền dẫn và số lượng truyền dẫn ngày càng tăng, mạng khu vực đô thị đang phát triển theo hướng tốc độ cao, dung lượng lớn nên hầu hết là sợi đơn mode.(Đặc tính truyền của chính nó tốt hơn sợi đa mode)
(2) Đặc điểm của sợi quang:
①Đặc tính suy hao của sợi quang: Sóng ánh sáng được truyền trong sợi quang và công suất quang giảm dần khi khoảng cách truyền tăng.
Các nguyên nhân gây suy hao sợi bao gồm: suy hao khớp nối, suy hao hấp thụ, suy hao tán xạ và suy hao bức xạ uốn.
Suy hao khớp nối là suy hao do khớp nối giữa sợi quang và thiết bị gây ra.
Tổn thất hấp thụ là do sự hấp thụ năng lượng ánh sáng bởi vật liệu sợi và tạp chất.
Suy hao do tán xạ được chia thành tán xạ Rayleigh (không đồng nhất chiết suất) và tán xạ ống dẫn sóng (không đồng đều vật liệu).
Suy hao do uốn cong là suy hao do sự uốn cong của sợi dẫn đến chế độ bức xạ do sự uốn cong của sợi gây ra.
②Đặc tính tán sắc của sợi quang: Các thành phần tần số khác nhau trong tín hiệu được truyền bởi sợi quang có tốc độ truyền khác nhau và hiện tượng méo vật lý do xung tín hiệu mở rộng khi đến đầu cuối gây ra được gọi là tán sắc.
Tán sắc được chia thành tán sắc phương thức, tán sắc vật liệu và tán sắc ống dẫn sóng.
Các thành phần cơ bản của hệ thống thông tin sợi quang
Gửi một phần:
Đầu ra tín hiệu điều chế xung của máy phát điện (cực điện) được gửi đến máy phát quang (tín hiệu được gửi bởi công tắc điều khiển theo chương trình được xử lý, dạng sóng được định hình, nghịch đảo của mẫu được thay đổi… thành tín hiệu điện phù hợp và gửi đến máy phát quang)
Vai trò chính của máy phát quang là chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang được ghép vào sợi quang.
Phần nhận:
Chuyển đổi tín hiệu quang truyền qua sợi quang thành tín hiệu điện
Quá trình xử lý tín hiệu điện được khôi phục thành tín hiệu điều chế xung ban đầu và được gửi đến thiết bị đầu cuối điện (tín hiệu điện được gửi bởi bộ thu quang được xử lý, dạng sóng được định hình, nghịch đảo của mẫu được đảo ngược… tín hiệu điện phù hợp là được gửi trở lại công tắc khả trình)
Phần truyền động:
Sợi đơn mode, bộ lặp quang (bộ lặp tái tạo điện (khuếch đại chuyển đổi quang-điện-quang, độ trễ truyền sẽ lớn hơn, mạch quyết định xung sẽ được sử dụng để định hình dạng sóng và thời gian), Bộ khuếch đại sợi pha tạp erbium (hoàn thành quá trình khuếch đại ở mức quang học, không định hình dạng sóng)
(1) Bộ phát quang: Đây là bộ thu phát quang thực hiện chuyển đổi điện/quang.Nó bao gồm một nguồn sáng, trình điều khiển và bộ điều biến.Chức năng là điều chế sóng ánh sáng từ máy điện thành sóng ánh sáng do nguồn sáng phát ra thành sóng mờ, sau đó ghép tín hiệu quang đã điều chế vào sợi quang hoặc cáp quang để truyền.
(2) Bộ thu quang: là bộ thu phát quang thực hiện chuyển đổi quang/điện.Mô hình tiện ích bao gồm mạch phát hiện ánh sáng và bộ khuếch đại quang, chức năng là chuyển đổi tín hiệu quang được truyền bởi sợi quang hoặc cáp quang thành tín hiệu điện bằng bộ dò quang, sau đó khuếch đại tín hiệu điện yếu thành một mức đủ thông qua mạch khuếch đại để được gửi đến tín hiệu.Đầu nhận của máy điện đi.
(3) Sợi/Cáp: Sợi hoặc cáp cấu thành đường truyền của ánh sáng.Chức năng là truyền tín hiệu mờ do đầu phát gửi đến bộ dò quang của đầu nhận sau khi truyền đường dài qua sợi quang hoặc cáp quang để hoàn thành nhiệm vụ truyền thông tin.
(4) Bộ lặp quang: bao gồm bộ tách sóng quang, nguồn sáng và mạch tái tạo quyết định.Có hai chức năng: một là bù suy hao tín hiệu quang truyền trong sợi quang;hai là định hình xung của biến dạng dạng sóng.
(5) Các thành phần thụ động như đầu nối cáp quang, bộ ghép nối (không cần cấp nguồn riêng nhưng thiết bị vẫn bị suy hao): Do độ dài của sợi hoặc cáp bị giới hạn bởi quá trình kéo sợi và điều kiện thi công cáp, và chiều dài của sợi cũng là Giới hạn (ví dụ: 2km).Do đó, có thể xảy ra sự cố khi nhiều sợi quang được kết nối trong một đường cáp quang.Do đó, việc kết nối giữa các sợi quang, kết nối và ghép nối giữa sợi quang và bộ thu phát quang cũng như việc sử dụng các thành phần thụ động như đầu nối quang và bộ ghép nối là không thể thiếu.
Tính ưu việt của truyền thông sợi quang
Băng thông đường truyền, dung lượng liên lạc lớn
Suy hao đường truyền thấp và khoảng cách chuyển tiếp lớn
Chống nhiễu điện từ mạnh
(Ngoài mạng không dây: tín hiệu không dây có nhiều hiệu ứng, lợi ích đa đường, hiệu ứng đổ bóng, mờ dần Rayleigh, hiệu ứng Doppler
So với cáp đồng trục: tín hiệu quang lớn hơn cáp đồng trục và có tính bảo mật tốt)
Tần số của sóng ánh sáng rất cao, so với các sóng điện từ khác, nhiễu là nhỏ.
Nhược điểm của cáp quang: tính chất cơ học kém, dễ đứt, (nâng cao hiệu suất cơ học sẽ ảnh hưởng đến khả năng chống nhiễu), xây dựng lâu và bị ảnh hưởng bởi điều kiện địa lý.