Avantajele transmisiei
Până în 1960, omul de știință american Maiman a inventat primul laser din lume', care a furnizat o sursă de lumină bună pentru comunicațiile optice. După mai bine de două decenii, oamenii au făcut cercetări privind mediile de transmisie optică și au realizat în sfârșit fibre optice cu pierderi reduse, punând astfel piatra de temelie a comunicațiilor optice. De atunci, comunicațiile optice au intrat într-o etapă de dezvoltare rapidă.
Transmisia prin fibră optică are multe avantaje remarcabile:
Lățimea de bandă de frecvență
Lățimea benzii de frecvență reprezintă dimensiunea capacității de transmisie. Cu cât frecvența purtătorului este mai mare, cu atât este mai mare lățimea de bandă a semnalului care poate fi transmis. În banda de frecvență VHF, frecvența purtătoare este de 48,5MHz~300Mhz. Cu o lățime de bandă de aproximativ 250 MHz, poate transmite doar 27 de televizoare și zeci de emisiuni FM. Frecvența luminii vizibile atinge 100.000 GHz, ceea ce este de peste un milion de ori mai mare decât banda de frecvență VHF. Deși fibra optică are pierderi diferite pentru diferite frecvențe de lumină, lățimea de bandă este afectată, dar lățimea de bandă în regiunea cu cea mai mică pierdere poate ajunge și la 30.000 GHz. În prezent, lățimea de bandă a unei singure surse de lumină ocupă doar o mică parte a acesteia (banda de frecvență a fibrei multimode este de aproximativ câteva sute de MHz, iar o fibră bună monomod poate ajunge la mai mult de 10 GHz). Utilizarea unei comunicații optice coerente avansate poate aranja 2.000 de lumini în intervalul de 30.000 GHz. Purtător, multiplexarea pe diviziune a lungimii de undă, poate găzdui milioane de canale.
Pierdere redusă
Într-un sistem compus din cabluri coaxiale, cel mai bun cablu are o pierdere de peste 40dB pe kilometru atunci când transmite semnale de 800MHz. În schimb, pierderea fibrei optice este mult mai mică, transmisia de 1,31 um de lumină, pierderea pe kilometru este sub 0,35 dB, dacă transmisia de 1,55 um de lumină, pierderea pe kilometru este mai mică, până la 0,2 dB sau Mai puțin. Aceasta este de 100 de milioane de ori mai mică decât pierderea de putere a unui cablu coaxial, ceea ce face posibilă transmiterea la o distanță mult mai mare. În plus, pierderea de transmisie a fibrei optice are două caracteristici. Unul este că are aceeași pierdere în toate canalele de televiziune prin cablu și nu este nevoie să introduceți un egalizator pentru egalizare ca un trunchi de cablu; celălalt este că pierderea sa se modifică cu greu cu temperatura, așa că nu trebuie să vă faceți griji pentru asta. Schimbările de temperatură ambientală provoacă fluctuații ale nivelului rețelei.
Greutate ușoară
Deoarece fibra optică este foarte subțire, diametrul firului de miez de fibră monomod este în general 4um ~ 10um, iar diametrul exterior este de numai 125um. Cu strat impermeabil, nervuri de armare, manta etc., diametrul unui cablu optic compus din 4 pana la 48 de fibre optice este mai mic de 13 mm. Este mult mai mic decât cablul coaxial standard cu un diametru de 47 mm. În plus, fibra optică este o fibră de sticlă cu o greutate specifică mică, ceea ce o face să aibă caracteristicile de diametru mic și greutate redusă și este foarte convenabil de instalat.
Capacitate puternică anti-interferență
Deoarece componenta de bază a fibrei optice este cuarțul, aceasta transmite doar lumină, nu conduce electricitatea și nu este afectată de câmpurile electromagnetice. Semnalele optice transmise în acesta nu sunt afectate de câmpurile electromagnetice. Prin urmare, transmisia prin fibră optică are o rezistență puternică la interferențe electromagnetice și interferențe industriale. Tocmai din aceasta cauza, semnalul transmis in fibra optica nu este usor de ascultat, ceea ce conduce la confidentialitate.
Mare fidelitate
Deoarece transmisia prin fibră optică, în general, nu necesită amplificare prin releu, nu va introduce noi distorsiuni neliniare datorate amplificării. Atâta timp cât liniaritatea laserului este bună, semnalul TV poate fi transmis cu înaltă fidelitate. Testul real arată că raportul de bataie triplă a combinației de purtător C/CTB al unui sistem de fibre AM bun este mai mare de 70 dB, iar indicele de intermodulație cM este, de asemenea, mai mare de 60 dB, ceea ce este mult mai mare decât indicele de distorsiune neliniară al trunchiului general de cablu. sistem.
Performanță de lucru fiabilă
Știm că fiabilitatea unui sistem este legată de numărul de dispozitive care alcătuiesc sistemul. Cu cât mai multe echipamente, cu atât sunt mai mari șansele de defecțiune. Deoarece numărul de echipamente conținut în sistemul de fibră optică este mic (spre deosebire de un sistem de cablu care necesită zeci de amplificatoare), fiabilitatea este în mod natural ridicată. În plus, durata de viață a echipamentului cu fibră optică este foarte lungă, iar timpul de lucru fără probleme este de 500.000 până la 750.000 de ore. Dintre acestea, cea mai scurtă durată de viață este laserul din transmițătorul optic, iar cea mai mică durată de viață este de peste 100.000 de ore. Prin urmare, performanța de lucru a unui sistem de fibră optică bine conceput, instalat corect și depanat este foarte fiabilă.
Costul continuă să scadă
În prezent, unii oameni au propus o nouă lege a lui Moore', numită și legea optică (Legea optică). Legea prevede că lățimea de bandă a transmisiei informațiilor prin fibră optică se dublează la fiecare 6 luni, în timp ce prețul se dublează. Dezvoltarea tehnologiei de comunicații optice a pus o bază foarte bună pentru dezvoltarea tehnologiei de bandă largă pe Internet. Acest lucru a eliminat ultimul obstacol pentru ca sistemele de televiziune prin cablu la scară largă să adopte metode de transmisie prin fibră optică. Deoarece sursa materialului (cuarț) pentru fibra optică este foarte abundentă, odată cu avansarea tehnologiei, costul va fi redus și mai mult; în timp ce materialul de cupru necesar pentru cablu este limitat, prețul va fi din ce în ce mai mare. Evident, transmisia prin fibră optică va avea un avantaj absolut în viitor, urmând să devină cea mai importantă metodă de transmisie pentru înființarea rețelelor de cablu TV în toată provincia și chiar în toată țara.
Principiul structurii
Fibra optică este compusă din două straturi de sticlă cu indici de refracție diferiți. Stratul interior este un miez interior optic cu un diametru de la câțiva micrometri până la câteva zeci de micrometri, iar diametrul stratului exterior este de 0,1 până la 0,2 mm. În general, indicele de refracție al sticlei miezului interior este cu 1% mai mare decât cel al sticlei exterioare. Conform principiului refracției luminii și al reflexiei totale, atunci când unghiul la care lumina lovește interfața dintre miezul interior și stratul exterior este mai mare decât unghiul critic pentru reflexia totală, lumina nu poate trece prin interfață și este complet reflectată. .
Atenuarea fibrelor
Principalii factori care determină atenuarea fibrelor sunt: intrinseci, îndoirea, strângerea, impuritățile, denivelările și îmbinările cap la cap etc.
Intrinsec
Este pierderea inerentă a fibrei optice, inclusiv: împrăștierea Rayleigh, absorbția inerentă etc.
îndoire
Când fibra optică este îndoită, o parte a luminii din fibra optică se va pierde din cauza împrăștierii, ceea ce duce la pierdere.
extrudare
Pierdere cauzată de îndoirea ușoară atunci când fibra optică este strânsă.
Impuritate
Impuritățile din fibra optică absorb și împrăștie lumina care se propagă în fibra optică, provocând pierderi.
Neuniformă
Pierderea cauzată de indicele de refracție neuniform al materialului din fibră optică.
Andocare
Pierderea cauzată de capătul fibrei, cum ar fi: axă diferită (coaxialitatea fibrei monomode este necesară să fie mai mică de 0,8 μm), fața de capăt nu este perpendiculară pe axă, fața de capăt nu este plată, diametrul miezului de cap este nu se potrivește, iar calitatea îmbinării este slabă.
Atenuare artificială
În munca reală, uneori este necesar să se efectueze atenuarea fibrei optice artificiale, cum ar fi atenuatoarele de fibră optică utilizate în sistemele de comunicații optice pentru a depana performanța puterii optice, a depana calibrarea instrumentelor cu fibră optică și atenuarea semnalului de fibră optică.
metoda de productie
În prezent, fibra optică utilizată în comunicare este în general o fibră optică de silice. Denumirea chimică a cuarțului este dioxid de siliciu (SiO2), care are aceeași compoziție principală ca nisipul pe care îl folosim pentru a construi case. Cu toate acestea, fibrele optice din materiale de cuarț obișnuite nu pot fi folosite pentru comunicare. Fibra optică de comunicație trebuie să fie compusă din materiale de o puritate extrem de ridicată; cu toate acestea, adăugarea unei cantități mici de dopant în materialul principal poate face ca indicele de refracție al miezului și al placajului să fie ușor diferit, ceea ce este benefic pentru comunicare.
Există multe metode de fabricare a preformelor de fibră optică prin metoda VAD. În prezent, există în principal: metoda CVD (depunere chimică de vapori) în tub, metoda CVD în tijă, metoda PCVD (depunerea de vapori chimici cu plasmă) și metoda VAD (depunerea axială de vapori). Dar indiferent de metoda utilizată, preforma trebuie făcută mai întâi la temperatură ridicată, apoi încălzită și înmuiată într-un cuptor cu temperatură înaltă, trasă într-un filament și apoi acoperită și turnată pentru a deveni un fir de miez de fibră optică. Fabricarea fibrelor optice necesită ca fiecare proces să fie pe măsură de precis și controlat de un computer. În procesul de fabricare a fibrei optice, ar trebui să acordăm atenție:
Preformă de fibră optică realizată prin metoda VAD
① Puritatea materiilor prime din fibre optice trebuie să fie foarte ridicată.
②Este necesar să se prevină contaminarea cu impurități și bulele de aer să intre în fibra optică.
③Pentru a controla cu precizie distribuția indicelui de refracție;
④ Controlați corect dimensiunea structurală a fibrei optice;
⑤ Minimizați deteriorarea cicatricii de pe suprafața fibrei optice și îmbunătățiți rezistența mecanică a fibrei optice.
Metoda tubului stick
Introduceți tija de sticlă cu miezul interior în tubul exterior de sticlă (cât mai aproape), topiți și trageți firul;
Metoda creuzetului dublu
În două creuzete concentrice de platină, puneți miezul interior și frita de sticlă exterioară în creuzetele interioare și respectiv exterioare;
Metoda de umplere moleculară
Tija de sticlă de silice microporoasă este scufundată în soluția de aditiv cu indice de refracție ridicat pentru a obține structura în secțiune transversală a distribuției necesare a indicelui de refracție, iar apoi se realizează operația de tragere. Procesul este mai complicat. În comunicarea cu fibre optice, metodele de depunere de vapori interne și externe pot fi, de asemenea, utilizate pentru a se asigura că pot fi fabricate fibre optice cu o rată scăzută de pierderi optice.
Fuziunea spațială
Puneți dispozitivul de extragere a fibrelor în mediul de microgravitație al spațiului pentru a-l trage și puteți obține fibra de ghidare a luminii de înaltă calitate ultra-lungă, care nu este disponibilă pe pământ.
Clasificarea fibrelor
Conform metodei de clasificare a diferitelor standarde de clasificare a fibrelor optice, aceeași fibră optică va avea denumiri diferite.
Clasificat după material fibros
În funcție de materialul fibrei optice, tipurile de fibră optică pot fi împărțite în fibră optică de cuarț și fibră optică integrală din plastic.
Fibra de silice se referă în general la o fibră optică compusă dintr-un miez de silice dopată și o înveliș de silice dopată. Această fibră are pierderi foarte mici și dispersie moderată. În prezent, marea majoritate a fibrelor optice pentru comunicații sunt fibre optice de cuarț.
Fibra optică integrală din plastic este un nou tip de fibră optică pentru comunicare, care se află încă în stadiul de dezvoltare și de încercare. Fibra integrală din plastic are caracteristicile pierderilor mari, miezului gros (100-600μm în diametru), deschiderii numerice mari (NA) (de obicei 0,3-0,5, care pot fi cuplate cu surse de lumină cu puncte de lumină mai mari) și costuri de fabricație reduse. În prezent, fibra optică integrală din plastic este potrivită pentru aplicații cu lungime mai mică, cum ar fi rețelele de computere interioare și comunicarea pe nave.
Clasificare după distribuția indicelui de refracție a profilului fibrei
În funcție de distribuția diferită a indicelui de refracție a profilului de fibre, tipurile de fibre pot fi împărțite în fibre de tip treptat și fibre de tip gradat.
Clasificat după modul de transmisie
În funcție de numărul de moduri de transmisie a fibrei optice, tipurile de fibre optice pot fi împărțite în fibre optice multimodale și fibre optice monomode.
Fibra cu un singur mod este o fibră care poate transmite doar un singur mod. Fibra cu un singur mod poate transmite doar modul fundamental (modul de ordinul cel mai mic), nu există nicio diferență de întârziere între mod și are o lățime de bandă mult mai mare decât fibra multimod, ceea ce este foarte important pentru transmisia de mare viteză. Diametrul câmpului de mod al unei fibre monomode este de doar câțiva microni (μm), iar lățimea de bandă este în general cu unul sau două ordine de mărime mai mare decât cea a unei fibre multimodale gradate. Prin urmare, este potrivit pentru comunicații de mare capacitate, la distanță lungă.
Clasificare conform standardelor internaționale (clasificare conform recomandărilor ITU-T)
Pentru ca fibra optică să aibă un standard internațional unificat, Uniunea Internațională de Telecomunicații (ITU-T) a formulat un standard unificat de fibră optică (standard G). Conform recomandărilor ITU-T privind fibrele optice, tipurile de fibre optice pot fi împărțite în:
Fibră G.651 (fibră index gradată multimod 50/125μm)
Fibră G.652 (fibră fără dispersie deplasată)
Fibră G.653 (DSF cu fibră deplasată prin dispersie)
Fibră G.654 (fibră cu deplasare a lungimii de undă tăiată)
Fibră G.655 (fibră cu dispersie diferită de zero).
Pentru a răspunde nevoilor dezvoltării noilor tehnologii, fibra actuală G.652 a fost împărțită în trei subcategorii G.652A, G.652B și G.652C, iar fibra G.655 este împărțită în continuare în G.655A și G.655B. Subcategorii.
Conform clasificării standard IEC, standardul IEC împarte tipurile de fibre optice în
Fibră multimodală de tip A:
Fibră multimodală A1a (fibră multimodală tip 50/125μm)
Fibră multimodală A1b (fibră multimodală tip 62,5/125μm)
Fibră multimodală A1d (fibră multimodală tip 100/140μm)
Fibră monomod clasa B:
B1.1 corespunde fibrei G652, iar fibra B1.3 este adăugată pentru a corespunde fibrei G652C
B1.2 corespunde fibrei G654
Fibra B2 corespunde fibrei G.653
Fibra B4 corespunde fibrei G.655
