Переваги оптоволоконного зв'язку
● Велика комунікаційна ємність
● Велика відстань естафети
● Стійкість до електромагнітних перешкод
● Великі ресурси
● Легкий і малий розмір волоконної оптики
Коротка історія розвитку оптичного зв'язку
● Понад 2000 років тому: вежі маяків – вогні, сигнали прапорів
● 1880: Оптичний телефон – бездротовий оптичний зв'язок
● 1970: Оптоволоконний зв'язок
● 1966: доктор Као Куен, «батько волоконної оптики», вперше запропонував ідею оптоволоконного зв’язку.
● 1970: Kapron з Інституту Корнінга виготовив волоконну оптику з втратою 20 дБ/км.
● 1977: перша комерційна лінія 45 Мбіт/с у Чикаго.
Електромагнітний спектр
Заломлення/відбивання та повне внутрішнє відбивання світла
Оскільки світло поширюється з різною швидкістю в різних речовинах, коли світло поширюється від однієї речовини до іншої, на межі розділу між двома речовинами відбувається заломлення та відбивання. Крім того, кут заломленого світла змінюється разом із кутом падаючого світла. Коли кут падаючого світла досягає або перевищує певний кут, заломлене світло зникає, а все падаюче світло відбивається назад; це повне внутрішнє відбиття. Різні матеріали заломлюють світло з однаковою довжиною хвилі під різними кутами (тобто різні матеріали мають різні показники заломлення), а той самий матеріал заломлює світло з різними довжинами хвилі під різними кутами. На цих принципах базується волоконно-оптичний зв'язок. Розподіл відбивної здатності. Важливим параметром, що характеризує оптичні матеріали, 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, що використовується у волоконно-оптичному зв’язку, становить приблизно 1,5.
Волоконно-оптична структура
Голий волоконно-оптичний кабель зазвичай складається з трьох шарів:
Перший шар: скляне ядро з високим -показником заломлення- (діаметр ядра зазвичай становить 9-10 мкм, (одномодовий) 50 або 62,5 (багатомодовий).
Другий шар: кремнієве скляне покриття з низьким -показником заломлення- посередині (діаметр зазвичай становить 125 мкм).
Третій шар: крайнє покриття з армуючої смоли.
Базові знання про світло
1) Сердечник: високий показник заломлення, використовується для пропускання світла;
2) Покриття: низький показник заломлення разом із серцевиною створює умови для повного внутрішнього відбиття;
3) Куртка: висока міцність, може витримувати сильніші удари та захищає оптичне волокно.
Оптоволоконний кабель 3 мм, помаранчевий, багатомодовий
Жовтий SM одномодовий
Розміри оптоволоконного кабелю:
Зовнішній діаметр зазвичай становить 125 мкм (середня людська волосина становить 100 мкм)
Внутрішній діаметр: одномодовий-9 мкм, багатомодовий 50/62,5 мкм
Числова апертура
Не все світло, що падає на торець оптичного волокна, пропускається через волокно; пропускається тільки світло, що падає в межах певного кутового діапазону. Цей кут називається числовою апертурою оптичного волокна. Більша числова апертура є перевагою для зрощування оптоволокна. Числова апертура різна для оптичних волокон, вироблених різними компаніями.
Типи оптичних волокон
Залежно від способу пропускання світла у волокні, оптичні волокна можна класифікувати як:
Багато-режим (MM)
Один-режим (SM)
Багато{0}}модове волокно: має товстішу центральну скляну серцевину (50 або 62,5 мкм), що забезпечує передачу світла в кількох режимах. Однак його інтермодальна дисперсія є значною, що обмежує частоту переданих цифрових сигналів, і це обмеження погіршується зі збільшенням відстані. Наприклад, волокно зі швидкістю 600 МБ/км матиме пропускну здатність лише 300 МБ/км на відстані 2 км. Тому багато{9}}модове волокно має відносно коротку відстань передачі, зазвичай лише кілька кілометрів.
Одномодове-волокно: має тоншу центральну скляну серцевину (зазвичай 9 або 10 мкм у діаметрі), що дозволяє пропускати лише одну моду світла. По суті, це тип ступінчастого волокна, але з дуже малим діаметром серцевини. Теоретично це дозволяє лише одному прямолінійному-світлу потрапляти у волокно та поширюватися по прямій лінії всередині серцевини. Розширення імпульсу волокна мінімальне. Тому його інтермодальна дисперсія дуже мала, що робить його придатним для-зв’язку на великі відстані. Однак його хроматична дисперсія відіграє важливу роль, а це означає, що одномодове-волокно має високі вимоги до спектральної ширини та стабільності джерела світла, тобто спектральна ширина має бути вузькою, а стабільність — хорошою.
Класифікація оптоволокна
За матеріалом:
● Скловолокно: серцевина та оболонка скляні. Низькі втрати, велика відстань передачі, висока вартість.
● Силіконове волокно з оболонкою: серцевина скляна, оболонка пластикова. Схожі характеристики зі скловолокном, нижча вартість.
● Пластикове волокно: як серцевина, так і оболонка пластикові. Високі втрати, дуже коротка відстань передачі, дуже низька ціна. Широко використовується в побутовій техніці, аудіообладнанні та передачі зображень на короткі-відстані.
● За вікном оптимальної частоти передачі: звичайне одномодове-волокно та дисперсійне-зміщене одномодове-волокно.
● Традиційне: виробники волокна оптимізують частоту передачі волокна для однієї довжини хвилі, наприклад 1300 нм.
● Дисперсія-Зсув: виробники волокна оптимізують частоту передачі волокна для двох довжин хвиль, наприклад 1300 нм і 1550 нм.
● Раптовий зсув: показник заломлення різко змінюється від серцевини до скляної оболонки. Низька вартість, висока інтермодальна дисперсія. Підходить для-відстаней, низько{3}}швидкісного зв’язку, наприклад промислового керування. Однак одномодові-волокна мають дуже низьку інтермодальну дисперсію, тому всі вони мають градуйований-індекс.
●Волокна з градуованим-індексом: показник заломлення поступово зменшується від серцевини до оболонки, дозволяючи світлу високого-моду поширюватися синусоїдально. Це зменшує інтермодальну дисперсію, збільшує пропускну здатність волокна та збільшує відстань передачі, але це дорожче. Більшість багатомодових волокон сьогодні є градуйованими-волокнами.
