Переваги трансмісії
До 1960 року американський вчений Майман винайшов перший у світі лазер', який став хорошим джерелом світла для оптичних комунікацій. Після більш ніж двох десятиліть люди дослідили оптичні засоби передачі і, нарешті, створили оптичні волокна з низькими втратами, заклавши таким чином наріжний камінь оптичних комунікацій. З тих пір оптичні комунікації вступили в стадію бурхливого розвитку.
Передача по оптичному волокну має безліч видатних переваг:
Пропускна здатність частоти
Ширина смуги частот представляє розмір пропускної здатності. Чим вище частота несучої, тим більша смуга пропускання сигналу може бути передана. У діапазоні УКХ частот несуча частота становить 48,5 МГц ~ 300 МГц. З пропускною здатністю близько 250 МГц він може передавати лише 27 телевізорів і десятки FM-передач. Частота видимого світла досягає 100 000 ГГц, що більш ніж в мільйон разів перевищує діапазон частот УКХ. Хоча оптичне волокно має різні втрати для різних частот світла, це впливає на пропускну здатність, але смуга пропускання в області найменших втрат також може досягати 30 000 ГГц. В даний час смуга пропускання одного джерела світла займає лише невелику його частину (смуга частот багатомодового волокна становить близько кількох сотень МГц, а хороше одномодове волокно може досягати більше 10 ГГц). Використання передового когерентного оптичного зв'язку може організувати 2000 світильників у діапазоні 30 000 ГГц. Мультиплексування несучої з поділом довжини хвилі може вмістити мільйони каналів.
Низькі втрати
У системі, що складається з коаксіальних кабелів, найкращий кабель має втрати понад 40 дБ на кілометр при передачі сигналів 800 МГц. Навпаки, втрати оптичного волокна набагато менші, пропускання 1,31 мкм світла, втрати на кілометр нижче 0,35 дБ, якщо пропускання 1,55 мкм світла, втрати на кілометр менші, до 0,2 дБ або менше. Це в 100 мільйонів разів менше, ніж втрати потужності коаксіального кабелю, що дає можливість передавати на набагато більшу відстань. Крім того, втрати передачі по оптичному волокну мають дві характеристики. Одна полягає в тому, що він має однакові втрати на всіх каналах кабельного телебачення, і немає необхідності вводити еквалайзер для вирівнювання, як кабельний канал; інший полягає в тому, що його втрата майже не змінюється з температурою, тому вам не потрібно турбуватися про це. Зміни температури навколишнього середовища викликають коливання рівня мережі.
Легка вага
Оскільки оптичне волокно дуже тонке, діаметр одномодового сердечника волокна зазвичай становить 4 мкм ~ 10 мкм, а зовнішній діаметр лише 125 мкм. З водонепроникним шаром, армуючими ребрами, оболонкою тощо діаметр оптичного кабелю, що складається з 4-48 оптичних волокон, становить менше 13 мм. Він набагато менше стандартного коаксіального кабелю діаметром 47 мм. Крім того, оптичне волокно являє собою скловолокно з невеликою питомою вагою, завдяки чому воно має характеристики невеликого діаметра і невеликої ваги, а також дуже зручне в установці.
Сильна здатність проти перешкод
Оскільки основним компонентом оптичного волокна є кварц, він лише пропускає світло, не проводить електрику і не піддається впливу електромагнітних полів. Оптичні сигнали, що передаються в ньому, не піддаються впливу електромагнітних полів. Таким чином, оптоволоконна передача має сильну стійкість до електромагнітних перешкод і промислових перешкод. Саме через це сигнал, що передається по оптичному волокну, нелегко підслухати, що сприяє конфіденційності.
Висока точність відтворення
Оскільки передача по оптичному волокну, як правило, не вимагає релейного посилення, вона не внесе нових нелінійних спотворень через посилення. Поки лінійність лазера хороша, телевізійний сигнал може передаватися з високою точністю. Фактичний тест показує, що коефіцієнт потрійного удару комбінації несучих C/CTB хорошої волоконної системи AM становить понад 70 дБ, а індекс інтермодуляції cM також перевищує 60 дБ, що набагато вище, ніж індекс нелінійних спотворення загальної кабельної магістралі. системи.
Надійна робоча продуктивність
Ми знаємо, що надійність системи пов’язана з кількістю пристроїв, які складають систему. Чим більше обладнання, тим більше ймовірність поломки. Оскільки кількість обладнання, що міститься в оптоволоконній системі, невелика (на відміну від кабельної системи, яка вимагає десятків підсилювачів), надійність, природно, висока. Крім того, термін служби волоконно-оптичного обладнання дуже тривалий, а час безперебійної роботи становить від 500 000 до 750 000 годин. Серед них найкоротший термін служби — це лазер в оптичному передавачі, а найнижчий — понад 100 000 годин. Тому працездатність добре спроектованої, правильно встановленої та налагодженої оптоволоконної системи є дуже надійною.
Вартість продовжує падати
В даний час деякі люди запропонували новий закон Мура&№39, який також називають оптичним законом (Optical Law). У законі зазначено, що пропускна здатність оптоволоконної передачі інформації подвоюється кожні 6 місяців, а ціна подвоюється. Розвиток технології оптичного зв'язку заклав дуже хорошу основу для розвитку технології широкосмугового Інтернету. Це усунуло останню перешкоду для широкомасштабних систем кабельного телебачення у застосуванні методів передачі по оптичному волокну. Оскільки джерело матеріалу (кварцу) для оптичного волокна дуже багато, з розвитком технологій вартість буде ще знижуватися; в той час як мідний матеріал, необхідний для кабелю, обмежений, ціна буде все вище і вище. Очевидно, що оптоволоконна передача в майбутньому матиме абсолютну перевагу, і вона стане найважливішим методом передачі для створення мереж кабельного телебачення в усій провінції і навіть у всій країні.
Принцип будови
Оптичне волокно складається з двох шарів скла з різними показниками заломлення. Внутрішній шар являє собою оптичне внутрішнє ядро діаметром від кількох мікрометрів до кількох десятків мікрометрів, а діаметр зовнішнього шару становить від 0,1 до 0,2 мм. Як правило, показник заломлення внутрішнього скла на 1% більше, ніж у зовнішнього скла. Відповідно до принципу заломлення світла і повного відбиття, коли кут, під яким світло потрапляє на межу розділу між внутрішнім ядром і зовнішнім шаром, більше критичного кута для повного відбиття, світло не може проходити через межу розділу і повністю відбивається. .
Загасання волокна
Основними факторами, що викликають ослаблення волокна, є: внутрішні, вигини, здавлювання, забруднення, нерівності та стикові з’єднання тощо.
Внутрішнє
Це властиві втрати оптичного волокна, включаючи: релеївське розсіювання, властиве поглинання тощо.
згинання
Коли оптичне волокно згинається, частина світла в оптичному волокні буде втрачена через розсіювання, що призведе до втрати.
екструзія
Втрата, викликана невеликим вигином при стисканні оптичного волокна.
Домішка
Домішки в оптичному волокні поглинають і розсіюють світло, що поширюється в оптичному волокні, викликаючи втрати.
Нерівномірний
Втрата, викликана нерівномірним показником заломлення матеріалу оптичного волокна.
Стиковка
Втрати, викликані стиком волокна, такі як: різна вісь (коаксіальність одномодового волокна повинна бути менше 0,8 мкм), торець не перпендикулярний до осі, торець не плоский, діаметр стикової серцевини не збігаються, а якість зрощування погана.
Штучне загасання
У реальній роботі іноді необхідно виконати штучне ослаблення волоконно-оптичних волокон, наприклад, волоконно-оптичні атенюатори, що використовуються в системах оптичного зв’язку для налагодження характеристик оптичної потужності, налагодження калібрування волоконно-оптичних приладів та ослаблення сигналу оптоволоконного волокна.
метод виробництва
В даний час оптичне волокно, яке використовується для зв'язку, як правило, є кремнеземним оптичним волокном. Хімічна назва кварцу — діоксид кремнію (SiO2), який має той самий основний склад, що й пісок, який ми використовуємо для будівництва будинків. Однак для зв’язку не можна використовувати оптичні волокна, виготовлені зі звичайних кварцових матеріалів. Оптичне волокно зв'язку повинно складатися з матеріалів надзвичайно високої чистоти; однак додавання невеликої кількості легованої речовини в основний матеріал може зробити показник заломлення серцевини та оболонки дещо різним, що сприятливо для зв’язку.
Існує багато методів виготовлення заготовки оптичного волокна методом VAD. На даний момент в основному існують: внутрішньотрубний метод CVD (хімічне осадження з парової фази), метод CVD в стрижнях, метод PCVD (плазмохімічне осадження з парової фази) та метод VAD (осьове осадження з парової фази). Але незалежно від того, який метод використовується, заготовку потрібно спочатку виготовити при високій температурі, а потім нагріти та розм’якшити у високотемпературній печі, витягнути в нитку, а потім нанести покриття та формувати, щоб перетворитися на дріт з оптоволоконним сердечником. Виробництво оптичних волокон вимагає, щоб кожен процес був відповідно точним і контролювався комп’ютером. У процесі виготовлення оптичного волокна слід звернути увагу на:
Заготовка оптичного волокна, виготовлена методом VAD
①Чистота сировини з оптичного волокна має бути дуже високою.
②Необхідно запобігти потраплянню домішок і бульбашок повітря в оптичне волокно.
③ Для точного контролю розподілу показника заломлення;
④ Правильно контролювати структурний розмір оптичного волокна;
⑤ Мінімізуйте пошкодження на поверхні оптичного волокна та покращуйте механічну міцність оптичного волокна.
Метод трубчастої палички
Вставте скляний стрижень з внутрішньою серцевиною у зовнішню скляну трубку (як можна ближче), розплавіть і витягніть дріт;
Метод подвійного тигля
У двох концентричних платинових тиглях помістіть внутрішнє ядро та зовнішню скляну фритту у внутрішній та зовнішній тигли відповідно;
Метод молекулярного наповнення
Паличка з мікропористого кремнезему занурюється в розчин добавки з високим показником заломлення для отримання структури поперечного перерізу необхідного розподілу показника заломлення, а потім виконується операція волочіння. Процес більш складний. У волоконно-оптичному зв’язку також можна використовувати внутрішні та зовнішні методи осадження з парової фази, щоб забезпечити виготовлення оптичних волокон з низькою швидкістю оптичних втрат.
Космічний синтез
Помістіть пристрій для витягування волокна в середовищі мікрогравітації, щоб витягнути його, і ви отримаєте наддовге високоякісне світловодне волокно, якого немає на землі.
Класифікація волокон
Відповідно до методу класифікації різних стандартів класифікації оптичних волокон, одне й те саме оптичне волокно матиме різні назви.
Класифікується за матеріалом волокна
За матеріалом оптичного волокна типи оптичного волокна можна розділити на кварцове оптичне волокно і повністю пластикове оптичне волокно.
Силікатне волокно, як правило, відноситься до оптичного волокна, що складається з легованого кремнезему і оболонки з легованого кремнезему. Це волокно має дуже низькі втрати і помірну дисперсність. В даний час переважна більшість оптичних волокон для зв'язку є кварцовими оптичними волокнами.
Повністю пластикове оптичне волокно – це новий тип оптичного волокна для зв’язку, який все ще знаходиться на стадії розробки та випробування. Повністю пластикове волокно має характеристики великих втрат, товстої серцевини (100-600 мкм в діаметрі), великої числової апертури (NA) (зазвичай 0,3-0,5, яку можна поєднувати з джерелами світла з більшими світловими плямами) і низькою вартістю виготовлення. В даний час повністю пластикове оптичне волокно підходить для застосувань меншої довжини, таких як внутрішні комп’ютерні мережі та зв’язок на кораблях.
Класифікація за розподілом показника заломлення профілю волокна
За різним розподілом показника заломлення профілю волокна типи волокон можна розділити на волокна ступінчастого типу і волокна ступінчастого типу.
Класифікується за режимом передачі
За кількістю режимів передачі волоконно-оптичних волокон типи оптичних волокон можна розділити на багатомодові оптичні волокна та одномодові оптичні волокна.
Одномодове волокно - це волокно, яке може передавати лише одну моду. Одномодове волокно може передавати тільки основний режим (режим найнижчого порядку), немає різниці міжмодової затримки і має набагато більшу пропускну здатність, ніж багатомодове волокно, що дуже важливо для високошвидкісної передачі. Діаметр поля моди одномодового волокна становить лише кілька мікрон (мкм), а його смуга пропускання, як правило, на один-два порядки вище, ніж у градуйованого багатомодового волокна. Тому він підходить для великої ємності, міжміського зв’язку.
Класифікація за міжнародними стандартами (класифікація за рекомендаціями ITU-T)
Щоб зробити оптичне волокно єдиним міжнародним стандартом, Міжнародний союз електрозв'язку (ITU-T) сформулював уніфікований стандарт оптичного волокна (стандарт G). Відповідно до рекомендацій ITU-T щодо оптичних волокон, типи оптичних волокон можна розділити на:
Волокно G.651 (50/125 мкм багатомодове волокно з індексним волокном)
Волокно G.652 (волокно без дисперсії)
Волокно G.653 (дисперсійне зміщене волокно DSF)
Волокно G.654 (волокно з зсувом довжини хвилі зрізу)
Волокно G.655 (волокно зі зміщенням з ненульовою дисперсією).
Щоб задовольнити потреби розвитку нових технологій, нинішнє волокно G.652 було додатково поділено на три підкатегорії G.652A, G.652B і G.652C, а волокно G.655 далі розділено на G.655A та G.655B. Підкатегорії.
Відповідно до стандартної класифікації IEC, стандарт IEC поділяє типи оптичних волокон на
Багатомодове волокно типу А:
Багатомодове волокно A1a (багатомодове волокно типу 50/125 мкм)
Багатомодове волокно A1b (багатомодове волокно типу 62,5/125 мкм)
Багатомодове волокно A1d (багатомодове волокно типу 100/140 мкм)
Одномодове волокно класу B:
B1.1 відповідає волокну G652, а волокно B1.3 додається для відповідності волокну G652C
B1.2 відповідає волокну G654
Волокно B2 відповідає волокну G.653
Волокно B4 відповідає волокну G.655
