Avantatges de la transmissió
Fins al 1960, el científic nord-americà Maiman va inventar el primer làser del món', que va proporcionar una bona font de llum per a les comunicacions òptiques. Després de més de dues dècades, la gent ha investigat sobre mitjans de transmissió òptica i finalment ha fet fibres òptiques de baixes pèrdues, posant així la pedra angular de les comunicacions òptiques. Des de llavors, les comunicacions òptiques han entrat en una etapa de ràpid desenvolupament.
La transmissió de fibra òptica té molts avantatges destacats:
Ample de banda de freqüència
L'amplada de la banda de freqüència representa la mida de la capacitat de transmissió. Com més gran sigui la freqüència de la portadora, més gran serà l'amplada de banda del senyal que es pot transmetre. A la banda de freqüència VHF, la freqüència de la portadora és de 48,5 MHz ~ 300 MHz. Amb una amplada de banda d'uns 250 MHz, només pot transmetre 27 televisors i desenes d'emissions FM. La freqüència de la llum visible arriba als 100.000 GHz, que és més d'un milió de vegades superior a la banda de freqüència VHF. Tot i que la fibra òptica té pèrdues diferents per a diferents freqüències de llum, l'amplada de banda es veu afectada, però l'ample de banda a la regió de pèrdua més baixa també pot arribar als 30.000 GHz. Actualment, l'amplada de banda d'una sola font de llum només n'ocupa una petita part (la banda de freqüència de la fibra multimode és d'uns centenars de MHz i una bona fibra monomode pot arribar a més de 10 GHz). L'ús d'una comunicació òptica coherent avançada pot organitzar 2.000 llums en el rang de 30.000 GHz. La portadora, multiplexació per divisió de longitud d'ona, pot acomodar milions de canals.
Baixa pèrdua
En un sistema compost per cables coaxials, el millor cable té una pèrdua de més de 40 dB per quilòmetre en transmetre senyals de 800 MHz. En canvi, la pèrdua de fibra òptica és molt menor, la transmissió d'1,31 um de llum, la pèrdua per quilòmetre és inferior a 0,35 dB, si la transmissió d'1,55 um de llum, la pèrdua per quilòmetre és menor, fins a 0,2 dB o menys. Això és 100 milions de vegades més petit que la pèrdua de potència d'un cable coaxial, cosa que permet transmetre a una distància molt més llarga. A més, la pèrdua de transmissió de fibra òptica té dues característiques. Un és que té la mateixa pèrdua en tots els canals de televisió per cable, i no cal introduir un equalitzador per a l'equalització com un tronc de cable; l'altra és que la seva pèrdua gairebé no varia amb la temperatura, per la qual cosa no cal que et preocupis. Els canvis de temperatura ambient provoquen fluctuacions en el nivell de la xarxa.
Pes lleuger
Com que la fibra òptica és molt prima, el diàmetre del nucli de fibra monomode és generalment de 4um ~ 10um i el diàmetre exterior només és de 125um. Amb capa impermeable, costelles de reforç, funda, etc., el diàmetre d'un cable òptic compost de 4 a 48 fibres òptiques és inferior a 13 mm. És molt més petit que el cable coaxial estàndard amb un diàmetre de 47 mm. A més, la fibra òptica és una fibra de vidre amb una petita gravetat específica, el que fa que tingui les característiques de petit diàmetre i pes lleuger, i és molt còmode d'instal·lar.
Forta capacitat anti-interferència
Com que el component bàsic de la fibra òptica és el quars, només transmet llum, no condueix l'electricitat i no es veu afectada pels camps electromagnètics. Els senyals òptics que s'hi transmeten no es veuen afectats pels camps electromagnètics. Per tant, la transmissió de fibra òptica té una forta resistència a les interferències electromagnètiques i les interferències industrials. Precisament per això, el senyal transmès a la fibra òptica no és fàcil d'escoltar, la qual cosa afavoreix la confidencialitat.
Alta fidelitat
Com que la transmissió de fibra òptica generalment no requereix amplificació de relés, no introduirà noves distorsions no lineals a causa de l'amplificació. Sempre que la linealitat del làser sigui bona, el senyal de TV es pot transmetre amb alta fidelitat. La prova real mostra que la relació de triple ritme de combinació de portadors C/CTB d'un bon sistema de fibra AM és de més de 70 dB, i l'índex d'intermodulació cM també és superior a 60 dB, que és molt superior a l'índex de distorsió no lineal del tronc general del cable. sistema.
Rendiment de treball fiable
Sabem que la fiabilitat d'un sistema està relacionada amb el nombre de dispositius que componen el sistema. Com més equipament, més probabilitat de fallada. Com que el nombre d'equips continguts en el sistema de fibra òptica és petit (a diferència d'un sistema de cable que requereix desenes d'amplificadors), la fiabilitat és naturalment alta. A més, la vida útil de l'equip de fibra òptica és molt llarga i el temps de treball sense problemes és de 500.000 a 750.000 hores. Entre ells, la vida útil més curta és el làser al transmissor òptic, i la vida útil més baixa és de més de 100.000 hores. Per tant, el rendiment de treball d'un sistema de fibra òptica ben dissenyat, instal·lat correctament i depurat és molt fiable.
El cost continua baixant
Actualment, algunes persones han proposat una nova llei de Moore &, també anomenada llei òptica (Llei òptica). La llei estableix que l'ample de banda de transmissió d'informació per fibra òptica es duplica cada 6 mesos, mentre que el preu es duplica. El desenvolupament de la tecnologia de comunicació òptica ha establert una molt bona base per al desenvolupament de la tecnologia de banda ampla a Internet. Això va eliminar l'últim obstacle perquè els sistemes de televisió per cable a gran escala adoptessin mètodes de transmissió de fibra òptica. Com que la font del material (quars) per a la fibra òptica és molt abundant, amb l'avenç de la tecnologia, el cost es reduirà encara més; mentre que el material de coure necessari per al cable és limitat, el preu serà cada cop més alt. Òbviament, la transmissió de fibra òptica tindrà un avantatge absolut en el futur i es convertirà en el mètode de transmissió més important per a l'establiment de xarxes de televisió per cable a tota la província i fins i tot a tot el país.
Principi d'estructura
La fibra òptica està formada per dues capes de vidre amb diferents índexs de refracció. La capa interior és un nucli interior òptic amb un diàmetre de diversos micròmetres a diverses desenes de micròmetres, i el diàmetre de la capa exterior és de 0,1 a 0,2 mm. En general, l'índex de refracció del vidre del nucli interior és un 1% més gran que el del vidre exterior. Segons el principi de refracció de la llum i reflexió total, quan l'angle en què la llum incideix amb la interfície entre el nucli interior i la capa exterior és més gran que l'angle crític per a la reflexió total, la llum no pot passar per la interfície i es reflecteix completament. .
Atenuació de la fibra
Els principals factors que provoquen l'atenuació de la fibra són: intrínsecs, doblegats, comprimits, impureses, desnivells i juntes a tope, etc.
Intrínsec
És la pèrdua inherent de fibra òptica, que inclou: dispersió de Rayleigh, absorció inherent, etc.
doblegat
Quan la fibra òptica es doblega, part de la llum de la fibra òptica es perdrà a causa de la dispersió, donant lloc a una pèrdua.
extrusió
Pèrdua causada per una lleugera flexió quan la fibra òptica s'esprem.
La impuresa
Les impureses de la fibra òptica absorbeixen i dispersen la llum que es propaga a la fibra òptica, provocant pèrdues.
Desigual
Pèrdua causada per l'índex de refracció no uniforme del material de fibra òptica.
Acoblament
La pèrdua causada per la culata de fibra, com ara: eix diferent (la coaxialitat de la fibra monomode ha de ser inferior a 0,8 μm), la cara final no és perpendicular a l'eix, la cara final no és plana, el diàmetre del nucli de la culata és no coincideix i la qualitat d'unió és deficient.
Atenuació artificial
En el treball real, de vegades és necessari realitzar una atenuació de fibra òptica artificial, com ara atenuadors de fibra òptica utilitzats en sistemes de comunicació òptica per depurar el rendiment de la potència òptica, depurar la calibració d'instruments de fibra òptica i l'atenuació del senyal de fibra òptica.
mètode de producció
Actualment, la fibra òptica utilitzada en la comunicació és generalment una fibra òptica de sílice. El nom químic del quars és diòxid de silici (SiO2), que té la mateixa composició principal que la sorra que fem servir per construir cases. Tanmateix, les fibres òptiques fetes de materials de quars ordinaris no es poden utilitzar per a la comunicació. La fibra òptica de comunicació ha d'estar composta per materials d'alta puresa; tanmateix, afegir una petita quantitat de dopant al material principal pot fer que l'índex de refracció del nucli i del revestiment sigui lleugerament diferent, cosa que és beneficiós per a la comunicació.
Hi ha molts mètodes per fabricar preformes de fibra òptica mitjançant el mètode VAD. Actualment, hi ha principalment: mètode CVD (deposició de vapor químic) en tub, mètode CVD en vareta, mètode PCVD (deposició de vapor químic de plasma) i mètode VAD (deposició de vapor axial). Però independentment del mètode que s'utilitzi, primer s'ha de fer la preforma a alta temperatura, i després escalfar-la i suavitzar-la en un forn d'alta temperatura, dibuixar-la en un filament i després recoberta i modelada per convertir-se en un cable de fibra òptica. La fabricació de fibres òptiques requereix que cada procés sigui proporcionalment precís i controlat per un ordinador. En el procés de fabricació de fibra òptica, hauríem de prestar atenció a:
Preforma de fibra òptica feta pel mètode VAD
①La puresa de les matèries primeres de fibra òptica ha de ser molt alta.
② Cal evitar que la contaminació per impureses i les bombolles d'aire entrin a la fibra òptica.
③Per controlar amb precisió la distribució de l'índex de refracció;
④ Controlar correctament la mida estructural de la fibra òptica;
⑤ Minimitzar el dany de la cicatriu a la superfície de la fibra òptica i millorar la resistència mecànica de la fibra òptica.
Mètode de pal de tub
Introduïu la vareta de vidre del nucli interior al tub de vidre exterior (el més a prop possible), foneu i estireu el cable;
Mètode de doble gresol
En dos gresols de platí concèntrics, poseu el nucli interior i la frita de vidre exterior als gresols interior i exterior respectivament;
Mètode d'ompliment molecular
La vareta de vidre de sílice microporosa es submergeix a la solució additiva amb un alt índex de refracció per obtenir l'estructura de la secció transversal de la distribució de l'índex de refracció requerida i, a continuació, es realitza l'operació de dibuix. El procés és més complicat. En la comunicació de fibra òptica, també es poden utilitzar mètodes de deposició de vapor interna i externa per garantir que es puguin fabricar fibres òptiques amb baixa taxa de pèrdua òptica.
Fusió espacial
Col·loqueu el dispositiu de dibuix de fibra a l'entorn de microgravetat de l'espai per tirar-lo i podreu obtenir la fibra de guia de llum ultra llarga d'alta qualitat que no està disponible a la terra.
Classificació de la fibra
Segons el mètode de classificació de diferents estàndards de classificació de fibra òptica, la mateixa fibra òptica tindrà noms diferents.
Classificat per material de fibra
Segons el material de la fibra òptica, els tipus de fibra òptica es poden dividir en fibra òptica de quars i fibra òptica totalment plàstica.
La fibra de sílice generalment es refereix a una fibra òptica composta per un nucli de sílice dopat i un revestiment de sílice dopat. Aquesta fibra té una pèrdua molt baixa i una dispersió moderada. Actualment, la gran majoria de fibres òptiques per a la comunicació són fibres òptiques de quars.
La fibra òptica totalment plàstica és un nou tipus de fibra òptica per a la comunicació, que encara es troba en fase de desenvolupament i prova. La fibra totalment plàstica té les característiques de gran pèrdua, nucli gruixut (100-600 μm de diàmetre), gran obertura numèrica (NA) (normalment 0,3-0,5, que es pot combinar amb fonts de llum amb punts de llum més grans) i baix cost de fabricació. Actualment, la fibra òptica totalment plàstica és adequada per a aplicacions de longitud més curta, com ara xarxes d'ordinadors interiors i comunicació als vaixells.
Classificació segons la distribució de l'índex de refracció del perfil de fibra
Segons la diferent distribució de l'índex de refracció del perfil de fibra, els tipus de fibres es poden dividir en fibres de tipus pas i fibres de tipus graduat.
Classificat per mode de transmissió
Segons el nombre de modes de transmissió de fibra òptica, els tipus de fibres òptiques es poden dividir en fibres òptiques multimode i fibres òptiques monomode.
La fibra monomode és una fibra que només pot transmetre un mode. La fibra monomode només pot transmetre el mode fonamental (mode d'ordre més baix), no hi ha cap diferència de retard entre modes i té un ample de banda molt més gran que la fibra multimode, que és molt important per a la transmissió d'alta velocitat. El diàmetre de camp de mode d'una fibra monomode és només unes poques micres (μm) i la seva amplada de banda és generalment un o dos ordres de magnitud superior a la d'una fibra multimode graduada. Per tant, és adequat per a comunicacions de gran capacitat i llarga distància.
Classificació segons estàndards internacionals (classificació segons recomanacions ITU-T)
Per tal que la fibra òptica tingui un estàndard internacional unificat, la Unió Internacional de Telecomunicacions (ITU-T) ha formulat un estàndard de fibra òptica unificat (estàndard G). Segons les recomanacions de l'ITU-T sobre fibres òptiques, els tipus de fibres òptiques es poden dividir en:
Fibra G.651 (fibra d'índex multimode de 50/125 μm)
Fibra G.652 (fibra desplaçada sense dispersió)
Fibra G.653 (DSF de fibra desplaçada per dispersió)
Fibra G.654 (fibra de desplaçament de la longitud d'ona de tall)
Fibra G.655 (fibra desplaçada de dispersió diferent de zero).
Per tal de satisfer les necessitats del desenvolupament de noves tecnologies, la fibra G.652 actual s'ha dividit encara més en tres subcategories G.652A, G.652B i G.652C, i la fibra G.655 es divideix a més en G.655A i G.655B. Subcategories.
Segons la classificació estàndard IEC, l'estàndard IEC divideix els tipus de fibres òptiques en
Fibra multimode tipus A:
Fibra multimode A1a (fibra multimode tipus 50/125μm)
Fibra multimode A1b (fibra multimode tipus 62,5/125μm)
Fibra multimode A1d (fibra multimode tipus 100/140μm)
Fibra monomode de classe B:
B1.1 correspon a la fibra G652 i la fibra B1.3 s'afegeix per correspondre a la fibra G652C
B1.2 correspon a la fibra G654
La fibra B2 correspon a la fibra G.653
La fibra B4 correspon a la fibra G.655
