Prednosti prenosa
Do leta 1960 je ameriški znanstvenik Maiman izumil prvi laser na svetu', ki je zagotavljal dober vir svetlobe za optične komunikacije. Po več kot dveh desetletjih so ljudje raziskovali optične prenosne medije in končno izdelali optična vlakna z majhnimi izgubami, s čimer so postavili temelj optičnih komunikacij. Od takrat so optične komunikacije vstopile v fazo hitrega razvoja.
Prenos optičnih vlaken ima številne izjemne prednosti:
Frekvenčna pasovna širina
Širina frekvenčnega pasu predstavlja velikost prenosne zmogljivosti. Višja kot je frekvenca nosilca, večja je pasovna širina signala, ki ga je mogoče oddati. V frekvenčnem pasu VHF je nosilna frekvenca 48,5 MHz ~ 300 MHz. S pasovno širino približno 250 MHz lahko oddaja le 27 TV sprejemnikov in na desetine FM oddaj. Frekvenca vidne svetlobe doseže 100.000 GHz, kar je več kot milijonkrat višje od frekvenčnega pasu VHF. Čeprav ima optično vlakno različne izgube za različne frekvence svetlobe, vpliva na pasovno širino, vendar lahko pasovna širina v območju najnižjih izgub doseže tudi 30.000 GHz. Trenutno pasovna širina enega vira svetlobe zaseda le majhen del (frekvenčni pas večmodnega vlakna je približno nekaj sto MHz, dobro enomodno vlakno pa lahko doseže več kot 10 GHz). Uporaba napredne koherentne optične komunikacije lahko uredi 2.000 luči v območju 30.000 GHz. Multipleksiranje z delitvijo valovnih dolžin nosilec lahko sprejme na milijone kanalov.
Nizka izguba
V sistemu, sestavljenem iz koaksialnih kablov, ima najboljši kabel izgubo več kot 40 dB na kilometer pri prenosu signalov 800 MHz. Nasprotno pa je izguba optičnega vlakna veliko manjša, prepustnost 1,31um svetlobe, izguba na kilometer je pod 0,35dB, če je prepustnost 1,55um svetlobe je izguba na kilometer manjša, do 0,2dB oz. manj. To je 100 milijonov krat manjše od izgube moči koaksialnega kabla, kar omogoča prenos na veliko daljšo razdaljo. Poleg tega ima izguba prenosa optičnih vlaken dve značilnosti. Ena je, da ima enako izgubo na vseh kabelskih TV kanalih in ni treba uvesti izenačevalnika za izravnavo, kot je kabelski deblo; druga je, da se njegova izguba skoraj ne spreminja s temperaturo, tako da vam ni treba skrbeti za to. Spremembe temperature okolice povzročajo nihanja nivoja omrežja.
Majhna teža
Ker je optično vlakno zelo tanko, je premer jedrne žice z enomodnim vlaknom na splošno 4 um ~ 10 um, zunanji premer pa le 125 um. Z vodotesno plastjo, ojačitvenimi rebri, plaščem itd., je premer optičnega kabla, sestavljenega iz 4 do 48 optičnih vlaken, manjši od 13 mm. Je veliko manjši od standardnega koaksialnega kabla s premerom 47 mm. Poleg tega je optično vlakno stekleno vlakno z majhno specifično težo, zaradi česar ima značilnosti majhnega premera in majhne teže ter je zelo priročno za namestitev.
Močna sposobnost preprečevanja motenj
Ker je osnovna komponenta optičnega vlakna kvarc, le-ta prepušča svetlobo, ne prevaja električne energije in nanj ne vplivajo elektromagnetna polja. Na optične signale, ki se prenašajo v njem, elektromagnetna polja ne vplivajo. Zato ima prenos optičnih vlaken močno odpornost na elektromagnetne motnje in industrijske motnje. Ravno zaradi tega signala, ki se prenaša po optičnem vlaknu, ni enostavno prisluškovati, kar vodi k zaupnosti.
Visoka zvestoba
Ker prenos optičnih vlaken na splošno ne zahteva relejnega ojačanja, ne bo povzročil novih nelinearnih popačenj zaradi ojačanja. Dokler je linearnost laserja dobra, se lahko televizijski signal prenaša z visoko zvestobo. Dejanski test kaže, da je razmerje trojnega utripa kombinacije nosilcev C/CTB dobrega AM optičnega sistema več kot 70 dB, intermodulacijski indeks cM pa je tudi več kot 60 dB, kar je veliko višje od indeksa nelinearnega popačenja splošnega kabla. sistem.
Zanesljiva delovna zmogljivost
Vemo, da je zanesljivost sistema povezana s številom naprav, ki sestavljajo sistem. Več opreme, večja je možnost okvare. Ker je število opreme v sistemu optičnih vlaken majhno (za razliko od kabelskega sistema, ki zahteva na desetine ojačevalnikov), je zanesljivost seveda visoka. Poleg tega je življenjska doba opreme iz optičnih vlaken zelo dolga, brezhibni delovni čas pa je od 500.000 do 750.000 ur. Med njimi je najkrajša življenjska doba laserja v optičnem oddajniku, najnižja življenjska doba pa je več kot 100.000 ur. Zato je delovna zmogljivost dobro zasnovanega, pravilno nameščenega in odpravljenega sistema optičnih vlaken zelo zanesljiva.
Stroški še naprej padajo
Trenutno so nekateri predlagali nov Moorov zakon', imenovan tudi optični zakon (Optical Law). Zakon pravi, da se pasovna širina prenosa informacij po optičnih vlaknih podvoji vsakih 6 mesecev, cena pa se podvoji. Razvoj optične komunikacijske tehnologije je postavil zelo dobre temelje za razvoj širokopasovne internetne tehnologije. S tem je bila odpravljena zadnja ovira za obsežne sisteme kabelske televizije, da sprejmejo metode prenosa po optičnih vlaknih. Ker je vir materiala (kvarc) za optično vlakno zelo bogat, se bodo z napredkom tehnologije stroški še znižali; medtem ko je bakren material, potreben za kabel, omejen, bo cena vedno višja. Prenos po optičnih vlaknih bo v prihodnosti očitno imel absolutno prednost in bo postal najpomembnejši način prenosa za vzpostavitev kabelskih TV omrežij v celotni pokrajini in celo državi.
Načelo strukture
Optično vlakno je sestavljeno iz dveh plasti stekla z različnimi lomnimi količniki. Notranji sloj je optično notranje jedro s premerom od nekaj mikrometrov do nekaj deset mikrometrov, premer zunanje plasti pa je od 0,1 do 0,2 mm. Na splošno je lomni količnik notranjega stekla za 1 % večji od indeksa zunanjega stekla. Po principu loma svetlobe in popolnega odboja, ko je kot, pod katerim svetloba zadene vmesnik med notranjim jedrom in zunanjo plastjo, večji od kritičnega kota za popoln odboj, svetloba ne more preiti skozi vmesnik in se popolnoma odbije .
Oslabitev vlaken
Glavni dejavniki, ki povzročajo slabljenje vlaken, so: notranji, upogib, stiskanje, nečistoče, neravnine in čelni spoji itd.
Vrojeno
To je prirojena izguba optičnih vlaken, vključno z: Rayleighovim sipanjem, inherentno absorpcijo itd.
upogibanje
Ko je optično vlakno upognjeno, se del svetlobe v optičnem vlaknu izgubi zaradi sipanja, kar povzroči izgubo.
ekstrudiranje
Izguba zaradi rahlega upogibanja, ko se optično vlakno stisne.
Nečistoča
Nečistoče v optičnem vlaknu absorbirajo in razpršijo svetlobo, ki se širi v optičnem vlaknu, kar povzroči izgubo.
Neenakomerno
Izguba zaradi neenakomernega lomnega količnika materiala iz optičnih vlaken.
Priklop
Izguba, ki jo povzroči zadetek vlaken, kot so: različna os (koaksialnost enomodnega vlakna mora biti manjša od 0,8 μm), končna stran ni pravokotna na os, končna stran ni ravna, premer jedra jedra je ni usklajen in kakovost spajanja je slaba.
Umetno dušenje
Pri dejanskem delu je včasih potrebno izvesti umetno dušenje optičnih vlaken, kot so dušilniki optičnih vlaken, ki se uporabljajo v optičnih komunikacijskih sistemih za odpravljanje napak v zmogljivosti optične moči, odpravljanje napak pri kalibraciji instrumenta z optičnimi vlakni in dušenje signala optičnih vlaken.
način proizvodnje
Trenutno je optično vlakno, ki se uporablja v komunikaciji, na splošno optično vlakno iz silicijevega dioksida. Kemično ime kremena je silicijev dioksid (SiO2), ki ima enako glavno sestavo kot pesek, ki ga uporabljamo za gradnjo hiš. Za komunikacijo pa ni mogoče uporabiti optičnih vlaken iz navadnih kremenovih materialov. Komunikacijsko optično vlakno mora biti sestavljeno iz materialov izjemno visoke čistosti; vendar pa lahko dodajanje majhne količine dopanta v glavni material nekoliko spremeni lomni količnik jedra in obloge, kar je koristno za komunikacijo.
Obstaja veliko metod za izdelavo predoblik optičnih vlaken po metodi VAD. Trenutno obstajajo predvsem: in-tube CVD (kemično nanašanje hlapov) metoda, metoda CVD v paličici, metoda PCVD (plazemsko kemično nanašanje hlapov) in metoda VAD (aksialno nanašanje hlapov). Toda ne glede na to, katera metoda se uporablja, je treba predoblikovanec najprej izdelati pri visoki temperaturi, nato pa segreti in zmehčati v visokotemperaturni peči, potegniti v filament in nato premazati in uliti, da postane žica z jedrom iz optičnih vlaken. Proizvodnja optičnih vlaken zahteva, da mora biti vsak proces sorazmerno natančen in nadzorovan z računalnikom. Pri izdelavi optičnih vlaken moramo biti pozorni na:
Predoblik optičnih vlaken, izdelan po VAD metodi
①Čistost surovin iz optičnih vlaken mora biti zelo visoka.
②Preprečiti je treba onesnaženje z nečistočami in zračni mehurčki, da bi vstopili v optično vlakno.
③ Za natančen nadzor porazdelitve lomnega količnika;
④ Pravilno nadzorujte strukturno velikost optičnega vlakna;
⑤ Zmanjšajte poškodbe brazgotine na površini optičnega vlakna in izboljšajte mehansko trdnost optičnega vlakna.
Metoda cevne palice
Stekleno palico z notranjim jedrom vstavite v zunanjo stekleno cev (čim bližje), stopite in potegnite žico;
Metoda dvojnega lončka
V dveh koncentričnih platinastih lončkih vstavite notranje jedro in zunanjo stekleno frito v notranji oziroma zunanji lonček;
Metoda molekularnega polnjenja
Palica iz mikroporoznega silicijevega dioksida se potopi v raztopino dodatka z visokim lomnim količnikom, da dobimo presečno strukturo zahtevane porazdelitve lomnega količnika, nato pa se izvede operacija vlečenja. Postopek je bolj zapleten. V komunikaciji z optičnimi vlakni se lahko uporabljajo tudi notranje in zunanje metode nanašanja hlapov, da se zagotovi proizvodnja optičnih vlaken z nizko stopnjo optičnih izgub.
Spajanje vesolja
Napravo za vlečenje vlaken postavite v okolje z mikrogravitacijo, da jo povlečete, in dobite lahko ultra dolgo visokokakovostno svetlobno vodilo, ki ni na voljo na zemlji.
Razvrstitev vlaken
V skladu z metodo razvrščanja različnih standardov klasifikacije optičnih vlaken bo isto optično vlakno imelo različna imena.
Razvrščeno po materialu iz vlaken
Glede na material optičnega vlakna lahko vrste optičnih vlaken razdelimo na kremenovo optično vlakno in v celoti plastično optično vlakno.
Silicijeva vlakna se na splošno nanašajo na optično vlakno, sestavljeno iz jedra dopiranega silicijevega dioksida in obloge iz dopiranega silicijevega dioksida. To vlakno ima zelo nizke izgube in zmerno disperzijo. Trenutno je velika večina optičnih vlaken za komunikacijo kvarčnih optičnih vlaken.
Popolnoma plastično optično vlakno je nova vrsta optičnega vlakna za komunikacijo, ki je še v fazi razvoja in testiranja. Popolnoma plastična vlakna imajo značilnosti velike izgube, debelega jedra (100-600 μm v premeru), velike številčne odprtine (NA) (običajno 0,3-0,5, ki jo je mogoče povezati s svetlobnimi viri z večjimi svetlobnimi pikami) in nizkih proizvodnih stroškov. Trenutno so popolnoma plastična optična vlakna primerna za krajše aplikacije, kot so notranje računalniško omrežje in komunikacija na ladjah.
Razvrstitev po porazdelitvi lomnega količnika profila vlaken
Glede na različno porazdelitev lomnega količnika profila vlaken lahko vrste vlaken razdelimo na vlakna stopničastega tipa in vlakna razvrščenega tipa.
Razvrščeno po načinu prenosa
Glede na število načinov prenosa optičnih vlaken lahko vrste optičnih vlaken razdelimo na večmodna optična vlakna in enomodna optična vlakna.
Enomodno vlakno je vlakno, ki lahko oddaja samo en način. Enomodno vlakno lahko oddaja samo osnovni način (način najnižjega reda), ni razlike med načini zakasnitve in ima veliko večjo pasovno širino kot večmodno vlakno, kar je zelo pomembno za prenos visoke hitrosti. Premer modnega polja enomodnega vlakna je le nekaj mikronov (μm), njegova pasovna širina pa je na splošno za en ali dva reda velikosti višja kot pri razvrščenih večmodnih vlaknih. Zato je primeren za komunikacije na velike razdalje.
Razvrstitev po mednarodnih standardih (razvrstitev po priporočilih ITU-T)
Da bi optično vlakno imelo enoten mednarodni standard, je Mednarodna telekomunikacijska zveza (ITU-T) oblikovala enoten standard za optična vlakna (standard G). V skladu s priporočili ITU-T o optičnih vlaknih lahko vrste optičnih vlaken razdelimo na:
G.651 vlakno (50/125 μm večmodno razvrščeno indeksno vlakno)
G.652 vlakno (nedisperzijsko premaknjeno vlakno)
G.653 vlakno (disperzijsko premaknjeno vlakno DSF)
G.654 vlakno (optično vlakno s premikom valovne dolžine)
Vlakno G.655 (vlakno z razpršitvijo brez ničelne disperzije).
Da bi zadostili potrebam razvoja novih tehnologij, je bilo sedanje vlakno G.652 nadalje razdeljeno na tri podkategorije G.652A, G.652B in G.652C, G.655 pa je nadalje razdeljeno na G.655A in G.655B. Podkategorije.
V skladu s standardno klasifikacijo IEC standard IEC deli vrste optičnih vlaken na
Večmodno vlakno tipa A:
A1a večmodno vlakno (večmodno vlakno tipa 50/125 μm)
Večmodno vlakno A1b (večmodno vlakno tipa 62,5/125 μm)
A1d večmodno vlakno (večmodno vlakno tipa 100/140 μm)
Enomodno vlakno razreda B:
B1.1 ustreza vlaknu G652, vlakno B1.3 pa je dodano, da ustreza vlaknu G652C
B1.2 ustreza vlaknu G654
B2 vlakno ustreza vlaknu G.653
B4 vlakno ustreza vlaknu G.655
