Πλεονεκτήματα μετάδοσης
Μέχρι το 1960, ο Αμερικανός επιστήμονας Μάιμαν εφηύρε το πρώτο λέιζερ του κόσμου', το οποίο παρείχε μια καλή πηγή φωτός για οπτικές επικοινωνίες. Μετά από περισσότερες από δύο δεκαετίες, οι άνθρωποι έκαναν έρευνα σε μέσα οπτικής μετάδοσης και τελικά κατασκεύασαν οπτικές ίνες χαμηλών απωλειών, θέτοντας έτσι τον ακρογωνιαίο λίθο των οπτικών επικοινωνιών. Από τότε, οι οπτικές επικοινωνίες έχουν εισέλθει σε ένα στάδιο ταχείας ανάπτυξης.
Η μετάδοση οπτικών ινών έχει πολλά εξαιρετικά πλεονεκτήματα:
Εύρος ζώνης συχνότητας
Το πλάτος της ζώνης συχνοτήτων αντιπροσωπεύει το μέγεθος της χωρητικότητας μετάδοσης. Όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα του φορέα, τόσο μεγαλύτερο είναι το εύρος ζώνης του σήματος που μπορεί να μεταδοθεί. Στη ζώνη συχνοτήτων VHF, η φέρουσα συχνότητα είναι 48,5 MHz × 300 Mhz. Με εύρος ζώνης περίπου 250 MHz, μπορεί να μεταδώσει μόνο 27 τηλεοράσεις και δεκάδες εκπομπές FM. Η συχνότητα του ορατού φωτός φτάνει τα 100.000 GHz, που είναι περισσότερο από ένα εκατομμύριο φορές υψηλότερη από τη ζώνη συχνοτήτων VHF. Αν και η οπτική ίνα έχει διαφορετικές απώλειες για διαφορετικές συχνότητες φωτός, το εύρος ζώνης επηρεάζεται, αλλά το εύρος ζώνης στην περιοχή με τις χαμηλότερες απώλειες μπορεί επίσης να φτάσει τα 30.000 GHz. Προς το παρόν, το εύρος ζώνης μιας μοναδικής πηγής φωτός καταλαμβάνει μόνο ένα μικρό μέρος της (η ζώνη συχνοτήτων της ίνας πολλαπλών λειτουργιών είναι περίπου αρκετές εκατοντάδες MHz και μια καλή ίνα μονής λειτουργίας μπορεί να φτάσει περισσότερα από 10 GHz). Η χρήση προηγμένης συνεκτικής οπτικής επικοινωνίας μπορεί να οργανώσει 2.000 φώτα στην περιοχή των 30.000 GHz. Φορέας, πολυπλεξία διαίρεσης μήκους κύματος, μπορεί να φιλοξενήσει εκατομμύρια κανάλια.
Χαμηλή απώλεια
Σε ένα σύστημα που αποτελείται από ομοαξονικά καλώδια, το καλύτερο καλώδιο έχει απώλεια μεγαλύτερη από 40 dB ανά χιλιόμετρο κατά τη μετάδοση σημάτων 800 MHz. Αντίθετα, η απώλεια οπτικής ίνας είναι πολύ μικρότερη, η μετάδοση 1,31um φωτός, η απώλεια ανά χιλιόμετρο είναι κάτω από 0,35dB, εάν η μετάδοση 1,55um φωτός, η απώλεια ανά χιλιόμετρο είναι μικρότερη, έως 0,2dB ή πιο λιγο. Αυτό είναι 100 εκατομμύρια φορές μικρότερο από την απώλεια ισχύος ενός ομοαξονικού καλωδίου, καθιστώντας δυνατή τη μετάδοση σε πολύ μεγαλύτερη απόσταση. Επιπλέον, η απώλεια μετάδοσης οπτικών ινών έχει δύο χαρακτηριστικά. Το ένα είναι ότι έχει την ίδια απώλεια σε όλα τα καλωδιακά τηλεοπτικά κανάλια, και δεν χρειάζεται να εισαγάγετε ισοσταθμιστή για εξισορρόπηση όπως ένας κορμός καλωδίου. το άλλο είναι ότι η απώλειά του σχεδόν δεν αλλάζει με τη θερμοκρασία, οπότε δεν χρειάζεται να ανησυχείτε για αυτό. Οι αλλαγές στη θερμοκρασία περιβάλλοντος προκαλούν διακυμάνσεις της στάθμης του δικτύου.
Ελαφρύ βάρος
Επειδή η οπτική ίνα είναι πολύ λεπτή, η διάμετρος του σύρματος πυρήνα ινών μονής λειτουργίας είναι γενικά 4um ~ 10um και η εξωτερική διάμετρος είναι μόνο 125um. Με αδιάβροχο στρώμα, ενισχυτικές νευρώσεις, θήκη κ.λπ., η διάμετρος ενός οπτικού καλωδίου που αποτελείται από 4 έως 48 οπτικές ίνες είναι μικρότερη από 13 mm. Είναι πολύ μικρότερο από το τυπικό ομοαξονικό καλώδιο με διάμετρο 47 mm. Επιπλέον, η οπτική ίνα είναι μια γυάλινη ίνα με μικρό ειδικό βάρος, γεγονός που την κάνει να έχει τα χαρακτηριστικά της μικρής διαμέτρου και του μικρού βάρους και είναι πολύ βολική στην εγκατάσταση.
Ισχυρή ικανότητα κατά των παρεμβολών
Επειδή το βασικό συστατικό της οπτικής ίνας είναι ο χαλαζίας, μεταδίδει μόνο φως, δεν άγει ηλεκτρισμό και δεν επηρεάζεται από ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Τα οπτικά σήματα που μεταδίδονται σε αυτό δεν επηρεάζονται από ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Επομένως, η μετάδοση οπτικών ινών έχει ισχυρή αντίσταση σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές και βιομηχανικές παρεμβολές. Ακριβώς λόγω αυτού, το σήμα που μεταδίδεται στην οπτική ίνα δεν είναι εύκολο να υποκλαπεί, γεγονός που συμβάλλει στην εμπιστευτικότητα.
Υψηλή αξιοπιστία
Επειδή η μετάδοση οπτικών ινών γενικά δεν απαιτεί ενίσχυση ρελέ, δεν θα εισάγει νέες μη γραμμικές παραμορφώσεις λόγω της ενίσχυσης. Εφόσον η γραμμικότητα του λέιζερ είναι καλή, το τηλεοπτικό σήμα μπορεί να μεταδοθεί με υψηλή πιστότητα. Η πραγματική δοκιμή δείχνει ότι ο λόγος τριπλού παλμού συνδυασμού φορέων C/CTB ενός καλού συστήματος ινών AM είναι μεγαλύτερος από 70 dB και ο δείκτης ενδοδιαμόρφωσης cM είναι επίσης μεγαλύτερος από 60 dB, που είναι πολύ υψηλότερος από τον δείκτη μη γραμμικής παραμόρφωσης του γενικού κορμού καλωδίου Σύστημα.
Αξιόπιστη απόδοση εργασίας
Γνωρίζουμε ότι η αξιοπιστία ενός συστήματος σχετίζεται με τον αριθμό των συσκευών που απαρτίζουν το σύστημα. Όσο περισσότερος εξοπλισμός, τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα αποτυχίας. Επειδή ο αριθμός του εξοπλισμού που περιέχεται στο σύστημα οπτικών ινών είναι μικρός (σε αντίθεση με ένα σύστημα καλωδίων που απαιτεί δεκάδες ενισχυτές), η αξιοπιστία είναι φυσικά υψηλή. Επιπλέον, η διάρκεια ζωής του εξοπλισμού οπτικών ινών είναι πολύ μεγάλη και ο χρόνος εργασίας χωρίς προβλήματα είναι 500.000 έως 750.000 ώρες. Μεταξύ αυτών, η μικρότερη διάρκεια ζωής είναι το λέιζερ στον οπτικό πομπό και η χαμηλότερη διάρκεια ζωής είναι περισσότερες από 100.000 ώρες. Επομένως, η απόδοση λειτουργίας ενός καλά σχεδιασμένου, σωστά εγκατεστημένου και διορθωμένου συστήματος οπτικών ινών είναι πολύ αξιόπιστη.
Το κόστος συνεχίζει να μειώνεται
Προς το παρόν, μερικοί άνθρωποι έχουν προτείνει έναν νέο νόμο του Moore', που ονομάζεται επίσης οπτικός νόμος (Optical Law). Ο νόμος αναφέρει ότι το εύρος ζώνης μετάδοσης πληροφοριών οπτικών ινών διπλασιάζεται κάθε 6 μήνες, ενώ η τιμή διπλασιάζεται. Η ανάπτυξη της τεχνολογίας οπτικών επικοινωνιών έχει θέσει μια πολύ καλή βάση για την ανάπτυξη της ευρυζωνικής τεχνολογίας του Διαδικτύου. Αυτό ξεκαθάρισε το τελευταίο εμπόδιο για τα συστήματα καλωδιακής τηλεόρασης μεγάλης κλίμακας να υιοθετήσουν μεθόδους μετάδοσης οπτικών ινών. Δεδομένου ότι η πηγή του υλικού (χαλαζίας) για την οπτική ίνα είναι πολύ άφθονη, με την πρόοδο της τεχνολογίας, το κόστος θα μειωθεί περαιτέρω. ενώ το υλικό χαλκού που απαιτείται για το καλώδιο είναι περιορισμένο, η τιμή θα είναι όλο και υψηλότερη. Προφανώς, η μετάδοση οπτικών ινών θα έχει ένα απόλυτο πλεονέκτημα στο μέλλον και θα γίνει η σημαντικότερη μέθοδος μετάδοσης για την εγκατάσταση δικτύων καλωδιακής τηλεόρασης σε ολόκληρη την επαρχία και ακόμη και σε ολόκληρη τη χώρα.
Αρχή δομής
Η οπτική ίνα αποτελείται από δύο στρώματα γυαλιού με διαφορετικούς δείκτες διάθλασης. Το εσωτερικό στρώμα είναι ένας οπτικός εσωτερικός πυρήνας με διάμετρο από αρκετά μικρόμετρα έως αρκετές δεκάδες μικρόμετρα και η διάμετρος του εξωτερικού στρώματος είναι 0,1 έως 0,2 mm. Γενικά, ο δείκτης διάθλασης του γυαλιού του εσωτερικού πυρήνα είναι 1% μεγαλύτερος από αυτόν του εξωτερικού γυαλιού. Σύμφωνα με την αρχή της διάθλασης του φωτός και της ολικής ανάκλασης, όταν η γωνία με την οποία το φως προσπίπτει στη διεπαφή μεταξύ του εσωτερικού πυρήνα και του εξωτερικού στρώματος είναι μεγαλύτερη από την κρίσιμη γωνία για την ολική ανάκλαση, το φως δεν μπορεί να περάσει από τη διεπιφάνεια και ανακλάται πλήρως .
Εξασθένιση ινών
Οι κύριοι παράγοντες που προκαλούν την εξασθένηση των ινών είναι: εγγενείς, κάμψη, συμπίεση, ακαθαρσίες, ανομοιομορφίες και αρθρώσεις πισινών κ.λπ.
Εσωτερικός
Είναι η εγγενής απώλεια οπτικής ίνας, που περιλαμβάνει: σκέδαση Rayleigh, εγγενή απορρόφηση κ.λπ.
κάμψη
Όταν η οπτική ίνα κάμπτεται, μέρος του φωτός στην οπτική ίνα θα χαθεί λόγω σκέδασης, με αποτέλεσμα την απώλεια.
εξώθηση
Απώλεια που προκαλείται από ελαφρά κάμψη όταν συμπιέζεται η οπτική ίνα.
Ακαθαρσία
Οι ακαθαρσίες στην οπτική ίνα απορροφούν και διασκορπίζουν το φως που διαδίδεται στην οπτική ίνα, προκαλώντας απώλεια.
Ανισος
Απώλεια που προκαλείται από τον ανομοιόμορφο δείκτη διάθλασης του υλικού οπτικών ινών.
Σύνδεση
Η απώλεια που προκαλείται από την άκρη ινών, όπως: διαφορετικός άξονας (η ομοαξονική ίνα μονής λειτουργίας απαιτείται να είναι μικρότερη από 0,8μm), η ακραία όψη δεν είναι κάθετη στον άξονα, η ακραία όψη δεν είναι επίπεδη, η διάμετρος του πυρήνα του κοντακίου είναι δεν ταιριάζει και η ποιότητα ματίσματος είναι κακή.
Τεχνητή εξασθένηση
Στην πραγματική εργασία, μερικές φορές είναι απαραίτητο να εκτελείται εξασθένιση τεχνητής οπτικής ίνας, όπως εξασθενητές οπτικών ινών που χρησιμοποιούνται σε συστήματα οπτικών επικοινωνιών για τον εντοπισμό σφαλμάτων της απόδοσης οπτικής ισχύος, τον εντοπισμό σφαλμάτων στη βαθμονόμηση οργάνων οπτικών ινών και την εξασθένηση σήματος οπτικών ινών.
μέθοδο παραγωγής
Επί του παρόντος, η οπτική ίνα που χρησιμοποιείται στην επικοινωνία είναι γενικά μια οπτική ίνα πυριτίου. Η χημική ονομασία του χαλαζία είναι διοξείδιο του πυριτίου (SiO2), το οποίο έχει την ίδια κύρια σύσταση με την άμμο που χρησιμοποιούμε για την κατασκευή σπιτιών. Ωστόσο, οι οπτικές ίνες από συνηθισμένα υλικά χαλαζία δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για επικοινωνία. Η οπτική ίνα επικοινωνίας πρέπει να αποτελείται από υλικά εξαιρετικά υψηλής καθαρότητας. Ωστόσο, η προσθήκη μικρής ποσότητας πρόσμιξης στο κύριο υλικό μπορεί να κάνει τον δείκτη διάθλασης του πυρήνα και την επένδυση ελαφρώς διαφορετικούς, κάτι που είναι ευεργετικό για την επικοινωνία.
Υπάρχουν πολλές μέθοδοι για την κατασκευή προμορφώματος οπτικών ινών με τη μέθοδο VAD. Επί του παρόντος, υπάρχουν κυρίως: μέθοδος CVD εντός σωλήνα (χημική εναπόθεση ατμού), μέθοδος CVD σε ράβδο, μέθοδος PCVD (χημική εναπόθεση ατμού πλάσματος) και μέθοδος VAD (αξονική εναπόθεση ατμού). Αλλά ανεξάρτητα από τη μέθοδο που χρησιμοποιείται, το προφόρμα πρέπει να κατασκευαστεί πρώτα σε υψηλή θερμοκρασία, και στη συνέχεια να θερμανθεί και να μαλακώσει σε έναν κλίβανο υψηλής θερμοκρασίας, να τραβήξει σε ένα νήμα και στη συνέχεια να επικαλυφθεί και να χυτευθεί για να γίνει σύρμα πυρήνα οπτικών ινών. Η κατασκευή οπτικών ινών απαιτεί ότι κάθε διαδικασία πρέπει να είναι αναλόγως ακριβής και να ελέγχεται από έναν υπολογιστή. Κατά τη διαδικασία κατασκευής οπτικών ινών, θα πρέπει να προσέξουμε:
Προφόρμα οπτικών ινών κατασκευασμένο με τη μέθοδο VAD
① Η καθαρότητα των πρώτων υλών οπτικών ινών πρέπει να είναι πολύ υψηλή.
②Είναι απαραίτητο να αποτραπεί η μόλυνση από ακαθαρσίες και οι φυσαλίδες αέρα από την είσοδο στην οπτική ίνα.
③ Για τον ακριβή έλεγχο της κατανομής του δείκτη διάθλασης.
④ Ελέγξτε σωστά το δομικό μέγεθος της οπτικής ίνας.
⑤ Ελαχιστοποιήστε τη ζημιά της ουλής στην επιφάνεια της οπτικής ίνας και βελτιώστε τη μηχανική αντοχή της οπτικής ίνας.
Μέθοδος στικ με σωλήνα
Εισαγάγετε τη γυάλινη ράβδο του εσωτερικού πυρήνα στον εξωτερικό γυάλινο σωλήνα (όσο πιο κοντά γίνεται), λιώστε και τραβήξτε το σύρμα.
Μέθοδος διπλού χωνευτηρίου
Σε δύο ομόκεντρα χωνευτήρια πλατίνας, τοποθετήστε τον εσωτερικό πυρήνα και το εξωτερικό γυάλινο χωνευτήρι στο εσωτερικό και το εξωτερικό χωνευτήριο αντίστοιχα.
Μέθοδος μοριακής πλήρωσης
Η μικροπορώδης γυάλινη ράβδος διοξειδίου του πυριτίου βυθίζεται στο διάλυμα πρόσθετου με υψηλό δείκτη διάθλασης για να ληφθεί η δομή διατομής της απαιτούμενης κατανομής δείκτη διάθλασης και στη συνέχεια εκτελείται η διαδικασία σχεδίασης. Η διαδικασία είναι πιο περίπλοκη. Στην επικοινωνία οπτικών ινών, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν εσωτερικές και εξωτερικές μέθοδοι εναπόθεσης ατμών για να διασφαλιστεί ότι μπορούν να κατασκευαστούν οπτικές ίνες με χαμηλό ρυθμό απώλειας οπτικών ινών.
Διαστημική σύντηξη
Τοποθετήστε τη συσκευή σχεδίασης ινών στο περιβάλλον μικροβαρύτητας του διαστήματος για να την τραβήξετε και μπορείτε να αποκτήσετε την εξαιρετικά μακριά ίνα οδηγού φωτός υψηλής ποιότητας που δεν είναι διαθέσιμη στη γη.
Ταξινόμηση ινών
Σύμφωνα με τη μέθοδο ταξινόμησης των διαφορετικών προτύπων ταξινόμησης οπτικών ινών, η ίδια οπτική ίνα θα έχει διαφορετικά ονόματα.
Ταξινόμηση ανά υλικό ινών
Σύμφωνα με το υλικό της οπτικής ίνας, οι τύποι οπτικών ινών μπορούν να χωριστούν σε οπτική ίνα χαλαζία και οπτική ίνα εξ ολοκλήρου πλαστική.
Η ίνα πυριτίου αναφέρεται γενικά σε μια οπτική ίνα που αποτελείται από έναν πυρήνα εμποτισμένου πυριτίου και μια επίστρωση ντοπαρισμένης πυριτίας. Αυτή η ίνα έχει πολύ χαμηλή απώλεια και μέτρια διασπορά. Επί του παρόντος, η συντριπτική πλειονότητα των οπτικών ινών επικοινωνίας είναι οπτικές ίνες χαλαζία.
Η πλήρως πλαστική οπτική ίνα είναι ένας νέος τύπος οπτικής ίνας για επικοινωνία, ο οποίος βρίσκεται ακόμη σε στάδιο ανάπτυξης και δοκιμής. Η πλαστική ίνα έχει τα χαρακτηριστικά μεγάλης απώλειας, παχύ πυρήνα (διάμετρος 100-600μm), μεγάλο αριθμητικό άνοιγμα (NA) (συνήθως 0,3-0,5, που μπορεί να συνδυαστεί με πηγές φωτός με μεγαλύτερα φωτεινά σημεία) και χαμηλό κόστος κατασκευής. Επί του παρόντος, η πλήρως πλαστική οπτική ίνα είναι κατάλληλη για εφαρμογές μικρότερου μήκους, όπως η δικτύωση υπολογιστών σε εσωτερικούς χώρους και η επικοινωνία σε πλοία.
Ταξινόμηση κατά κατανομή του δείκτη διάθλασης προφίλ ινών
Σύμφωνα με τη διαφορετική κατανομή του δείκτη διάθλασης του προφίλ των ινών, οι τύποι των ινών μπορούν να χωριστούν σε ίνες βηματικού τύπου και ίνες διαβαθμισμένου τύπου.
Ταξινόμηση ανά τρόπο μετάδοσης
Σύμφωνα με τον αριθμό των τρόπων μετάδοσης οπτικών ινών, οι τύποι των οπτικών ινών μπορούν να χωριστούν σε οπτικές ίνες πολλαπλών λειτουργιών και οπτικές ίνες μονής λειτουργίας.
Η ίνα μονής λειτουργίας είναι μια ίνα που μπορεί να μεταδώσει μόνο έναν τρόπο λειτουργίας. Η ίνα μονής λειτουργίας μπορεί να μεταδώσει μόνο τη βασική λειτουργία (λειτουργία χαμηλότερης τάξης), δεν υπάρχει διαφορά καθυστέρησης μεταξύ των λειτουργιών και έχει πολύ μεγαλύτερο εύρος ζώνης από την ίνα πολλαπλών λειτουργιών, κάτι που είναι πολύ σημαντικό για μετάδοση υψηλής ταχύτητας. Η διάμετρος πεδίου λειτουργίας μιας ίνας μονής λειτουργίας είναι μόνο μερικά μικρά (μm) και το εύρος ζώνης της είναι γενικά μία ή δύο τάξεις μεγέθους υψηλότερο από αυτό μιας διαβαθμισμένης πολύτροπης ίνας. Ως εκ τούτου, είναι κατάλληλο για επικοινωνίες μεγάλης χωρητικότητας, μεγάλων αποστάσεων.
Ταξινόμηση σύμφωνα με τα διεθνή πρότυπα (ταξινόμηση σύμφωνα με τις συστάσεις ITU-T)
Προκειμένου η οπτική ίνα να έχει ένα ενοποιημένο διεθνές πρότυπο, η Διεθνής Ένωση Τηλεπικοινωνιών (ITU-T) έχει διατυπώσει ένα ενιαίο πρότυπο οπτικών ινών (G standard). Σύμφωνα με τις συστάσεις της ITU-T για τις οπτικές ίνες, οι τύποι των οπτικών ινών μπορούν να χωριστούν σε:
Ίνα G.651 (50/125μm πολύτροπη ίνα βαθμονομημένης δείκτη)
Ίνα G.652 (ίνα μετατοπισμένης χωρίς διασπορά)
Ίνα G.653 (ίνα μετατοπισμένης διασποράς DSF)
Ίνα G.654 (ίνα μετατόπισης μήκους κύματος αποκοπής)
G.655 fiber (non-zero dispersion shifted fiber).
Προκειμένου να ανταποκριθεί στις ανάγκες της ανάπτυξης νέων τεχνολογιών, η τρέχουσα ίνα G.652 έχει περαιτέρω χωριστεί σε τρεις υποκατηγορίες G.652A, G.652B και G.652C και η ίνα G.655 χωρίζεται περαιτέρω σε G.655A και G.655B. Υποκατηγορίες.
Σύμφωνα με την τυπική ταξινόμηση IEC, το πρότυπο IEC χωρίζει τους τύπους των οπτικών ινών σε
Πολυτροπική ίνα τύπου Α:
Πολύτροπη ίνα A1a (πολυτροπική ίνα τύπου 50/125μm)
Πολύτροπη ίνα A1b (πολυτροπική ίνα τύπου 62,5/125μm)
Πολύτροπη ίνα A1d (πολυτροπική ίνα τύπου 100/140μm)
Μονότροπη ίνα κατηγορίας Β:
Το B1.1 αντιστοιχεί στην ίνα G652 και η ίνα B1.3 προστίθεται για να αντιστοιχεί στην ίνα G652C
Το B1.2 αντιστοιχεί στην ίνα G654
Η ίνα Β2 αντιστοιχεί στην ίνα G.653
Η ίνα Β4 αντιστοιχεί στην ίνα G.655
