Transmissionsfordele
Indtil 1960 opfandt den amerikanske videnskabsmand Maiman verdens's første laser, som gav en god lyskilde til optisk kommunikation. Efter mere end to årtier har folk forsket i optiske transmissionsmedier og endelig lavet optiske fibre med lavt tab og dermed lagt hjørnestenen i optisk kommunikation. Siden da er optisk kommunikation gået ind i et stadie med hurtig udvikling.
Optisk fibertransmission har mange enestående fordele:
Frekvens båndbredde
Bredden af frekvensbåndet repræsenterer størrelsen af transmissionskapaciteten. Jo højere frekvensen på bærebølgen er, jo større er båndbredden af signalet, der kan transmitteres. I VHF-frekvensbåndet er bærefrekvensen 48,5MHz~300Mhz. Med en båndbredde på omkring 250MHz kan den kun transmittere 27 tv-apparater og snesevis af FM-udsendelser. Frekvensen af synligt lys når 100.000 GHz, hvilket er mere end en million gange højere end VHF-frekvensbåndet. Selvom den optiske fiber har forskellige tab for forskellige lysfrekvenser, er båndbredden påvirket, men båndbredden i den laveste tabsregion kan også nå 30.000 GHz. På nuværende tidspunkt optager båndbredden af en enkelt lyskilde kun en lille del af den (frekvensbåndet for multi-mode fiber er omkring flere hundrede MHz, og en god single-mode fiber kan nå mere end 10 GHz). Brugen af avanceret sammenhængende optisk kommunikation kan arrangere 2.000 lys i området 30.000 GHz. Bærer, bølgelængdedelingsmultipleksing, kan rumme millioner af kanaler.
Lavt tab
I et system sammensat af koaksialkabler har det bedste kabel et tab på mere end 40dB pr. kilometer ved udsendelse af 800MHz-signaler. I modsætning hertil er tabet af optisk fiber meget mindre, transmissionen af 1,31um lys, tabet pr. kilometer er under 0,35dB, hvis transmissionen af 1,55um lys, tabet pr. kilometer er mindre, op til 0,2dB eller mindre. Dette er 100 millioner gange mindre end strømtabet for et koaksialkabel, hvilket gør det muligt at transmittere på meget længere afstand. Derudover har optisk fiber transmissionstab to karakteristika. Den ene er, at den har samme tab i alle kabel-tv-kanaler, og der er ingen grund til at indføre en equalizer til udligning som en kabelstamme; den anden er, at dets tab næsten ikke ændrer sig med temperaturen, så du behøver ikke bekymre dig om det. Ændringer i den omgivende temperatur forårsager udsving i netniveauet.
Let vægt
Fordi den optiske fiber er meget tynd, er diameteren af single-mode fiberkernetråden generelt 4um ~ 10um, og den ydre diameter er kun 125um. Med vandtæt lag, forstærkende ribber, kappe osv., er diameteren af et optisk kabel sammensat af 4 til 48 optiske fibre mindre end 13 mm. Det er meget mindre end standard koaksialkabel med en diameter på 47 mm. Derudover er den optiske fiber en glasfiber med en lille vægtfylde, hvilket gør den har egenskaberne med lille diameter og let vægt, og den er meget praktisk at installere.
Stærk anti-interferens evne
Fordi den grundlæggende komponent i optisk fiber er kvarts, transmitterer den kun lys, leder ikke elektricitet og påvirkes ikke af elektromagnetiske felter. De optiske signaler, der transmitteres i den, påvirkes ikke af elektromagnetiske felter. Derfor har optisk fibertransmission stærk modstand mod elektromagnetisk interferens og industriel interferens. Netop derfor er signalet, der transmitteres i den optiske fiber, ikke let at aflytte, hvilket er befordrende for fortroligheden.
Høj troskab
Fordi optisk fibertransmission generelt ikke kræver relæforstærkning, vil den ikke introducere nye ikke-lineære forvrængninger på grund af forstærkning. Så længe laserens linearitet er god, kan tv-signalet transmitteres med high fidelity. Den faktiske test viser, at carrier-kombinationen triple beat-forhold C/CTB i et godt AM-fibersystem er mere end 70dB, og intermodulationsindekset cM er også mere end 60dB, hvilket er meget højere end det ikke-lineære forvrængningsindeks for den generelle kabelstamme system.
Pålidelig arbejdsydelse
Vi ved, at et systems pålidelighed er relateret til antallet af enheder, der udgør systemet. Jo mere udstyr, jo større er chancen for fejl. Fordi antallet af udstyr indeholdt i det optiske fibersystem er lille (i modsætning til et kabelsystem, der kræver snesevis af forstærkere), er pålideligheden naturligvis høj. Derudover er det optiske fiberudstyrs levetid meget lang, og den problemfrie arbejdstid er 500.000 til 750.000 timer. Blandt dem er den korteste levetid laseren i den optiske sender, og den laveste levetid er mere end 100.000 timer. Derfor er arbejdsydelsen af et veldesignet, korrekt installeret og fejlrettet optisk fibersystem meget pålidelig.
Omkostningerne fortsætter med at falde
På nuværende tidspunkt har nogle mennesker foreslået en ny Moore's lov, også kaldet den optiske lov (Optical Law). Loven siger, at båndbredden for optisk fibertransmission af information fordobles hver 6. måned, mens prisen fordobles. Udviklingen af optisk kommunikationsteknologi har lagt et rigtig godt grundlag for udviklingen af internetbredbåndsteknologi. Dette fjernede den sidste hindring for storskala kabel-tv-systemer til at vedtage optiske fibertransmissionsmetoder. Da kilden til materialet (kvarts) til den optiske fiber er meget rigelig, med fremskridt inden for teknologi, vil omkostningerne blive yderligere reduceret; mens det nødvendige kobbermateriale til kablet er begrænset, vil prisen blive højere og højere. Det er klart, at fiberoptisk transmission vil have en absolut fordel i fremtiden, og det vil blive den vigtigste transmissionsmetode til etablering af kabel-tv-netværk i hele provinsen og endda hele landet.
Strukturprincip
Den optiske fiber er sammensat af to lag glas med forskellige brydningsindekser. Det indre lag er en optisk indre kerne med en diameter på adskillige mikrometer til flere ti mikrometer, og diameteren af det ydre lag er 0,1 til 0,2 mm. Generelt er brydningsindekset for det indre kerneglas 1 % større end det ydre glas. Ifølge princippet om lysbrydning og total refleksion, når den vinkel, hvormed lyset rammer grænsefladen mellem den indre kerne og det ydre lag, er større end den kritiske vinkel for total refleksion, kan lyset ikke passere gennem grænsefladen og reflekteres fuldstændigt .
Fiberdæmpning
De vigtigste faktorer, der forårsager fiberdæmpning, er: indre, bøjning, klem, urenheder, ujævnheder og stødsamlinger mv.
Iboende
Det er det iboende tab af optisk fiber, herunder: Rayleigh-spredning, iboende absorption osv.
bøjning
Når den optiske fiber bøjes, vil en del af lyset i den optiske fiber gå tabt på grund af spredning, hvilket resulterer i tab.
ekstrudering
Tab forårsaget af let bøjning, når den optiske fiber klemmes.
Urenhed
Urenheder i den optiske fiber absorberer og spreder lyset, der forplanter sig i den optiske fiber, hvilket forårsager tab.
Ujævn
Tab forårsaget af det uensartede brydningsindeks af det optiske fibermateriale.
Docking
Tabet forårsaget af fiberstød, såsom: anden akse (single-mode fiberkoaksialitet er påkrævet at være mindre end 0,8μm), endefladen er ikke vinkelret på aksen, endefladen er ikke flad, buttkernens diameter er ikke matchet, og splejsningskvaliteten er dårlig.
Kunstig dæmpning
I det faktiske arbejde er det nogle gange nødvendigt at udføre kunstig dæmpning af optiske fibre, såsom dæmpning af optiske fibre, der bruges i optiske kommunikationssystemer til at fejlsøge optisk strømydelse, kalibrering af optiske fibre og dæmpning af optiske fibres signaler.
produktionsmetode
På nuværende tidspunkt er den optiske fiber, der anvendes til kommunikation, generelt en optisk silicafiber. Det kemiske navn for kvarts er siliciumdioxid (SiO2), som har samme hovedsammensætning som det sand, vi bruger til at bygge huse med. Optiske fibre lavet af almindelige kvartsmaterialer kan dog ikke bruges til kommunikation. Kommunikationsoptisk fiber skal være sammensat af materialer med ekstrem høj renhed; dog kan tilsætning af en lille mængde dopingmiddel i hovedmaterialet gøre brydningsindekset for kernen og beklædningen en smule anderledes, hvilket er gavnligt for kommunikationen.
Der er mange metoder til fremstilling af optisk fiberpræform ved VAD-metoden. På nuværende tidspunkt er der hovedsageligt: in-tube CVD (kemisk dampaflejring) metode, in-rod CVD metode, PCVD (plasma kemisk dampaflejring) metode og VAD (aksial dampaflejring) metode. Men uanset hvilken metode der bruges, skal præformen først fremstilles ved høj temperatur og derefter opvarmes og blødgøres i en højtemperaturovn, trækkes ind i en filament og derefter coates og støbes til en optisk fiberkernetråd. Fremstillingen af optiske fibre kræver, at hver proces skal være passende præcis og kontrolleret af en computer. I processen med at fremstille optisk fiber bør vi være opmærksomme på:
Optisk fiber præform fremstillet ved VAD-metoden
①Renheden af optiske fiberråmaterialer skal være meget høj.
②Det er nødvendigt at forhindre forurening af urenheder og luftbobler i at trænge ind i den optiske fiber.
③ For nøjagtigt at kontrollere fordelingen af brydningsindeks;
④ Kontroller den strukturelle størrelse af den optiske fiber korrekt;
⑤ Minimer arskaden på overfladen af den optiske fiber og forbedre den mekaniske styrke af den optiske fiber.
Tube stick metode
Indsæt den indvendige kerneglasstang i det ydre glasrør (så tæt som muligt), smelt og træk tråden;
Dobbelt smeltedigel metode
I to koncentriske platin-digler sættes den indre kerne og den ydre glasfritte i henholdsvis den indre og den ydre digel;
Molekylær påfyldningsmetode
Den mikroporøse silicaglasstav nedsænkes i additivopløsningen med højt brydningsindeks for at opnå tværsnitsstrukturen af den nødvendige brydningsindeksfordeling, og derefter udføres tegneoperationen. Processen er mere kompliceret. I optisk fiberkommunikation kan interne og eksterne dampaflejringsmetoder også bruges til at sikre, at optiske fibre med lav optisk tabsrate kan fremstilles.
Rumfusion
Sæt fibertrækkeanordningen i rummets mikrogravitationsmiljø for at trække den, og du kan få den ultralange højkvalitets lyslederfiber, der ikke er tilgængelig på jorden.
Fiber klassificering
Ifølge klassificeringsmetoden for forskellige optiske fiberklassificeringsstandarder vil den samme optiske fiber have forskellige navne.
Klassificeret efter fibermateriale
I henhold til materialet af den optiske fiber kan typerne af optisk fiber opdeles i optisk kvartsfiber og helt plastisk optisk fiber.
Silicafiber refererer generelt til en optisk fiber sammensat af en doteret silicakerne og en doteret silicabeklædning. Denne fiber har meget lavt tab og moderat spredning. På nuværende tidspunkt er langt de fleste optiske fibre til kommunikation kvarts optiske fibre.
All-plastic optisk fiber er en ny type optisk fiber til kommunikation, som stadig er i udviklings- og forsøgsfasen. Helt plastisk fiber har karakteristika af stort tab, tyk kerne (100-600μm i diameter), stor numerisk åbning (NA) (normalt 0,3-0,5, som kan kobles sammen med lyskilder med større lyspletter) og lave fremstillingsomkostninger. På nuværende tidspunkt er optisk fiber helt af plast velegnet til anvendelser med kortere længde, såsom indendørs computernetværk og kommunikation i skibe.
Klassificering efter fiberprofilens brydningsindeksfordeling
Ifølge fiberprofilens forskellige brydningsindeksfordeling kan fibertyperne opdeles i trin-type fibre og graduerede fibre.
Klassificeret efter transmissionstilstand
I henhold til antallet af optiske fibertransmissionstilstande kan typerne af optiske fibre opdeles i multi-mode optiske fibre og single-mode optiske fibre.
Single-mode fiber er en fiber, der kun kan transmittere én tilstand. Single-mode fiber kan kun transmittere den fundamentale tilstand (laveste ordenstilstand), der er ingen inter-mode forsinkelsesforskel og har en meget større båndbredde end multi-mode fiber, hvilket er meget vigtigt for højhastighedstransmission. Mode-feltdiameteren af en single-mode fiber er kun nogle få mikron (μm), og dens båndbredde er generelt en eller to størrelsesordener højere end den for en graderet multimode fiber. Derfor er den velegnet til langdistancekommunikation med stor kapacitet.
Klassificering i henhold til internationale standarder (klassificering i henhold til ITU-T anbefalinger)
For at få den optiske fiber til at have en samlet international standard, har International Telecommunication Union (ITU-T) formuleret en samlet optisk fiberstandard (G-standard). Ifølge ITU-T anbefalingerne om optiske fibre kan typerne af optiske fibre opdeles i:
G.651 fiber (50/125μm multimode graderet indeksfiber)
G.652 fiber (ikke-dispersion forskudt fiber)
G.653 fiber (dispersion shifted fiber DSF)
G.654 fiber (afskæringsbølgelængdeforskydningsfiber)
G.655 fiber (ikke-nul dispersion forskudt fiber).
For at imødekomme behovene for udvikling af nye teknologier er den nuværende G.652-fiber yderligere blevet opdelt i tre underkategorier G.652A, G.652B og G.652C, og G.655-fiber er yderligere opdelt i G.655A og G.655B. Underkategorier.
I henhold til IEC-standardklassificeringen opdeler IEC-standarden typerne af optiske fibre i
Type A multimode fiber:
A1a Multimode fiber (50/125μm type multimode fiber)
A1b multimode fiber (62,5/125μm type multimode fiber)
A1d multimode fiber (100/140μm type multimode fiber)
Klasse B single-mode fiber:
B1.1 svarer til G652 fiber, og B1.3 fiber er tilføjet for at svare til G652C fiber
B1.2 svarer til G654 fiber
B2 fiber svarer til G.653 fiber
B4 fiber svarer til G.655 fiber
