Přednosti přenosu
Až do roku 1960 vynalezl americký vědec Maiman první laser na světě', který poskytoval dobrý zdroj světla pro optickou komunikaci. Po více než dvou desetiletích lidé provedli výzkum optických přenosových médií a nakonec vyrobili nízkoztrátová optická vlákna, čímž položili základní kámen optické komunikace. Od té doby optické komunikace vstoupily do fáze rychlého rozvoje.
Přenos optickým vláknem má mnoho vynikajících výhod:
Šířka frekvenčního pásma
Šířka frekvenčního pásma představuje velikost přenosové kapacity. Čím vyšší je frekvence nosné, tím větší je šířka pásma signálu, který lze přenášet. Ve frekvenčním pásmu VHF je nosná frekvence 48,5 MHz až 300 MHz. Se šířkou pásma asi 250 MHz může přenášet pouze 27 TV přijímačů a desítky FM vysílání. Frekvence viditelného světla dosahuje 100 000 GHz, což je více než milionkrát více než frekvenční pásmo VHF. Ačkoli má optické vlákno různé ztráty pro různé frekvence světla, je ovlivněna šířka pásma, ale šířka pásma v oblasti s nejnižšími ztrátami může také dosáhnout 30 000 GHz. V současné době zabírá šířka pásma jednoho světelného zdroje pouze jeho malou část (frekvenční pásmo vícevidového vlákna je asi několik stovek MHz a dobré jednovidové vlákno může dosáhnout více než 10 GHz). Použití pokročilé koherentní optické komunikace může uspořádat 2 000 světel v rozsahu 30 000 GHz. Nosná, vlnová délka multiplexování, může pojmout miliony kanálů.
Nízká ztráta
V systému složeném z koaxiálních kabelů má nejlepší kabel při přenosu 800MHz signálů ztrátu více než 40 dB na kilometr. Oproti tomu ztráta optického vlákna je mnohem menší, propustnost světla 1,31um, ztráta na kilometr je pod 0,35dB, při prostupu světla 1,55um je ztráta na kilometr menší, do 0,2dB resp. méně. To je 100 milionkrát menší než ztráta energie u koaxiálního kabelu, což umožňuje přenos na mnohem delší vzdálenost. Kromě toho má přenosová ztráta optického vlákna dvě vlastnosti. Jedním z nich je, že má stejnou ztrátu ve všech kanálech kabelové televize a není třeba zavádět ekvalizér pro ekvalizaci jako kabelový kanál; další je, že jeho ztráta se s teplotou téměř nemění, takže se o to nemusíte starat. Změny okolní teploty způsobují kolísání hladiny v síti.
Lehká váha
Vzhledem k tomu, že optické vlákno je velmi tenké, průměr jednovidového vlákna jádra je obecně 4um ~ 10um a vnější průměr je pouze 125um. S vodotěsnou vrstvou, výztužnými žebry, pláštěm atd. je průměr optického kabelu složeného ze 4 až 48 optických vláken menší než 13 mm. Je mnohem menší než standardní koaxiální kabel o průměru 47 mm. Optické vlákno je navíc skleněné vlákno s malou měrnou hmotností, díky čemuž má vlastnosti malého průměru a nízké hmotnosti a jeho instalace je velmi pohodlná.
Silná schopnost proti rušení
Protože základní složkou optického vlákna je křemen, pouze propouští světlo, nevede elektřinu a neovlivňují ho elektromagnetická pole. Optické signály v něm přenášené nejsou ovlivněny elektromagnetickými poli. Proto má přenos optickým vláknem silnou odolnost proti elektromagnetickému rušení a průmyslovému rušení. Právě kvůli tomu není snadné odposlouchávat signál přenášený v optickém vláknu, což přispívá k utajení.
Vysoká kvalita reprodukce zvuku
Protože přenos optickým vláknem obecně nevyžaduje zesílení relé, nebude zavádět nová nelineární zkreslení v důsledku zesílení. Dokud je linearita laseru dobrá, lze televizní signál přenášet s vysokou věrností. Skutečný test ukazuje, že poměr trojitého tepu C/CTB v kombinaci nosičů u dobrého systému AM vláken je více než 70 dB a intermodulační index cM je také více než 60 dB, což je mnohem vyšší než index nelineárního zkreslení běžného kabelového svazku. Systém.
Spolehlivý pracovní výkon
Víme, že spolehlivost systému souvisí s počtem zařízení, která systém tvoří. Čím více vybavení, tím větší šance na selhání. Protože počet zařízení obsažených v systému optických vláken je malý (na rozdíl od kabelového systému, který vyžaduje desítky zesilovačů), spolehlivost je přirozeně vysoká. Kromě toho je životnost zařízení s optickým vláknem velmi dlouhá a doba bezproblémové práce je 500 000 až 750 000 hodin. Mezi nimi má nejkratší životnost laser v optickém vysílači a nejnižší životnost je více než 100 000 hodin. Proto je pracovní výkon dobře navrženého, správně nainstalovaného a odladěného systému optických vláken velmi spolehlivý.
Náklady nadále klesají
V současné době někteří lidé navrhli nový Moorův's zákon, nazývaný také optický zákon (optický zákon). Zákon uvádí, že šířka pásma přenosu informací optickým vláknem se každých 6 měsíců zdvojnásobí, přičemž cena se zdvojnásobí. Rozvoj optických komunikačních technologií položil velmi dobrý základ pro rozvoj internetové širokopásmové technologie. To odstranilo poslední překážku pro velké systémy kabelové televize, aby přijaly metody přenosu optických vláken. Vzhledem k tomu, že zdroj materiálu (křemen) pro optické vlákno je velmi bohatý, s pokrokem technologie se náklady dále sníží; zatímco měděný materiál potřebný pro kabel je omezený, cena bude stále vyšší. Je zřejmé, že přenos optickými vlákny bude mít v budoucnu absolutní výhodu a stane se nejdůležitějším přenosovým způsobem pro zřízení sítí kabelové televize v celé provincii a dokonce i v celé zemi.
Princip struktury
Optické vlákno je složeno ze dvou vrstev skla s různými indexy lomu. Vnitřní vrstva je optické vnitřní jádro o průměru několika mikrometrů až několik desítek mikrometrů a průměr vnější vrstvy je 0,1 až 0,2 mm. Obecně je index lomu vnitřního jádrového skla o 1 % větší než index lomu vnějšího skla. Podle principu lomu světla a úplného odrazu, když úhel, pod kterým světlo dopadá na rozhraní mezi vnitřním jádrem a vnější vrstvou, je větší než kritický úhel pro úplný odraz, světlo nemůže rozhraním projít a je zcela odraženo. .
Útlum vláken
Hlavní faktory, které způsobují útlum vláken, jsou: vlastní, ohyb, mačkání, nečistoty, nerovnosti a tupé spoje atd.
Vnitřní
Je to inherentní ztráta optického vlákna, včetně: Rayleighova rozptylu, inherentní absorpce atd.
ohýbání
Když je optické vlákno ohnuto, část světla v optickém vláknu se ztratí v důsledku rozptylu, což má za následek ztrátu.
vytlačování
Ztráta způsobená mírným ohybem při stlačení optického vlákna.
Nečistota
Nečistoty v optickém vláknu pohlcují a rozptylují světlo šířící se v optickém vláknu a způsobují ztráty.
Nerovný
Ztráta způsobená nestejnoměrným indexem lomu materiálu optického vlákna.
Dokování
Ztráta způsobená tupom vlákna, jako například: jiná osa (jednovidová souosost vlákna musí být menší než 0,8 μm), koncová plocha není kolmá k ose, koncová plocha není plochá, průměr jádra tupo je neodpovídající a kvalita spojů je špatná.
Umělý útlum
Při skutečné práci je někdy nutné provést útlum umělých optických vláken, jako jsou útlumové články optických vláken používané v optických komunikačních systémech k ladění výkonu optického výkonu, ladění kalibrace nástrojů s optickým vláknem a zeslabení signálu optického vlákna.
způsob výroby
V současné době je optickým vláknem používaným v komunikaci obecně optické vlákno z oxidu křemičitého. Chemický název křemene je oxid křemičitý (SiO2), který má stejné hlavní složení jako písek, který používáme na stavbu domů. Pro komunikaci však nelze použít optická vlákna z běžných křemenných materiálů. Komunikační optické vlákno musí být složeno z extrémně čistých materiálů; nicméně přidání malého množství dopantu do hlavního materiálu může způsobit, že se index lomu jádra a pláště mírně liší, což je výhodné pro komunikaci.
Existuje mnoho způsobů výroby předlisku optických vláken metodou VAD. V současnosti se jedná zejména o: metodu in-tube CVD (chemical vapor deposition), metodu in-rod CVD, PCVD (plasma chemical vapor deposition) a metodu VAD (axial vapor deposition). Ale bez ohledu na to, která metoda se použije, předlisek musí být nejprve vyroben při vysoké teplotě a poté zahřát a změkčen ve vysokoteplotní peci, vytažen do vlákna a poté potažen a tvarován, aby se stal drátem s jádrem z optického vlákna. Výroba optických vláken vyžaduje, aby každý proces byl úměrně přesný a řízený počítačem. Při výrobě optického vlákna bychom měli věnovat pozornost:
Předlisek optických vláken vyrobený metodou VAD
①Čistota surovin z optických vláken musí být velmi vysoká.
②Je nutné zabránit znečištění optického vlákna nečistotami a vzduchovým bublinám.
③přesně řídit distribuci indexu lomu;
④ Správně ovládejte strukturální velikost optického vlákna;
⑤ Minimalizujte poškození jizvy na povrchu optického vlákna a zlepšujte mechanickou pevnost optického vlákna.
Metoda trubice
Vložte vnitřní skleněnou tyčinku do vnější skleněné trubice (co nejblíže), roztavte a natáhněte drát;
Metoda dvojitého kelímku
Ve dvou soustředných platinových kelímcích vložte vnitřní jádro a vnější skleněnou fritu do vnitřního a vnějšího kelímku;
Metoda molekulárního plnění
Mikroporézní tyčinka z křemičitého skla se ponoří do aditivního roztoku s vysokým indexem lomu, aby se získala struktura průřezu s požadovanou distribucí indexu lomu, a poté se provede operace tažení. Proces je složitější. V komunikaci s optickými vlákny lze také použít metody vnitřní a vnější napařování, aby se zajistilo, že lze vyrábět optická vlákna s nízkou mírou optické ztráty.
Vesmírná fúze
Umístěte zařízení pro tažení vláken do mikrogravitačního prostředí vesmíru, abyste jej vytáhli, a můžete získat ultra dlouhé vysoce kvalitní světlovodné vlákno, které na Zemi není k dispozici.
Klasifikace vláken
Podle klasifikační metody různých standardů klasifikace optických vláken bude mít stejné optické vlákno různé názvy.
Klasifikováno podle vláknitého materiálu
Podle materiálu optického vlákna lze typy optického vlákna rozdělit na křemenné optické vlákno a celoplastové optické vlákno.
Křemičité vlákno obecně označuje optické vlákno složené z dopovaného křemičitého jádra a dopovaného křemičitého pláště. Toto vlákno má velmi nízké ztráty a střední disperzi. V současnosti převážnou většinu optických vláken pro komunikaci tvoří křemenná optická vlákna.
Celoplastové optické vlákno je nový typ optického vlákna pro komunikaci, který je stále ve fázi vývoje a testování. Celoplastové vlákno se vyznačuje velkou ztrátou, tlustým jádrem (100-600μm v průměru), velkou numerickou aperturou (NA) (obvykle 0,3-0,5, kterou lze spojit se světelnými zdroji s většími světelnými body) a nízkou výrobní cenou. V současné době je celoplastové optické vlákno vhodné pro aplikace kratších délek, jako jsou vnitřní počítačové sítě a komunikace na lodích.
Klasifikace podle rozdělení indexu lomu profilu vlákna
Podle různé distribuce indexu lomu profilu vlákna lze typy vláken rozdělit na vlákna stupňovitého typu a vlákna tříděného typu.
Klasifikováno podle režimu přenosu
Podle počtu režimů přenosu optických vláken lze typy optických vláken rozdělit na vícevidová optická vlákna a jednovidová optická vlákna.
Jednovidové vlákno je vlákno, které může přenášet pouze jeden režim. Jednovidové vlákno může přenášet pouze základní režim (režim nejnižšího řádu), není zde žádný rozdíl ve zpoždění mezi režimy a má mnohem větší šířku pásma než vícevidové vlákno, což je velmi důležité pro vysokorychlostní přenos. Průměr vidového pole jednovidového vlákna je pouze několik mikronů (μm) a jeho šířka pásma je obecně o jeden nebo dva řády vyšší než u odstupňovaného multividového vlákna. Proto je vhodný pro velkokapacitní, dálkové komunikace.
Klasifikace podle mezinárodních standardů (klasifikace podle doporučení ITU-T)
Aby optické vlákno mělo jednotný mezinárodní standard, vytvořila Mezinárodní telekomunikační unie (ITU-T) jednotný standard pro optická vlákna (standard G). Podle doporučení ITU-T pro optická vlákna lze typy optických vláken rozdělit na:
Vlákno G.651 (50/125μm multimode klasifikované indexové vlákno)
Vlákno G.652 (vlákno bez disperze posunuté)
G.653 vlákno (disperze posunuté vlákno DSF)
Vlákno G.654 (vlákno s posunem mezní vlnové délky)
Vlákno G.655 (vlákno s nenulovou disperzí posunutou).
Aby bylo možné vyhovět potřebám vývoje nových technologií, bylo současné vlákno G.652 dále rozděleno do tří podkategorií G.652A, G.652B a G.652C a vlákno G.655 se dále dělí na G.655A a G.655B. Podkategorie.
Podle klasifikace normy IEC rozděluje norma IEC typy optických vláken na
Multimódové vlákno typu A:
A1a Multimode vlákno (50/125μm typ multimode vlákno)
A1b multimode vlákno (62,5/125μm typ multimode vlákno)
A1d multimode vlákno (100/140μm typ multimode vlákno)
Jednovidové vlákno třídy B:
B1.1 odpovídá vláknu G652 a vlákno B1.3 je přidáno, aby odpovídalo vláknu G652C
B1.2 odpovídá vláknu G654
Vlákno B2 odpovídá vláknu G.653
Vlákno B4 odpovídá vláknu G.655