Överföringsfördelar
Fram till 1960 uppfann den amerikanske vetenskapsmannen Maiman världens's första laser, som gav en bra ljuskälla för optisk kommunikation. Efter mer än två decennier har människor forskat om optiska överföringsmedier och äntligen gjort optiska fibrer med låg förlust, vilket har lagt grundstenen för optisk kommunikation. Sedan dess har optisk kommunikation gått in i ett skede av snabb utveckling.
Optisk fiberöverföring har många enastående fördelar:
Frekvens bandbredd
Bredden på frekvensbandet representerar storleken på överföringskapaciteten. Ju högre frekvens bärvågen har, desto större bandbredd på signalen som kan sändas. I VHF-frekvensbandet är bärvågsfrekvensen 48,5MHz~300Mhz. Med en bandbredd på cirka 250MHz kan den bara sända 27 TV-apparater och dussintals FM-sändningar. Frekvensen av synligt ljus når 100 000 GHz, vilket är mer än en miljon gånger högre än VHF-frekvensbandet. Även om den optiska fibern har olika förluster för olika ljusfrekvenser påverkas bandbredden, men bandbredden i den lägsta förlustregionen kan också nå 30 000 GHz. För närvarande upptar bandbredden för en enda ljuskälla bara en liten del av den (frekvensbandet för multimodefiber är ungefär flera hundra MHz, och en bra enkelmodsfiber kan nå mer än 10 GHz). Användningen av avancerad koherent optisk kommunikation kan ordna 2 000 ljus i intervallet 30 000 GHz. Bärvåg, våglängdsmultiplexering, kan ta emot miljontals kanaler.
Låg förlust
I ett system som består av koaxialkablar har den bästa kabeln en förlust på mer än 40dB per kilometer vid överföring av 800MHz-signaler. Däremot är förlusten av optisk fiber mycket mindre, överföringen av 1,31um ljus, förlusten per kilometer är under 0,35dB, om överföringen av 1,55um ljus är förlusten per kilometer mindre, upp till 0,2dB eller mindre. Detta är 100 miljoner gånger mindre än effektförlusten för en koaxialkabel, vilket gör det möjligt att sända på mycket längre avstånd. Dessutom har optisk fiberöverföringsförlust två egenskaper. En är att den har samma förlust i alla kabel-TV-kanaler, och det finns inget behov av att införa en equalizer för utjämning som en kabeltrunk; den andra är att dess förlust knappast förändras med temperaturen, så du behöver inte oroa dig för det. Förändringar i omgivningstemperaturen orsakar fluktuationer i nätnivån.
Lättvikt
Eftersom den optiska fibern är mycket tunn, är diametern på singelmodsfiberkärntråden i allmänhet 4um ~ 10um, och den yttre diametern är endast 125um. Med vattentätt skikt, förstärkande ribbor, mantel, etc., är diametern på en optisk kabel som består av 4 till 48 optiska fibrer mindre än 13 mm. Den är mycket mindre än den vanliga koaxialkabeln med en diameter på 47 mm. Dessutom är den optiska fibern en glasfiber med en liten specifik vikt, vilket gör att den har egenskaperna för liten diameter och låg vikt, och den är mycket bekväm att installera.
Stark anti-interferensförmåga
Eftersom den grundläggande komponenten i optisk fiber är kvarts, sänder den bara ljus, leder inte elektricitet och påverkas inte av elektromagnetiska fält. De optiska signalerna som sänds i den påverkas inte av elektromagnetiska fält. Därför har optisk fiberöverföring starkt motstånd mot elektromagnetisk störning och industriell störning. Just därför är signalen som sänds i den optiska fibern inte lätt att avlyssna, vilket främjar konfidentialitet.
Hifi
Eftersom optisk fiberöverföring i allmänhet inte kräver reläförstärkning, kommer den inte att introducera nya olinjära distorsioner på grund av förstärkning. Så länge laserns linjäritet är bra kan TV-signalen sändas med hög kvalitet. Det faktiska testet visar att bärvågskombinationens trippelslagförhållande C/CTB för ett bra AM-fibersystem är mer än 70dB, och intermodulationsindexet cM är också mer än 60dB, vilket är mycket högre än det olinjära distorsionsindexet för den allmänna kabelstammen systemet.
Pålitlig arbetsprestanda
Vi vet att tillförlitligheten hos ett system är relaterat till antalet enheter som utgör systemet. Ju mer utrustning, desto större är risken för fel. Eftersom antalet utrustningar som finns i det optiska fibersystemet är litet (till skillnad från ett kabelsystem som kräver dussintals förstärkare) är tillförlitligheten naturligtvis hög. Dessutom är livslängden för den optiska fiberutrustningen mycket lång, och den problemfria arbetstiden är 500 000 till 750 000 timmar. Bland dem är den kortaste livslängden lasern i den optiska sändaren, och den lägsta livslängden är mer än 100 000 timmar. Därför är arbetsprestandan hos ett väldesignat, korrekt installerat och felsökt optiskt fibersystem mycket pålitligt.
Kostnaderna fortsätter att sjunka
För närvarande har vissa personer föreslagit en ny Moore's lag, även kallad den optiska lagen (Optical Law). Lagen säger att bandbredden för optisk fiberöverföring av information fördubblas var sjätte månad, samtidigt som priset fördubblas. Utvecklingen av optisk kommunikationsteknik har lagt en mycket god grund för utvecklingen av internetbredbandsteknik. Detta undanröjde det sista hindret för storskaliga kabel-tv-system att anta metoder för överföring av optiska fibrer. Eftersom källan till materialet (kvarts) för den optiska fibern är mycket riklig, kommer kostnaden att minska ytterligare med teknikens framsteg; medan kopparmaterialet som krävs för kabeln är begränsat, kommer priset att bli högre och högre. Självklart kommer optisk fiberöverföring att ha en absolut fördel i framtiden, och det kommer att bli den viktigaste överföringsmetoden för etablering av kabel-TV-nät i hela provinsen och till och med hela landet.
Strukturprincip
Den optiska fibern består av två lager glas med olika brytningsindex. Det inre skiktet är en optisk inre kärna med en diameter på flera mikrometer till flera tiotals mikrometer, och diametern på det yttre skiktet är 0,1 till 0,2 mm. I allmänhet är brytningsindexet för det inre kärnglaset 1 % större än det för det yttre glaset. Enligt principen om ljusbrytning och total reflektion, när vinkeln med vilken ljuset träffar gränssnittet mellan den inre kärnan och det yttre skiktet är större än den kritiska vinkeln för total reflektion, kan ljuset inte passera genom gränsytan och reflekteras helt och hållet. .
Fiberdämpning
De huvudsakliga faktorerna som orsakar fiberdämpning är: inneboende, böj, klämning, orenheter, ojämnheter och stumfogar, etc.
Inneboende
Det är den inneboende förlusten av optisk fiber, inklusive: Rayleigh-spridning, inneboende absorption, etc.
böjning
När den optiska fibern böjs kommer en del av ljuset i den optiska fibern att gå förlorad på grund av spridning, vilket resulterar i förlust.
extrudering
Förlust orsakad av lätt böjning när den optiska fibern kläms.
Förorening
Föroreningar i den optiska fibern absorberar och sprider ljuset som fortplantar sig i den optiska fibern, vilket orsakar förlust.
Ojämn
Förlust orsakad av det optiska fibermaterialets olikformiga brytningsindex.
Dockning
Förlusten som orsakas av fiberstöt, såsom: annan axel (single-mode fiberkoaxialiteten måste vara mindre än 0,8 μm), ändytan är inte vinkelrät mot axeln, ändytan är inte platt, ändytan är inte platt, ändytan är inte platt. inte matchade, och skarvningskvaliteten är dålig.
Konstgjord dämpning
I verkligt arbete är det ibland nödvändigt att utföra konstgjord optisk fiberdämpning, såsom optiska fiberdämpare som används i optiska kommunikationssystem för att felsöka optisk effektprestanda, felsöka optisk fiberinstrumentkalibrering och optisk fibersignaldämpning.
produktionsmetod
För närvarande är den optiska fibern som används vid kommunikation i allmänhet en optisk kiseldioxidfiber. Det kemiska namnet på kvarts är kiseldioxid (SiO2), som har samma huvudsammansättning som sanden vi använder för att bygga hus. Optiska fibrer gjorda av vanliga kvartsmaterial kan dock inte användas för kommunikation. Kommunikationsoptisk fiber måste vara sammansatt av material med extremt hög renhet; Men tillsats av en liten mängd dopningsmedel i huvudmaterialet kan göra kärnans och beklädnadens brytningsindex något annorlunda, vilket är fördelaktigt för kommunikationen.
Det finns många metoder för att tillverka förformar för optiska fibrer med VAD-metoden. För närvarande finns det huvudsakligen: in-tube CVD (kemisk ångdeposition) metod, in-rod CVD metod, PCVD (plasma kemisk ångdeposition) metod och VAD (axial vapor deposition) metod. Men oavsett vilken metod som används måste förformen först tillverkas vid hög temperatur och sedan värmas upp och mjukas upp i en högtemperaturugn, dras in i en filament och sedan beläggas och formas för att bli en optisk fiberkärntråd. Tillverkningen av optiska fibrer kräver att varje process måste vara proportionerligt exakt och kontrollerad av en dator. I processen att tillverka optisk fiber bör vi vara uppmärksamma på:
Optisk fiberförform tillverkad med VAD-metoden
①Renheten hos optiska fiberråmaterial måste vara mycket hög.
②Det är nödvändigt att förhindra att föroreningar och luftbubblor kommer in i den optiska fibern.
③För att noggrant kontrollera fördelningen av brytningsindex;
④ Kontrollera den optiska fiberns strukturella storlek korrekt;
⑤ Minimera ärrskadorna på den optiska fiberns yta och förbättra den optiska fiberns mekaniska styrka.
Rörsticksmetod
Sätt in den inre kärnans glasstav i det yttre glasröret (så nära som möjligt), smält och dra tråden;
Dubbeldegelmetod
I två koncentriska platinadeglar, placera den inre kärnan och den yttre glasfrittan i den inre respektive den yttre degeln;
Molekylär fyllningsmetod
Den mikroporösa kiseldioxidglasstaven nedsänks i tillsatslösningen med högt brytningsindex för att erhålla tvärsnittsstrukturen för den erforderliga brytningsindexfördelningen, och sedan utförs dragningsoperationen. Processen är mer komplicerad. Inom optisk fiberkommunikation kan interna och externa ångavsättningsmetoder också användas för att säkerställa att optiska fibrer med låg optisk förlusthastighet kan tillverkas.
Rymdfusion
Placera fiberdragningsanordningen i rymdens mikrogravitationsmiljö för att dra den, och du kan få den ultralånga högkvalitativa ljusledaren som inte finns på jorden.
Fiberklassificering
Enligt klassificeringsmetoden för olika klassificeringsstandarder för optisk fiber kommer samma optiska fiber att ha olika namn.
Klassificerad efter fibermaterial
Beroende på materialet i den optiska fibern kan typerna av optisk fiber delas in i optisk kvartsfiber och helt optisk fiber av plast.
Kiseldioxidfiber avser generellt en optisk fiber som består av en dopad kiseldioxidkärna och en dopad kiseldioxidbeklädnad. Denna fiber har mycket låg förlust och måttlig spridning. För närvarande är den stora majoriteten av optiska fibrer för kommunikation kvarts optiska fibrer.
Helplastisk optisk fiber är en ny typ av optisk fiber för kommunikation, som fortfarande är i utvecklings- och teststadiet. Helt plastfiber har egenskaperna stor förlust, tjock kärna (100-600 μm i diameter), stor numerisk öppning (NA) (vanligtvis 0,3-0,5, som kan kopplas till ljuskällor med större ljuspunkter) och låg tillverkningskostnad. För närvarande är optisk fiber helt av plast lämplig för applikationer med kortare längd, såsom inomhusnätverk och kommunikation i fartyg.
Klassificering efter fiberprofilens brytningsindexfördelning
Enligt fiberprofilens olika brytningsindexfördelning kan fibrerna delas in i fibrer av stegtyp och fibrer av graderad typ.
Klassificerad efter överföringsläge
Beroende på antalet överföringslägen för optiska fibrer kan typerna av optiska fibrer delas in i optiska fibrer med flera lägen och optiska fibrer med enkelläge.
Single-mode fiber är en fiber som bara kan sända ett läge. Singelmodsfiber kan bara överföra det grundläggande läget (lägsta ordningens läge), det finns ingen mellanlägesfördröjningsskillnad och har en mycket större bandbredd än multimodsfiber, vilket är mycket viktigt för höghastighetsöverföring. Modfältsdiametern för en enkelmodsfiber är bara några mikron (μm), och dess bandbredd är i allmänhet en eller två storleksordningar högre än den för en graderad multimodfiber. Därför är den lämplig för långdistanskommunikation med stor kapacitet.
Klassificering enligt internationella standarder (klassificering enligt ITU-T rekommendationer)
För att få den optiska fibern att ha en enhetlig internationell standard har International Telecommunication Union (ITU-T) formulerat en enhetlig optisk fiberstandard (G-standard). Enligt ITU-T:s rekommendationer om optiska fibrer kan typerna av optiska fibrer delas in i:
G.651 fiber (50/125 μm multimod graderad indexfiber)
G.652 fiber (icke-dispersion skiftad fiber)
G.653 fiber (dispersion shifted fiber DSF)
G.654-fiber (avskuren våglängdsförskjutningsfiber)
G.655-fiber (fiber som inte är dispersionsförskjuten utan noll).
För att möta behoven för utvecklingen av ny teknik har den nuvarande G.652-fibern ytterligare delats in i tre underkategorier G.652A, G.652B och G.652C, och G.655-fibern är ytterligare uppdelad i G.655A och G.655B. Underkategorier.
Enligt IEC-standardklassificeringen delar IEC-standarden in typerna av optiska fibrer i
Typ A multimodfiber:
A1a Multimode fiber (50/125μm typ multimode fiber)
A1b multimodfiber (62,5/125μm typ multimodfiber)
A1d multimodfiber (100/140μm typ multimodfiber)
Klass B singelmodsfiber:
B1.1 motsvarar G652-fiber och B1.3-fiber läggs till för att motsvara G652C-fiber
B1.2 motsvarar G654 fiber
B2 fiber motsvarar G.653 fiber
B4 fiber motsvarar G.655 fiber
