Prednosti prijenosa
Sve do 1960. godine američki znanstvenik Maiman izumio je prvi svjetski laser', koji je bio dobar izvor svjetlosti za optičke komunikacije. Nakon više od dva desetljeća, ljudi su istraživali optičke prijenosne medije i konačno napravili optička vlakna s malim gubicima, postavljajući tako kamen temeljac optičkih komunikacija. Od tada su optičke komunikacije ušle u fazu brzog razvoja.
Prijenos optičkim vlaknima ima mnoge izvanredne prednosti:
Frekvencijski pojas
Širina frekvencijskog pojasa predstavlja veličinu prijenosnog kapaciteta. Što je frekvencija nosača veća, to je veća širina pojasa signala koji se može prenijeti. U VHF frekvencijskom pojasu, noseća frekvencija je 48,5MHz～300Mhz. Uz propusnost od oko 250MHz, može odašiljati samo 27 TV prijemnika i desetke FM emitiranja. Frekvencija vidljive svjetlosti doseže 100.000 GHz, što je više od milijun puta više od VHF frekvencijskog pojasa. Iako optičko vlakno ima različite gubitke za različite frekvencije svjetlosti, propusnost je pogođena, ali propusnost u području najnižih gubitaka također može doseći 30 000 GHz. Trenutno širina pojasa jednog izvora svjetlosti zauzima samo mali dio (frekvencijski pojas višemodnih vlakana je oko nekoliko stotina MHz, a dobro jednomodno vlakno može doseći više od 10 GHz). Korištenje napredne koherentne optičke komunikacije može organizirati 2.000 svjetala u rasponu od 30.000 GHz. Multipleksiranje s podjelom valnih duljina nositelja može prihvatiti milijune kanala.
Mali gubitak
U sustavu sastavljenom od koaksijalnih kabela, najbolji kabel ima gubitak veći od 40dB po kilometru pri prijenosu signala od 800MHz. Nasuprot tome, gubitak optičkog vlakna je puno manji, prijenos 1,31um svjetlosti, gubitak po kilometru je ispod 0,35dB, ako je prijenos 1,55um svjetlosti, gubitak po kilometru je manji, do 0,2dB ili manje. To je 100 milijuna puta manje od gubitka snage koaksijalnog kabela, što omogućuje prijenos na mnogo većoj udaljenosti. Osim toga, gubitak prijenosa optičkim vlaknima ima dvije karakteristike. Jedna je da ima isti gubitak na svim kabelskim TV kanalima, te nema potrebe za uvođenjem ekvilajzera za ekvilizaciju kao kabelski trunk; drugi je da se njegov gubitak gotovo ne mijenja s temperaturom, tako da se ne trebate brinuti o tome. Promjene temperature okoline uzrokuju fluktuacije razine električne mreže.
Mala težina
Budući da je optičko vlakno vrlo tanko, promjer jezgre jednomodnog vlakna je općenito 4um ~ 10um, a vanjski promjer je samo 125um. S vodonepropusnim slojem, armaturnim rebrima, omotačem itd., promjer optičkog kabela sastavljenog od 4 do 48 optičkih vlakana je manji od 13 mm. Mnogo je manji od standardnog koaksijalnog kabela promjera 47 mm. Osim toga, optičko vlakno je stakleno vlakno s malom specifičnom težinom, zbog čega ima karakteristike malog promjera i male težine, te je vrlo prikladno za ugradnju.
Jaka sposobnost protiv smetnji
Budući da je osnovna komponenta optičkog vlakna kvarc, ono samo prenosi svjetlost, ne provodi električnu energiju i na njega ne utječu elektromagnetska polja. Na optičke signale koji se prenose u njemu ne utječu elektromagnetska polja. Stoga prijenos optičkih vlakana ima jaku otpornost na elektromagnetske smetnje i industrijske smetnje. Upravo zbog toga, signal koji se prenosi u optičkom vlaknu nije lako prisluškivati, što pogoduje povjerljivosti.
Visoka vjernost
Budući da prijenos optičkim vlaknima općenito ne zahtijeva relejno pojačanje, neće unijeti nova nelinearna izobličenja zbog pojačanja. Sve dok je linearnost lasera dobra, TV signal se može prenositi s velikom vjernošću. Stvarni test pokazuje da je omjer trostrukog otkucaja kombinacije nositelja C/CTB dobrog AM sustava vlakana veći od 70 dB, a indeks intermodulacije cM također je veći od 60 dB, što je mnogo više od indeksa nelinearnog izobličenja općeg kabelskog kanala. sustav.
Pouzdan radni učinak
Znamo da je pouzdanost sustava povezana s brojem uređaja koji čine sustav. Što je više opreme, veća je mogućnost kvara. Budući da je broj opreme sadržane u sustavu optičkih vlakana mali (za razliku od kabelskog sustava koji zahtijeva desetke pojačala), pouzdanost je prirodno visoka. Osim toga, vijek trajanja opreme s optičkim vlaknima je vrlo dug, a radno vrijeme bez problema je 500.000 do 750.000 sati. Među njima je najkraći životni vijek lasera u optičkom odašiljaču, a najniži životni vijek je više od 100.000 sati. Stoga je radna izvedba dobro dizajniranog, ispravno instaliranog i otklonjenog sustava optičkih vlakana vrlo pouzdana.
Trošak nastavlja padati
Trenutno su neki ljudi predložili novi Mooreov&zakon, koji se također naziva optički zakon (Optički zakon). Zakon kaže da se širina pojasa prijenosa informacija optičkim vlaknima udvostručuje svakih 6 mjeseci, dok se cijena udvostručuje. Razvoj optičke komunikacijske tehnologije postavio je vrlo dobre temelje za razvoj širokopojasne internetske tehnologije. Time je uklonjena posljednja prepreka za velike sustave kabelske televizije da usvoje metode prijenosa optičkim vlaknima. Budući da je izvor materijala (kvarc) za optičko vlakno vrlo bogat, s napretkom tehnologije trošak će se dodatno smanjiti; dok je bakreni materijal potreban za kabel ograničen, cijena će biti sve veća. Očigledno je da će prijenos optičkim vlaknima u budućnosti imati apsolutnu prednost, te će postati najvažniji način prijenosa za uspostavljanje kabelske TV mreže u cijeloj pokrajini, pa i cijeloj zemlji.
Princip strukture
Optičko vlakno se sastoji od dva sloja stakla s različitim indeksima loma. Unutarnji sloj je optička unutarnja jezgra promjera od nekoliko mikrometara do nekoliko desetaka mikrometara, a promjer vanjskog sloja je 0,1 do 0,2 mm. Općenito, indeks loma unutarnje jezgre stakla je 1% veći od indeksa vanjskog stakla. Prema principu loma svjetlosti i totalne refleksije, kada je kut pod kojim svjetlost udari u sučelje između unutarnje jezgre i vanjskog sloja veći od kritičnog kuta za potpunu refleksiju, svjetlost ne može proći kroz sučelje i potpuno se reflektira .
Slabljenje vlakana
Glavni čimbenici koji uzrokuju slabljenje vlakana su: intrinzično, savijanje, stiskanje, nečistoće, neravnine i čeoni spojevi itd.
Intrinzično
To je inherentni gubitak optičkog vlakna, uključujući: Rayleighovo raspršenje, inherentnu apsorpciju itd.
savijanje
Kada je optičko vlakno savijeno, dio svjetlosti u optičkom vlaknu će se izgubiti zbog raspršenja, što će rezultirati gubitkom.
istiskivanje
Gubitak uzrokovan laganim savijanjem kada se optičko vlakno stisne.
Nečistoća
Nečistoće u optičkom vlaknu apsorbiraju i raspršuju svjetlost koja se širi u optičko vlakno, uzrokujući gubitak.
Neravnomjerno
Gubitak uzrokovan neujednačenim indeksom loma materijala optičkih vlakana.
Pristajanje
Gubitak uzrokovan dodirom vlakana, kao što su: različite osi (koaksijalnost jednomodnog vlakna je potrebna da bude manja od 0,8 μm), krajnja strana nije okomita na os, krajnja strana nije ravna, promjer stražnje jezgre je nije usklađen, a kvaliteta spajanja je loša.
Umjetno slabljenje
U stvarnom radu ponekad je potrebno izvesti umjetno prigušivanje optičkih vlakana, kao što su prigušivači optičkih vlakana koji se koriste u optičkim komunikacijskim sustavima za otklanjanje pogrešaka u performansama optičke snage, otklanjanje pogrešaka u kalibraciji instrumenta s optičkim vlaknima i prigušivanju signala optičkim vlaknima.
način proizvodnje
Trenutno je optičko vlakno koje se koristi u komunikaciji općenito optičko vlakno od silicija. Kemijski naziv kvarca je silicij dioksid (SiO2), koji ima isti glavni sastav kao pijesak koji koristimo za gradnju kuća. Međutim, optička vlakna izrađena od običnih kvarcnih materijala ne mogu se koristiti za komunikaciju. Komunikacijsko optičko vlakno mora biti sastavljeno od materijala iznimno visoke čistoće; međutim, dodavanje male količine dodatka u glavni materijal može učiniti indeks loma jezgre i omotača malo drugačijim, što je korisno za komunikaciju.
Postoje mnoge metode za proizvodnju predforme optičkih vlakana VAD metodom. Trenutno postoje uglavnom: in-tube CVD (kemijsko taloženje parom) metoda, in-rod CVD metoda, PCVD (plazma kemijsko taloženje parom) metoda i VAD (aksijalno taloženje parom) metoda. No, bez obzira na to koja se metoda koristi, predforma se prvo mora izraditi na visokoj temperaturi, a zatim zagrijati i omekšati u visokotemperaturnoj peći, uvući u filament, a zatim premazati i oblikovati da postane žica jezgre optičkih vlakana. Proizvodnja optičkih vlakana zahtijeva da svaki proces mora biti razmjerno precizan i kontroliran od strane računala. U procesu proizvodnje optičkih vlakana treba obratiti pozornost na:
Preforma optičkih vlakana izrađena VAD metodom
①Čistoća sirovina optičkih vlakana mora biti vrlo visoka.
②Neophodno je spriječiti kontaminaciju nečistoća i mjehurića zraka da uđu u optičko vlakno.
③Za točnu kontrolu raspodjele indeksa loma;
④ Ispravno kontrolirati strukturnu veličinu optičkog vlakna;
⑤ Minimizirajte oštećenje ožiljaka na površini optičkog vlakna i poboljšajte mehaničku čvrstoću optičkog vlakna.
Metoda štapića cijevi
Umetnite staklenu šipku s unutarnjom jezgrom u vanjsku staklenu cijev (što bliže), rastopite i povucite žicu;
Metoda dvostrukog lonca
U dva koncentrična platinasta lončića stavite unutarnju jezgru i vanjsku staklenu frutu u unutarnju, odnosno vanjsku loncu;
Metoda molekularnog punjenja
Staklena šipka od mikroporoznog silicijevog dioksida uroni se u otopinu aditiva s visokim indeksom loma kako bi se dobila struktura presjeka potrebne raspodjele indeksa loma, a zatim se izvodi operacija izvlačenja. Proces je složeniji. U komunikaciji s optičkim vlaknima, unutarnje i vanjske metode taloženja parom također se mogu koristiti kako bi se osigurala proizvodnja optičkih vlakana s niskom stopom optičkih gubitaka.
Svemirska fuzija
Stavite uređaj za izvlačenje vlakana u prostor mikrogravitacije kako biste ga povukli i možete dobiti ultradugo visokokvalitetno svjetlovodno vlakno koje nije dostupno na zemlji.
Klasifikacija vlakana
Prema metodi klasifikacije različitih standarda klasifikacije optičkih vlakana, isto optičko vlakno imat će različite nazive.
Klasificiran prema materijalu od vlakana
Prema materijalu optičkog vlakna, vrste optičkih vlakana mogu se podijeliti na kvarcna optička vlakna i potpuno plastična optička vlakna.
Silikatno vlakno općenito se odnosi na optičko vlakno sastavljeno od jezgre dopiranog silicijevog dioksida i omotača dopiranog silicija. Ovo vlakno ima vrlo male gubitke i umjerenu disperziju. Trenutno je velika većina optičkih vlakana za komunikaciju kvarcna optička vlakna.
Potpuno plastično optičko vlakno nova je vrsta optičkog vlakna za komunikaciju, koja je još uvijek u fazi razvoja i probe. Potpuno plastično vlakno ima karakteristike velikog gubitka, debele jezgre (100-600 μm u promjeru), velikog numeričkog otvora (NA) (obično 0,3-0,5, koji se može spojiti s izvorima svjetlosti s većim svjetlosnim točkama) i niske cijene proizvodnje. Trenutno su potpuno plastična optička vlakna prikladna za primjene kraće duljine, kao što su unutarnje računalno umrežavanje i komunikacija na brodovima.
Klasifikacija prema distribuciji indeksa loma profila vlakana
Prema različitoj raspodjeli indeksa loma profila vlakana, vrste vlakana se mogu podijeliti na vlakna stupnjastog tipa i vlakna stupnjevanog tipa.
Klasificiran prema načinu prijenosa
Prema broju načina prijenosa optičkih vlakana, vrste optičkih vlakana se mogu podijeliti na višemodna optička vlakna i jednomodna optička vlakna.
Jednomodno vlakno je vlakno koje može odašiljati samo jedan mod. Jednomodno vlakno može odašiljati samo osnovni način rada (način najnižeg reda), nema razlike u kašnjenju među modovima i ima mnogo veću širinu pojasa od multimodnog vlakna, što je vrlo važno za prijenos velike brzine. Promjer polja modusa jednomodnog vlakna je samo nekoliko mikrona (μm), a njegova je širina pojasa općenito za jedan ili dva reda veličine veća od one kod gradiranih višemodnih vlakana. Stoga je prikladan za komunikaciju na daljinu velikog kapaciteta.
Klasifikacija prema međunarodnim standardima (klasifikacija prema ITU-T preporukama)
Kako bi optičko vlakno imalo jedinstveni međunarodni standard, Međunarodna telekomunikacijska unija (ITU-T) formulirala je jedinstveni standard optičkih vlakana (G standard). Prema preporukama ITU-T o optičkim vlaknima, vrste optičkih vlakana mogu se podijeliti na:
G.651 vlakno (50/125 μm multimode graduirano indeksno vlakno)
G.652 vlakno (vlakno bez disperzije)
G.653 vlakno (disperzijsko pomaknuto vlakno DSF)
G.654 vlakno (vlakno s pomakom granične valne duljine)
G.655 vlakno (vlakno s pomakom disperzije koja nije nula).
Kako bi se zadovoljile potrebe razvoja novih tehnologija, sadašnje G.652 vlakno je dalje podijeljeno u tri potkategorije G.652A, G.652B i G.652C, a G.655 vlakno dalje je podijeljeno na G.655A i G.655B. Potkategorije.
Prema klasifikaciji IEC standarda, IEC standard dijeli vrste optičkih vlakana na
Višemodno vlakno tipa A:
A1a višemodno vlakno (višemodno vlakno tipa 50/125 μm)
A1b višemodno vlakno (višemodno vlakno tipa 62,5/125 μm)
A1d višemodno vlakno (višemodno vlakno tipa 100/140 μm)
Jednomodno vlakno klase B:
B1.1 odgovara G652 vlaknu, a B1.3 vlakno se dodaje kako bi odgovaralo G652C vlaknu
B1.2 odgovara G654 vlaknu
B2 vlakno odgovara vlaknu G.653
B4 vlakno odgovara vlaknu G.655
