Vantagens de transmissão
Até 1960, o cientista americano Maiman inventou o primeiro laser do mundo&nº 39, que fornecia uma boa fonte de luz para comunicações ópticas. Depois de mais de duas décadas, as pessoas fizeram pesquisas em meios de transmissão óptica e, finalmente, fizeram fibras ópticas de baixa perda, estabelecendo assim a pedra angular das comunicações ópticas. Desde então, as comunicações ópticas entraram em um estágio de rápido desenvolvimento.
A transmissão de fibra ótica tem muitas vantagens notáveis:
Largura de banda de freqüência
A largura da banda de frequência representa o tamanho da capacidade de transmissão. Quanto mais alta a frequência da portadora, maior a largura de banda do sinal que pode ser transmitido. Na banda de frequência VHF, a frequência portadora é 48,5 MHz ～ 300 MHz. Com uma largura de banda de cerca de 250 MHz, ele pode transmitir apenas 27 aparelhos de TV e dezenas de transmissões FM. A frequência da luz visível atinge 100.000 GHz, o que é mais de um milhão de vezes maior do que a faixa de frequência de VHF. Embora a fibra óptica tenha perdas diferentes para diferentes frequências de luz, a largura de banda é afetada, mas a largura de banda na região de menor perda também pode chegar a 30.000 GHz. Atualmente, a largura de banda de uma única fonte de luz ocupa apenas uma pequena parte dela (a banda de frequência da fibra multimodo é de cerca de várias centenas de MHz, e uma boa fibra monomodo pode atingir mais de 10 GHz). O uso de comunicação óptica coerente avançada pode organizar 2.000 luzes na faixa de 30.000 GHz. Portadora, multiplexação por divisão de comprimento de onda, pode acomodar milhões de canais.
Baixa perda
Em um sistema composto de cabos coaxiais, o melhor cabo tem uma perda de mais de 40dB por quilômetro ao transmitir sinais de 800MHz. Em contrapartida, a perda de fibra óptica é muito menor, a transmissão de 1,31um de luz, a perda por quilômetro fica abaixo de 0,35dB, se a transmissão de 1,55um de luz, a perda por quilômetro é menor, até 0,2dB ou menos. Isso é 100 milhões de vezes menor do que a perda de potência de um cabo coaxial, tornando possível transmitir a uma distância muito maior. Além disso, a perda de transmissão da fibra óptica tem duas características. Uma é que ele tem a mesma perda em todos os canais de TV a cabo, e não há necessidade de introduzir um equalizador para equalização como um tronco de cabo; a outra é que sua perda dificilmente muda com a temperatura, então você não precisa se preocupar com isso. Mudanças na temperatura ambiente causam flutuações no nível da rede elétrica.
Peso leve
Como a fibra óptica é muito fina, o diâmetro do fio de núcleo de fibra monomodo é geralmente 4um ~ 10um, e o diâmetro externo é de apenas 125um. Com camada impermeável, nervuras de reforço, bainha, etc., o diâmetro de um cabo óptico composto de 4 a 48 fibras ópticas é inferior a 13 mm. É muito menor do que o cabo coaxial padrão com um diâmetro de 47 mm. Além disso, a fibra óptica é uma fibra de vidro com pequena gravidade específica, o que a faz ter as características de pequeno diâmetro e peso leve, sendo muito conveniente de instalar.
Forte capacidade anti-interferência
Como o componente básico da fibra óptica é o quartzo, ela apenas transmite luz, não conduz eletricidade e não é afetada por campos eletromagnéticos. Os sinais ópticos transmitidos nele não são afetados por campos eletromagnéticos. Portanto, a transmissão de fibra óptica tem forte resistência à interferência eletromagnética e à interferência industrial. Justamente por isso, o sinal transmitido na fibra ótica não é fácil de ser espionado, o que favorece o sigilo.
Alta fidelidade
Como a transmissão de fibra óptica geralmente não requer amplificação de relé, ela não introduzirá novas distorções não lineares devido à amplificação. Desde que a linearidade do laser seja boa, o sinal de TV pode ser transmitido com alta fidelidade. O teste real mostra que a taxa de batimento triplo da combinação da portadora C / CTB de um bom sistema de fibra AM é superior a 70dB e o índice de intermodulação cM também é superior a 60dB, que é muito maior do que o índice de distorção não linear do tronco de cabo geral sistema.
Desempenho de trabalho confiável
Sabemos que a confiabilidade de um sistema está relacionada ao número de dispositivos que o compõem. Quanto mais equipamentos, maior a chance de falha. Como o número de equipamentos contidos no sistema de fibra óptica é pequeno (ao contrário de um sistema de cabo que requer dezenas de amplificadores), a confiabilidade é naturalmente alta. Além disso, a vida útil do equipamento de fibra óptica é muito longa e o tempo de trabalho sem problemas é de 500.000 a 750.000 horas. Entre eles, o menor tempo de vida é o laser no transmissor óptico e o menor é mais de 100.000 horas. Portanto, o desempenho de trabalho de um sistema de fibra óptica bem projetado, instalado corretamente e depurado é muito confiável.
Custo continua caindo
Atualmente, algumas pessoas têm proposto uma nova lei de Moore' s, também chamada de lei da óptica (Lei da Ótica). A lei estabelece que a largura de banda de transmissão de informações por fibra óptica dobra a cada 6 meses, enquanto o preço dobra. O desenvolvimento da tecnologia de comunicação óptica estabeleceu uma base muito boa para o desenvolvimento da tecnologia de banda larga da Internet. Isso eliminou o último obstáculo para os sistemas de televisão a cabo em grande escala adotarem métodos de transmissão de fibra óptica. Como a fonte do material (quartzo) para a fibra óptica é muito abundante, com o avanço da tecnologia, o custo será reduzido ainda mais; embora o material de cobre necessário para o cabo seja limitado, o preço será cada vez mais alto. Obviamente, a transmissão por fibra óptica terá uma vantagem absoluta no futuro, e se tornará o meio de transmissão mais importante para o estabelecimento de redes de TV a cabo em toda a província e até mesmo em todo o país.
Princípio de estrutura
A fibra óptica é composta por duas camadas de vidro com diferentes índices de refração. A camada interna é um núcleo óptico interno com um diâmetro de vários micrômetros a várias dezenas de micrômetros, e o diâmetro da camada externa é de 0,1 a 0,2 mm. Geralmente, o índice de refração do vidro do núcleo interno é 1% maior do que o do vidro externo. De acordo com o princípio da refração da luz e reflexão total, quando o ângulo em que a luz atinge a interface entre o núcleo interno e a camada externa é maior do que o ângulo crítico para a reflexão total, a luz não pode passar pela interface e é completamente refletida .
Atenuação de fibra
Os principais fatores que causam a atenuação da fibra são: intrínseco, curvatura, compressão, impurezas, irregularidades e juntas de topo, etc.
Intrínseco
É a perda inerente de fibra óptica, incluindo: espalhamento de Rayleigh, absorção inerente, etc.
curvatura
Quando a fibra óptica é dobrada, parte da luz na fibra óptica será perdida devido ao espalhamento, resultando em perda.
extrusão
Perda causada por leve curvatura quando a fibra óptica é comprimida.
Impureza
As impurezas da fibra óptica absorvem e espalham a luz que se propaga na fibra óptica, causando perdas.
Desigual
Perda causada pelo índice de refração não uniforme do material de fibra óptica.
Docking
A perda causada pela extremidade da fibra, como: eixo diferente (a coaxialidade da fibra monomodo deve ser inferior a 0,8 μm), a face da extremidade não é perpendicular ao eixo, a face da extremidade não é plana, o diâmetro do núcleo da extremidade é não corresponde e a qualidade da emenda é ruim.
Atenuação artificial
No trabalho real, às vezes é necessário realizar a atenuação de fibra óptica artificial, como atenuadores de fibra óptica usados em sistemas de comunicação óptica para depurar o desempenho da potência óptica, depurar calibração de instrumento de fibra óptica e atenuação de sinal de fibra óptica.
Método de produção
Atualmente, a fibra óptica usada na comunicação é geralmente uma fibra óptica de sílica. O nome químico do quartzo é dióxido de silício (SiO2), que tem a mesma composição principal da areia que usamos para construir casas. No entanto, as fibras ópticas feitas de materiais de quartzo comuns não podem ser usadas para comunicação. A fibra óptica de comunicação deve ser composta de materiais de altíssima pureza; no entanto, adicionar uma pequena quantidade de dopante ao material principal pode tornar o índice de refração do núcleo e do revestimento ligeiramente diferente, o que é benéfico para a comunicação.
Existem muitos métodos para a fabricação de pré-formas de fibra óptica pelo método VAD. No momento, existem principalmente: método CVD em tubo (deposição química de vapor), método CVD em haste, método PCVD (deposição química em vapor de plasma) e método VAD (deposição axial de vapor). Mas não importa qual método seja usado, a pré-forma deve ser feita em alta temperatura primeiro, e então aquecida e amolecida em um forno de alta temperatura, desenhada em um filamento e então revestida e moldada para se tornar um fio central de fibra óptica. A fabricação de fibras ópticas requer que todo processo seja proporcionalmente preciso e controlado por um computador. No processo de fabricação de fibra óptica, devemos prestar atenção a:
Pré-forma de fibra óptica feita pelo método VAD
①A pureza das matérias-primas de fibra óptica deve ser muito alta.
② É necessário evitar a contaminação por impurezas e a entrada de bolhas de ar na fibra óptica.
③Para controlar com precisão a distribuição do índice de refração;
④ Controlar corretamente o tamanho estrutural da fibra óptica;
⑤ Minimize os danos da cicatriz na superfície da fibra óptica e melhore a resistência mecânica da fibra óptica.
Método tubo tubo
Insira a haste de vidro do núcleo interno no tubo de vidro externo (o mais próximo possível), derreta e puxe o fio;
Método de cadinho duplo
Em dois cadinhos de platina concêntricos, coloque o núcleo interno e a frita de vidro externa nos cadinhos interno e externo, respectivamente;
Método de enchimento molecular
A haste de vidro de sílica microporosa é imersa na solução aditiva com alto índice de refração para obter a estrutura da seção transversal da distribuição do índice de refração necessária e, em seguida, a operação de estiramento é realizada. O processo é mais complicado. Na comunicação de fibra óptica, métodos de deposição de vapor interno e externo também podem ser usados para garantir que fibras ópticas com baixa taxa de perda óptica possam ser fabricadas.
Fusão espacial
Coloque o dispositivo de desenho de fibra no ambiente de microgravidade do espaço para puxá-lo e você poderá obter a fibra guia de luz ultralonga de alta qualidade que não está disponível na Terra.
Classificação de fibra
De acordo com o método de classificação de diferentes padrões de classificação de fibra óptica, a mesma fibra óptica terá nomes diferentes.
Classificado por material de fibra
De acordo com o material da fibra ótica, os tipos de fibra ótica podem ser divididos em fibra ótica de quartzo e fibra ótica totalmente de plástico.
A fibra de sílica geralmente se refere a uma fibra óptica composta de um núcleo de sílica dopada e um revestimento de sílica dopada. Esta fibra tem perda muito baixa e dispersão moderada. Atualmente, a grande maioria das fibras ópticas para comunicação são fibras ópticas de quartzo.
A fibra ótica totalmente de plástico é um novo tipo de fibra ótica para comunicação, que ainda está em fase de desenvolvimento e teste. A fibra totalmente plástica tem as características de grande perda, núcleo espesso (100-600μm de diâmetro), grande abertura numérica (NA) (geralmente 0,3-0,5, que pode ser acoplada a fontes de luz com pontos de luz maiores) e baixo custo de fabricação. Atualmente, a fibra ótica toda de plástico é adequada para aplicações de comprimento mais curto, como redes de computadores em ambientes internos e comunicação em navios.
Classificação pela distribuição do índice de refração do perfil de fibra
De acordo com a distribuição do índice de refração diferente do perfil da fibra, os tipos de fibras podem ser divididos em fibras do tipo degrau e fibras do tipo graduado.
Classificado por modo de transmissão
De acordo com o número de modos de transmissão de fibra ótica, os tipos de fibras óticas podem ser divididos em fibras óticas multimodo e fibras óticas monomodo.
A fibra monomodo é uma fibra que pode transmitir apenas um modo. A fibra monomodo pode transmitir apenas o modo fundamental (modo de ordem inferior), não há diferença de atraso entre os modos e tem uma largura de banda muito maior do que a fibra multimodo, que é muito importante para a transmissão de alta velocidade. O diâmetro do campo modal de uma fibra monomodo é de apenas alguns mícrons (μm) e sua largura de banda é geralmente uma ou duas ordens de magnitude maior do que a de uma fibra multimodo graduada. Portanto, é adequado para comunicações de longa distância e grande capacidade.
Classificação de acordo com os padrões internacionais (classificação de acordo com as recomendações ITU-T)
Para fazer com que a fibra óptica tenha um padrão internacional unificado, a União Internacional de Telecomunicações (ITU-T) formulou um padrão de fibra óptica unificado (padrão G). De acordo com as recomendações ITU-T sobre fibras ópticas, os tipos de fibras ópticas podem ser divididos em:
Fibra G.651 (fibra de índice graduado multimodo 50 / 125μm)
Fibra G.652 (fibra deslocada sem dispersão)
Fibra G.653 (fibra deslocada de dispersão DSF)
Fibra G.654 (fibra de corte de comprimento de onda)
Fibra G.655 (fibra deslocada de dispersão diferente de zero).
A fim de atender às necessidades de desenvolvimento de novas tecnologias, a fibra G.652 atual foi dividida em três subcategorias G.652A, G.652B e G.652C, e a fibra G.655 foi dividida em G.655A e G.655B. Subcategorias.
De acordo com a classificação do padrão IEC, o padrão IEC divide os tipos de fibras ópticas em
Fibra multimodo Tipo A:
Fibra multimodo A1a (fibra multimodo tipo 50 / 125μm)
Fibra multimodo A1b (fibra multimodo tipo 62,5 / 125μm)
Fibra multimodo A1d (fibra multimodo tipo 100 / 140μm)
Fibra monomodo Classe B:
B1.1 corresponde à fibra G652 e a fibra B1.3 é adicionada para corresponder à fibra G652C
B1.2 corresponde à fibra G654
A fibra B2 corresponde à fibra G.653
A fibra B4 corresponde à fibra G.655