Vantaggi della trasmissione
Fino al 1960, lo scienziato americano Maiman inventò il primo laser al mondo, che forniva una buona fonte di luce per le comunicazioni ottiche. Dopo più di due decenni, le persone hanno fatto ricerche sui mezzi di trasmissione ottica e finalmente hanno realizzato fibre ottiche a bassa perdita, ponendo così la pietra angolare delle comunicazioni ottiche. Da allora, le comunicazioni ottiche sono entrate in una fase di rapido sviluppo.
La trasmissione in fibra ottica presenta molti vantaggi eccezionali:
Larghezza di banda di frequenza
La larghezza della banda di frequenza rappresenta la dimensione della capacità di trasmissione. Maggiore è la frequenza della portante, maggiore è la larghezza di banda del segnale che può essere trasmesso. Nella banda di frequenza VHF, la frequenza portante è 48,5 MHz～300 Mhz. Con una larghezza di banda di circa 250 MHz, può trasmettere solo 27 televisori e decine di trasmissioni FM. La frequenza della luce visibile raggiunge i 100.000 GHz, che è oltre un milione di volte superiore alla banda di frequenza VHF. Sebbene la fibra ottica abbia perdite diverse per diverse frequenze di luce, la larghezza di banda ne risente, ma la larghezza di banda nella regione di perdita più bassa può raggiungere anche i 30.000 GHz. Attualmente, la larghezza di banda di una singola sorgente luminosa ne occupa solo una piccola parte (la banda di frequenza della fibra multimodale è di circa diverse centinaia di MHz e una buona fibra monomodale può raggiungere più di 10 GHz). L'uso di comunicazioni ottiche coerenti avanzate può organizzare 2.000 luci nella gamma di 30.000 GHz. Carrier, multiplexing a divisione di lunghezza d'onda, può ospitare milioni di canali.
Bassa perdita
In un sistema composto da cavi coassiali, il miglior cavo ha una perdita di oltre 40dB per chilometro quando trasmette segnali a 800MHz. Al contrario, la perdita di fibra ottica è molto più piccola, la trasmissione di 1,31 um di luce, la perdita per chilometro è inferiore a 0,35 dB, se la trasmissione di 1,55 um di luce, la perdita per chilometro è inferiore, fino a 0,2 dB o meno. Questo è 100 milioni di volte inferiore alla perdita di potenza di un cavo coassiale, rendendo possibile la trasmissione a una distanza molto più lunga. Inoltre, la perdita di trasmissione in fibra ottica ha due caratteristiche. Uno è che ha la stessa perdita in tutti i canali TV via cavo e non è necessario introdurre un equalizzatore per l'equalizzazione come un cavo trunk; l'altro è che la sua perdita difficilmente cambia con la temperatura, quindi non c'è bisogno di preoccuparsene. Le variazioni della temperatura ambiente causano fluttuazioni del livello di rete.
Peso leggero
Poiché la fibra ottica è molto sottile, il diametro del filo centrale in fibra monomodale è generalmente di 4 um ~ 10 um e il diametro esterno è di soli 125 um. Con strato impermeabile, nervature di rinforzo, guaina, ecc., il diametro di un cavo ottico composto da 4 a 48 fibre ottiche è inferiore a 13 mm. È molto più piccolo del cavo coassiale standard con un diametro di 47 mm. Inoltre, la fibra ottica è una fibra di vetro con un piccolo peso specifico, che gli conferisce le caratteristiche di piccolo diametro e peso leggero, ed è molto comoda da installare.
Forte capacità anti-interferenza
Poiché il componente di base della fibra ottica è il quarzo, trasmette solo luce, non conduce elettricità e non è influenzato dai campi elettromagnetici. I segnali ottici trasmessi in esso non sono influenzati dai campi elettromagnetici. Pertanto, la trasmissione in fibra ottica ha una forte resistenza alle interferenze elettromagnetiche e alle interferenze industriali. Proprio per questo motivo, il segnale trasmesso nella fibra ottica non è facilmente intercettabile, il che favorisce la riservatezza.
Alta fedeltà
Poiché la trasmissione in fibra ottica generalmente non richiede l'amplificazione del relè, non introdurrà nuove distorsioni non lineari dovute all'amplificazione. Finché la linearità del laser è buona, il segnale TV può essere trasmesso con alta fedeltà. Il test effettivo mostra che il rapporto triplo battito della combinazione portante C/CTB di un buon sistema in fibra AM è superiore a 70 dB e anche l'indice di intermodulazione cM è superiore a 60 dB, che è molto più alto dell'indice di distorsione non lineare del tronco generale del cavo sistema.
Prestazioni di lavoro affidabili
Sappiamo che l'affidabilità di un sistema è legata al numero di dispositivi che compongono il sistema. Maggiore è il numero di apparecchiature, maggiore è la possibilità di guasto. Poiché il numero di apparecchiature contenute nel sistema in fibra ottica è ridotto (a differenza di un sistema via cavo che richiede dozzine di amplificatori), l'affidabilità è naturalmente elevata. Inoltre, la durata dell'apparecchiatura in fibra ottica è molto lunga e l'orario di lavoro senza problemi è compreso tra 500.000 e 750.000 ore. Tra questi, la durata più breve è il laser nel trasmettitore ottico e la durata minima è superiore a 100.000 ore. Pertanto, le prestazioni di lavoro di un sistema in fibra ottica ben progettato, correttamente installato e sottoposto a debug sono molto affidabili.
Il costo continua a diminuire
Attualmente, alcune persone hanno proposto una nuova legge di Moore', chiamata anche legge ottica (legge ottica). La legge prevede che la larghezza di banda della trasmissione delle informazioni in fibra ottica raddoppi ogni 6 mesi, mentre il prezzo viene raddoppiato. Lo sviluppo della tecnologia di comunicazione ottica ha posto ottime basi per lo sviluppo della tecnologia Internet a banda larga. Questo ha eliminato l'ultimo ostacolo per i sistemi di televisione via cavo su larga scala ad adottare metodi di trasmissione in fibra ottica. Poiché la fonte del materiale (quarzo) per la fibra ottica è molto abbondante, con l'avanzare della tecnologia, il costo sarà ulteriormente ridotto; mentre il materiale in rame necessario per il cavo è limitato, il prezzo sarà sempre più alto. Ovviamente, la trasmissione in fibra ottica avrà in futuro un vantaggio assoluto e diventerà il metodo di trasmissione più importante per la creazione di reti televisive via cavo in tutta la provincia e persino in tutto il paese.
Principio della struttura
La fibra ottica è composta da due strati di vetro con diversi indici di rifrazione. Lo strato interno è un nucleo ottico interno con un diametro da diversi micrometri a diverse decine di micrometri e il diametro dello strato esterno è compreso tra 0,1 e 0,2 mm. Generalmente, l'indice di rifrazione del vetro del nucleo interno è maggiore dell'1% rispetto a quello del vetro esterno. Secondo il principio della rifrazione della luce e della riflessione totale, quando l'angolo con cui la luce colpisce l'interfaccia tra il nucleo interno e lo strato esterno è maggiore dell'angolo critico per la riflessione totale, la luce non può passare attraverso l'interfaccia ed è completamente riflessa .
Attenuazione della fibra
I principali fattori che causano l'attenuazione della fibra sono: intrinseco, piegatura, compressione, impurità, irregolarità e giunti di testa, ecc.
Intrinseco
È la perdita intrinseca della fibra ottica, tra cui: dispersione di Rayleigh, assorbimento intrinseco, ecc.
piegare
Quando la fibra ottica viene piegata, parte della luce nella fibra ottica andrà persa a causa della dispersione, con conseguente perdita.
estrusione
Perdita causata da una leggera flessione quando la fibra ottica viene schiacciata.
Impurità
Le impurità nella fibra ottica assorbono e diffondono la luce che si propaga nella fibra ottica, causando perdite.
irregolare
Perdita causata dall'indice di rifrazione non uniforme del materiale in fibra ottica.
Attracco
La perdita causata dall'estremità della fibra, ad esempio: asse diverso (la coassialità della fibra monomodale deve essere inferiore a 0,8 μm), la faccia terminale non è perpendicolare all'asse, la faccia terminale non è piatta, il diametro del nucleo di testa è non corrisponde e la qualità di giunzione è scarsa.
Attenuazione artificiale
Nel lavoro effettivo, a volte è necessario eseguire l'attenuazione artificiale della fibra ottica, come gli attenuatori della fibra ottica utilizzati nei sistemi di comunicazione ottica per eseguire il debug delle prestazioni della potenza ottica, eseguire il debug della calibrazione dello strumento della fibra ottica e dell'attenuazione del segnale della fibra ottica.
metodo di produzione
Attualmente, la fibra ottica utilizzata nella comunicazione è generalmente una fibra ottica di silice. Il nome chimico del quarzo è biossido di silicio (SiO2), che ha la stessa composizione principale della sabbia che usiamo per costruire le case. Tuttavia, le fibre ottiche realizzate con i normali materiali al quarzo non possono essere utilizzate per la comunicazione. La fibra ottica di comunicazione deve essere composta da materiali di altissima purezza; tuttavia, l'aggiunta di una piccola quantità di drogante nel materiale principale può rendere l'indice di rifrazione del nucleo e del rivestimento leggermente diverso, il che è vantaggioso per la comunicazione.
Esistono molti metodi per la produzione di preforme in fibra ottica con il metodo VAD. Attualmente, ci sono principalmente: metodo CVD (deposizione chimica da vapore) in tubo, metodo CVD in-rod, metodo PCVD (deposizione chimica da vapore al plasma) e metodo VAD (deposizione da vapore assiale). Ma indipendentemente dal metodo utilizzato, la preforma deve essere prima realizzata ad alta temperatura, quindi riscaldata e ammorbidita in un forno ad alta temperatura, trafilata in un filamento e quindi rivestita e modellata per diventare un filo con anima in fibra ottica. La produzione di fibre ottiche richiede che ogni processo sia proporzionalmente preciso e controllato da un computer. Nel processo di produzione della fibra ottica, dovremmo prestare attenzione a:
Preforma in fibra ottica realizzata con metodo VAD
①La purezza delle materie prime in fibra ottica deve essere molto elevata.
②È necessario prevenire la contaminazione da impurità e l'ingresso di bolle d'aria nella fibra ottica.
③Per controllare accuratamente la distribuzione dell'indice di rifrazione;
④ Controllare correttamente la dimensione strutturale della fibra ottica;
⑤ Ridurre al minimo i danni alla cicatrice sulla superficie della fibra ottica e migliorare la resistenza meccanica della fibra ottica.
Metodo del tubo stick
Inserire l'asta di vetro con anima interna nel tubo di vetro esterno (il più vicino possibile), fondere e tirare il filo;
Metodo del doppio crogiolo
In due crogioli di platino concentrici, mettere il nucleo interno e la fritta di vetro esterna rispettivamente nei crogioli interni ed esterni;
Metodo di riempimento molecolare
La bacchetta di vetro di silice microporosa viene immersa nella soluzione additiva ad alto indice di rifrazione per ottenere la struttura in sezione trasversale della distribuzione dell'indice di rifrazione richiesta, quindi viene eseguita l'operazione di trafilatura. Il processo è più complicato. Nella comunicazione in fibra ottica, possono essere utilizzati anche metodi di deposizione di vapore interni ed esterni per garantire che possano essere prodotte fibre ottiche con un basso tasso di perdita ottica.
Fusione spaziale
Metti il dispositivo di disegno della fibra nell'ambiente di microgravità dello spazio per tirarlo e puoi ottenere la fibra di guida della luce di alta qualità ultra lunga che non è disponibile sulla terra.
Classificazione delle fibre
Secondo il metodo di classificazione dei diversi standard di classificazione delle fibre ottiche, la stessa fibra ottica avrà nomi diversi.
Classificato per materiale in fibra
In base al materiale della fibra ottica, i tipi di fibra ottica possono essere suddivisi in fibra ottica al quarzo e fibra ottica interamente in plastica.
La fibra di silice si riferisce generalmente a una fibra ottica composta da un nucleo di silice drogata e un rivestimento di silice drogata. Questa fibra ha una perdita molto bassa e una dispersione moderata. Attualmente, la stragrande maggioranza delle fibre ottiche per la comunicazione sono fibre ottiche al quarzo.
La fibra ottica interamente in plastica è un nuovo tipo di fibra ottica per la comunicazione, che è ancora in fase di sviluppo e sperimentazione. La fibra interamente in plastica ha le caratteristiche di grande perdita, nucleo spesso (100-600 μm di diametro), ampia apertura numerica (NA) (di solito 0,3-0,5, che può essere accoppiata con sorgenti luminose con punti luminosi più grandi) e basso costo di produzione. Al momento, la fibra ottica interamente in plastica è adatta per applicazioni di lunghezza inferiore, come la rete di computer interni e la comunicazione nelle navi.
Classificazione in base alla distribuzione dell'indice di rifrazione del profilo della fibra
In base alla diversa distribuzione dell'indice di rifrazione del profilo delle fibre, i tipi di fibre possono essere suddivisi in fibre di tipo a gradini e fibre di tipo graduato.
Classificato per modalità di trasmissione
In base al numero di modalità di trasmissione in fibra ottica, i tipi di fibre ottiche possono essere suddivisi in fibre ottiche multimodali e fibre ottiche monomodali.
La fibra monomodale è una fibra che può trasmettere solo una modalità. La fibra monomodale può trasmettere solo la modalità fondamentale (modalità di ordine più basso), non vi è alcuna differenza di ritardo tra le modalità e ha una larghezza di banda molto maggiore rispetto alla fibra multimodale, che è molto importante per la trasmissione ad alta velocità. Il diametro del campo modale di una fibra monomodale è solo di pochi micron (μm) e la sua larghezza di banda è generalmente di uno o due ordini di grandezza superiore a quella di una fibra multimodale graduata. Pertanto, è adatto per comunicazioni di grande capacità ea lunga distanza.
Classificazione secondo gli standard internazionali (classificazione secondo le raccomandazioni ITU-T)
Al fine di rendere la fibra ottica uno standard internazionale unificato, l'International Telecommunication Union (ITU-T) ha formulato uno standard unificato per la fibra ottica (standard G). Secondo le raccomandazioni ITU-T sulle fibre ottiche, i tipi di fibre ottiche possono essere suddivisi in:
Fibra G.651 (fibra a indice graduato multimodale 50/125μm)
Fibra G.652 (fibra spostata senza dispersione)
Fibra G.653 (fibra spostata a dispersione DSF)
Fibra G.654 (fibra di spostamento della lunghezza d'onda tagliata)
Fibra G.655 (fibra spostata a dispersione diversa da zero).
Al fine di soddisfare le esigenze di sviluppo di nuove tecnologie, l'attuale fibra G.652 è stata ulteriormente suddivisa in tre sottocategorie G.652A, G.652B e G.652C, e la fibra G.655 è ulteriormente suddivisa in G.655A e G.655B. Sottocategorie.
Secondo la classificazione dello standard IEC, lo standard IEC divide i tipi di fibre ottiche in
Fibra multimodale di tipo A:
Fibra multimodale A1a (fibra multimodale tipo 50/125μm)
Fibra multimodale A1b (fibra multimodale tipo 62,5/125 μm)
Fibra multimodale A1d (fibra multimodale tipo 100/140μm)
Fibra monomodale di classe B:
B1.1 corrisponde alla fibra G652 e la fibra B1.3 viene aggiunta per corrispondere alla fibra G652C
B1.2 corrisponde alla fibra G654
La fibra B2 corrisponde alla fibra G.653
La fibra B4 corrisponde alla fibra G.655
