Ventajas de transmisión
Hasta 1960, el científico estadounidense Maiman inventó el primer láser del mundo &, que proporcionaba una buena fuente de luz para las comunicaciones ópticas. Después de más de dos décadas, la gente ha investigado sobre medios de transmisión óptica y finalmente ha fabricado fibras ópticas de baja pérdida, sentando así la piedra angular de las comunicaciones ópticas. Desde entonces, las comunicaciones ópticas han entrado en una etapa de rápido desarrollo.
La transmisión por fibra óptica tiene muchas ventajas destacadas:
Ancho de banda de frecuencia
El ancho de la banda de frecuencia representa el tamaño de la capacidad de transmisión. Cuanto mayor sea la frecuencia de la portadora, mayor será el ancho de banda de la señal que se puede transmitir. En la banda de frecuencia VHF, la frecuencia portadora es 48.5MHz ～ 300Mhz. Con un ancho de banda de aproximadamente 250MHz, solo puede transmitir 27 televisores y docenas de transmisiones de FM. La frecuencia de la luz visible alcanza los 100.000 GHz, que es más de un millón de veces más alta que la banda de frecuencia VHF. Aunque la fibra óptica tiene diferentes pérdidas para diferentes frecuencias de luz, el ancho de banda se ve afectado, pero el ancho de banda en la región de menor pérdida también puede alcanzar los 30.000 GHz. En la actualidad, el ancho de banda de una sola fuente de luz solo ocupa una pequeña parte (la banda de frecuencia de la fibra multimodo es de unos varios cientos de MHz, y una buena fibra monomodo puede alcanzar más de 10 GHz). El uso de comunicación óptica coherente avanzada puede disponer 2.000 luces en el rango de 30.000 GHz. Portadora, multiplexación por división de longitud de onda, puede acomodar millones de canales.
Baja pérdida
En un sistema compuesto por cables coaxiales, el mejor cable tiene una pérdida de más de 40dB por kilómetro al transmitir señales de 800MHz. Por el contrario, la pérdida de fibra óptica es mucho menor, la transmisión de 1.31um de luz, la pérdida por kilómetro es inferior a 0.35dB, si la transmisión de 1.55um de luz, la pérdida por kilómetro es menor, hasta 0.2dB o menos. Esto es 100 millones de veces más pequeño que la pérdida de potencia de un cable coaxial, lo que permite transmitir a una distancia mucho más larga. Además, la pérdida de transmisión de fibra óptica tiene dos características. Una es que tiene la misma pérdida en todos los canales de televisión por cable y no es necesario introducir un ecualizador para la ecualización como una línea troncal de cable; la otra es que su pérdida apenas cambia con la temperatura, por lo que no debes preocuparte por ello. Los cambios en la temperatura ambiente provocan fluctuaciones en el nivel de la red.
Peso ligero
Debido a que la fibra óptica es muy delgada, el diámetro del cable del núcleo de fibra monomodo es generalmente de 4um ~ 10um, y el diámetro exterior es de solo 125um. Con capa impermeable, nervaduras de refuerzo, vaina, etc., el diámetro de un cable óptico compuesto por 4 a 48 fibras ópticas es inferior a 13 mm. Es mucho más pequeño que el cable coaxial estándar con un diámetro de 47 mm. Además, la fibra óptica es una fibra de vidrio con un peso específico pequeño, lo que hace que tenga las características de diámetro pequeño y peso ligero, y es muy conveniente de instalar.
Fuerte capacidad antiinterferente
Debido a que el componente básico de la fibra óptica es el cuarzo, solo transmite luz, no conduce electricidad y no se ve afectado por campos electromagnéticos. Las señales ópticas transmitidas en él no se ven afectadas por campos electromagnéticos. Por lo tanto, la transmisión de fibra óptica tiene una fuerte resistencia a la interferencia electromagnética y la interferencia industrial. Precisamente por esto, la señal transmitida en la fibra óptica no es fácil de escuchar a escondidas, lo que favorece la confidencialidad.
Alta fidelidad
Debido a que la transmisión de fibra óptica generalmente no requiere amplificación por relé, no introducirá nuevas distorsiones no lineales debido a la amplificación. Siempre que la linealidad del láser sea buena, la señal de TV se puede transmitir con alta fidelidad. La prueba real muestra que la relación de triple latido de combinación de portadora C / CTB de un buen sistema de fibra AM es más de 70dB, y el índice de intermodulación cM también es más de 60dB, que es mucho más alto que el índice de distorsión no lineal del tronco de cable general. sistema.
Rendimiento de trabajo confiable
Sabemos que la confiabilidad de un sistema está relacionada con la cantidad de dispositivos que componen el sistema. Cuanto más equipo, mayor será la posibilidad de falla. Debido a que la cantidad de equipos contenidos en el sistema de fibra óptica es pequeña (a diferencia de un sistema de cable que requiere docenas de amplificadores), la confiabilidad es naturalmente alta. Además, la vida útil del equipo de fibra óptica es muy larga y el tiempo de trabajo sin problemas es de 500.000 a 750.000 horas. Entre ellos, la vida útil más corta es el láser en el transmisor óptico y la vida útil más baja es de más de 100.000 horas. Por lo tanto, el rendimiento de trabajo de un sistema de fibra óptica bien diseñado, correctamente instalado y depurado es muy confiable.
El costo sigue cayendo
En la actualidad, algunas personas han propuesto una nueva ley de Moore &, también llamada ley óptica (Ley óptica). La ley establece que el ancho de banda de transmisión de información por fibra óptica se duplica cada 6 meses, mientras que el precio se duplica. El desarrollo de la tecnología de comunicación óptica ha sentado una muy buena base para el desarrollo de la tecnología de banda ancha de Internet. Esto eliminó el último obstáculo para que los sistemas de televisión por cable a gran escala adoptaran métodos de transmisión de fibra óptica. Dado que la fuente del material (cuarzo) para la fibra óptica es muy abundante, con el avance de la tecnología, el costo se reducirá aún más; mientras que el material de cobre requerido para el cable es limitado, el precio será cada vez más alto. Obviamente, la transmisión por fibra óptica tendrá una ventaja absoluta en el futuro, y se convertirá en el método de transmisión más importante para el establecimiento de redes de TV por cable en toda la provincia e incluso en todo el país.
Principio de estructura
La fibra óptica está compuesta por dos capas de vidrio con diferentes índices de refracción. La capa interior es un núcleo interior óptico con un diámetro de varios micrómetros a varias decenas de micrómetros, y el diámetro de la capa exterior es de 0,1 a 0,2 mm. Generalmente, el índice de refracción del vidrio del núcleo interno es un 1% mayor que el del vidrio externo. De acuerdo con el principio de refracción de la luz y reflexión total, cuando el ángulo en el que la luz incide en la interfaz entre el núcleo interno y la capa externa es mayor que el ángulo crítico para la reflexión total, la luz no puede atravesar la interfaz y se refleja completamente. .
Atenuación de fibra
Los principales factores que provocan la atenuación de la fibra son: intrínsecos, dobleces, apretones, impurezas, desniveles y juntas a tope, etc.
Intrínseco
Es la pérdida inherente de fibra óptica, que incluye: dispersión de Rayleigh, absorción inherente, etc.
doblando
Cuando la fibra óptica se dobla, parte de la luz de la fibra óptica se perderá debido a la dispersión, lo que provocará una pérdida.
extrusión
Pérdida causada por una ligera flexión cuando se aprieta la fibra óptica.
Impureza
Las impurezas en la fibra óptica absorben y dispersan la luz que se propaga en la fibra óptica, provocando pérdidas.
Desigual
Pérdida causada por el índice de refracción no uniforme del material de fibra óptica.
Unión cósmica
La pérdida causada por el extremo de la fibra, como: eje diferente (se requiere que la coaxialidad de la fibra monomodo sea inferior a 0,8 μm), la cara del extremo no es perpendicular al eje, la cara del extremo no es plana, el diámetro del núcleo del extremo es no coincide y la calidad del empalme es deficiente.
Atenuación artificial
En el trabajo real, a veces es necesario realizar una atenuación de fibra óptica artificial, como los atenuadores de fibra óptica utilizados en los sistemas de comunicación óptica para depurar el rendimiento de la potencia óptica, depurar la calibración de los instrumentos de fibra óptica y la atenuación de la señal de fibra óptica.
método de producción
En la actualidad, la fibra óptica utilizada en la comunicación es generalmente una fibra óptica de sílice. El nombre químico del cuarzo es dióxido de silicio (SiO2), que tiene la misma composición principal que la arena que utilizamos para construir casas. Sin embargo, las fibras ópticas hechas de materiales de cuarzo ordinarios no se pueden utilizar para la comunicación. La fibra óptica de comunicación debe estar compuesta de materiales de muy alta pureza; sin embargo, agregar una pequeña cantidad de dopante al material principal puede hacer que el índice de refracción del núcleo y el revestimiento sean ligeramente diferentes, lo que es beneficioso para la comunicación.
Existen muchos métodos para fabricar preformas de fibra óptica mediante el método VAD. En la actualidad, existen principalmente: método CVD (deposición química de vapor) en tubo, método CVD en varilla, método PCVD (deposición química de vapor por plasma) y método VAD (deposición axial de vapor). Pero no importa qué método se utilice, la preforma debe fabricarse a alta temperatura primero, y luego calentarse y ablandarse en un horno de alta temperatura, estirarse en un filamento y luego recubrirse y moldearse para convertirse en un alambre con núcleo de fibra óptica. La fabricación de fibras ópticas requiere que cada proceso sea proporcionalmente preciso y controlado por una computadora. En el proceso de fabricación de fibra óptica, debemos prestar atención a:
Preforma de fibra óptica fabricada por método VAD
①La pureza de las materias primas de fibra óptica debe ser muy alta.
②Es necesario evitar la contaminación por impurezas y la entrada de burbujas de aire en la fibra óptica.
③Para controlar con precisión la distribución del índice de refracción;
④ Controlar correctamente el tamaño estructural de la fibra óptica;
⑤ Minimice el daño de la cicatriz en la superficie de la fibra óptica y mejore la resistencia mecánica de la fibra óptica.
Método de varilla de tubo
Inserte la varilla de vidrio del núcleo interior en el tubo de vidrio exterior (lo más cerca posible), derrita y estire el alambre;
Método de doble crisol
En dos crisoles de platino concéntricos, coloque el núcleo interior y la frita de vidrio exterior en los crisoles interior y exterior respectivamente;
Método de llenado molecular
La varilla de vidrio de sílice microporosa se sumerge en la solución de aditivo con alto índice de refracción para obtener la estructura en sección transversal de la distribución requerida del índice de refracción, y luego se realiza la operación de estirado. El proceso es más complicado. En la comunicación por fibra óptica, también se pueden utilizar métodos de deposición de vapor internos y externos para garantizar que se puedan fabricar fibras ópticas con una tasa de pérdida óptica baja.
Fusión espacial
Coloque el dispositivo de extracción de fibra en el entorno de microgravedad del espacio para tirar de él, y podrá obtener la fibra guía de luz ultralarga de alta calidad que no está disponible en la tierra.
Clasificación de fibras
De acuerdo con el método de clasificación de diferentes estándares de clasificación de fibra óptica, la misma fibra óptica tendrá diferentes nombres.
Clasificado por material de fibra
Según el material de la fibra óptica, los tipos de fibra óptica se pueden dividir en fibra óptica de cuarzo y fibra óptica totalmente plástica.
La fibra de sílice se refiere generalmente a una fibra óptica compuesta por un núcleo de sílice dopado y un revestimiento de sílice dopado. Esta fibra tiene pérdidas muy bajas y dispersión moderada. En la actualidad, la gran mayoría de las fibras ópticas para la comunicación son fibras ópticas de cuarzo.
La fibra óptica totalmente plástica es un nuevo tipo de fibra óptica para comunicaciones, que aún se encuentra en la etapa de desarrollo y prueba. La fibra totalmente plástica tiene las características de gran pérdida, núcleo grueso (100-600μm de diámetro), gran apertura numérica (NA) (generalmente 0.3-0.5, que puede acoplarse con fuentes de luz con puntos de luz más grandes) y bajo costo de fabricación. En la actualidad, la fibra óptica totalmente de plástico es adecuada para aplicaciones de menor longitud, como redes de computadoras en interiores y comunicaciones en barcos.
Clasificación por distribución del índice de refracción del perfil de la fibra
De acuerdo con la diferente distribución del índice de refracción del perfil de fibra, los tipos de fibras se pueden dividir en fibras de tipo escalonado y fibras de tipo graduado.
Clasificado por modo de transmisión
Según el número de modos de transmisión de fibra óptica, los tipos de fibras ópticas se pueden dividir en fibras ópticas multimodo y fibras ópticas monomodo.
La fibra monomodo es una fibra que solo puede transmitir un modo. La fibra monomodo solo puede transmitir el modo fundamental (modo de orden más bajo), no hay diferencia de retardo entre modos y tiene un ancho de banda mucho mayor que la fibra multimodo, lo cual es muy importante para la transmisión de alta velocidad. El diámetro del campo modal de una fibra monomodo es solo de unos pocos micrones (μm), y su ancho de banda es generalmente uno o dos órdenes de magnitud mayor que el de una fibra multimodo graduada. Por lo tanto, es adecuado para comunicaciones de larga distancia y gran capacidad.
Clasificación según estándares internacionales (clasificación según recomendaciones ITU-T)
Para que la fibra óptica tenga un estándar internacional unificado, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-T) ha formulado un estándar de fibra óptica unificado (estándar G). Según las recomendaciones del UIT-T sobre fibras ópticas, los tipos de fibras ópticas se pueden dividir en:
Fibra G.651 (fibra de índice graduado multimodo de 50/125 μm)
Fibra G.652 (fibra desplazada sin dispersión)
Fibra G.653 (fibra de dispersión desplazada DSF)
Fibra G.654 (fibra de desplazamiento de longitud de onda de corte)
Fibra G.655 (fibra desplazada de dispersión distinta de cero).
Para satisfacer las necesidades del desarrollo de nuevas tecnologías, la fibra G.652 actual se ha dividido en tres subcategorías G.652A, G.652B y G.652C, y la fibra G.655 se divide en G.655A y G.655B. Subcategorías.
Según la clasificación del estándar IEC, el estándar IEC divide los tipos de fibras ópticas en
Fibra multimodo tipo A:
Fibra multimodo A1a (fibra multimodo tipo 50/125 μm)
Fibra multimodo A1b (fibra multimodo tipo 62,5 / 125μm)
Fibra multimodo A1d (fibra multimodo tipo 100 / 140μm)
Fibra monomodo de clase B:
B1.1 corresponde a la fibra G652, y la fibra B1.3 se agrega para corresponder a la fibra G652C
B1.2 corresponde a la fibra G654
La fibra B2 corresponde a la fibra G.653
La fibra B4 corresponde a la fibra G.655
