Преимущества оптоволоконной связи
● Большая пропускная способность связи
● Большое расстояние реле
● Невосприимчивость к электромагнитным помехам.
● Обильные ресурсы
● Легкий и небольшой размер оптоволокна.
Краткая история развития оптической связи
● Более 2000 лет назад: маяки – огни, флажки.
● 1880: Оптический телефон – беспроводная оптическая связь.
● 1970: Оптоволоконная связь.
● 1966: Доктор Као Куэн, «отец оптоволокна», впервые предложил идею оптоволоконной связи.
● 1970: Капрон из Института Корнинга произвел оптоволокно с потерями 20 дБ/км.
● 1977: первая коммерческая линия в Чикаго со скоростью 45 Мбит/с.
Электромагнитный спектр
Преломление/отражение и полное внутреннее отражение света
Поскольку в разных веществах свет распространяется с разной скоростью, при переходе света из одного вещества в другое на границе раздела двух веществ происходят преломление и отражение. Кроме того, угол преломленного света изменяется в зависимости от угла падающего света. Когда угол падающего света достигает или превышает определенный угол, преломленный свет исчезает, и весь падающий свет отражается обратно; это полное внутреннее отражение. Разные материалы преломляют свет одной и той же длины волны под разными углами (т. е. разные материалы имеют разные показатели преломления), и один и тот же материал преломляет свет разных длин волн под разными углами. На этих принципах основана оптоволоконная связь. Распределение отражательной способности. Важным параметром, характеризующим оптические материалы, является показатель преломления, обозначаемый N. Отношение скорости света C в вакууме к скорости света V в материале является показателем преломления материала.
N＝C/V
Показатель преломления кварцевого стекла, используемого в оптоволоконной связи, составляет примерно 1,5.
Волоконно-оптическая структура
Голый оптоволоконный кабель обычно состоит из трех слоев:
Первый слой: стеклянная сердцевина с высоким-показателем преломления-(диаметр сердцевины обычно составляет 9-10 мкм, (одномодовый) 50 или 62,5 (многомодовый).
Второй слой: оболочка из кремниевого стекла с низким-показателем преломления-в середине (диаметр обычно составляет 125 мкм).
Третий слой: внешнее покрытие из армирующей смолы.
Базовые знания о свете
1) Сердечник: высокий показатель преломления, используемый для передачи света;
2) Покрытие: Низкий показатель преломления вместе с сердцевиной создает условия для полного внутреннего отражения;
3) Оболочка: высокая прочность, выдерживает большие удары и защищает оптическое волокно.
Оптоволоконный кабель 3 мм, оранжевый, многомодовый, мм
Желтый SM, одномодовый
Размеры оптоволоконного кабеля:
Внешний диаметр обычно составляет 125 мкм (средний человеческий волос составляет 100 мкм).
Внутренний диаметр: одномодовый-9 мкм, многомодовый 50/62,5 мкм.
Числовая апертура
Не весь свет, падающий на торцевую поверхность оптического волокна, передается через него; передается только свет, падающий в определенном угловом диапазоне. Этот угол называется числовой апертурой оптического волокна. Большая числовая апертура предпочтительна для сращивания оптоволокна. Числовая апертура варьируется в зависимости от оптических волокон, производимых разными компаниями.
Типы оптических волокон
В зависимости от режима передачи света внутри волокна оптические волокна можно разделить на:
Многорежимный-режим (ММ)
Одиночный-режим (SM)
Многомодовое волокно:-имеет более толстую центральную стеклянную сердцевину (50 или 62,5 мкм), что позволяет передавать несколько мод света. Однако его интермодальная дисперсия значительна, ограничивая частоту передаваемых цифровых сигналов, и это ограничение ухудшается с увеличением расстояния. Например, оптоволокно со скоростью 600 МБ/км будет иметь пропускную способность только 300 МБ/км на расстоянии 2 км. Таким образом, многомодовое волокно имеет относительно небольшое расстояние передачи, обычно всего несколько километров.
Одномодовое волокно-: имеет более тонкую центральную стеклянную сердцевину (обычно 9 или 10 мкм в диаметре), что позволяет передавать только одну моду света. По сути, это разновидность волокна со ступенчатым-индексом, но с очень маленьким диаметром сердцевины. Теоретически это позволяет только одному прямолинейному свету проникать в волокно и распространяться по прямой линии внутри сердцевины. Уширение импульса волокна минимально. Поэтому его интермодальная дисперсия очень мала, что делает его пригодным для связи на-расстояниях. Однако его хроматическая дисперсия играет важную роль, а это означает, что одномодовое волокно предъявляет высокие требования к ширине спектра и стабильности источника света, то есть ширина спектра должна быть узкой, а стабильность должна быть хорошей.
Классификация оптоволокна
По материалу:
● Стекловолокно. И сердцевина, и оболочка изготовлены из стекла. Низкие потери, большое расстояние передачи, высокая стоимость.
● Силиконовое волокно с оболочкой: сердцевина — стекло, оболочка — пластик. Характеристики аналогичны стекловолокну, но более низкая стоимость.
● Пластиковое волокно. И сердцевина, и оболочка изготовлены из пластика. Высокие потери, очень короткое расстояние передачи, очень низкая цена. Широко используется в бытовой технике, аудиооборудовании и передаче изображений на короткие-расстояния.
● По оптимальному диапазону частот передачи: традиционное одномодовое волокно-и дисперсионное-одномодовое волокно со сдвигом-модом.
● Традиционное: производители волокна оптимизируют частоту передачи волокна для одной длины волны, например 1300 нм.
● Дисперсия-Сдвинута: производители волокна оптимизируют частоту передачи волокна для двух длин волн, например 1300 нм и 1550 нм.
● Резкое смещение: показатель преломления резко меняется от сердцевины к стеклянной оболочке. Низкая стоимость, высокая интермодальная дисперсия. Подходит для связи на коротких-расстояниях и низкой-скорости, например в системах управления промышленными предприятиями. Однако одномодовые-волокна имеют очень низкую интермодальную дисперсию, поэтому все они являются волокнами с градиентным-показательом преломления.
●Волокна с градиентным-индексом: показатель преломления постепенно уменьшается от сердцевины к оболочке, позволяя свету высокой-моды распространяться синусоидально. Это уменьшает интермодальную дисперсию, увеличивает пропускную способность волокна и увеличивает дальность передачи, но обходится дороже. Большинство современных многомодовых волокон являются волокнами с градуированным-индексом преломления.
