Lähetyksen edut
Vuoteen 1960 asti amerikkalainen tiedemies Maiman keksi maailman':n ensimmäisen laserin, joka tarjosi hyvän valonlähteen optiseen viestintään. Yli kahden vuosikymmenen jälkeen ihmiset ovat tehneet tutkimusta optisista siirtovälineistä ja lopulta valmistaneet pienihäviöisiä optisia kuituja, mikä on laskenut optisen viestinnän kulmakiven. Siitä lähtien optinen viestintä on siirtynyt nopean kehityksen vaiheeseen.
Optisella kuidunsiirrolla on monia merkittäviä etuja:
Taajuuskaistanleveys
Taajuuskaistan leveys edustaa siirtokapasiteetin kokoa. Mitä suurempi kantoaallon taajuus on, sitä suurempi signaalin kaistanleveys voidaan lähettää. VHF-taajuuskaistalla kantoaaltotaajuus on 48,5MHz～300Mhz. Noin 250 MHz:n kaistanleveydellä se pystyy lähettämään vain 27 televisiota ja kymmeniä FM-lähetyksiä. Näkyvän valon taajuus saavuttaa 100 000 GHz, mikä on yli miljoona kertaa suurempi kuin VHF-taajuuskaista. Vaikka optisella kuidulla on erilaiset häviöt eri valotaajuuksilla, kaistanleveys vaikuttaa, mutta kaistanleveys pienimmän häviön alueella voi olla myös 30 000 GHz. Tällä hetkellä yksittäisen valonlähteen kaistanleveys vie vain pienen osan siitä (monimuotokuidun taajuuskaista on noin useita satoja MHz ja hyvä yksimuotokuitu voi saavuttaa yli 10 GHz). Edistyneen koherentin optisen tiedonsiirron avulla voidaan järjestää 2000 valoa 30 000 GHz:n alueella. Kantoaalto, aallonpituusjakoinen multipleksointi, mahtuu miljoonia kanavia.
Pieni tappio
Koaksiaalikaapeleista koostuvassa järjestelmässä parhaan kaapelin häviö on yli 40 dB kilometriä kohden lähetettäessä 800 MHz signaaleja. Sen sijaan valokuidun häviö on paljon pienempi, valonläpäisy 1,31um, häviö kilometriä kohden on alle 0,35dB, jos valonläpäisy on 1,55um, häviö kilometriä kohden on pienempi, jopa 0,2dB tai Vähemmän. Tämä on 100 miljoonaa kertaa pienempi kuin koaksiaalikaapelin tehohäviö, mikä mahdollistaa lähetyksen paljon pidemmällä etäisyydellä. Lisäksi optisen kuidun lähetyshäviöllä on kaksi ominaisuutta. Yksi on, että sillä on sama häviö kaikilla kaapeli-TV-kanavilla, eikä taajuuskorjainta tarvitse ottaa käyttöön taajuuskorjausta varten, kuten kaapelin runko; toinen on, että sen häviö ei juurikaan muutu lämpötilan mukaan, joten sinun ei tarvitse huolehtia siitä. Ympäristön lämpötilan muutokset aiheuttavat sähköverkon tason vaihteluita.
Kevyt paino
Koska optinen kuitu on erittäin ohut, yksimuotoisen kuidun ydinlangan halkaisija on yleensä 4um ~ 10um ja ulkohalkaisija on vain 125um. Vedenpitävällä kerroksella, vahvistavilla rivoilla, vaipalla jne. 4-48 optisesta kuidusta koostuvan optisen kaapelin halkaisija on alle 13 mm. Se on paljon pienempi kuin tavallinen koaksiaalikaapeli, jonka halkaisija on 47 mm. Lisäksi optinen kuitu on lasikuitua, jolla on pieni ominaispaino, mikä tekee siitä halkaisijaltaan pienen ja kevyen, ja se on erittäin kätevä asentaa.
Vahva häiriöntorjuntakyky
Koska optisen kuidun peruskomponentti on kvartsi, se läpäisee vain valoa, ei johda sähköä eikä siihen vaikuta sähkömagneettiset kentät. Sähkömagneettiset kentät eivät vaikuta siinä lähetettyihin optisiin signaaleihin. Siksi optisella kuidulla on vahva vastustuskyky sähkömagneettisia häiriöitä ja teollisia häiriöitä vastaan. Juuri tästä syystä optisessa kuidussa lähetettävää signaalia ei ole helppo salakuunnella, mikä on luottamuksellista.
Korkea tarkkuus
Koska valokuitusiirto ei yleensä vaadi relevahvistusta, se ei aiheuta uusia epälineaarisia vääristymiä vahvistuksen vuoksi. Niin kauan kuin laserin lineaarisuus on hyvä, TV-signaali voidaan lähettää erittäin tarkasti. Varsinainen testi osoittaa, että hyvän AM-kuitujärjestelmän kantoaaltoyhdistelmän kolmoislyöntisuhde C/CTB on yli 70 dB ja intermodulaatioindeksi cM on myös yli 60 dB, mikä on paljon korkeampi kuin yleisen kaapelin rungon epälineaarinen vääristymäindeksi. järjestelmä.
Luotettava työsuorituskyky
Tiedämme, että järjestelmän luotettavuus riippuu järjestelmän muodostavien laitteiden lukumäärästä. Mitä enemmän laitteita, sitä suurempi on epäonnistumisen mahdollisuus. Koska valokuitujärjestelmän sisältämien laitteiden määrä on pieni (toisin kuin kymmeniä vahvistimia vaativa kaapelijärjestelmä), luotettavuus on luonnollisesti korkea. Lisäksi valokuitulaitteiden käyttöikä on erittäin pitkä ja häiriötön työaika on 500 000 - 750 000 tuntia. Niistä lyhin käyttöikä on optisen lähettimen laser, ja lyhin käyttöikä on yli 100 000 tuntia. Siksi hyvin suunnitellun, oikein asennetun ja virheenkorjatun valokuitujärjestelmän toimintakyky on erittäin luotettava.
Kustannukset jatkavat laskuaan
Tällä hetkellä jotkut ihmiset ovat ehdottaneet uutta Mooren':n lakia, jota kutsutaan myös optiseksi laiksi (optinen laki). Lain mukaan valokuitujen tiedonsiirron kaistanleveys kaksinkertaistuu kuuden kuukauden välein, kun taas hinta kaksinkertaistuu. Optisen viestintätekniikan kehitys on luonut erittäin hyvän pohjan Internet-laajakaistatekniikan kehitykselle. Tämä poisti viimeisen esteen suurilta kaapelitelevisiojärjestelmiltä valokuitujen siirtomenetelmien käyttöönotosta. Koska optisen kuidun materiaalin lähde (kvartsi) on erittäin runsas, teknologian kehittyessä kustannukset pienenevät entisestään; vaikka kaapeliin tarvittava kuparimateriaali on rajallinen, hinta nousee ja nousee. Ilmeisesti valokuitusiirrolla on tulevaisuudessa ehdoton etu, ja siitä tulee koko maakunnan ja jopa koko maan kaapeli-tv-verkkojen rakentamisen tärkein siirtotapa.
Rakenneperiaate
Optinen kuitu koostuu kahdesta lasikerroksesta, joilla on erilaiset taitekertoimet. Sisäkerros on optinen sisäydin, jonka halkaisija on useista mikrometreistä useisiin kymmeniin mikrometreihin ja ulkokerroksen halkaisija on 0,1 - 0,2 mm. Yleensä sisäytimen lasin taitekerroin on 1 % suurempi kuin ulomman lasin. Valon taittumisen ja kokonaisheijastuksen periaatteen mukaan, kun kulma, jossa valo osuu sisäytimen ja ulkokerroksen väliseen rajapintaan, on suurempi kuin kokonaisheijastuksen kriittinen kulma, valo ei pääse kulkemaan rajapinnan läpi ja heijastuu kokonaan .
Kuituvaimennus
Tärkeimmät kuidun vaimenemista aiheuttavat tekijät ovat: sisäinen, taivutus, puristuminen, epäpuhtaudet, epätasaisuudet ja päittäisliitokset jne.
Sisäinen
Se on optisen kuidun luontainen menetys, mukaan lukien: Rayleigh-sironta, luontainen absorptio jne.
taivutus
Kun valokuitua taivutetaan, osa valokuidun valosta häviää sironnan vuoksi, mikä johtaa häviöön.
ekstruusio
Häviö, joka aiheutuu valokuitua puristaessa pienestä taipumisesta.
Epäpuhtaus
Valokuidussa olevat epäpuhtaudet absorboivat ja sirottavat valokuidussa etenevää valoa aiheuttaen hävikkiä.
Epätasainen
Optisen kuitumateriaalin epäyhtenäisen taitekertoimen aiheuttama häviö.
Telakointi
Kuituperän aiheuttama menetys, kuten: eri akseli (yksimuotoisen kuidun koaksiaalisuuden on oltava alle 0,8 μm), päätypinta ei ole kohtisuorassa akseliin nähden, päätypinta ei ole tasainen, puskurin ytimen halkaisija on ei täsmää, ja liitoslaatu on huono.
Keinotekoinen vaimennus
Varsinaisessa työssä on joskus tarpeen suorittaa keinotekoisia optisten kuitujen vaimennusta, kuten optisissa viestintäjärjestelmissä käytettäviä optisia kuituvaimentimia optisen tehon suorituskyvyn virheenkorjaukseen, optisen kuitulaitteen kalibroinnin ja optisen kuidun signaalin vaimennuksen suorittamiseen.
tuotantomenetelmä
Tällä hetkellä viestinnässä käytettävä optinen kuitu on yleensä piidioksidioptista kuitua. Kvartsin kemiallinen nimi on piidioksidi (SiO2), jonka pääkoostumus on sama kuin talonrakennushiekalla. Tavallisista kvartsimateriaaleista valmistettuja optisia kuituja ei kuitenkaan voida käyttää viestintään. Viestintäoptisen kuidun on koostuttava erittäin puhtaista materiaaleista; Pienen määrän lisäainetta lisätty päämateriaaliin voi kuitenkin muuttaa ytimen ja verhouksen taitekerrointa hieman erilaiseksi, mikä on hyödyllistä viestinnässä.
Optisen kuituaihion valmistamiseksi VAD-menetelmällä on monia menetelmiä. Tällä hetkellä on pääasiassa: putkeen sisäinen CVD (kemiallinen höyrypinnoitus) -menetelmä, in-bar CVD -menetelmä, PCVD (plasmakemiallinen höyrypinnoitus) -menetelmä ja VAD (aksiaalinen höyrypinnoitus) -menetelmä. Mutta riippumatta siitä, mitä menetelmää käytetään, aihio on valmistettava ensin korkeassa lämpötilassa ja sitten lämmitettävä ja pehmennettävä korkean lämpötilan uunissa, vedettävä filamentiksi ja sitten pinnoitettava ja muovattava optisen kuidun ydinlangaksi. Valokuitujen valmistus edellyttää, että jokainen prosessi on suhteellisesti tarkka ja tietokoneohjattu. Optisen kuidun valmistusprosessissa meidän tulee kiinnittää huomiota:
VAD-menetelmällä valmistettu valokuituaihio
①Valokuitujen raaka-aineiden puhtauden on oltava erittäin korkea.
②On välttämätöntä estää epäpuhtauksien ja ilmakuplien pääsy optiseen kuituun.
③ Taitekertoimen jakautumisen tarkka hallinta;
④ Ohjaa valokuidun rakenteellista kokoa oikein;
⑤ Minimoi optisen kuidun pinnan arpivauriot ja paranna optisen kuidun mekaanista lujuutta.
Putkipuikkomenetelmä
Työnnä sisempi lasitanko ulompaan lasiputkeen (mahdollisimman lähelle), sulata ja vedä lanka;
Kaksoisupokkaan menetelmä
Aseta kahdessa samankeskisessä platinaupokkaassa sisäydin ja ulompi lasifritti sisempään ja ulompaan upokkaaseen;
Molekyylitäyttömenetelmä
Mikrohuokoinen piidioksidilasisauva upotetaan lisäaineliuokseen, jolla on korkea taitekerroin, jotta saadaan vaaditun taitekerroinjakauman poikkileikkausrakenne, ja sitten suoritetaan veto. Prosessi on monimutkaisempi. Valokuituviestinnässä voidaan käyttää myös sisäisiä ja ulkoisia höyrypinnoitusmenetelmiä sen varmistamiseksi, että voidaan valmistaa optisia kuituja, joiden optinen häviönopeus on alhainen.
Avaruuden fuusio
Laita kuituvetolaite avaruuden mikrogravitaatioympäristöön vetääksesi sitä, niin saat huippupitkän korkealaatuisen valonohjauskuidun, jota ei ole maan päällä.
Kuitujen luokitus
Eri optisten kuitujen luokitusstandardien luokitusmenetelmän mukaan samalla optisella kuidulla on eri nimet.
Luokiteltu kuitumateriaalin mukaan
Optisen kuidun materiaalin mukaan valokuitutyypit voidaan jakaa kvartsioptisiin kuituihin ja täysmuovisiin optisiin kuituihin.
Silikakuidulla tarkoitetaan yleensä optista kuitua, joka koostuu seostetusta piidioksidiytimestä ja seostetusta piidioksidikuoresta. Tällä kuidulla on erittäin pieni häviö ja kohtalainen dispersio. Tällä hetkellä suurin osa viestinnän optisista kuiduista on kvartsioptisia kuituja.
Täysmuovinen optinen kuitu on uudenlainen viestinnän optinen kuitu, joka on vielä kehitys- ja kokeiluvaiheessa. Täysmuovikuidulla on suuri häviö, paksu ydin (halkaisijaltaan 100-600 μm), suuri numeerinen aukko (NA) (yleensä 0,3-0,5, joka voidaan yhdistää valonlähteisiin, joissa on suurempia valopisteitä) ja alhaiset valmistuskustannukset. Tällä hetkellä täysmuovinen valokuitu soveltuu lyhyempiin sovelluksiin, kuten sisätilojen tietokoneverkkoihin ja laivojen viestintään.
Luokittelu kuituprofiilin taitekerroinjakauman mukaan
Kuituprofiilin erilaisen taitekerroinjakauman mukaan kuitutyypit voidaan jakaa porraskuituihin ja lajiteltuihin kuituihin.
Luokiteltu lähetystavan mukaan
Valokuitujen siirtomuotojen lukumäärän mukaan optisten kuitujen tyypit voidaan jakaa monimuotoisiin optisiin kuituihin ja yksimuotoisiin optisiin kuituihin.
Yksimuotokuitu on kuitu, joka voi lähettää vain yhden moodin. Yksimuotokuitu voi lähettää vain perustilan (alimman kertaluvun tila), tilojen välistä viiveeroa ei ole, ja sen kaistanleveys on paljon suurempi kuin monimuotokuitu, mikä on erittäin tärkeää nopean tiedonsiirron kannalta. Yksimuotokuidun muotokentän halkaisija on vain muutama mikroni (μm), ja sen kaistanleveys on yleensä yhden tai kaksi suuruusluokkaa suurempi kuin lajitellun monimuotokuidun. Siksi se soveltuu suuren kapasiteetin pitkän matkan viestintään.
Luokitus kansainvälisten standardien mukaan (luokitus ITU-T:n suositusten mukaan)
Jotta optisella kuidulla olisi yhtenäinen kansainvälinen standardi, Kansainvälinen televiestintäliitto (ITU-T) on muotoillut yhtenäisen valokuitustandardin (G-standardi). ITU-T:n optisia kuituja koskevien suositusten mukaan valokuitutyypit voidaan jakaa seuraaviin:
G.651-kuitu (50/125 μm:n monimuotoinen indeksikuitu)
G.652 kuitu (ei dispersiota siirretty kuitu)
G.653 kuitu (dispersiosiirretty kuitu DSF)
G.654 kuitu (katkaisuaallonpituuden siirtokuitu)
G.655-kuitu (ei-nolla dispersiosiirretty kuitu).
Uusien teknologioiden kehittämisen tarpeiden täyttämiseksi nykyinen G.652-kuitu on jaettu edelleen kolmeen alaluokkaan G.652A, G.652B ja G.652C ja G.655 kuitu edelleen jaettu G.655A ja G.655B. Alaluokat.
IEC-standardin luokituksen mukaan IEC-standardi jakaa valokuitutyypit
Tyypin A monimuotokuitu:
A1a Monimuotokuitu (50/125μm-tyyppinen monimuotokuitu)
A1b-monimuotokuitu (62,5/125μm-tyyppinen monimuotokuitu)
A1d-monimuotokuitu (100/140μm-tyyppinen monimuotokuitu)
Luokan B yksimuotokuitu:
B1.1 vastaa G652 kuitua ja B1.3 kuitu lisätään vastaamaan G652C kuitua
B1.2 vastaa kuitua G654
B2-kuitu vastaa G.653-kuitua
B4-kuitu vastaa G.655-kuitua