مزایای انتقال
تا سال 1960، دانشمند آمریکایی میمن اولین لیزر جهان' را اختراع کرد که منبع نور خوبی برای ارتباطات نوری بود. پس از بیش از دو دهه، مردم بر روی رسانه های انتقال نوری تحقیق کردند و در نهایت فیبرهای نوری کم تلفات را ساختند، بنابراین سنگ بنای ارتباطات نوری را گذاشتند. از آن زمان، ارتباطات نوری وارد مرحله توسعه سریع شده است.
انتقال فیبر نوری مزایای برجسته بسیاری دارد:
پهنای باند فرکانس
عرض باند فرکانس نشان دهنده اندازه ظرفیت انتقال است. هرچه فرکانس حامل بیشتر باشد، پهنای باند سیگنال قابل انتقال بیشتر است. در باند فرکانسی VHF، فرکانس حامل 48.5 مگاهرتز تا 300 مگاهرتز است. با پهنای باند حدود 250 مگاهرتز، تنها می تواند 27 تلویزیون و ده ها پخش FM را ارسال کند. فرکانس نور مرئی به 100000 گیگاهرتز می رسد که بیش از یک میلیون برابر بیشتر از باند فرکانسی VHF است. اگرچه فیبر نوری برای فرکانس های مختلف نور تلفات متفاوتی دارد، اما پهنای باند تحت تأثیر قرار می گیرد، اما پهنای باند در منطقه کمترین تلفات نیز می تواند به 30000 گیگاهرتز برسد. در حال حاضر، پهنای باند یک منبع نور تنها بخش کوچکی از آن را اشغال می کند (باند فرکانسی فیبر چند حالته حدود چند صد مگاهرتز است و یک فیبر تک حالته خوب می تواند به بیش از 10 گیگاهرتز برسد). استفاده از ارتباطات نوری منسجم پیشرفته می تواند 2000 نور را در محدوده 30000 گیگاهرتز ترتیب دهد. حامل، مالتی پلکسی تقسیم طول موج، می تواند میلیون ها کانال را در خود جای دهد.
ضرر کم
در سیستمی که از کابل های کواکسیال تشکیل شده است، بهترین کابل هنگام ارسال سیگنال های 800 مگاهرتز بیش از 40 دسی بل در هر کیلومتر افت می کند. در مقابل، از دست دادن فیبر نوری بسیار کمتر است، انتقال 1.31um نور، تلفات در هر کیلومتر زیر 0.35dB است، اگر انتقال 1.55um نور باشد، تلفات در هر کیلومتر کوچکتر است، تا 0.2dB یا کمتر این 100 میلیون بار کمتر از تلفات برق یک کابل کواکسیال است و امکان انتقال را در فاصله بسیار طولانی تری فراهم می کند. علاوه بر این، افت انتقال فیبر نوری دارای دو ویژگی است. یکی اینکه در همه کانال های کابلی تلفات یکسانی دارد و نیازی به معرفی اکولایزر برای اکولایزر مانند ترانک کابل نیست. مورد دیگر این است که از دست دادن آن به سختی با دما تغییر می کند، بنابراین لازم نیست نگران آن باشید. تغییرات دمای محیط باعث نوسانات سطح شبکه می شود.
سبک وزن
از آنجایی که فیبر نوری بسیار نازک است، قطر سیم هسته فیبر تک حالته معمولاً 4 ~ 10 میلی متر است و قطر خارجی آن تنها 125 میلی متر است. با لایه ضد آب، دنده های تقویت کننده، غلاف و غیره، قطر کابل نوری متشکل از 4 تا 48 فیبر نوری کمتر از 13 میلی متر است. این کابل بسیار کوچکتر از کابل کواکسیال استاندارد با قطر 47 میلی متر است. علاوه بر این فیبر نوری یک فیبر شیشه ای با وزن مخصوص کم است که باعث می شود از ویژگی های قطر کم و وزن سبک برخوردار باشد و نصب آن بسیار راحت باشد.
توانایی ضد تداخل قوی
از آنجایی که جزء اصلی فیبر نوری کوارتز است، فقط نور را از خود عبور می دهد، الکتریسیته را هدایت نمی کند و تحت تاثیر میدان های الکترومغناطیسی قرار نمی گیرد. سیگنال های نوری ارسال شده در آن تحت تأثیر میدان های الکترومغناطیسی قرار نمی گیرند. بنابراین، انتقال فیبر نوری مقاومت بالایی در برابر تداخل الکترومغناطیسی و تداخل صنعتی دارد. دقیقاً به همین دلیل، سیگنال ارسال شده در فیبر نوری به راحتی قابل استراق سمع نیست، که منجر به محرمانه بودن می شود.
وفاداری بالا
از آنجایی که انتقال فیبر نوری عموماً نیازی به تقویت رله ندارد، اعوجاج غیرخطی جدیدی به دلیل تقویت ایجاد نخواهد کرد. تا زمانی که خطی بودن لیزر خوب باشد، سیگنال تلویزیون را می توان با وفاداری بالا منتقل کرد. آزمایش واقعی نشان میدهد که نسبت ضربان سهگانه ترکیبی حامل C/CTB یک سیستم فیبر AM خوب بیش از ۷۰ دسیبل است و شاخص intermodulation cM نیز بیش از ۶۰ دسیبل است که بسیار بالاتر از شاخص اعوجاج غیرخطی تنه کابل عمومی است. سیستم.
عملکرد کاری قابل اعتماد
می دانیم که قابلیت اطمینان یک سیستم به تعداد دستگاه هایی که سیستم را تشکیل می دهند مربوط می شود. هرچه تجهیزات بیشتر باشد، احتمال خرابی بیشتر است. از آنجایی که تعداد تجهیزات موجود در سیستم فیبر نوری کم است (برخلاف یک سیستم کابلی که به ده ها تقویت کننده نیاز دارد)، قابلیت اطمینان به طور طبیعی بالا است. علاوه بر این، عمر تجهیزات فیبر نوری بسیار طولانی است و زمان کار بدون مشکل 500000 تا 750000 ساعت است. در میان آنها، کوتاه ترین طول عمر لیزر در فرستنده نوری و کمترین طول عمر بیش از 100000 ساعت است. بنابراین، عملکرد یک سیستم فیبر نوری با طراحی خوب، نصب صحیح و اشکال زدایی بسیار قابل اعتماد است.
کاهش هزینه ادامه دارد
در حال حاضر، برخی از افراد قانون جدید مور' را پیشنهاد کرده اند که به آن قانون نوری (قانون نوری) نیز می گویند. این قانون می گوید که پهنای باند انتقال اطلاعات فیبر نوری هر 6 ماه دو برابر می شود در حالی که قیمت آن دو برابر می شود. توسعه فناوری ارتباطات نوری پایه بسیار خوبی برای توسعه فناوری پهنای باند اینترنت گذاشته است. این امر آخرین مانع را برای سیستم های تلویزیون کابلی در مقیاس بزرگ برای اتخاذ روش های انتقال فیبر نوری برطرف کرد. از آنجایی که منبع مواد (کوارتز) برای فیبر نوری بسیار فراوان است، با پیشرفت تکنولوژی، هزینه بیشتر کاهش می یابد. در حالی که مواد مس مورد نیاز برای کابل محدود است، قیمت بالاتر و بالاتر خواهد بود. بدیهی است که انتقال فیبر نوری در آینده دارای مزیت مطلق خواهد بود و به مهمترین روش انتقال برای ایجاد شبکه های کابلی تلویزیون در کل استان و حتی کل کشور تبدیل خواهد شد.
اصل ساختار
فیبر نوری از دو لایه شیشه با ضریب شکست متفاوت تشکیل شده است. لایه داخلی یک هسته داخلی نوری با قطر چند میکرومتر تا چند ده میکرومتر و قطر لایه بیرونی 0.1 تا 0.2 میلی متر است. به طور کلی، ضریب شکست شیشه هسته داخلی 1٪ بزرگتر از شیشه بیرونی است. با توجه به اصل شکست نور و بازتاب کلی، زمانی که زاویه برخورد نور به سطح مشترک بین هسته داخلی و لایه بیرونی بیشتر از زاویه بحرانی بازتاب کامل باشد، نور نمی تواند از سطح مشترک عبور کند و کاملا منعکس می شود. .
تضعیف فیبر
عوامل اصلی که باعث تضعیف الیاف می شوند عبارتند از: ذاتی، خمیدگی، فشردن، ناخالصی ها، ناهمواری و مفاصل لب به لب و غیره.
ذاتی
این از دست دادن ذاتی فیبر نوری است، از جمله: پراکندگی رایلی، جذب ذاتی و غیره.
خم شدن
هنگامی که فیبر نوری خم می شود، بخشی از نور فیبر نوری به دلیل پراکندگی از بین می رود و در نتیجه از بین می رود.
اکستروژن
تلفات ناشی از خم شدن جزئی هنگام فشرده شدن فیبر نوری.
ناخالصی
ناخالصی های موجود در فیبر نوری نور منتشر شده در فیبر نوری را جذب و پراکنده می کند و باعث از بین رفتن می شود.
ناهموار. ناجور
تلفات ناشی از ضریب شکست غیریکنواخت مواد فیبر نوری.
اتصال
تلفات ناشی از لبه فیبر مانند: محورهای مختلف (هم محوری فیبر تک حالته باید کمتر از 0.8μm باشد)، وجه انتهایی عمود بر محور نیست، وجه انتهایی صاف نیست، قطر هسته لب به لب مطابقت ندارد و کیفیت اتصال ضعیف است.
تضعیف مصنوعی
در کار واقعی، گاهی اوقات لازم است که تضعیف فیبر نوری مصنوعی انجام شود، مانند تضعیف کننده های فیبر نوری که در سیستم های ارتباطی نوری برای اشکال زدایی عملکرد توان نوری، اشکال زدایی کالیبراسیون ابزار فیبر نوری، و تضعیف سیگنال فیبر نوری استفاده می شود.
روش تولید
در حال حاضر فیبر نوری مورد استفاده در ارتباطات عموماً فیبر نوری سیلیس است. نام شیمیایی کوارتز دی اکسید سیلیکون (SiO2) است که همان ترکیب اصلی ماسه ای است که برای ساختن خانه ها استفاده می کنیم. با این حال، فیبرهای نوری ساخته شده از مواد کوارتز معمولی را نمی توان برای ارتباط استفاده کرد. فیبر نوری ارتباطی باید از مواد بسیار با خلوص بالا تشکیل شده باشد. با این حال، افزودن مقدار کمی ماده ناخالص به ماده اصلی می تواند ضریب شکست هسته و روکش را کمی متفاوت کند که برای ارتباط مفید است.
روش های زیادی برای ساخت پریفرم فیبر نوری به روش VAD وجود دارد. در حال حاضر، به طور عمده وجود دارد: روش CVD درون لوله (رسوب بخار شیمیایی)، روش CVD درون میله، روش PCVD (رسوب بخار شیمیایی پلاسما) و روش VAD (رسوب بخار محوری). اما مهم نیست که از کدام روش استفاده شود، پریفرم باید ابتدا در دمای بالا ساخته شود و سپس در یک کوره با دمای بالا گرم و نرم شود، به صورت رشته ای کشیده شود و سپس پوشش داده شود و قالب گیری شود تا به یک سیم هسته فیبر نوری تبدیل شود. تولید فیبرهای نوری مستلزم این است که هر فرآیند باید به طور متناسب دقیق و توسط یک کامپیوتر کنترل شود. در فرآیند تولید فیبر نوری باید به موارد زیر توجه داشت:
پریفرم فیبر نوری ساخته شده به روش VAD
① خلوص مواد خام فیبر نوری باید بسیار بالا باشد.
②برای جلوگیری از آلودگی ناخالصی و ورود حباب های هوا به فیبر نوری ضروری است.
③ برای کنترل دقیق توزیع ضریب شکست.
④ اندازه ساختاری فیبر نوری را به درستی کنترل کنید.
⑤ آسیب اسکار روی سطح فیبر نوری را به حداقل برسانید و استحکام مکانیکی فیبر نوری را بهبود بخشید.
روش تیوب استیک
میله شیشه ای هسته داخلی را داخل لوله شیشه ای بیرونی (تا حد امکان نزدیک کنید)، ذوب کنید و سیم را بکشید.
روش بوته دوبل
در دو بوته پلاتین متحدالمرکز، هسته داخلی و فریت شیشه ای بیرونی را به ترتیب در بوته های داخلی و خارجی قرار دهید.
روش پر کردن مولکولی
میله شیشه ای ریز متخلخل سیلیسی در محلول افزودنی با ضریب شکست بالا غوطه ور می شود تا ساختار مقطع توزیع ضریب شکست مورد نیاز به دست آید و سپس عملیات کشش انجام می شود. فرآیند پیچیده تر است. در ارتباطات فیبر نوری می توان از روش های رسوب بخار داخلی و خارجی نیز استفاده کرد تا اطمینان حاصل شود که فیبرهای نوری با نرخ تلفات نوری پایین می توانند تولید شوند.
همجوشی فضایی
دستگاه کشش فیبر را در محیط ریزگرانشی فضا قرار دهید تا آن را بکشد، و می توانید فیبر راهنمای نور با کیفیت بالا را که روی زمین موجود نیست، تهیه کنید.
طبقه بندی فیبر
با توجه به روش طبقه بندی استانداردهای مختلف طبقه بندی فیبر نوری، یک فیبر نوری نام های متفاوتی خواهد داشت.
طبقه بندی بر اساس مواد فیبر
با توجه به مواد فیبر نوری، انواع فیبر نوری را می توان به فیبر نوری کوارتز و فیبر نوری تمام پلاستیکی تقسیم کرد.
فیبر سیلیکا به طور کلی به فیبر نوری اطلاق می شود که از یک هسته سیلیس دوپ شده و یک روکش سیلیس دوپ شده تشکیل شده است. این الیاف دارای اتلاف بسیار کم و پراکندگی متوسط است. در حال حاضر، اکثریت قریب به اتفاق فیبرهای نوری برای ارتباط، فیبرهای نوری کوارتز هستند.
فیبر نوری تمام پلاستیک نوع جدیدی از فیبر نوری برای ارتباط است که هنوز در مرحله توسعه و آزمایش است. فیبر تمام پلاستیکی دارای ویژگی های تلفات زیاد، هسته ضخیم (قطر 100-600 میکرومتر)، دیافراگم عددی بزرگ (NA) (معمولاً 0.3-0.5، که می تواند با منابع نور با نقاط نوری بزرگتر همراه شود) و هزینه ساخت پایین است. در حال حاضر، فیبر نوری تمام پلاستیکی برای کاربردهای با طول کمتر، مانند شبکه های کامپیوتری داخلی و ارتباطات در کشتی ها مناسب است.
طبقه بندی بر اساس توزیع ضریب شکست پروفایل فیبر
با توجه به توزیع ضریب شکست متفاوت پروفیل فیبر، انواع الیاف را می توان به الیاف نوع پله ای و الیاف نوع درجه بندی شده تقسیم کرد.
طبقه بندی بر اساس حالت انتقال
با توجه به تعداد حالت های انتقال فیبر نوری، انواع فیبرهای نوری را می توان به فیبرهای نوری چند حالته و فیبرهای نوری تک حالته تقسیم کرد.
فیبر تک حالته فیبری است که فقط می تواند یک حالت را انتقال دهد. فیبر تک حالته فقط می تواند حالت اساسی (حالت پایین ترین مرتبه) را منتقل کند، تفاوت تاخیر بین حالتی وجود ندارد و پهنای باند بسیار بیشتری نسبت به فیبر چند حالته دارد که برای انتقال با سرعت بالا بسیار مهم است. قطر میدان حالت یک فیبر تک حالته تنها چند میکرون (μm) است و پهنای باند آن معمولاً یک یا دو مرتبه بزرگتر از یک فیبر چند حالته درجه بندی شده است. بنابراین برای ارتباطات با ظرفیت زیاد و از راه دور مناسب است.
طبقه بندی بر اساس استانداردهای بین المللی (طبقه بندی بر اساس توصیه های ITU-T)
برای اینکه فیبر نوری دارای استاندارد یکپارچه بین المللی باشد، اتحادیه بین المللی مخابرات (ITU-T) یک استاندارد فیبر نوری یکپارچه (استاندارد G) را تدوین کرده است. با توجه به توصیه های ITU-T در مورد فیبرهای نوری، انواع فیبرهای نوری را می توان به موارد زیر تقسیم کرد:
فیبر G.651 (فیبر شاخص درجه بندی شده چند حالته 50/125μm)
فیبر G.652 (الیاف جابجا شده بدون پراکندگی)
فیبر G.653 (فیبر DSF با پراکندگی)
فیبر G.654 (فیبر تغییر طول موج قطع)
فیبر G.655 (فیبر جابجا شده با پراکندگی غیر صفر).
به منظور پاسخگویی به نیازهای توسعه فناوری های جدید، فیبر G.652 فعلی به سه زیر شاخه G.652A، G.652B و G.652C و فیبر G.655 بیشتر به سه دسته تقسیم می شود. G.655A و G.655B. زیر مجموعه ها
طبق طبقه بندی استاندارد IEC، استاندارد IEC انواع فیبرهای نوری را به دو دسته تقسیم می کند
فیبر چند حالته نوع A:
فیبر چند حالته A1a (فیبر چند حالته نوع 50/125μm)
فیبر چند حالته A1b (فیبر چند حالته از نوع 62.5/125μm)
فیبر چند حالته A1d (فیبر چند حالته از نوع 100/140μm)
فیبر تک حالته کلاس B:
B1.1 مربوط به فیبر G652 است و فیبر B1.3 برای مطابقت با فیبر G652C اضافه می شود.
B1.2 مربوط به فیبر G654 است
فیبر B2 مربوط به فیبر G.653 است
فیبر B4 مربوط به فیبر G.655 است
