יתרונות שידור
עד 1960, המדען האמריקאי מימן המציא את הלייזר הראשון בעולם' שסיפק מקור אור טוב לתקשורת אופטית. לאחר יותר משני עשורים, אנשים ביצעו מחקר על אמצעי שידור אופטיים ולבסוף יצרו סיבים אופטיים בהפסד נמוך, ובכך הניחו את אבן הפינה של התקשורת האופטית. מאז, התקשורת האופטית נכנסה לשלב של התפתחות מהירה.
להעברת סיבים אופטיים יש יתרונות בולטים רבים:
רוחב פס תדר
רוחב פס התדרים מייצג את גודל קיבולת השידור. ככל שהתדר של הספק גבוה יותר, כך גדל רוחב הפס של האות שניתן לשדר. בפס התדרים VHF, תדר הנשא הוא 48.5MHz ~ 300Mhz. עם רוחב פס של כ-250 מגה-הרץ, הוא יכול לשדר רק 27 מכשירי טלוויזיה ועשרות שידורי FM. תדר האור הנראה מגיע ל-100,000 גיגה-הרץ, שהוא יותר מפי מיליון גבוה מפס התדרים VHF. למרות שלסיב האופטי יש הפסדים שונים עבור תדרים שונים של אור, רוחב הפס מושפע, אך רוחב הפס באזור האובדן הנמוך ביותר יכול להגיע גם ל-30,000 GHz. נכון לעכשיו, רוחב הפס של מקור אור בודד תופס רק חלק קטן ממנו (פס התדרים של סיבים מרובי מצבים הוא ככמה מאות מגה-הרץ, וסיב טוב במצב יחיד יכול להגיע ליותר מ-10 גיגה-הרץ). השימוש בתקשורת אופטית קוהרנטית מתקדמת יכול לארגן 2,000 אורות בטווח של 30,000 GHz. ריבוי חלוקת אורך גל, יכול להכיל מיליוני ערוצים.
הפסד נמוך
במערכת המורכבת מכבלים קואקסיאליים, לכבל הטוב ביותר יש אובדן של יותר מ-40dB לקילומטר בעת שידור אותות 800MHz. לעומת זאת, אובדן הסיבים האופטיים קטן בהרבה, העברת 1.31um של אור, ההפסד לקילומטר הוא מתחת ל-0.35dB, אם שידור של 1.55um של אור, ההפסד לקילומטר קטן יותר, עד 0.2dB או פָּחוּת. זה קטן פי 100 מיליון מאובדן הכוח של כבל קואקסיאלי, מה שמאפשר לשדר למרחקים הרבה יותר גדולים. בנוסף, לאובדן שידור של סיבים אופטיים יש שני מאפיינים. האחת היא שיש לו הפסד זהה בכל ערוצי הטלוויזיה בכבלים, ואין צורך להכניס אקולייזר לאקולייזר כמו תא כבלים; השני הוא שהאובדן שלו כמעט ולא משתנה עם הטמפרטורה, אז אתה לא צריך לדאוג לגבי זה. שינויים בטמפרטורת הסביבה גורמים לתנודות ברמת רשת החשמל.
קל
מכיוון שהסיב האופטי דק מאוד, הקוטר של חוט ליבת הסיבים במצב יחיד הוא בדרך כלל 4um ~ 10um, והקוטר החיצוני הוא רק 125um. עם שכבה עמידה למים, צלעות חיזוק, נדן וכו', קוטר כבל אופטי המורכב מ-4 עד 48 סיבים אופטיים הוא פחות מ-13 מ"מ. הוא קטן בהרבה מהכבל הקואקסיאלי הסטנדרטי בקוטר של 47 מ"מ. בנוסף, הסיב האופטי הוא סיב זכוכית בעל משקל סגולי קטן, מה שהופך אותו לבעל מאפיינים של קוטר קטן וקל משקל, והוא מאוד נוח להתקנה.
יכולת אנטי-הפרעות חזקה
מכיוון שהמרכיב הבסיסי של סיב אופטי הוא קוורץ, הוא רק מעביר אור, אינו מוליך חשמל ואינו מושפע משדות אלקטרומגנטיים. האותות האופטיים המשודרים בו אינם מושפעים משדות אלקטרומגנטיים. לכן, להעברת סיבים אופטיים יש עמידות חזקה בפני הפרעות אלקטרומגנטיות והפרעות תעשייתיות. בדיוק בגלל זה, לא קל לצותת לאות המשודר בסיב האופטי, מה שתורם לחיסיון.
אֵיכוּת גבוֹהָה
מכיוון שהעברת סיבים אופטיים בדרך כלל אינה דורשת הגברה ממסר, היא לא תציג עיוותים לא ליניאריים חדשים עקב הגברה. כל עוד הליניאריות של הלייזר טובה, ניתן להעביר את אות הטלוויזיה בנאמנות גבוהה. הבדיקה בפועל מראה שיחס הפעימה המשולשת של שילוב הספקים C/CTB של מערכת סיבי AM טובה הוא יותר מ-70dB, ואינדקס האינטרמודולציה cM הוא גם יותר מ-60dB, שהוא הרבה יותר גבוה ממדד העיוות הלא-ליניארי של תא הכבלים הכללי. מערכת.
ביצועי עבודה אמינים
אנו יודעים שהאמינות של מערכת קשורה למספר המכשירים המרכיבים את המערכת. ככל שיותר ציוד, כך גדל הסיכוי לכשל. מכיוון שמספר הציוד הכלול במערכת הסיבים האופטיים קטן (בניגוד למערכת כבלים הדורשת עשרות מגברים), האמינות גבוהה באופן טבעי. בנוסף, חיי ציוד הסיבים האופטיים ארוכים מאוד, וזמן העבודה ללא בעיות הוא 500,000 עד 750,000 שעות. ביניהם, אורך החיים הקצר ביותר הוא הלייזר במשדר האופטי, ואורך החיים הנמוך ביותר הוא יותר מ-100,000 שעות. לכן, ביצועי העבודה של מערכת סיבים אופטיים מתוכננת היטב, מותקנת כהלכה ונפתה באגים הם אמינים מאוד.
העלות ממשיכה לרדת
נכון לעכשיו, כמה אנשים הציעו חוק חדש של מור', הנקרא גם החוק האופטי (החוק האופטי). החוק קובע כי רוחב הפס של העברת מידע בסיבים אופטיים מוכפל מדי 6 חודשים, בעוד המחיר מוכפל. התפתחות טכנולוגיית התקשורת האופטית הניחה בסיס טוב מאוד לפיתוח טכנולוגיית הפס הרחב לאינטרנט. זה פינה את המכשול האחרון עבור מערכות טלוויזיה בכבלים בקנה מידה גדול לאמץ שיטות שידור של סיבים אופטיים. מאחר שמקור החומר (קוורץ) לסיב האופטי הוא בשפע, עם התקדמות הטכנולוגיה, העלות תופחת עוד יותר; בעוד שחומר הנחושת הנדרש לכבל מוגבל, המחיר יהיה גבוה יותר ויותר. ברור שלשידור סיבים אופטיים יהיה יתרון מוחלט בעתיד, והוא יהפוך לשיטת השידור החשובה ביותר להקמת רשתות טלוויזיה בכבלים בכל המחוז ואף בכל הארץ.
עקרון המבנה
הסיב האופטי מורכב משתי שכבות זכוכית בעלות מקדם שבירה שונה. השכבה הפנימית היא ליבה פנימית אופטית בקוטר של מספר מיקרומטרים עד כמה עשרות מיקרומטרים, וקוטר השכבה החיצונית הוא 0.1 עד 0.2 מ"מ. בדרך כלל, מקדם השבירה של זכוכית הליבה הפנימית גדול ב-1% מזה של הזכוכית החיצונית. על פי עקרון שבירת האור והשתקפות מוחלטת, כאשר הזווית שבה האור פוגע בממשק בין הליבה הפנימית לשכבה החיצונית גדולה מהזווית הקריטית להחזרה מוחלטת, האור אינו יכול לעבור דרך הממשק ומוחזר לחלוטין. .
הנחתה של סיבים
הגורמים העיקריים הגורמים להנחתת הסיבים הם: פנימי, כיפוף, לחיצה, זיהומים, אי אחידות ומפרקי תחת וכו'.
פְּנִימִי
זהו האובדן המובנה של סיבים אופטיים, כולל: פיזור ריילי, ספיגה אינהרנטית וכו'.
הִתעַקְמוּת
כאשר הסיב האופטי מכופף, חלק מהאור בסיב האופטי יאבד עקב פיזור, וכתוצאה מכך אובדן.
שִׁחוּל
אובדן הנגרם מכיפוף קל כאשר סיב האופטי נלחץ.
טוּמאָה
זיהומים בסיב האופטי סופגים ומפזרים את האור המתפשט בסיב האופטי וגורמים לאובדן.
מְחוּספָּס
אובדן הנגרם על ידי מקדם השבירה הלא אחיד של חומר הסיבים האופטיים.
עגינה
האובדן הנגרם על ידי קת סיבים, כגון: ציר שונה (קואקסיאליות סיבים במצב יחיד נדרשת להיות פחות מ-0.8 מיקרומטר), פני הקצה אינם מאונכים לציר, פני הקצה אינם שטוחים, קוטר ליבת התחת הוא לא תואם, ואיכות השחבור ירודה.
הנחתה מלאכותית
בעבודה בפועל, לעיתים יש צורך לבצע הנחתה מלאכותית של סיבים אופטיים, כגון מנחתי סיבים אופטיים המשמשים במערכות תקשורת אופטיות לאיתור ביצועי הספק אופטי, ניפוי באגים בכיול מכשירים סיבים אופטיים והנחתת אותות סיבים אופטיים.
שיטת הייצור
כיום, הסיב האופטי המשמש בתקשורת הוא בדרך כלל סיב אופטי סיליקה. השם הכימי של הקוורץ הוא דו-תחמוצת הסיליקון (SiO2), בעל הרכב עיקרי זהה לחול בו אנו משתמשים לבניית בתים. עם זאת, סיבים אופטיים העשויים מחומרי קוורץ רגילים אינם יכולים לשמש לתקשורת. סיב אופטי תקשורת חייב להיות מורכב מחומרים בעלי טוהר גבוה במיוחד; עם זאת, הוספת כמות קטנה של דופנט לחומר העיקרי יכולה להפוך את מקדם השבירה של הליבה והחיפוי מעט שונה, מה שמועיל לתקשורת.
ישנן שיטות רבות לייצור קדם סיבים אופטיים בשיטת VAD. נכון להיום, ישנן בעיקר: שיטת CVD בתוך הצינור (תצהיר כימי), שיטת CVD בתוך מוט, שיטת PCVD (תצהיר כימי פלזמה) ושיטת VAD (השקעת אדים צירית). אבל לא משנה באיזו שיטה משתמשים, יש ליצור תחילה את הפרפורם בטמפרטורה גבוהה, ולאחר מכן לחמם ולרכך בכבשן בטמפרטורה גבוהה, להימשך לתוך חוט נימה, ולאחר מכן לצפות ולעצב כדי להפוך לחוט ליבה של סיב אופטי. ייצור סיבים אופטיים מחייב שכל תהליך חייב להיות מדויק במידה המתאימה ונשלט על ידי מחשב. בתהליך ייצור סיבים אופטיים, עלינו לשים לב ל:
פרפורם סיבים אופטיים המיוצרים בשיטת VAD
①הטוהר של חומרי הגלם של סיבים אופטיים חייב להיות גבוה מאוד.
②יש צורך למנוע זיהום זיהומים ובועות אוויר לחדור לסיב האופטי.
③ לשלוט במדויק על התפלגות מקדם השבירה;
④ שליטה נכונה בגודל המבני של הסיב האופטי;
⑤ צמצם למינימום את נזקי הצלקת על פני הסיב האופטי ושפר את החוזק המכני של הסיב האופטי.
שיטת מקל צינור
הכנס את מוט הזכוכית הליבה הפנימית לתוך צינור הזכוכית החיצוני (קרוב ככל האפשר), המיס ומושך את החוט;
שיטת כור היתוך כפול
בשני כור היתוך פלטינה קונצנטריים, הכניסו את הליבה הפנימית ואת הזכוכית החיצונית לכור היתוך הפנימי והחיצוני בהתאמה;
שיטת מילוי מולקולרית
מוט זכוכית הסיליקה המיקרופורוסית טובל בתמיסת התוסף עם מקדם שבירה גבוה כדי לקבל את מבנה החתך של חלוקת מקדם השבירה הנדרשת, ולאחר מכן מתבצעת פעולת השרטוט. התהליך מסובך יותר. בתקשורת סיבים אופטיים, ניתן להשתמש גם בשיטות שקיעת אדים פנימיות וחיצוניות כדי להבטיח שניתן לייצר סיבים אופטיים עם שיעור אובדן אופטי נמוך.
היתוך חלל
שים את מכשיר ציור הסיבים בסביבת המיקרו-כבידה של החלל כדי למשוך אותו, ותוכל לקבל את סיב מנחה האור הארוך והאיכותי במיוחד שאינו זמין על פני כדור הארץ.
סיווג סיבים
על פי שיטת הסיווג של תקני סיווג סיבים אופטיים שונים, לאותו סיב אופטי יהיו שמות שונים.
מסווג לפי חומר סיבים
על פי החומר של הסיב האופטי, ניתן לחלק את סוגי הסיבים האופטיים לסיבים אופטיים קוורץ וסיבים אופטיים מפלסטיק.
סיב סיליקה מתייחס בדרך כלל לסיב אופטי המורכב מליבת סיליקה מסוממת ומחיפוי סיליקה מסוממים. לסיב זה אובדן נמוך מאוד ופיזור מתון. כיום, הרוב המכריע של סיבים אופטיים לתקשורת הם סיבים אופטיים קוורץ.
סיב אופטי שכולו פלסטיק הוא סוג חדש של סיב אופטי לתקשורת, שנמצא עדיין בשלבי פיתוח וניסוי. לסיבים פלסטיקיים יש את המאפיינים של אובדן גדול, ליבה עבה (קוטר 100-600 מיקרומטר), צמצם מספרי גדול (NA) (בדרך כלל 0.3-0.5, שניתן לצרף למקורות אור עם כתמי אור גדולים יותר) ועלות ייצור נמוכה. כיום, סיב אופטי שכולו פלסטיק מתאים ליישומים באורך קצר יותר, כגון רשתות מחשבים פנימיות ותקשורת באוניות.
סיווג לפי התפלגות אינדקס השבירה של פרופיל סיבים
על פי התפלגות אינדקס השבירה השונה של פרופיל הסיבים, ניתן לחלק את סוגי הסיבים לסיבים מסוג מדרגה וסיבים מסוג מדורג.
מסווג לפי מצב שידור
על פי מספר מצבי השידור של סיבים אופטיים, ניתן לחלק את סוגי הסיבים האופטיים לסיבים אופטיים מרובים וסיבים אופטיים במצב יחיד.
סיב חד-מוד הוא סיב שיכול להעביר רק מצב אחד. סיב במצב יחיד יכול לשדר רק את המצב הבסיסי (מצב הסדר הנמוך ביותר), אין הבדל השהייה בין מצבים, ויש לו רוחב פס גדול בהרבה מסיבים מרובי מצבים, וזה חשוב מאוד לשידור במהירות גבוהה. קוטר שדה המצב של סיב חד-מודד הוא רק כמה מיקרונים (מיקרון), ורוחב הפס שלו בדרך כלל גבוה בסדר גודל אחד או שניים מזה של סיב מולטי-מוד מדורג. לכן, הוא מתאים לתקשורת למרחקים ארוכים עם קיבולת גדולה.
סיווג לפי תקנים בינלאומיים (סיווג לפי המלצות ITU-T)
על מנת להפוך את הסיב האופטי לבעל תקן בינלאומי מאוחד, איגוד הטלקומוניקציה הבינלאומי (ITU-T) גיבש תקן סיבים אופטיים מאוחדים (תקן G). על פי המלצות ITU-T על סיבים אופטיים, ניתן לחלק את סוגי הסיבים האופטיים ל:
סיבי G.651 (סיבי אינדקס מדורגים 50/125 מיקרומטר רב מצבים)
סיב G.652 (סיב מוזז ללא פיזור)
סיבי G.653 (סיב עם פיזור DSF)
סיב G.654 (סיב משמרת אורך גל חתוך)
סיב G.655 (סיב מוזז ללא פיזור שאינו אפס).
על מנת לענות על צורכי הפיתוח של טכנולוגיות חדשות, סיב ה-G.652 הנוכחי חולק עוד יותר לשלוש תת-קטגוריות G.652A, G.652B ו-G.652C, וסיב G.655 מחולק ל G.655A ו-G.655B. קטגוריות משנה.
לפי סיווג תקן חברת החשמל, תקן חברת החשמל מחלק את סוגי הסיבים האופטיים ל
סיב רב-מצבי מסוג A:
סיב רב-מצבי A1a (סיב רב-מצבי מסוג 50/125 מיקרומטר)
סיב רב-מצבי A1b (סיב רב-מצבי מסוג 62.5/125 מיקרומטר)
סיב רב-מצבי A1d (סיב רב-מצבי מסוג 100/140 מיקרומטר)
סיבים במצב יחיד מסוג Class B:
B1.1 מתאים לסיב G652, וסיב B1.3 מתווסף כדי להתאים לסיב G652C
B1.2 מתאים לסיב G654
סיב B2 מתאים לסיב G.653
סיב B4 מתאים לסיבי G.655
