İletim avantajları
1960 yılına kadar Amerikalı bilim adamı Maiman, optik iletişim için iyi bir ışık kaynağı sağlayan dünyanın ilk lazerini icat etti. Yirmi yıldan fazla bir süre sonra, insanlar optik iletim ortamı üzerine araştırma yaptılar ve sonunda düşük kayıplı optik fiberler yaptılar, böylece optik iletişimin temel taşını oluşturdular. O zamandan beri, optik iletişim hızlı bir gelişme aşamasına girmiştir.
Fiber optik iletimin birçok üstün avantajı vardır:
Frekans bant genişliği
Frekans bandının genişliği, iletim kapasitesinin boyutunu temsil eder. Taşıyıcının frekansı ne kadar yüksek olursa, iletilebilecek sinyalin bant genişliği o kadar büyük olur. VHF frekans bandında taşıyıcı frekansı 48.5MHz~300Mhz'dir. Yaklaşık 250 MHz bant genişliği ile sadece 27 TV seti ve onlarca FM yayınını iletebilir. Görünür ışığın frekansı, VHF frekans bandından bir milyon kat daha yüksek olan 100.000 GHz'e ulaşır. Optik fiberin farklı ışık frekansları için farklı kayıpları olmasına rağmen, bant genişliği etkilenir, ancak en düşük kayıp bölgesindeki bant genişliği de 30.000 GHz'e ulaşabilir. Şu anda, tek bir ışık kaynağının bant genişliği, bunun yalnızca küçük bir bölümünü kaplar (çok modlu fiberin frekans bandı yaklaşık birkaç yüz MHz'dir ve iyi bir tek modlu fiber, 10 GHz'den fazlasına ulaşabilir). Gelişmiş uyumlu optik iletişimin kullanılması, 30.000 GHz aralığında 2.000 ışık düzenleyebilir. Taşıyıcı, dalga boyu bölmeli çoğullama, milyonlarca kanalı barındırabilir.
Düşük kayıp
Koaksiyel kablolardan oluşan bir sistemde, en iyi kablo, 800MHz sinyalleri iletirken kilometre başına 40dB'den fazla kayıp verir. Buna karşılık, optik fiber kaybı çok daha küçüktür, 1.31um ışık iletimi, kilometre başına kayıp 0.35dB'nin altındadır, 1.55um ışık iletimi ise kilometre başına kayıp 0.2dB'ye kadar daha küçüktür veya az. Bu, bir koaksiyel kablonun güç kaybından 100 milyon kat daha küçüktür ve çok daha uzun bir mesafeden iletmeyi mümkün kılar. Ayrıca fiber optik iletim kaybının iki özelliği vardır. Birincisi, tüm kablo TV kanallarında aynı kayıp var ve kablo kanalı gibi eşitleme için bir ekolayzır kullanmaya gerek yok; diğeri ise kaybının sıcaklıkla pek değişmemesidir, bu yüzden endişelenmenize gerek yoktur. Ortam sıcaklığındaki değişiklikler, şebeke seviyesinde dalgalanmalara neden olur.
hafif
Optik fiber çok ince olduğundan, tek modlu fiber çekirdek telin çapı genellikle 4um ~ 10um'dur ve dış çap sadece 125um'dir. Su geçirmez katman, takviye nervürleri, kılıf vb. ile 4 ila 48 optik fiberden oluşan bir optik kablonun çapı 13 mm'den azdır. 47mm çapında standart koaksiyel kablodan çok daha küçüktür. Ek olarak, optik fiber, küçük çap ve hafiflik özelliklerine sahip olmasını sağlayan küçük bir özgül ağırlığa sahip bir cam elyaftır ve kurulumu çok uygundur.
Güçlü anti-girişim yeteneği
Optik fiberin temel bileşeni kuvars olduğu için sadece ışığı iletir, elektriği iletmez ve elektromanyetik alanlardan etkilenmez. İçinde iletilen optik sinyaller elektromanyetik alanlardan etkilenmez. Bu nedenle, fiber optik iletim, elektromanyetik girişime ve endüstriyel girişime karşı güçlü bir dirence sahiptir. Tam da bu nedenle, optik fiberde iletilen sinyalin gizlice dinlenmesi kolay değildir, bu da gizliliğe elverişlidir.
yüksek sadakat
Fiber optik iletim genellikle röle amplifikasyonu gerektirmediğinden, amplifikasyondan dolayı yeni lineer olmayan distorsiyonlar oluşturmaz. Lazerin doğrusallığı iyi olduğu sürece, TV sinyali yüksek doğrulukla iletilebilir. Gerçek test, iyi bir AM fiber sisteminin taşıyıcı kombinasyonu üçlü vuruş oranı C/CTB'nin 70dB'den fazla olduğunu ve intermodülasyon indeksi cM'nin de genel kablo gövdesinin doğrusal olmayan bozulma indeksinden çok daha yüksek olan 60dB'den fazla olduğunu göstermektedir. sistem.
Güvenilir çalışma performansı
Bir sistemin güvenilirliğinin, sistemi oluşturan cihazların sayısıyla ilgili olduğunu biliyoruz. Ne kadar çok ekipman olursa, arıza olasılığı o kadar artar. Fiber optik sistemin içerdiği ekipman sayısı az olduğu için (onlarca amplifikatör gerektiren bir kablo sisteminin aksine), güvenilirlik doğal olarak yüksektir. Ayrıca fiber optik ekipmanın ömrü çok uzundur ve sorunsuz çalışma süresi 500.000 ila 750.000 saattir. Bunlar arasında en kısa ömrü optik vericideki lazer, en düşük ömrü ise 100.000 saatten fazladır. Bu nedenle, iyi tasarlanmış, doğru şekilde kurulmuş ve hata ayıklanmış bir fiber optik sistemin çalışma performansı çok güvenilirdir.
Maliyet düşmeye devam ediyor
Şu anda, bazı insanlar optik yasa (Optik Yasa) olarak da adlandırılan yeni bir Moore' yasasını önerdiler. Yasa, fiber optik bilgi iletiminin bant genişliğinin her 6 ayda bir ikiye katlandığını, fiyatın ise iki katına çıktığını belirtiyor. Optik iletişim teknolojisinin gelişimi, İnternet geniş bant teknolojisinin gelişimi için çok iyi bir temel oluşturmuştur. Bu, büyük ölçekli kablolu televizyon sistemlerinin fiber optik iletim yöntemlerini benimsemesindeki son engeli de ortadan kaldırdı. Optik fiber için malzeme (kuvars) kaynağı çok fazla olduğundan, teknolojinin ilerlemesiyle maliyet daha da düşecek; kablo için gerekli bakır malzeme sınırlı olmakla birlikte, fiyat giderek daha yüksek olacaktır. Açıkçası, fiber optik iletim gelecekte mutlak bir avantaja sahip olacak ve tüm ilde ve hatta tüm ülkede kablolu TV ağlarının kurulması için en önemli iletim yöntemi haline gelecektir.
Yapı prensibi
Optik fiber, farklı kırılma indekslerine sahip iki cam katmanından oluşur. İç katman, birkaç mikrometre ila birkaç on mikrometre çapında bir optik iç çekirdektir ve dış katmanın çapı 0,1 ila 0,2 mm'dir. Genel olarak, iç çekirdek camın kırılma indisi, dış camdan %1 daha büyüktür. Işığın kırılması ve toplam yansıma ilkesine göre, ışığın iç çekirdek ile dış katman arasındaki arayüze çarptığı açı, toplam yansıma için kritik açıdan daha büyük olduğunda, ışık arayüzden geçemez ve tamamen yansıtılır. .
Fiber zayıflama
Fiber zayıflamasına neden olan ana faktörler şunlardır: içsel, bükülme, sıkışma, kirlilikler, pürüzlülük ve alın eklemleri vb.
içsel
Aşağıdakiler dahil olmak üzere optik fiberin doğal kaybıdır: Rayleigh saçılması, doğal absorpsiyon vb.
bükme
Optik fiber büküldüğünde, optik fiberdeki ışığın bir kısmı saçılma nedeniyle kaybolacak ve bu da kayba neden olacaktır.
ekstrüzyon
Optik fiber sıkıldığında hafif bükülmeden kaynaklanan kayıp.
kirlilik
Optik fiberdeki safsızlıklar, optik fiberde yayılan ışığı emer ve saçar, bu da kayıplara neden olur.
düzensiz
Optik fiber malzemenin tek tip olmayan kırılma indisinden kaynaklanan kayıp.
yerleştirme
Fiber uçtan kaynaklanan kayıp, örneğin: farklı eksen (tek modlu fiber koaksiyelliğinin 0,8μm'den az olması gerekir), uç yüz eksene dik değil, uç yüz düz değil, uç çekirdek çapı eşleşmiyor ve ekleme kalitesi düşük.
yapay zayıflama
Gerçek çalışmada, bazen optik güç performansında hata ayıklamak, optik fiber cihaz kalibrasyonunda hata ayıklamak ve optik fiber sinyal zayıflaması için optik iletişim sistemlerinde kullanılan optik fiber zayıflatıcılar gibi yapay optik fiber zayıflaması yapmak gerekir.
Üretim yöntemi
Şu anda, iletişimde kullanılan fiber optik, genellikle bir silika optik fiberdir. Kuvarsın kimyasal adı, ev inşa etmek için kullandığımız kumla aynı ana bileşime sahip olan silikon dioksittir (SiO2). Ancak, sıradan kuvars malzemelerden yapılan optik fiberler iletişim için kullanılamaz. İletişim optik fiberi, son derece yüksek saflıkta malzemelerden oluşmalıdır; bununla birlikte, ana malzemeye az miktarda katkı eklemek, çekirdek ve kaplamanın kırılma indisini biraz farklı hale getirebilir, bu da iletişim için faydalıdır.
VAD yöntemiyle fiber optik preform üretimi için birçok yöntem vardır. Şu anda, başlıca şunlardır: tüp içi CVD (kimyasal buhar biriktirme) yöntemi, çubuk içi CVD yöntemi, PCVD (plazma kimyasal buhar biriktirme) yöntemi ve VAD (eksenel buhar biriktirme) yöntemi. Ancak hangi yöntem kullanılırsa kullanılsın, ön kalıp önce yüksek sıcaklıkta yapılmalı ve daha sonra yüksek sıcaklıktaki bir fırında ısıtılmalı ve yumuşatılmalı, bir filamente çekilmeli ve daha sonra bir fiber optik çekirdek teli olmak için kaplanıp kalıplanmalıdır. Optik fiberlerin üretimi, her işlemin orantılı olarak kesin olmasını ve bir bilgisayar tarafından kontrol edilmesini gerektirir. Fiber optik üretim sürecinde şunlara dikkat etmeliyiz:
VAD yöntemiyle yapılan fiber optik preform
①Optik fiber hammaddelerin saflığı çok yüksek olmalıdır.
② Optik fiberin içine kirlilik bulaşmasının ve hava kabarcıklarının girmesini önlemek gereklidir.
③ Kırılma indisinin dağılımını doğru bir şekilde kontrol etmek için;
④ Optik fiberin yapısal boyutunu doğru şekilde kontrol edin;
⑤ Optik fiberin yüzeyindeki yara hasarını en aza indirin ve optik fiberin mekanik gücünü iyileştirin.
Tüp çubuk yöntemi
İç çekirdek cam çubuğunu dış cam boruya (mümkün olduğunca yakın) yerleştirin, eritin ve teli çekin;
Çift pota yöntemi
İki eş merkezli platin potada, iç çekirdeği ve dış cam friti sırasıyla iç ve dış potalara koyun;
Moleküler doldurma yöntemi
Mikro gözenekli silika cam çubuk, gerekli kırılma indisi dağılımının kesit yapısını elde etmek için yüksek kırılma indeksli katkı çözeltisine daldırılır ve ardından çekme işlemi gerçekleştirilir. Süreç daha karmaşık. Fiber optik iletişiminde, düşük optik kayıp oranına sahip fiber optiklerin üretilebilmesini sağlamak için dahili ve harici buhar biriktirme yöntemleri de kullanılabilir.
uzay füzyonu
Fiber çekme cihazını çekmek için uzayın mikro yerçekimi ortamına koyun ve dünyada bulunmayan ultra uzun yüksek kaliteli ışık kılavuzu fiberini elde edebilirsiniz.
lif sınıflandırması
Farklı fiber optik sınıflandırma standartlarının sınıflandırma yöntemine göre, aynı fiber optik farklı isimlere sahip olacaktır.
Fiber malzeme ile sınıflandırılır
Optik fiberin malzemesine göre, optik fiber türleri kuvars optik fiber ve tamamen plastik fiber optik olarak ayrılabilir.
Silika fiber genellikle katkılı bir silika çekirdek ve katkılı bir silika kaplamadan oluşan bir optik fibere karşılık gelir. Bu lif çok düşük kayıp ve orta düzeyde dağılıma sahiptir. Şu anda, iletişim için optik fiberlerin büyük çoğunluğu kuvars optik fiberlerdir.
Tamamen plastik optik fiber, iletişim için hala geliştirme ve deneme aşamasında olan yeni bir optik fiber türüdür. Tamamen plastik fiber, büyük kayıp, kalın çekirdek (100-600μm çapında), geniş sayısal açıklık (NA) (genellikle daha büyük ışık noktalarına sahip ışık kaynaklarıyla birleştirilebilen 0.3-0.5) ve düşük üretim maliyeti özelliklerine sahiptir. Şu anda, tamamen plastik fiber optik, iç mekan bilgisayar ağları ve gemilerde iletişim gibi daha kısa uzunluktaki uygulamalar için uygundur.
Fiber profil kırılma indisi dağılımına göre sınıflandırma
Fiber profilinin farklı kırılma indisi dağılımına göre, fiber tipleri kademeli tip fiberler ve kademeli tip fiberler olarak ikiye ayrılabilir.
İletim moduna göre sınıflandırılır
Optik fiber iletim modlarının sayısına göre, fiber optik türleri çok modlu optik fiberlere ve tek modlu optik fiberlere ayrılabilir.
Tek modlu fiber, yalnızca bir modu iletebilen bir fiberdir. Tek modlu fiber yalnızca temel modu (en düşük dereceli mod) iletebilir, modlar arası gecikme farkı yoktur ve yüksek hızlı iletim için çok önemli olan çok modlu fiberden çok daha büyük bir bant genişliğine sahiptir. Tek modlu bir fiberin mod alan çapı yalnızca birkaç mikrondur (μm) ve bant genişliği genellikle dereceli çok modlu bir fiberinkinden bir veya iki büyüklük mertebesi daha yüksektir. Bu nedenle, büyük kapasiteli, uzun mesafeli iletişim için uygundur.
Uluslararası standartlara göre sınıflandırma (ITU-T tavsiyelerine göre sınıflandırma)
Optik fiberin birleşik bir uluslararası standarda sahip olmasını sağlamak için, Uluslararası Telekomünikasyon Birliği (ITU-T), birleşik bir fiber optik standardı (G standardı) formüle etmiştir. Optik fiberlerle ilgili ITU-T tavsiyelerine göre, optik fiber türleri şu şekilde ayrılabilir:
G.651 fiber (50/125μm çok modlu kademeli indeks fiber)
G.652 fiber (dağılım kaydırmalı fiber)
G.653 fiber (dağılım kaydırmalı fiber DSF)
G.654 fiber (cut-off dalga boyu kaydırma fiberi)
G.655 fiber (sıfır olmayan dağılım kaydırılmış fiber).
Yeni teknolojilerin geliştirilmesinin ihtiyaçlarını karşılamak için mevcut G.652 fiber, G.652A, G.652B ve G.652C olmak üzere üç alt kategoriye ve G.655 fiber ayrıca üç alt kategoriye ayrılmıştır. G.655A ve G.655B. Alt kategoriler.
IEC standart sınıflandırmasına göre, IEC standardı optik fiber türlerini aşağıdakilere ayırır:
A tipi çok modlu fiber:
A1a Çok modlu fiber (50/125μm tipi çok modlu fiber)
A1b çok modlu fiber (62.5/125μm tipi çok modlu fiber)
A1d çok modlu fiber (100/140μm tipi çok modlu fiber)
B Sınıfı tek modlu fiber:
B1.1, G652 fibere karşılık gelir ve B1.3 fiber, G652C fibere karşılık gelecek şekilde eklenir
B1.2, G654 fibere karşılık gelir
B2 fiber, G.653 fibere karşılık gelir
B4 fiber, G.655 fibere karşılık gelir
