Das Prinzip der Glasfaserübertragungskommunikation basiert auf der Totalreflexion optischer Signale innerhalb der Glasfaser.
Das Prinzip dahinter ist, dass aufgrund der unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten des Lichts in verschiedenen Substanzen Brechung und Reflexion an der Schnittstelle zwischen den beiden Substanzen auftreten, wenn Licht von einer Substanz auf eine andere geleitet wird. Darüber hinaus variiert der Winkel des gebrochenen Lichts mit dem Winkel des einfallenden Lichts. Wenn der Winkel des einfallenden Lichts einen bestimmten Winkel erreicht oder überschreitet, verschwindet das gebrochene Licht und das gesamte einfallende Licht wird zurückreflektiert, was als Totalreflexion des Lichts bezeichnet wird.
Wie ist also die Struktur von Glasfasern aufgebaut, um eine vollständige Reflexion optischer Signale zu gewährleisten, und können alle optischen Signale vollständig reflektiert werden? Informieren wir uns über die Struktur und Typen von Glasfasern.
Aufbau und Typen von Glasfaserkabeln
Glasfaserstruktur: Glasfaser-Bare-Fiber-Systeme sind im Allgemeinen in drei Schichten unterteilt: einen zentralen Glaskern mit hohem Brechungsindex (Kerndurchmesser im Allgemeinen 50 oder 62,5 μm) mit einer Siliziumglasummantelung mit niedrigem Brechungsindex in der Mitte (normalerweise mit einem Durchmesser von 125 μm). Die äußerste Schicht ist die Beschichtungsschicht, die zur Verstärkung dient.
N.A.: Das auf die Faserendfläche auftreffende Licht kann nicht vollständig durch die Faser übertragen werden, nur das auftreffende Licht innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs kann übertragen werden. Dieser Winkel wird als numerische Apertur der optischen Faser bezeichnet. Eine größere numerische Apertur von optischen Fasern ist für das Andocken von Fasern von Vorteil. Die numerische Apertur von optischen Fasern verschiedener Hersteller variiert.
Arten von Glasfasern:
A. Je nach Übertragungsmodus des Lichts in Glasfasern kann eine Unterteilung in Singlemode-Glasfasern und Multimode-Glasfasern erfolgen.
B. Geteilt durch das optimale Übertragungsfrequenzfenster: herkömmliche Singlemode-Faser und dispersionsverschobene Singlemode-Faser.
C. Entsprechend der Verteilung des Brechungsindex können optische Fasern in Mutationstyp und Gradiententyp unterteilt werden.
Was sind Singlemode-Fasern und Multimode-Fasern??
Mehrfarbig-Modus Faser:Der Glaskern in der Mitte ist dicker (50 oder 62,5 μm). Er kann mehrere Lichtmodi übertragen. Seine intermodale Dispersion ist jedoch relativ groß, was die Übertragungsfrequenz digitaler Signale begrenzt und mit zunehmender Entfernung schwerwiegender wird. Beispielsweise hat eine 600 MB/km-Faser nur eine Bandbreite von 300 MB bei 2 km. Daher ist die Entfernung für die Übertragung mit Multimode-Glasfasern relativ gering, normalerweise nur wenige Kilometer.
Einzel-Modus Glasfaser:Der zentrale Glaskern ist relativ dünn (Kerndurchmesser beträgt im Allgemeinen 9 oder 10 μm). Es kann nur ein Lichtmodus übertragen werden. Daher ist seine intermodale Dispersion gering und für die Fernkommunikation geeignet, aber seine chromatische Dispersion spielt eine wichtige Rolle. Daher stellen Singlemode-Fasern hohe Anforderungen an die spektrale Breite und Stabilität der Lichtquelle, d. h. die spektrale Breite sollte schmal und die Stabilität gut sein.
Was sind konventionelle Singlemode-Fasern und dispersionsverschobene Singlemode-Fasern??
Konventioneller Typ:Hersteller von Glasfaserkabeln optimieren die Übertragungsfrequenz von Glasfasern auf eine einzige Lichtwellenlänge, beispielsweise 1300 nm.
Dispersionsverschiebungstyp:Glasfaserhersteller optimieren die Übertragungsfrequenz von Glasfasern auf zwei Lichtwellenlängen, beispielsweise 1300 nm und 1550 nm.
Was sind optische Fasern vom Mutationstyp und vom Gradiententyp??
Mutantentyp:Der Brechungsindex vom Mittelkern der Glasfaser zum Glasmantel ist abrupt. Es ist kostengünstig und weist eine hohe Intermodedispersion auf. Geeignet für die Kommunikation mit niedriger Geschwindigkeit über kurze Distanzen, z. B. für die industrielle Steuerung. Aufgrund der geringen Intermodaldispersion nehmen Singlemode-Fasern jedoch alle einen Mutationstyp an.
Faser vom Typ Gradient:Der Brechungsindex vom Mittelkern der Faser bis zum Glasmantel nimmt allmählich ab, wodurch sich Hochmoduslicht sinusförmig ausbreiten kann, die Intermodusdispersion verringert, die Faserbandbreite erhöht und die Übertragungsdistanz erhöht wird. Die Kosten sind jedoch relativ hoch. Heutzutage sind Multimodefasern meist Gradientenfasern.
Warum entscheiden wir uns also für die Glasfaserübertragung statt für die Kabelübertragung? Lassen Sie uns über die Vorteile der Glasfaser sprechen:
- Der Durchlassbereich von Glasfasern ist sehr breit. Theoretisch kann er 3 Milliarden Megahertz erreichen.
- Der Nicht-Relaisabschnitt ist mehrere zehn bis über 100 Kilometer lang, die Kupferleitung hat eine Länge von nur wenigen hundert Metern.
- Wird nicht durch elektromagnetische Felder und Strahlung beeinflusst.
- Leicht und klein. Beispielsweise können 900 Paare Twisted Pair-Kabel mit einem Durchmesser von 3 Zoll und einem Gewicht von 8 Tonnen/km 21.000 Leitungen verbinden. Und das optische Kabel mit einem zehnfachen Kommunikationsvolumen hat einen Durchmesser von 0,5 Zoll und ein Gewicht von 450P/km.
- Die Glasfaserkommunikation erfolgt nicht unter Strom und kann sicher in brennbaren und explosiven Umgebungen eingesetzt werden.
- Großer Umgebungstemperaturbereich für den Einsatz.
- Chemische Korrosionsbeständigkeit und lange Lebensdauer.