Gwybodaeth

Mae ceblau ffibr optig yn cludo gwybodaeth trwy anfon signalau golau ar hyd llinynnau tenau iawn o wydr neu ffibr plastig, gan ddarparu cyflymder, cynhwysedd ac ystod trawsyrru llawer uwch o gymharu â gwifrau copr traddodiadol. Wedi'u hadeiladu o dair haen allweddol - craidd mewnol, cladin amgylchynol, a gorchudd amddiffynnol allanol - mae'r ceblau hyn yn gwasanaethu fel asgwrn cefn rhwydweithiau band eang modern, seilwaith telathrebu, a systemau cyfathrebu diwydiannol. Deallsut mae ffibrau optegol yn gweithioyn gallu helpu i ddatrys rhai problemau heriol yn fawr.

Beth yw ffibr optegol

Ffibr optegolyn ddargludydd cyfathrebu sy'n defnyddio golau fel ei gludwr gwybodaeth a gwydr neu blastig fel ei gyfrwng trawsyrru. Mae'r broses sylfaenol yn gweithio fel a ganlyn: mae signalau trydanol yn cael eu trosi'n gorbys golau, yn cael eu trosglwyddo ar gyflymder uchel trwy linynnau gwydr hynod denau, ac yna'n cael eu trosi'n ôl yn signalau trydanol ar y pen derbyn. Mae gan ffibr cyfathrebu safonol ddiamedr o tua 125 micrometers - tua'r un peth â gwallt dynol. Er gwaethaf y trawstoriad hynod denau hwn, mae gan y tu mewn strwythur consentrig amlhaenog manwl gywir, gyda phob haen yn cyflawni swyddogaeth annibynnol.

Mae'n bwysig gwahaniaethu rhwng ffibr optegol a chebl ffibr optig. Acebl ffibr optigyn gynulliad cebl cyflawn sy'n gartref i un neu fwy o ffibrau optegol ynghyd ag aelodau cryfder a siacedi amddiffynnol, wedi'u cynllunio i drosglwyddo data fel corbys o olau dros bellteroedd hir.

Strwythur Corfforol Pedair Haen Cebl Ffibr Optig

I ddeallo beth mae cebl ffibr optig wedi'i wneud, gadewch i ni edrych yn agosach ar ei bedair haen wedi'u peiriannu'n fanwl o'r tu mewn allan.

Craidd

Wedi'i leoli yn y canol iawn, mae gan y craidd ddiamedr sy'n amrywio o 8 i 62.5 micromedr ac mae'n gweithredu fel y sianel wirioneddol y mae signalau golau yn teithio drwyddi. Mae'r craidd wedi'i wneud o -silicon deuocsid purdeb uchel (SiO₂) wedi'i ddopio â symiau hybrin o germaniwm (Ge) i gynyddu ei fynegai plygiannol. Mae purdeb y craidd yn pennu'n uniongyrchol pellter trosglwyddo signal a lefelau colled - cyfathrebu-mae ffibr gradd yn gofyn am burdeb gwydr o 99.99% neu uwch.

Cladin

Mae'rcladin cebl ffibr optigyn amgylchynu'r craidd gyda diamedr unffurf o 125 micromedr. Mae hefyd wedi'i wneud o silicon deuocsid, ond gyda fformiwla ddopio wahanol sy'n rhoi mynegai plygiant ychydig yn is iddo na'r craidd. Y gwahaniaeth mynegai plygiannol hwn yw'r rhagofyniad ffisegol sy'n galluogi trawsyrru signal golau - hebddo, byddai golau yn gollwng allan o'r ffibr.

Gorchudd (byffer)

Un neu ddwy haen o acrylate UV wedi'i halltucotioyn cael eu gosod dros y cladin, gan ddod â chyfanswm diamedr y ffibr i 250 micromedr. Mae'r cotio yn amddiffyn y gwydr noeth rhag microblygu, crafu ac ymyrraeth lleithder. Diraddio cotio yw un o brif achosion dirywiad perfformiad mewn ffibrau ar ôl-defnyddio am gyfnod hir.

Siaced

Mae'r strwythur amddiffynnol mwyaf allanol fel arfer yn cael ei wneud o polyethylen (PE) neu bolyfinyl clorid (PVC), gyda rhai cymwysiadau arbenigol yn defnyddio deunyddiau Halogen Sero Mwg Isel (LSZH). Gall y siaced hefyd gynnwys ffibrau aramid (Kevlar), gwifren ddur, neu wialen plastig wedi'i atgyfnerthu â gwydr ffibr (FRP) fel aelodau cryfder i wrthsefyll straen tynnol, cywasgol a phlygu yn ystod y gosodiad.

Gyda'i gilydd, mae'r pedair haen - uchel-graidd silica purdeb, cladin silica dop, gorchudd acrylate, a siaced bolymer - yn ffurfio'r hanfodion.deunyddiau ffibr optegoldod o hyd ym mhob cebl gradd-cyfathrebiad.

Mewn gosodiadau gwirioneddol, mae dwsinau i filoedd o ffibrau optegol yn cael eu bwndelu gyda'i gilydd i gebl optegol. Mae cebl optegol a ffibr optegol yn ddau gysyniad gwahanol: ffibr yw'r cyfrwng trosglwyddo; cebl yw'r cynnyrch cyflawn sy'n cynnwys ffibrau, aelodau cryfder, a siacedi amddiffynnol.

Sut Mae Ceblau Fiber Optic yn Gweithio

Cyfanswm Myfyrdod Mewnol

Yr egwyddor sylfaenol y tu ôlsut mae ceblau ffibr optig yn trosglwyddo datayw Cyfanswm Myfyrdod Mewnol (TIR). Pan fydd golau'n teithio o gyfrwng â mynegai plygiannol uwch i mewn i un â mynegai plygiannol is, a'r ongl amlder yn fwy na'r ongl gritigol, mae'r golau'n cael ei adlewyrchu 100% yn ôl i'r ochr mynegai uwch yn hytrach na mynd trwy'r rhyngwyneb. Mae opteg ffibr yn manteisio ar yr egwyddor hon yn union: mae mynegai plygiant y craidd (tua 1.467) yn uwch na mynegai'r cladin (tua 1.460), felly mae signalau golau yn bownsio'n barhaus oddi ar y rhyngwyneb cladin craidd ar onglau pori bas, gan ymledu ar hyd y ffibr.

Paramedr allweddol yma yw'r Agorfa Rhifiadol (NA). Mae NA yn disgrifio'r amrediad ongl uchaf y gall y ffibr dderbyn golau sy'n dod i mewn drosto, a bennir gan y gwahaniaeth indecs plygiannol rhwng craidd a chladin. Mae NA mwy yn darparu mwy o oddefgarwch cyplu, gan ei gwneud hi'n haws alinio â ffynhonnell golau, ond hefyd yn cynyddu gwasgariad ac yn diraddio ansawdd signal. Dyma un o'r manteision craidd ym maes dylunio ffibr.

Y Cyswllt Cyfathrebu Optegol Cyflawn

I ddeallsut mae cebl ffibr optig yn gweithiomewn-system byd go iawn, mae angen i ni edrych ar dri cham craidd acyfathrebu ffibr optegolcyswllt.

Trosglwyddydd:Mae signalau trydanol yn cael eu hamgodio yn gyntaf i ddilyniant pwls digidol (0s ac 1s), yna mae ffynhonnell golau yn eu trosi'n gorbys optegol. Mae dau fath o ffynhonnell golau: deuodau laser (LD) a deuodau allyrru golau (LED). Mae deuodau laser yn cynnig pŵer allbwn uwch, lled sbectrol culach, a chyfraddau modiwleiddio cyflymach, gan eu gwneud yn addas ar gyfer senarios pellter hir, cyflymder uchel. Mae LEDs yn-costau is ond mae ganddynt led sbectrol ehangach, sy'n addas ar gyfer cymwysiadau pellter byr.

Ffibr (Segment Trosglwyddo):Unwaith y bydd corbys optegol yn mynd i mewn i'r ffibr, maent yn ymledu ar hyd y craidd. Wrth drosglwyddo-pellter hir, gosodir mwyhaduron optegol yn rheolaidd i wneud iawn am wanhad signal. Amlblecsu Adran Tonfedd Trwch Modern (DWDM) technoleg ffibr optegolar yr un pryd yn gallu cario 80 i 160 o sianeli tonfedd gwahanol mewn un ffibr, pob un yn cario data yn annibynnol, gan alluogi capasiti ffibr sengl ar y terabits-fesul-ail lefel.

Derbynnydd:Mae ffotosynhwyrydd (fel arfer ffotodiode PIN neu ffotodiode eirlithriad, APD) yn trosi curiadau optegol a dderbynnir yn ôl yn signalau trydanol, sydd wedyn yn cael eu hadfer i ddata gwreiddiol trwy gylchedau adfer cloc a phenderfyniad.

Gwanhau Signal

Nid yw trosglwyddo golau trwy ffibr yn broses ddigolled. Gwanhau signal yw'r cyfyngiad craidd yncyfathrebu ffibr optigdylunio system.

Daw gwanhad o dair prif ffynhonnell. Y cyntaf yw amsugno deunydd - ïonau hydroxyl gweddilliol (OH⁻) yn y gwydr yn creu copaon amsugno ar donfeddi penodol (tua 1383 nm), a dyna pam mae ffibrau cyfathrebu modern yn bennaf yn defnyddio'r ffenestri colled isel 1310 nm a 1550 nm. Yr ail yw Rayleigh gwasgariad - rhyngweithio rhwng golau ac afreoleidd-dra dwysedd microsgopig yn y gwydr achosi colledion gwasgariad, y mecanwaith colli dominyddol ar donfeddi byrrach. Y trydydd yw colli tro - radii tro ffibr rhy fach yn achosi signalau golau i ollwng o'r craidd.

Er gwybodaeth, mae gan y ffibr modd G.652D sengl prif ffrwd cyfredol wanhad nodweddiadol o 0.35 dB/km ar 1310 nm a 0.20 dB/km ar 1550 nm. Mae hyn yn golygu, ar 1550 nm, bod pŵer signal yn gostwng i 1% o'i lefel wreiddiol ar ôl teithio 100 km. O ganlyniad, mae angen mwyhaduron optegol bob 80 i 100 km ar linellau cefn pellter hir i adfywio signal.

Mathau o gebl ffibr optig:Modd-Sengl yn erbyn Modd Aml-

Mae ffibrau optegol yn cael eu dosbarthu i ddau gategori mawr yn seiliedig ar nifer y dulliau trosglwyddo. rhainmathau o gebl ffibr optiggwahaniaethu'n sylfaenol mewn paramedrau ffisegol, manylebau perfformiad, a chymwysiadau addas.

Ffibr-Modd Sengl (SMF)

Mae gan ffibr modd sengl ddiamedr craidd o 8 i 10 micromedr ac mae'n caniatáu dim ond un modd sylfaenol (LP01) i ymledu. Trwy ddileu gwasgariad rhyngfoddol, mae ffibr modd sengl yn cyflawni lled band cynnyrch pellter sy'n llawer uwch na ffibr amlfodd, gan ei wneud yn ddewis safonol ar gyfer cyfathrebu pellter canolig a hir.

Tonfeddi gweithredu nodweddiadol yw 1310 nm a 1550 nm, gan ddefnyddio Deuodau Laser Adborth Dosbarthedig (DFB-LD) fel ffynonellau golau. Gall pellter trosglwyddo gyrraedd degau i gannoedd o gilometrau (estynadwy i filoedd o gilometrau gyda mwyhaduron optegol). Mae cod lliw y siaced allanol yn felyn.

Mae dynodiadau safonol prif ffrwd yn cynnwys ITU-T G.652 (modd sengl{-safonol), G.655 (dim-gwasgariad sero wedi'i symud), a G.657 (tro-ansensitif, wedi'i gynllunio ar gyfer defnyddio FTTH).

Ffibr Aml-Modd (MMF)

Mae gan ffibr amlfodd ddiamedr craidd o 50 neu 62.5 micromedr, sy'n caniatáu cannoedd i filoedd odulliau o ffibr optegoli lluosogi ar yr un pryd. Mae gwahanol foddau yn teithio ar gyflymderau gwahanol, gan gyrraedd y derbynnydd ar adegau gwahanol - ffenomen o'r enw gwasgariad rhyngfoddol - sy'n cyfyngu'n uniongyrchol ar bellter trawsyrru a lled band ffibr amlfodd.

Tonfeddi gweithredu nodweddiadol yw 850 nm a 1300 nm, gan ddefnyddio VCSELs (Laserau Allyrru Arwyneb Ceudod Fertigol) neu LEDs fel ffynonellau golau. Mae pellteroedd trosglwyddo fel arfer o fewn ychydig gannoedd o fetrau. Ar gyfer adnabod lliw siaced: mae OM3/OM4 yn defnyddio aqua, mae OM5 yn defnyddio gwyrdd calch, ac mae OM1/OM2 yn defnyddio oren.

Meini Prawf Dethol

Ymhlith ygwahanol fathau o gebl ffibr, y ffactor penderfynu yw pellter trosglwyddo. Am bellteroedd o dan 300 metr mae - megis rhyng-gysylltiadau o fewn-data-canolfan ac mewn-ceblau - amlfodd-ffibr amlfodd yn cynnig mantais cost, gan fod ei fodiwlau optegol cydnaws yn llawer llai costus na'r modiwlau cyfatebol modd sengl. Y tu hwnt i 500 metr - asgwrn cefn campws, rhwydweithiau metropolitan, a llinellau cefnffyrdd pellter hir - ffibr modd sengl yw'r unig opsiwn ymarferol. O fewn eu hystodau pellter optimaidd priodol, nid yw'r naill fath na'r llall yn well yn gyffredinol; mae datrysiad amlfodd yn aml yn darparu cyfanswm cost perchnogaeth is.

Sut Mae Ceblau Fiber Optic yn cael eu Gwneud

Mae ceblau ffibr optig yn cynnwys gwydr silica pur iawn (silicon deuocsid), sy'n cael ei dynnu i mewn i ffilamentau sy'n deneuach na blew dynol ar gyfer trosglwyddo signalau optegol. Mae cebl ffibr optig nodweddiadol yn cynnwys sawl cydran allweddol: craidd canolog sy'n cario'r signalau golau, cladin gwydr amgylchynol sy'n galluogi adlewyrchiad mewnol, gorchudd amddiffynnol polymer sy'n cysgodi'r ffibr rhag difrod corfforol, ac aelodau cryfder atgyfnerthu, megis Kevlar neu ddur, sy'n gwella gwydnwch mecanyddol y cebl. Cynhyrchu ffibr optegolyn eistedd ar groesffordd peirianneg gemegol fanwl a gwyddoniaeth optegol. Rhennir y broses gyfan yn ddau gam: gwneuthuriad preform a lluniadu ffibr.

Ffabrigo Preform

Mae preform yn wialen wydr purdeb uchel, tua 10 i 20 centimetr mewn diamedr a thua 1 metr o hyd, gyda phroffil mynegai plygiant cladin craidd eisoes wedi'i sefydlu'n fewnol. Mae pedwar prif ddull gwneuthuriad: MCVD (Dadodiad Anwedd Cemegol wedi'i Addasu), OVD (Dadodiad Anwedd y Tu Allan), VAD (Dadodiad Echelinol Anwedd), a PCVD (Dadodiad Anwedd Cemegol Plasma).

Gan gymryd y broses OVD fel enghraifft: mae nwyon tetraclorid silicon purdeb uchel (SiCl₄) a germanium tetraclorid (GeCl₄) yn cael adweithiau ocsideiddio mewn fflam ocsigen hydrogen. Mae'r gronynnau SiO₂ a GeO₂ canlyniadol yn dyddodi ar wialen darged sy'n cylchdroi, gan adeiladu haen wrth haen i ffurfio corff gwydr mandyllog (a elwir yn "preform huddygl"), sydd wedyn yn cael ei ddadhydradu ar dymheredd uchel, ei sinteru, a'i gwympo i mewn i preform solet, tryloyw.

Gall preform sengl gynhyrchu cannoedd o gilometrau o ffibr. Mae ansawdd y preform yn pennu holl nodweddion perfformiad optegol y ffibr - gan gynnwys paramedrau gwanhau, gwasgariad, a thonfedd torri - sydd wedi'u cloi i mewn yn y cam preform ac na ellir eu cywiro yn ystod y broses dynnu.

Arlunio Ffibr

Mae'r preform yn cael ei fwydo i mewn i dwr tynnu, strwythur fertigol tua 20 i 30 metr o uchder. Mae pen gwaelod y preform yn cael ei gynhesu i tua 2,000 gradd i feddalu'r gwydr, sydd wedyn yn cael ei dynnu o dan reolaeth disgyrchiant a thensiwn i mewn i ffibr â diamedr o 125 micromedr. Gall cyflymder lluniadu gyrraedd 1,000 i 2,500 metr y funud.

Yn ystod y broses dynnu, mae'r ffibr yn mynd trwy fesurydd diamedr laser mewnol ar gyfer monitro amser real gyda chywirdeb o ±0.1 micromedr, yna mae'n mynd i mewn i'r cam cotio ar unwaith - mae dwy haen o acrylate yn cael eu halltu o dan lampau UV, gan ddod â diamedr y ffibr i 250 micromedr. Mae'r broses gyfan o feddalu i orchudd yn gwella mewn llai nag eiliad.

Ar ôl lluniadu, mae'r ffibr yn cael ei brawf-brawf, fel arfer yn destun 0.69 GPa (rhyw straen 1%) o densiwn i ddileu adrannau sy'n cynnwys microcraciau, gan sicrhau bod dibynadwyedd mecanyddol y ffibr wedi'i gludo yn bodloni'r gofyniad bywyd gwasanaeth 25 mlynedd.

Cable Fiber Optic Manteision dros Gopr

Wrth gymharu ffibr i gopr, mae'rmanteision ffibr optegoldod yn glir ar unwaith. Mae’r tabl isod yn amlygu pam mae ffeibr wedi dod yn gyfrwng dewisol ar gyfer rhwydweithiau modern.

Mae ffibr a chopr yn gyflenwol, nid yn gystadleuol. Mae pensaernïaeth rhwydwaith prif ffrwd gyfredol yn dilyn yr egwyddor "ffibr-i-ymyl" - mae haenau asgwrn cefn ac agregu yn defnyddio ffibr, tra bod yr haen mynediad (y degau olaf o fetrau i'r dyfeisiau diwedd) yn parhau i ddefnyddio copr. Ni ddisgwylir i'r patrwm pensaernïol hwn newid yn sylfaenol yn y 5 i 10 mlynedd nesaf.

Cymwysiadau Fiber Optegol

Mae'rdefnyddiau ar gyfer opteg ffibrrhychwantu bron pob diwydiant, o delathrebu i feddygaeth. Dyma'r meysydd cais allweddol.

Telathrebu ac asgwrn cefn y rhyngrwyd

Mae'r rhyngrwyd byd-eang yn rhedeg ar ffibr. Mae ceblau ffibr optig tanfor a cheblau cefnffyrdd pellter hir daearol yn cysylltu cyfandiroedd. 5Mae rhwydweithiau blaen gorsaf sylfaen G a rhwydwaith canol hefyd yn dibynnu ar ffibr, gyda phob gorsaf sylfaen angen 6 i 12 craidd ffibr. Ar y raddfa hon, ydefnyddio cebl ffibr optig mewn rhwydweithioyn ffurfio asgwrn cefn cysylltedd byd-eang.

Canolfannau Data

Mae canolfannau data yn defnyddio ffibr amlfodd OM3/OM4 ar gyfer rhyng-gysylltiadau cyflym pellter uchel byr yn fewnol. Rhwng canolfannau data, defnyddir ffibr modd sengl gyda thechnoleg cyfathrebu optegol cydlynol, gyda chyflymder fesul tonfedd eisoes yn cyrraedd gosodiadau 400G ac 800G ar y gweill.

FTTH (Ffibr i'r Cartref)

Mae FTTH yn dod â ffibr yn uniongyrchol i ddefnyddwyr preswyl, gan ddefnyddio technoleg PON (Passive Optical Network) i ddosbarthu signalau optegol i ddefnyddwyr terfynol lluosog, gan gyflawni mynediad band eang dosbarth gigabit am gost isel.

Diwydiannol a Synhwyro

Defnyddir synwyryddion ffibr optig ar gyfer monitro tymheredd a straen, a ddefnyddir yn eang mewn piblinellau olew a nwy, ceblau pŵer, systemau rhybuddio tân twnnel, a -monitro iechyd strwythurol ar raddfa fawr.

Meddygol

Cais ffibr optigmewn meddygaeth yn parhau i ehangu - mae endosgopau, laserau llawfeddygol, a systemau delweddu i gyd yn dibynnu ar ffibrau optegol ar gyfer goleuo, delweddu, a chymorth llawfeddygol manwl gywir.

Milwrol ac Awyrofod

Mae opteg ffibr yn disodli copr mewn cyfathrebu milwrol, bysiau data, a systemau awyrofod, gan gynnig imiwnedd EMI a gwrthsefyll clustfeinio. Defnyddir gyrosgopau ffibr optig yn eang mewn systemau canllaw awyrennau a thaflegrau.