Priodweddau geometrig ac optegol ffibrau optegol
Priodweddau geometrig
Mae nodweddion geometrigffibrau optegolyn perthyn yn agos i adeiladu a chysylltiadau -colli isel. Mae'r nodweddion geometrig hyn yn cynnwys diamedr craidd, dimensiynau cladin, crynoder ffibr, a chylchrededd nad yw'n cylchredeg.
(1) Diamedr craidd: Mae diamedr craidd yn ofyniad ar gyfer ffibrau optegol amlfodd. Mae ITU-T yn pennu diamedr craidd ffibrau optegol amlfodd fel (50 ± 3) μm.
(2) Diamedr Allanol: Mae diamedr allanol y ffibr optegol yn cyfeirio at ddiamedr y ffibr noeth. Ni waeth a yw'n ffibr amlfodd neu fodd sengl, mae ITU-T yn pennu diamedr allanol y ffibrau optegol a ddefnyddir ar gyfer cyfathrebu fel (125 + 3) μm.
(3) Crynodedd Ffibr ac Allan-o-Cylchrededd: Crynodiad yw cymhareb y pellter rhwng canol y craidd a chanol y cladin i'r diamedr craidd. Mae allan{4}}cylchrededd yn cynnwys allan-cylchrededd y craidd a'r cladin, a gellir ei fynegi gan y fformiwla ganlynol:
Yn y fformiwla, mae Dmaxa Dminyw diamedrau mwyaf ac isaf y craidd (cladin); Dcydyw diamedr safonol y craidd (cladin).
Mae ITU{0}}T yn nodi: dylai gwall crynodedd ffibr amlfodd fod yn llai na 6%; dylai'r diffyg cylchredeg craidd fod yn llai na 6% (gan gynnwys modd sengl); dylai'r diffyg cylchredeg cladin fod yn llai na 2%; a dylai gwall crynodedd ffibr modd sengl fod yn 1μm.
Priodweddau optegol
Mae priodweddau optegol ffibrau optegol yn ffactor hanfodol sy'n pennu eu perfformiad trosglwyddo.
(1) Dosbarthiad Mynegai Plygiannol: Mae dosbarthiad mynegai plygiannol ffibrau amlfodd yn pennu lled band ffibr a cholled cysylltiad; mae dosbarthiad mynegai plygiannol ffibrau modd sengl yn pennu dewis y donfedd weithredol. Y fformiwla gyffredinol ar gyfer mynegai plygiannol ffibrau optegol yw:
Yn y fformiwla, yw'r pellter o'r echelin ffibr; n(0) yw mynegai plygiannol y craidd ffibr pan r=0; g yw'r mynegai dosraniad mynegai plygiannol, sydd â gwerthoedd gwahanol sy'n arwain at ddosraniadau mynegai plygiannol gwahanol, fel y dangosir yn Ffigur 2-2; yw'r radiws craidd ffibr (μm); ac △yw'r gwahaniaeth indecs plygiannol cymharol.
Mynegai plygiannol craidd: pan fydd r < ,n(r)=n(0)[1-2△(r/a)g]1/2
Mynegai plygiant cladin: pan r Mwy na neu'n hafal i ,n=n(r)=n(0)[1-2△]1/2
(2) Mae agorfa rifiadol (NA) ffibr optegol yn perthyn yn agos i effeithlonrwydd cyplu ffynhonnell golau, sensitifrwydd colli ffibr i ficroblygu, a lled band. Mae agorfa rifiadol fwy yn hwyluso cyplu, yn lleihau sensitifrwydd microblygu, ac yn arwain at led band culach. Diffinnir yr agoriad rhifiadol damcaniaethol uchaf fel a ganlyn:
Yn y fformiwla, n yw mynegai plygiannol craidd unffurf y cam-ffibr mynegai (mynegai plygiannol n(0) canol craidd y ffibr mynegai graddedig); ng yw mynegai plygiannol y cladin unffurf.
(3) Diamedr maes modd Gellir diffinio diamedr maes y modd gan swyddogaeth drosglwyddo'r maes modd sylfaenol Ea, hynny yw, y lled rhwng dau bwynt 1/é ar gromlin y berthynas rhwng swyddogaeth trosglwyddo maes y modd sylfaenol Ea a'r radial r yw'r diamedr maes modd.
Amcangyfrif o ddiamedr maes llwydni: 2S.=2入/(πn√△)
Mewn -ffibr modd sengl, defnyddir diamedr maes y modd yn lle'r diamedr craidd. Y rheswm yw y bydd gan ffibrau â'r un diamedr craidd ddosbarthiadau maes gwahanol fodd o dan wahanol ddosbarthiadau mynegai plygiannol, ac mae perfformiad trosglwyddo'r ffibr yn dibynnu ar ddosbarthiad y maes modd.
Ar gyfer adeiladu, os nad yw diamedr maes y modd yn cyfateb yn y cysylltiad ffibr, bydd gwyriad mawr yn cynyddu'r golled cysylltiad. Mae ITU-T yn pennu diamedr maes modd fel (9-10) ± 1 μm.
(4) Tonfedd Toriad (Cyflwr Trosglwyddo Modd Sengl) Y donfedd toriad yw'r amod ar gyfer ffibr modd sengl i warantu trosglwyddiad modd sengl. Y tu hwnt i'r donfedd hon, nid yw'r modd LP ail -archeb yn lluosogi mwyach. Mae tonfedd y toriad yn wahanol i baramedrau eraill gan nad yw'n gyson ond yn newid gyda hyd. Mae hyn yn ei gwneud yn ofynnol i donfedd toriad y ffibr modd sengl fod yn llai na thonfedd gweithredu'r system cyfathrebu optegol. Ar hyn o bryd, tonfedd toriad ffibr modd sengl yw 1.10 ~ 1.28µm, wedi'i bennu gan y gwahaniaeth indecs plygiannol cymharol Δ a'r siâp trawsdoriadol.
Effeithiau aflinol ffibrau optegol
Yn y system amlblecsio rhaniad tonfedd trwchus (DWDM) heddiw gallu uchel, systemau cyfathrebu ffibr optegol cyflym iawn gyda mwyhaduron ffibr doped erbium, mae'r ffibrau optegol yn trosglwyddo tonfeddi lluosog a phwer uchel. Gall y pŵer optegol uchel hwn achosi effeithiau aflinol amrywiol oherwydd y rhyngweithio rhwng y signal a'r ffibr. Os na chaiff yr effeithiau aflinol hyn eu hatal yn iawn, gallant effeithio'n ddifrifol ar berfformiad y system a chyfyngu ar y pellter ailadrodd adnewyddadwy. Mae llinoledd neu aflinoledd yn cyfeirio at briodweddau golau o fewn y cyfrwng trawsyrru, nid priodweddau golau ei hun. Fodd bynnag, mae presenoldeb maes optegol yn newid priodweddau'r cyfrwng. Pan fydd cyfrwng yn destun maes optegol cryf, mae electronau o fewn yr atomau neu'r moleciwlau sy'n ffurfio'r cyfrwng yn symud neu'n dirgrynu, gan achosi polareiddio. Mae tonnau deupol yn ymddangos o fewn y cyfrwng polariaidd, ac mae'r deupolau hyn yn pelydru tonnau electromagnetig o'r un amledd, sy'n cael eu harosod ar y maes digwyddiad gwreiddiol, gan ddod yn gyfanswm maes optegol o fewn y cyfrwng. Mae hyn yn dangos bod newidiadau yn eiddo'r cyfrwng, yn eu tro, yn effeithio ar y maes optegol.
Gellir rhannu effeithiau aflinol ffibrau optegol yn ddau gategori: gwasgariad ysgogol ac aflonyddwch mynegai plygiannol.
◇ Mae gwasgariad ysgogol yn digwydd mewn systemau modiwlaidd lle mae signalau optegol yn rhyngweithio â thonnau acwstig neu ddirgryniadau system mewn ffibrau optegol; hynny yw, mae'r maes optegol yn trosglwyddo rhywfaint o egni i'r cyfrwng aflinol. Mae gwasgariad Raman wedi'i ysgogi a gwasgariad Brillouin ysgogol yn perthyn i'r categori hwn.
Mae gwasgariad Raman wedi'i ysgogi (SRS) yn cael ei achosi gan fodiwleiddio (rhyngweithio) dirgryniadau moleciwlaidd yn y cyfrwng ar olau digwyddiad (a elwir yn olau pwmp), gan arwain at wasgaru'r golau digwyddiad. Gadewch i amlder y golau digwyddiad fod yn , ac amlder dirgryniadau moleciwlaidd y cyfrwng fod yn ν, yna amlder y golau gwasgaredig yw ∞=∞∞ a ν=∞, +∞. Gelwir y ffenomen hon yn gwasgaru Raman wedi'i ysgogi. Yr enw ar y golau gwasgaredig ag amledd o ∞ yw ton Stokes; gelwir y golau gwasgaredig ag amledd o ν yn don gwrth-Stokes.
◇ O dan bŵer optegol isel, mae'r mynegai plygiannol o ffibr gwydr silica yn parhau'n gyson oherwydd tarfu ar fynegai plygiannol. Fodd bynnag, wrth ddefnyddio mwyhadur ffibr balast i gael pŵer optegol uchel, gall newid dwyster y signal a drosglwyddir achosi newid ym mynegai plygiannol y ffibr. Tair effaith aflinol a achosir gan aflonyddiad indecs plygiannol yw hunan-modiwleiddio cyfnod (SPM), trawsgyweirio cyfnod (CPM), a chymysgu pedair tonnau.
Mae hunan-fodiwleiddio cyfnod (SPM) yn cyfeirio at y ffenomen lle mae cyfnod y pwls optegol yn newid wrth drosglwyddo, gan arwain at ehangu sbectrol curiad y galon. Mae SPM yn perthyn yn agos i-ganolbwyntio ei hun; os yw'n ddifrifol, mewn systemau amlblecsio rhannu tonfedd trwchus (DWDM), gall ehangu sbectrol orgyffwrdd â sianeli cyfagos.
Priodweddau mecanyddol a thymheredd ffibrau optegol
Priodweddau mecanyddol ffibrau optegol
Mae priodweddau mecanyddol ffibrau optegol yn hollbwysig. Mae ffibrau optegol cwarts a ddefnyddir mewn cyfathrebu yn ffilamentau gwydr tenau gyda diamedr allanol o tua 125 μm. Mae gwydr yn ddeunydd hynod galed, anhydwyth a brau. Mae ei derfyn cryfder yn cael ei bennu gan rym bondio'r bondiau Si-O o fewn ei adeiledd. Yn ddamcaniaethol, amcangyfrifir bod y straen sydd ei angen i dorri bondiau atomig Si-O yn 19600–24500 N/mm², felly, gall ffibr optegol â diamedr allanol o tua 125 μm wrthsefyll cryfder tynnol o 294 N. Fodd bynnag, mae craciau yn anochel yn bodoli ar wyneb neu du mewn ffibrau optegol gwirioneddol. Pan fydd y ffibr yn destun grym allanol, gall hyd yn oed crac micro bach iawn ehangu a lluosogi, gan achosi toriad trychinebus, sy'n lleihau cryfder torri'r ffibr yn fawr (tua 1/4 o'r gwerth damcaniaethol). Felly, o'r datblygiad i'r defnydd o ffibrau optegol ar raddfa fawr, mae ymdrech sylweddol, adnoddau a chyllid wedi'u buddsoddi i oresgyn yr heriau hyn. Ar hyn o bryd, mae adrannau ymchwil, gweithgynhyrchu, ceblau ac adeiladu yn ymchwilio ymhellach i sut i wella cryfder tynnol a bywyd gwasanaeth ffibrau optegol.
Rhaid i gryfder tynnol ffibrau optegol sydd ar gael yn fasnachol fod yn ddim llai na 2.35 N o rym tynnol. Ar hyn o bryd, mae cryfder tynnol ffibrau optegol sydd ar gael yn fasnachol wedi cyrraedd straen o 0.5%, neu 432 g o rym tynnol. Yn gyffredinol, mae gan ffibrau optegol a ddefnyddir yn y cartref ar gyfer prosiectau peirianneg gryfder tynnol sy'n fwy na 400 g o rym tynnol. Mae gan ffibrau optegol tramor o ansawdd gwell gryfderau tynnol sy'n fwy na 700 g o rym tynnol, ac mae angen cryfderau uwch fyth ar ffibrau a ddefnyddir ar gyfer ceblau tanfor. Cyflawnir y gofynion hyn ar gyfer cryfder tynnol ffibrau optegol trwy ddulliau sgrinio yn ystod y broses gweithgynhyrchu ffibr.
Cyfeirir at hyd oes ffibr optegol yn gyffredin fel ei fywyd gwasanaeth. O safbwynt perfformiad mecanyddol, mae bywyd gwasanaeth yn cyfeirio at ei oes torri asgwrn. Ym maes gweithgynhyrchu a pheirianneg ffibrau a cheblau optegol, mae bywyd gwasanaeth 20 mlynedd wedi'i ddylunio'n gyffredinol. Fodd bynnag, nid yw bywyd gwasanaeth gwirioneddol ffibrau optegol yn gwbl gyson oherwydd dylanwad yr amgylchedd gweithredu (fel tymheredd, lleithder, a blinder statig a deinamig). Mae amcangyfrifon cyfredol yn awgrymu y gall ffibrau optegol sydd wedi'u cynllunio ar gyfer hyd oes o 20 mlynedd bara 30 i 40 mlynedd mewn gwirionedd.
Nodweddion tymheredd ffibrau optegol
Mae nodweddion tymheredd ffibr optegol yn cyfeirio at effaith tymheredd uchel ac isel ar golli ffibr, yn gyffredinol yn arwain at golled gynyddol. Mae colled ffibr yn cynyddu o dan amodau tymheredd uchel ac isel oherwydd bod y deunyddiau a ddefnyddir yn y cotio a'r cladin ffibr yn resinau organig a phlastigau, sydd â chyfernodau crebachu ac ehangu llawer mwy na chwarts. Felly, ar dymheredd isel, mae'r ffibr yn profi grym cywasgol echelinol, gan achosi plygu micro, tra ar dymheredd uchel, mae'n profi grym echelinol, gan greu straen ac arwain at golled gynyddol. Mae nodweddion tymheredd ffibr optegol yn dangos, wrth i'r tymheredd ostwng, bod colled ffibr hefyd yn cynyddu. Pan fydd y tymheredd yn disgyn i tua -55 gradd , mae'r golled yn cynyddu'n sylweddol, gan wneud y system yn annefnyddiadwy. Ar hyn o bryd, mae nodweddion tymheredd isel ffibrau optegol wedi cyrraedd lefel dda; yn gyffredinol, ar -20 gradd, mae'r cynnydd colled yn llai na 0.1dB/km, ac ar gyfer ffibrau o ansawdd uchel, mae'n llai na 0.05dB/km.
Mae perfformiad -tymheredd isel ffibrau optegol yn hollbwysig. Ar gyfer ceblau a llinellau optegol uwchben mewn rhanbarthau gogleddol, bydd perfformiad tymheredd isel gwael yn effeithio'n ddifrifol ar ansawdd cyfathrebu. Felly, yn ystod gweithgynhyrchu ffibr optegol, mae'n hanfodol dewis deunyddiau cotio a chladin priodol a gwella prosesau. Mewn dylunio peirianneg, mae'n hanfodol dewis ffibrau optegol gyda nodweddion rhagorol.
