Avantages de la transmission
Jusqu'en 1960, le scientifique américain Maiman a inventé le premier laser'au monde, qui fournissait une bonne source de lumière pour les communications optiques. Après plus de deux décennies, les gens ont fait des recherches sur les supports de transmission optique et ont finalement fabriqué des fibres optiques à faible perte, posant ainsi la pierre angulaire des communications optiques. Depuis lors, les communications optiques sont entrées dans une phase de développement rapide.
La transmission par fibre optique présente de nombreux avantages remarquables :
Bande passante de fréquence
La largeur de la bande de fréquence représente la taille de la capacité de transmission. Plus la fréquence de la porteuse est élevée, plus la bande passante du signal pouvant être transmise est grande. Dans la bande de fréquence VHF, la fréquence porteuse est de 48,5MHz～300Mhz. Avec une bande passante d'environ 250MHz, il ne peut transmettre que 27 téléviseurs et des dizaines d'émissions FM. La fréquence de la lumière visible atteint 100 000 GHz, ce qui est plus d'un million de fois supérieure à la bande de fréquence VHF. Bien que la fibre optique ait des pertes différentes pour différentes fréquences de lumière, la bande passante est affectée, mais la bande passante dans la région de perte la plus faible peut également atteindre 30 000 GHz. A l'heure actuelle, la bande passante d'une seule source lumineuse n'en occupe qu'une petite partie (la bande de fréquence de la fibre multimode est de l'ordre de plusieurs centaines de MHz, et une bonne fibre monomode peut atteindre plus de 10 GHz). L'utilisation d'une communication optique cohérente avancée peut organiser 2 000 lumières dans la gamme de 30 000 GHz. La porteuse, le multiplexage par répartition en longueur d'onde, peut accueillir des millions de canaux.
Faible perte
Dans un système composé de câbles coaxiaux, le meilleur câble a une perte de plus de 40 dB par kilomètre lors de la transmission de signaux à 800 MHz. En revanche, la perte de fibre optique est beaucoup plus petite, la transmission de 1,31 um de lumière, la perte par kilomètre est inférieure à 0,35 dB, si la transmission de 1,55 um de lumière, la perte par kilomètre est plus petite, jusqu'à 0,2 dB ou moins. C'est 100 millions de fois moins que la perte de puissance d'un câble coaxial, ce qui permet de transmettre à une distance beaucoup plus longue. De plus, la perte de transmission par fibre optique a deux caractéristiques. L'un est qu'il a la même perte dans toutes les chaînes de télévision par câble, et il n'est pas nécessaire d'introduire un égaliseur pour l'égalisation comme un tronc de câble ; l'autre est que sa perte change à peine avec la température, vous n'avez donc pas à vous en soucier. Les changements de température ambiante provoquent des fluctuations du niveau du réseau.
Poids léger
Étant donné que la fibre optique est très fine, le diamètre du fil central de la fibre monomode est généralement de 4 um ~ 10 um et le diamètre extérieur n'est que de 125 um. Avec couche étanche, nervures de renfort, gaine, etc., le diamètre d'un câble optique composé de 4 à 48 fibres optiques est inférieur à 13 mm. Il est beaucoup plus petit que le câble coaxial standard avec un diamètre de 47 mm. De plus, la fibre optique est une fibre de verre avec une faible densité, ce qui lui confère les caractéristiques d'un petit diamètre et d'un poids léger, et elle est très pratique à installer.
Forte capacité anti-interférence
Étant donné que le composant de base de la fibre optique est le quartz, il ne transmet que la lumière, ne conduit pas l'électricité et n'est pas affecté par les champs électromagnétiques. Les signaux optiques qui y sont transmis ne sont pas affectés par les champs électromagnétiques. Par conséquent, la transmission par fibre optique présente une forte résistance aux interférences électromagnétiques et aux interférences industrielles. C'est précisément pour cette raison que le signal transmis dans la fibre optique n'est pas facile à écouter, ce qui est propice à la confidentialité.
Haute fidélité
Étant donné que la transmission par fibre optique ne nécessite généralement pas d'amplification par relais, elle n'introduira pas de nouvelles distorsions non linéaires dues à l'amplification. Tant que la linéarité du laser est bonne, le signal TV peut être transmis avec une haute fidélité. Le test réel montre que le rapport triple battement de combinaison de porteuses C/CTB d'un bon système de fibre AM est supérieur à 70 dB et que l'indice d'intermodulation cM est également supérieur à 60 dB, ce qui est bien supérieur à l'indice de distorsion non linéaire du tronc de câble général. système.
Performances de travail fiables
Nous savons que la fiabilité d'un système est liée au nombre d'appareils qui le composent. Plus il y a d'équipement, plus le risque d'échec est grand. Parce que le nombre d'équipements contenus dans le système à fibre optique est faible (contrairement à un système câblé qui nécessite des dizaines d'amplificateurs), la fiabilité est naturellement élevée. De plus, la durée de vie de l'équipement à fibre optique est très longue et le temps de travail sans problème est de 500 000 à 750 000 heures. Parmi eux, la durée de vie la plus courte est celle du laser dans l'émetteur optique et la durée de vie la plus faible est supérieure à 100 000 heures. Par conséquent, les performances de fonctionnement d'un système à fibre optique bien conçu, correctement installé et débogué sont très fiables.
Le coût continue de baisser
À l'heure actuelle, certaines personnes ont proposé une nouvelle loi de Moore's, également appelée loi optique (Loi Optique). La loi stipule que la bande passante de transmission d'informations par fibre optique double tous les 6 mois, tandis que le prix est doublé. Le développement de la technologie de communication optique a jeté de très bonnes bases pour le développement de la technologie Internet à large bande. Cela a levé le dernier obstacle pour que les systèmes de télévision par câble à grande échelle adoptent des méthodes de transmission par fibre optique. Étant donné que la source du matériau (quartz) pour la fibre optique est très abondante, avec l'avancement de la technologie, le coût sera encore réduit ; alors que le matériau en cuivre requis pour le câble est limité, le prix sera de plus en plus élevé. De toute évidence, la transmission par fibre optique aura un avantage absolu à l'avenir, et elle deviendra la méthode de transmission la plus importante pour l'établissement de réseaux de télévision par câble dans toute la province et même dans tout le pays.
Principe de structure
La fibre optique est composée de deux couches de verre avec des indices de réfraction différents. La couche interne est un noyau interne optique d'un diamètre de quelques micromètres à plusieurs dizaines de micromètres, et le diamètre de la couche externe est de 0,1 à 0,2 mm. Généralement, l'indice de réfraction du verre du noyau interne est supérieur de 1 % à celui du verre externe. Selon le principe de réfraction de la lumière et de réflexion totale, lorsque l'angle auquel la lumière frappe l'interface entre le noyau interne et la couche externe est supérieur à l'angle critique pour la réflexion totale, la lumière ne peut pas traverser l'interface et est complètement réfléchie .
Atténuation des fibres
Les principaux facteurs qui causent l'atténuation des fibres sont : intrinsèque, courbure, compression, impuretés, irrégularités et joints bout à bout, etc.
Intrinsèque
Il s'agit de la perte inhérente à la fibre optique, notamment : la diffusion Rayleigh, l'absorption inhérente, etc.
pliant
Lorsque la fibre optique est pliée, une partie de la lumière dans la fibre optique est perdue en raison de la diffusion, ce qui entraîne une perte.
extrusion
Perte causée par une légère flexion lorsque la fibre optique est comprimée.
Impureté
Les impuretés dans la fibre optique absorbent et diffusent la lumière se propageant dans la fibre optique, provoquant une perte.
Inégal
Perte causée par l'indice de réfraction non uniforme du matériau de la fibre optique.
Amarrage
La perte causée par le bout de la fibre, telle que : axe différent (la coaxialité de la fibre monomode doit être inférieure à 0,8 m), la face d'extrémité n'est pas perpendiculaire à l'axe, la face d'extrémité n'est pas plate, le diamètre du noyau de bout est pas égalé et la qualité de l'épissage est médiocre.
Atténuation artificielle
Dans le travail réel, il est parfois nécessaire d'effectuer une atténuation artificielle de la fibre optique, comme les atténuateurs à fibre optique utilisés dans les systèmes de communication optique pour déboguer les performances de puissance optique, déboguer l'étalonnage des instruments à fibre optique et l'atténuation du signal à fibre optique.
Méthode de production
Actuellement, la fibre optique utilisée en communication est généralement une fibre optique en silice. Le nom chimique du quartz est dioxyde de silicium (SiO2), qui a la même composition principale que le sable que nous utilisons pour construire des maisons. Cependant, les fibres optiques faites de matériaux de quartz ordinaires ne peuvent pas être utilisées pour la communication. La fibre optique de communication doit être composée de matériaux de très haute pureté ; cependant, l'ajout d'une petite quantité de dopant dans le matériau principal peut rendre l'indice de réfraction du noyau et de la gaine légèrement différent, ce qui est bénéfique pour la communication.
Il existe de nombreuses méthodes de fabrication de préforme de fibre optique par méthode VAD. A l'heure actuelle, il existe principalement : la méthode CVD (dépôt chimique en phase vapeur) en tube, la méthode CVD en tige, la méthode PCVD (dépôt chimique en phase vapeur par plasma) et la méthode VAD (dépôt axial en phase vapeur). Mais quelle que soit la méthode utilisée, la préforme doit d'abord être fabriquée à haute température, puis chauffée et ramollie dans un four à haute température, étirée en un filament, puis revêtue et moulée pour devenir un fil à âme en fibre optique. La fabrication de fibres optiques exige que chaque processus soit proportionnellement précis et contrôlé par un ordinateur. Dans le processus de fabrication de la fibre optique, nous devons prêter attention à :
Préforme de fibre optique réalisée par la méthode VAD
La pureté des matières premières des fibres optiques doit être très élevée.
Il est nécessaire d'empêcher la contamination par les impuretés et les bulles d'air de pénétrer dans la fibre optique.
③Pour contrôler avec précision la distribution de l'indice de réfraction ;
Contrôler correctement la taille structurelle de la fibre optique ;
Minimiser les dommages causés par les cicatrices à la surface de la fibre optique et améliorer la résistance mécanique de la fibre optique.
Méthode de bâton de tube
Insérez la tige de verre du noyau interne dans le tube de verre externe (aussi près que possible), faites fondre et tirez le fil ;
Méthode à double creuset
Dans deux creusets concentriques en platine, placez le noyau interne et la fritte de verre externe dans les creusets interne et externe respectivement ;
Méthode de remplissage moléculaire
La tige de verre de silice microporeuse est immergée dans la solution d'additif à indice de réfraction élevé pour obtenir la structure en coupe transversale de la distribution d'indice de réfraction requise, puis l'opération d'étirage est effectuée. Le processus est plus compliqué. Dans la communication par fibre optique, des méthodes de dépôt en phase vapeur internes et externes peuvent également être utilisées pour garantir la fabrication de fibres optiques à faible taux de perte optique.
Fusion spatiale
Placez le dispositif de fibrage dans l'environnement de microgravité de l'espace pour le tirer, et vous pouvez obtenir la fibre de guidage de lumière ultra-longue de haute qualité qui n'est pas disponible sur terre.
Classement des fibres
Selon la méthode de classification des différentes normes de classification des fibres optiques, la même fibre optique aura des noms différents.
Classé par matériau fibreux
Selon le matériau de la fibre optique, les types de fibre optique peuvent être divisés en fibre optique en quartz et fibre optique tout plastique.
La fibre de silice fait généralement référence à une fibre optique composée d'un cœur en silice dopée et d'une gaine en silice dopée. Cette fibre a une très faible perte et une dispersion modérée. À l'heure actuelle, la grande majorité des fibres optiques pour la communication sont des fibres optiques à quartz.
La fibre optique tout plastique est un nouveau type de fibre optique pour la communication, qui est encore en phase de développement et d'essai. La fibre entièrement plastique présente les caractéristiques d'une grande perte, d'un noyau épais (100-600 m de diamètre), d'une grande ouverture numérique (NA) (généralement de 0,3 à 0,5, qui peut être couplée à des sources lumineuses avec des points lumineux plus grands) et d'un faible coût de fabrication. À l'heure actuelle, la fibre optique entièrement en plastique convient aux applications de longueur plus courte, telles que les réseaux informatiques intérieurs et la communication dans les navires.
Classification par répartition de l'indice de réfraction du profil de fibre
Selon la distribution différente de l'indice de réfraction du profil de fibre, les types de fibres peuvent être divisés en fibres de type étagé et fibres de type gradué.
Classé par mode de transmission
Selon le nombre de modes de transmission des fibres optiques, les types de fibres optiques peuvent être divisés en fibres optiques multimodes et fibres optiques monomodes.
La fibre monomode est une fibre qui ne peut transmettre qu'un seul mode. La fibre monomode ne peut transmettre que le mode fondamental (mode d'ordre le plus bas), il n'y a pas de différence de délai entre les modes et a une bande passante beaucoup plus large que la fibre multimode, ce qui est très important pour la transmission à grande vitesse. Le diamètre du champ de mode d'une fibre monomode n'est que de quelques microns (μm), et sa bande passante est généralement supérieure d'un ou deux ordres de grandeur à celle d'une fibre multimode graduée. Par conséquent, il convient aux communications longue distance de grande capacité.
Classification selon les normes internationales (classification selon les recommandations ITU-T)
Afin que la fibre optique ait une norme internationale unifiée, l'Union internationale des télécommunications (UIT-T) a formulé une norme de fibre optique unifiée (norme G). Selon les recommandations ITU-T sur les fibres optiques, les types de fibres optiques peuvent être divisés en :
Fibre G.651 (fibre à gradient d'indice multimode 50/125 m)
Fibre G.652 (fibre décalée sans dispersion)
Fibre G.653 (fibre à dispersion décalée DSF)
Fibre G.654 (fibre à décalage de longueur d'onde de coupure)
Fibre G.655 (fibre à dispersion décalée non nulle).
Afin de répondre aux besoins de développement de nouvelles technologies, la fibre G.652 actuelle a été divisée en trois sous-catégories G.652A, G.652B et G.652C, et la fibre G.655 est elle-même divisée en G.655A et G.655B. Sous-catégories.
Selon la classification standard IEC, la norme IEC divise les types de fibres optiques en
Fibre multimode de type A :
Fibre multimode A1a (fibre multimode type 50/125μm)
Fibre multimode A1b (fibre multimode type 62,5/125μm)
Fibre multimode A1d (fibre multimode de type 100/140μm)
Fibre monomode classe B :
B1.1 correspond à la fibre G652 et la fibre B1.3 est ajoutée pour correspondre à la fibre G652C
B1.2 correspond à la fibre G654
La fibre B2 correspond à la fibre G.653
La fibre B4 correspond à la fibre G.655
