1. Como as fibras ópticas são combinadas?
Resposta: A fibra óptica consiste em duas partes básicas: um núcleo feito de materiais ópticos transparentes e uma camada de revestimento.
2. Quais são os parâmetros básicos que descrevem as características de transmissão das linhas de fibra óptica?
Resposta: Eles incluem perda, dispersão, largura de banda, comprimento de onda de corte, diâmetro do campo de modo, etc.
3. Quais são as causas da atenuação da fibra?
Resposta: A atenuação da fibra se refere à redução da potência óptica entre duas seções transversais de uma fibra, que está relacionada ao comprimento de onda. As principais causas da atenuação são espalhamento, absorção e perda óptica causada por conectores e juntas.
4. Como é definido o coeficiente de atenuação da fibra óptica?
Resposta: É definida pela atenuação por unidade de comprimento de uma fibra óptica uniforme em estado estacionário (dB/km).
5. O que é perda de inserção?
Resposta: Refere-se à atenuação causada pela inserção de componentes ópticos (como inserção de conectores ou acopladores) na linha de transmissão óptica.
6. Com o que se relaciona a largura de banda da fibra óptica?
Resposta: A largura de banda da fibra óptica se refere à frequência de modulação quando a amplitude da potência óptica é reduzida em 50% ou 3dB em comparação com a amplitude da frequência zero na função de transferência da fibra óptica. A largura de banda da fibra óptica é aproximadamente inversamente proporcional ao seu comprimento, e o produto da largura de banda e comprimento é uma constante.
7. Quantos tipos de dispersão de fibra óptica existem? A que se relaciona?
Resposta: A dispersão da fibra óptica se refere à ampliação do atraso de grupo em uma fibra óptica, incluindo dispersão de modo, dispersão de material e dispersão estrutural. Depende das características tanto da fonte de luz quanto da fibra óptica.
8. Como descrever as características de dispersão de sinais que se propagam em fibra óptica?
Resposta: Pode ser descrito por três grandezas físicas: alargamento de pulso, largura de banda da fibra óptica e coeficiente de dispersão da fibra óptica.
9. Qual é o comprimento de onda de corte?
Resposta: Refere-se ao menor comprimento de onda que pode transmitir apenas o modo fundamental na fibra óptica. Para fibra óptica monomodo, seu comprimento de onda de corte deve ser menor que o comprimento de onda da luz transmitida.
10. Qual será o impacto da dispersão da fibra óptica no desempenho do sistema de comunicação por fibra óptica?
Resposta: A dispersão da fibra óptica fará com que o pulso óptico seja ampliado durante a transmissão na fibra óptica, afetando a taxa de erro de bits, a distância de transmissão e a taxa do sistema.
11. O que é o método de retroespalhamento?
Resposta: O método de retroespalhamento é um método para medir a atenuação ao longo do comprimento de uma fibra óptica. A maior parte da potência óptica na fibra óptica se propaga para a frente, mas uma pequena parte é retroespalhada em direção ao emissor de luz. Usando um espectrômetro no emissor de luz para observar a curva de tempo de retroespalhamento, não apenas o comprimento e a atenuação da fibra óptica uniforme conectada podem ser medidos de uma extremidade, mas também as irregularidades locais, pontos de interrupção e perda de potência óptica causadas por juntas e conectores podem ser medidas.
12. Qual é o princípio de teste do reflectômetro óptico de domínio de tempo (OTDR)? Quais são suas funções?
Resposta: O OTDR é baseado no princípio de retrodispersão de luz e reflexão de Fresnel. Ele usa a luz retrodispersa gerada quando a luz se propaga na fibra óptica para obter informações de atenuação. Ele pode ser usado para medir a atenuação da fibra óptica, perda de junta, localização do ponto de falha da fibra óptica e entender a distribuição de perda ao longo do comprimento da fibra óptica. É uma ferramenta indispensável na construção, manutenção e monitoramento de cabos ópticos. Seus principais indicadores incluem: faixa dinâmica, sensibilidade, resolução, tempo de medição e área cega.
13.Qual é a área cega do OTDR? Qual é o impacto no teste? Como lidar com a área cega em testes reais?
Resposta: Normalmente, uma série de "pontos cegos" causados pela saturação da extremidade receptora do OTDR devido a reflexões geradas por pontos de características, como conectores ativos e juntas mecânicas, são chamados de áreas cegas.
As áreas cegas em fibras ópticas são divididas em áreas cegas de eventos e áreas cegas de atenuação: a distância do ponto inicial do pico de reflexão até o pico de saturação do receptor causado pela intervenção de conectores ativos é chamada de áreas cegas de eventos; a distância do ponto inicial do pico de reflexão até outros pontos de eventos identificáveis causados pela intervenção de conectores ativos em fibras ópticas é chamada de áreas cegas de atenuação.
Para OTDR, quanto menor a área cega, melhor. A área cega aumentará com o aumento da largura do alargamento do pulso. Embora o aumento da largura do pulso aumente o comprimento da medição, ele também aumenta a área cega da medição. Portanto, ao testar fibras ópticas, pulsos estreitos devem ser usados para medir a fibra óptica e pontos de eventos adjacentes dos acessórios OTDR, enquanto pulsos largos devem ser usados para medir a extremidade distante da fibra óptica.
14. O OTDR pode medir diferentes tipos de fibras ópticas?
R: Se você usar um módulo OTDR monomodo para medir uma fibra multimodo, ou usar um módulo OTDR multimodo para medir uma fibra monomodo com um diâmetro de núcleo de 62,5 mm, o resultado da medição do comprimento da fibra não será afetado, mas os resultados de perda de fibra, perda do conector óptico e perda de retorno serão incorretos. Portanto, ao medir a fibra óptica, você deve escolher um OTDR que corresponda à fibra medida para medir, para que você possa obter os resultados corretos para todos os indicadores de desempenho.
15. O que significa "1310 nm" ou "1550 nm" em instrumentos de teste óptico comuns?
R: Refere-se ao comprimento de onda do sinal óptico. A faixa de comprimento de onda usada na comunicação por fibra óptica está na região do infravermelho próximo, com um comprimento de onda entre 800 nm e 1700 nm. É frequentemente dividida em bandas de comprimento de onda curto e bandas de comprimento de onda longo, a primeira refere-se ao comprimento de onda de 850 nm, e a última refere-se a 1310 nm e 1550 nm.
16. Nas fibras ópticas comerciais atuais, qual comprimento de onda de luz tem a menor dispersão? Qual comprimento de onda de luz tem a menor perda?
Resposta: A luz com comprimento de onda de 1310 nm tem a menor dispersão, e a luz com comprimento de onda de 1550 nm tem a menor perda.
17. Como as fibras ópticas são classificadas de acordo com a mudança no índice de refração do núcleo da fibra óptica?
Resposta: Elas podem ser divididas em fibras ópticas de índice degrau e fibras ópticas de índice de gradiente. As fibras ópticas de índice degrau têm uma largura de banda estreita e são adequadas para comunicações de curta distância de pequena capacidade; as fibras ópticas de índice de gradiente têm uma largura de banda ampla e são adequadas para comunicações de média e grande capacidade.
18. Como as fibras ópticas são classificadas de acordo com os diferentes modos de onda de luz transmitidos nas fibras ópticas?
Resposta: Elas podem ser divididas em fibras ópticas monomodo e fibras ópticas multimodo. O diâmetro do núcleo das fibras ópticas monomodo é aproximadamente entre 1 e 10μm. Em um determinado comprimento de onda de trabalho, apenas um único modo fundamental é transmitido, o que é adequado para sistemas de comunicação de grande capacidade e longa distância. As fibras ópticas multimodo podem transmitir vários modos de ondas de luz, com um diâmetro de núcleo de aproximadamente entre 50 e 60μm, e seu desempenho de transmissão é pior do que o das fibras ópticas monomodo.
Ao transmitir a proteção diferencial de corrente da proteção multiplexada, fibras ópticas multimodo são frequentemente usadas entre o dispositivo de conversão optoeletrônica instalado na sala de comunicação da subestação e o dispositivo de proteção instalado na sala de controle principal.
19. Qual é o significado da abertura numérica (AN) da fibra óptica de índice degrau?
Resposta: A abertura numérica (NA) indica a capacidade de coleta de luz da fibra óptica. Quanto maior a NA, mais forte é a capacidade da fibra óptica de coletar luz.
20. Qual é a birrefringência da fibra óptica monomodo?
Resposta: Existem dois modos de polarização ortogonais em uma fibra óptica monomodo. Quando a fibra óptica não é completamente simétrica cilíndrica, os dois modos de polarização ortogonais não são degenerados. O valor absoluto da diferença no índice de refração dos dois modos de polarização ortogonais é a birrefringência.
21. Quais são as estruturas de cabos ópticos mais comuns?
Resposta: Existem dois tipos: tipo de camada torcida e tipo esqueleto.
22. Quais são os principais componentes dos cabos ópticos?
Resposta: É composto principalmente de: núcleo de fibra, graxa de fibra óptica, material de revestimento, PBT (tereftalato de polibutileno) e outros materiais.
23. A que se refere a blindagem dos cabos ópticos?
Resposta: Refere-se ao elemento de proteção (geralmente fio de aço ou correia de aço) usado em cabos ópticos para fins especiais (como cabos ópticos submarinos, etc.). A armadura é fixada à bainha interna do cabo óptico.
24. Quais materiais são usados para a capa dos cabos ópticos?
Resposta: A bainha ou revestimento dos cabos ópticos geralmente é feita de materiais de polietileno (PE) e cloreto de polivinila (PVC), e sua função é proteger o núcleo do cabo de influências externas.
25. Liste os cabos ópticos especiais usados em sistemas de energia.
Resposta: Existem principalmente três cabos ópticos especiais:
Cabo óptico composto de fio terra (OPGW), a fibra óptica é colocada na linha de energia da estrutura trançada de alumínio revestida de aço. A aplicação do cabo óptico OPGW tem as funções duplas de fio terra e comunicação, melhorando efetivamente a taxa de utilização de postes e torres de energia.
Cabo óptico enrolado (GWWOP), onde há uma linha de transmissão existente, esse tipo de cabo óptico é enrolado ou pendurado no fio terra.
O cabo óptico autossustentável (ADSS) tem alta resistência à tração e pode ser pendurado diretamente entre duas torres de energia, com um vão máximo de até 1.000 m.
26. Quantas estruturas de aplicação existem para o cabo óptico OPGW?
Resposta: Principalmente: 1) Camada de tubo de plástico torcida + estrutura de tubo de alumínio; 2) Tubo de plástico central + estrutura de tubo de alumínio; 3) Estrutura de esqueleto de alumínio; 4) Estrutura de tubo de alumínio em espiral; 5) Estrutura de tubo de aço inoxidável de camada única (estrutura de tubo de aço inoxidável central, estrutura torcida de camada de tubo de aço inoxidável); 6) Estrutura de tubo de aço inoxidável composto (estrutura de tubo de aço inoxidável central, estrutura torcida de camada de tubo de aço inoxidável).
27. Quais são os principais componentes do fio trançado fora do núcleo do cabo óptico OPGW?
Resposta: É composto de fio AA (fio de liga de alumínio) e fio AS (fio de aço revestido de alumínio).
28. Quais são as condições técnicas necessárias para selecionar os modelos de cabos ópticos OPGW?
Resposta: 1) Resistência à tração nominal (RTS) do cabo OPGW (kN); 2) Número de núcleos de fibra (SM) do cabo OPGW; 3) Corrente de curto-circuito (kA); 4) Tempo de curto-circuito (s); 5) Faixa de temperatura (℃).
29. Como é limitado o grau de curvatura do cabo óptico?
Resposta: O raio de curvatura do cabo óptico não deve ser menor que 20 vezes o diâmetro externo do cabo óptico e não deve ser menor que 30 vezes o diâmetro externo do cabo óptico durante a construção (estado não estático).
30. O que deve ser observado na engenharia de cabos ópticos ADSS?
Resposta: Existem três tecnologias principais: projeto mecânico do cabo óptico, determinação de pontos de suspensão e seleção e instalação de hardware de suporte.
31. Quais são os principais tipos de conexões para cabos ópticos?
Resposta: Os acessórios para cabos ópticos referem-se ao hardware usado para instalar cabos ópticos, incluindo principalmente: grampos de tensão, grampos de suspensão, isoladores de vibração, etc.
32. Os conectores de fibra óptica têm dois parâmetros básicos de desempenho. Quais são eles?
Resposta: Conectores de fibra óptica são comumente conhecidos como juntas vivas. Para os requisitos do desempenho óptico de conectores de fibra única, o foco está nos dois parâmetros de desempenho mais básicos de perda de inserção e perda de retorno.
33. Quantos tipos de conectores de fibra óptica comumente usados existem?
Resposta: De acordo com diferentes métodos de classificação, os conectores de fibra óptica podem ser divididos em diferentes tipos. De acordo com diferentes meios de transmissão, eles podem ser divididos em conectores de fibra óptica monomodo e conectores de fibra óptica multimodo; de acordo com diferentes estruturas, eles podem ser divididos em vários tipos, como FC, SC, ST, D4, DIN, Biconic, MU, LC, MT, etc.; de acordo com a face da extremidade do pino do conector, eles podem ser divididos em FC, PC (UPC) e APC. Conectores de fibra óptica comumente usados: conector de fibra óptica tipo FC/PC, conector de fibra óptica tipo SC, conector de fibra óptica tipo LC.
34. No sistema de comunicação de fibra óptica, os seguintes itens são comumente encontrados. Por favor, indique seus nomes.
Adaptador AFC, FC Adaptador ST Adaptador SC Conector FC/APC, FC/PC Conector SC Conector ST Cabo de conexão LC Cabo de conexão MU Cabo de conexão monomodo ou multimodo.
35. Qual é a perda de inserção (ou perda de inserção) do conector de fibra óptica?
Resposta: Refere-se ao valor da redução da potência efetiva da linha de transmissão causada pela inserção do conector. Para os usuários, quanto menor o valor, melhor. A ITU-T estipula que seu valor não deve exceder 0,5dB.
36. Qual é a perda de retorno (ou atenuação de reflexão, perda de retorno, perda de retorno) do conector de fibra óptica?
Resposta: É uma medida do componente de potência de entrada refletido do conector e retornado ao longo do canal de entrada. Seu valor típico não deve ser menor que 25dB.
37. Qual é a diferença mais proeminente entre a luz emitida por diodos emissores de luz e lasers semicondutores?
Resposta: A luz gerada por um diodo emissor de luz é uma luz incoerente com um espectro amplo; a luz gerada por um laser é uma luz coerente com um espectro muito estreito.
38. Qual é a diferença mais óbvia entre as características de funcionamento de um diodo emissor de luz (LED) e um laser semicondutor (LD)?
Resposta: LED não tem limite, enquanto LD tem limite. O laser só será gerado quando a corrente injetada exceder o limite.
39. Quais são os dois lasers semicondutores de modo longitudinal único comumente usados?
Resposta: O laser DFB e o laser DBR são lasers de feedback distribuído, e seu feedback óptico é fornecido pela rede de Bragg de feedback distribuído na cavidade óptica.
40. Quais são os dois principais tipos de dispositivos de recepção óptica?
Resposta: Eles são principalmente fotodiodos (tubos PIN) e fotodiodos de avalanche (APDs).
41. Quais são os fatores que causam ruído em sistemas de comunicação por fibra óptica?
Resposta: Há ruído causado por taxa de extinção não qualificada, ruído causado por mudanças aleatórias na intensidade da luz, ruído causado por jitter de tempo, ruído de ponto e ruído térmico do receptor, ruído de modo da fibra óptica, ruído causado por alargamento de pulso causado por dispersão, ruído de distribuição de modo de LD, ruído causado por chiado de frequência de LD e ruído causado por reflexão.
42. Quais são as principais fibras ópticas utilizadas atualmente para construção de redes de transmissão? Quais são suas principais características?
Resposta: Existem três tipos principais: fibra óptica monomodo convencional G.652, fibra óptica monomodo com deslocamento de dispersão G.653 e fibra óptica com deslocamento de dispersão diferente de zero G.655.
A fibra monomodo G.652 tem uma grande dispersão na banda C 1530-1565 nm e na banda L 1565-1625 nm, geralmente 17-22psnm•km. Quando a taxa do sistema atinge 2,5 Gbit/s ou mais, a compensação de dispersão é necessária. A 10 Gbit/s, o custo de compensação de dispersão do sistema é relativamente alto. É a fibra mais comumente usada na rede de transmissão atual.
A dispersão da fibra com deslocamento de dispersão G.653 na banda C e banda L é geralmente de -1-3,5psnm•km, e é dispersão zero a 1550nm. A taxa do sistema pode atingir 20Gbit/s e 40Gbit/s, tornando-a a melhor fibra para transmissão de ultralonga distância de comprimento de onda único. No entanto, devido às suas características de dispersão zero, efeitos não lineares ocorrerão quando o DWDM for usado para expansão de capacidade, resultando em diafonia de sinal e FWM de mistura de quatro ondas, portanto, não é adequado para DWDM.
Fibra deslocada por dispersão não nula G.655: A dispersão da fibra deslocada por dispersão não nula G.655 na banda C é de 1 a 6 psnm•km, e a dispersão na banda L é geralmente de 6 a 10 psnm•km. A dispersão é pequena, evitando a área de dispersão zero, suprimindo FWM de mistura de quatro ondas e pode ser usada para expansão de capacidade DWDM e abertura de sistemas de alta velocidade. A nova fibra G.655 pode expandir a área efetiva para 1,5 a 2 vezes a das fibras ópticas comuns. A grande área efetiva pode reduzir a densidade de potência e reduzir o efeito não linear da fibra óptica.
43. O que é a não linearidade da fibra óptica?
Resposta: Isso significa que quando a potência óptica da fibra excede um determinado valor, o índice de refração da fibra óptica será relacionado de forma não linear à potência óptica, e a dispersão Raman e a dispersão Brillouin serão geradas, fazendo com que a frequência da luz incidente mude.
44. Que efeito a não linearidade da fibra óptica terá na transmissão?
Resposta: O efeito não linear causará alguma perda e interferência adicionais, deteriorando o desempenho do sistema. A potência óptica do sistema WDM é grande e é transmitida ao longo de uma longa distância ao longo da fibra óptica, então ocorre distorção não linear. Existem dois tipos de distorção não linear: espalhamento estimulado e refração não linear. Entre eles, o espalhamento estimulado inclui espalhamento Raman e espalhamento Brillouin. Os dois tipos de espalhamento acima reduzem a energia da luz incidente, causando perda. Pode ser ignorado quando a potência da fibra de entrada é pequena.
45. O que é PON (Rede Óptica Passiva)?
Resposta: PON é uma rede óptica de loop de fibra óptica na rede de acesso do usuário local, baseada em dispositivos ópticos passivos, como acopladores e divisores.
Várias causas de atenuação da fibra óptica
1. Os principais fatores que causam a atenuação das fibras são: intrínsecos, flexão, extrusão, impurezas, irregularidades e atracação.
Intrínseca: É a perda inerente da fibra óptica, incluindo: espalhamento de Rayleigh, absorção inerente, etc.
Curvatura: Quando a fibra óptica é dobrada, parte da luz na fibra óptica será perdida devido à dispersão, causando perdas.
Extrusão: Perda causada por uma leve curvatura quando a fibra óptica é comprimida.
Impurezas: Impurezas na fibra óptica absorvem e espalham a luz que se propaga na fibra óptica, causando perdas.
Irregularidade: Perda causada pelo índice de refração irregular do material da fibra óptica.
Acoplamento: Perda causada quando fibras ópticas são acopladas, como: eixos diferentes (o requisito de coaxialidade da fibra óptica monomodo é menor que 0,8 μm), a face final não é perpendicular ao eixo, a face final é irregular, o diâmetro do núcleo de acoplamento não corresponde e a qualidade da fusão é ruim.
Quando a luz entra por uma extremidade da fibra óptica e sai pela outra extremidade, a intensidade da luz enfraquece. Isso significa que depois que o sinal óptico se propaga pela fibra óptica, parte da energia da luz é atenuada. Isso mostra que há certas substâncias na fibra óptica ou, por algum motivo, bloqueando a passagem do sinal óptico. Esta é a perda de transmissão da fibra óptica. Somente reduzindo a perda da fibra óptica o sinal óptico pode passar suavemente.
2. Classificação das perdas de fibra óptica
A perda de fibra óptica pode ser dividida aproximadamente na perda inerente da fibra óptica e na perda adicional causada pelas condições de uso após a fibra óptica ser feita. As subdivisões específicas são as seguintes:
A perda de fibra óptica pode ser dividida em perda inerente e perda adicional.
Perda inerente inclui perda por espalhamento, perda por absorção e perda causada por estrutura imperfeita da fibra óptica.
Perdas adicionais incluem perdas por microcurvatura, perdas por flexão e perdas por emenda.
Entre elas, a perda adicional é causada artificialmente durante a colocação da fibra óptica. Em aplicações práticas, é inevitável conectar fibras ópticas uma por uma, e a conexão da fibra óptica causará perda. Microcurvatura, compressão e alongamento de fibras ópticas também causarão perda. Todas essas são perdas causadas pelas condições de uso da fibra óptica. O principal motivo é que, sob essas condições, o modo de transmissão no núcleo da fibra óptica mudou. Perdas adicionais podem ser evitadas tanto quanto possível. Abaixo, discutimos apenas a perda inerente da fibra óptica.
Entre as perdas inerentes, a perda de espalhamento e a perda de absorção são determinadas pelas características do próprio material da fibra óptica, e a perda inerente causada em diferentes comprimentos de onda de trabalho também é diferente. É extremamente importante entender o mecanismo de geração de perdas e analisar quantitativamente o tamanho da perda causada por vários fatores para o desenvolvimento de fibras ópticas de baixa perda e o uso racional da fibra óptica.
3. Perda de absorção de materiais
Os materiais usados para fazer fibras ópticas podem absorver energia luminosa. Depois que as partículas no material da fibra óptica absorvem energia luminosa, elas vibram e geram calor, e a energia é perdida, gerando assim perda de absorção. Sabemos que a matéria é composta de átomos e moléculas, e os átomos são compostos de núcleos atômicos e elétrons extranucleares, e os elétrons giram em torno do núcleo atômico em uma certa órbita. Isso é exatamente como a Terra em que vivemos e planetas como Vênus e Marte giram em torno do Sol. Cada elétron tem uma certa energia e está em uma certa órbita, ou em outras palavras, cada órbita tem um certo nível de energia.
O nível de energia orbital próximo ao núcleo é menor, e o nível de energia orbital mais distante do núcleo é maior. O tamanho dessa diferença de nível de energia entre órbitas é chamado de diferença de nível de energia. Quando um elétron transita de um nível de energia baixo para um nível de energia alto, ele absorve a energia da diferença de nível de energia correspondente.
Em uma fibra óptica, quando um elétron em um certo nível de energia é irradiado por luz de um comprimento de onda correspondente à diferença de nível de energia, o elétron na órbita de baixo nível de energia fará a transição para a órbita com um nível de energia mais alto. Este elétron absorve energia luminosa, resultando em perda de absorção de luz.
O dióxido de silício (SiO2), o material básico para fazer fibras ópticas, absorve a luz por si só. Uma é chamada de absorção ultravioleta e a outra é chamada de absorção infravermelha. Atualmente, as comunicações por fibra óptica geralmente funcionam apenas na faixa de comprimento de onda de 0,8 a 1,6 μm, então discutimos apenas a perda nessa faixa de trabalho.
O pico de absorção gerado pelas transições de elétrons no vidro de quartzo é de cerca de 0,1 a 0,2 μm de comprimento de onda na região ultravioleta. À medida que o comprimento de onda aumenta, seu efeito de absorção diminui gradualmente, mas a área afetada é muito ampla, até comprimentos de onda acima de 1 μm. No entanto, a absorção ultravioleta tem pouco efeito nas fibras ópticas de quartzo que trabalham na região infravermelha. Por exemplo, na região da luz visível com um comprimento de onda de 0,6 μm, a absorção ultravioleta pode atingir 1 dB/km, e em um comprimento de onda de 0,8 μm, cai para 0,2 a 0,3 dB/km, e em um comprimento de onda de 1,2 μm, é de apenas cerca de 0,1 dB/km.
A perda de absorção infravermelha da fibra óptica de quartzo é causada pela vibração molecular do material infravermelho. Existem vários picos de absorção de vibração na banda acima de 2 μm.
Devido à influência de vários elementos dopantes na fibra óptica, é impossível que a fibra óptica de quartzo tenha uma janela de baixa perda na banda acima de 2 μm, e a perda limite teórica em um comprimento de onda de 1,85 μm é ldB/km.
Por meio de pesquisas, também foi descoberto que há algumas "moléculas destrutivas" no vidro de quartzo que estão causando problemas, principalmente algumas impurezas prejudiciais de metais de transição, como cobre, ferro, cromo, manganês, etc. Esses "bandidos" absorvem avidamente a energia da luz sob irradiação de luz, pulam e causam perda de energia da luz. Remover os "encrenqueiros" e purificar quimicamente os materiais usados para fazer fibras ópticas pode reduzir muito a perda.
Outra fonte de absorção na fibra óptica de quartzo é a hidroxila (OHˉ). De acordo com a pesquisa do período, as pessoas descobriram que a hidroxila tem três picos de absorção na banda de trabalho da fibra óptica, que são 0,95 μm, 1,24 μm e 1,38 μm, entre os quais a perda de absorção no comprimento de onda de 1,38 μm é a mais séria e tem o maior impacto na fibra óptica. Em um comprimento de onda de 1,38 μm, a perda de pico de absorção gerada pelo teor de hidróxido de apenas 0,0001 é tão alta quanto 33 dB/km.
De onde vêm esses hidróxidos? Existem muitas fontes de hidróxidos. Primeiro, há água e compostos de hidróxido nos materiais usados para fazer fibras ópticas. Esses compostos de hidróxido não são fáceis de serem removidos durante a purificação de matérias-primas e, finalmente, permanecem na fibra óptica na forma de hidróxidos; segundo, há uma pequena quantidade de água nos hidróxidos usados para fazer fibras ópticas; terceiro, a água é gerada devido a reações químicas durante o processo de fabricação de fibras ópticas; quarto, o vapor de água é trazido pela entrada de ar externo. No entanto, o processo de fabricação atual se desenvolveu a um nível bastante alto, e o teor de hidróxido caiu a um nível suficientemente baixo para que seu impacto nas fibras ópticas possa ser ignorado.
4. Perda de dispersão
Na noite escura, se você iluminar o céu com uma lanterna, você pode ver um feixe de luz. As pessoas também viram feixes grossos de luz de holofotes no céu noturno.
Então por que vemos esses feixes de luz? Isso ocorre porque há muitas partículas minúsculas, como fumaça e poeira, flutuando na atmosfera. Quando a luz brilha sobre essas partículas, ela se espalha e dispara em todas as direções. Esse fenômeno foi descoberto pela primeira vez por Rayleigh, então as pessoas chamaram essa dispersão de "dispersão de Rayleigh".
Como ocorre a dispersão? Acontece que as partículas minúsculas, como moléculas, átomos e elétrons que compõem a matéria, vibram em certas frequências inerentes e podem liberar luz com um comprimento de onda correspondente à frequência de vibração. A frequência de vibração de uma partícula é determinada pelo tamanho da partícula. Quanto maior a partícula, menor a frequência de vibração e maior o comprimento de onda da luz liberada; quanto menor a partícula, maior a frequência de vibração e menor o comprimento de onda da luz liberada. Essa frequência de vibração é chamada de frequência de vibração inerente da partícula. No entanto, essa vibração não é gerada por si só, ela requer uma certa quantidade de energia. Uma vez que uma partícula é irradiada com luz de um certo comprimento de onda, e a frequência da luz irradiada é a mesma que a frequência de vibração inerente da partícula, ela causará ressonância. Os elétrons na partícula começam a vibrar nessa frequência de vibração, resultando na dispersão de luz pela partícula em todas as direções, e a energia da luz incidente é absorvida e convertida na energia da partícula, e a partícula reemite a energia na forma de energia luminosa. Portanto, para as pessoas que observam de fora, parece que a luz atinge a partícula e então voa em todas as direções.
A dispersão de Rayleigh também ocorre em fibras ópticas, e a perda de luz causada por isso é chamada de perda de dispersão de Rayleigh. Dado o nível atual da tecnologia de fabricação de fibras ópticas, pode-se dizer que a perda de dispersão de Rayleigh é inevitável. No entanto, como a magnitude da perda de dispersão de Rayleigh é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda da luz, o impacto da perda de dispersão de Rayleigh pode ser bastante reduzido quando a fibra óptica opera na região de comprimento de onda longo.
5. Deficiência congênita, ninguém pode ajudar
A estrutura da fibra óptica é imperfeita, como bolhas, impurezas ou espessura irregular na fibra óptica, especialmente a interface irregular do núcleo-revestimento. Quando a luz atinge esses lugares, parte da luz será espalhada em todas as direções, causando perda. Essa perda pode ser superada melhorando o processo de fabricação da fibra óptica. A dispersão faz com que a luz seja emitida em todas as direções, e parte da luz dispersa é refletida de volta na direção oposta da propagação da fibra óptica. Essa parte da luz dispersa pode ser recebida na extremidade incidente da fibra óptica. A dispersão da luz faz com que parte da energia da luz seja perdida, o que é indesejável. No entanto, esse fenômeno também pode ser usado por nós, porque se analisarmos a força da parte recebida da luz na extremidade transmissora, podemos verificar os pontos de interrupção, defeitos e perdas dessa fibra óptica. Dessa forma, por meio da engenhosidade humana, coisas ruins podem ser transformadas em coisas boas.
Perda de fibra Nos últimos anos, a comunicação por fibra óptica tem sido amplamente usada em muitos campos. Uma questão importante na realização da comunicação por fibra óptica é reduzir a perda de fibra óptica o máximo possível. A chamada perda se refere à atenuação da fibra óptica por unidade de comprimento, e a unidade é dB/km. O nível de perda de fibra óptica afeta diretamente a distância de transmissão ou a distância entre estações de retransmissão. Portanto, entender e reduzir a perda de fibra óptica tem grande significado prático para as comunicações por fibra óptica.
1. Perda de absorção da fibra óptica
Isso é causado pela absorção de energia luminosa por materiais de fibra óptica e impurezas. Eles consomem energia luminosa na forma de energia térmica na fibra óptica, o que é uma perda importante na perda de fibra óptica. A perda de absorção inclui o seguinte:
① Perda de absorção intrínseca do material Esta é a perda causada pela absorção inerente do material. Ele tem duas bandas, uma na região de 8-12μm do infravermelho próximo. A absorção intrínseca desta banda é devido à vibração. A outra banda de absorção intrínseca do material está na banda ultravioleta. Quando a absorção é muito forte, sua cauda será arrastada para a banda de 0,7-1,1μm.
②Perda de absorção causada por dopantes e íons de impurezas Os materiais de fibra óptica contêm metais de transição, como ferro, cobre, cromo, etc. Eles têm seus próprios picos de absorção e bandas de absorção e variam com seus estados de valência. A perda de fibra óptica causada pela absorção de íons de metais de transição depende de sua concentração. Além disso, a presença de OH- também produz perda de absorção. O pico de absorção básico de OH- é próximo a 2,7 μm, e a banda de absorção está na faixa de 0,5-1,0 μm. Para fibra óptica de quartzo puro, a perda causada por impurezas pode ser ignorada.
③ Perda de absorção por defeito atômico Quando o material da fibra óptica é aquecido ou fortemente irradiado, ele será estimulado a produzir defeitos atômicos, resultando em absorção de luz e perda, mas em geral esse efeito é muito pequeno.
2. Perda por espalhamento da fibra óptica
A dispersão dentro da fibra óptica reduzirá a potência de transmissão e gerará perdas. A dispersão mais importante é a dispersão de Rayleigh, que é causada pelas mudanças de densidade e composição dentro do material da fibra óptica.
Durante o processo de aquecimento do material de fibra óptica, devido à agitação térmica, a compressibilidade dos átomos é irregular, a densidade do material é irregular e, então, o índice de refração é irregular. Essa irregularidade é fixada durante o processo de resfriamento e seu tamanho é menor que o comprimento de onda da onda de luz. Quando a luz encontra esses materiais irregulares que são menores que o comprimento de onda da onda de luz e têm flutuações aleatórias durante a transmissão, a direção da transmissão é alterada, ocorre dispersão e ocorre perda. Além disso, a concentração irregular de óxidos contidos na fibra óptica e a dopagem irregular também podem causar dispersão e perda.
3. Perda de dispersão do guia de onda
Esta é a dispersão causada por distorção aleatória ou rugosidade da interface. Na verdade, é a conversão de modo ou acoplamento de modo causado por distorção de superfície ou rugosidade. Um modo gerará outros modos de transmissão e modos de radiação devido à flutuação da interface. Como a atenuação de vários modos transmitidos na fibra óptica é diferente, no processo de conversão de modo de longa distância, o modo com baixa atenuação se torna o modo com grande atenuação. Após a conversão contínua e a conversão reversa, embora a perda de cada modo seja equilibrada, o modo como um todo produzirá perda adicional, ou seja, perda adicional é gerada devido à conversão do modo. Essa perda adicional é a perda de dispersão do guia de onda. Para reduzir essa perda, é necessário melhorar o processo de fabricação da fibra óptica. Para fibras ópticas bem puxadas ou de alta qualidade, essa perda pode ser basicamente ignorada.
4. Perda de radiação causada pela curvatura da fibra óptica
A fibra óptica é macia e pode ser dobrada. No entanto, após dobrar até certo ponto, embora a fibra óptica possa guiar a luz, ela mudará o caminho de transmissão da luz. A conversão do modo de transmissão para o modo de radiação faz com que parte da energia da luz penetre no revestimento ou passe pelo revestimento para se tornar um modo de radiação e vazar, gerando assim perda. Quando o raio de curvatura é maior que 5 a 10 cm, a perda causada pela curvatura pode ser ignorada.
Fonte: Dongguan HX Fiber Technology Co., Ltd
1. Como as fibras ópticas são combinadas?
Resposta: A fibra óptica consiste em duas partes básicas: um núcleo feito de materiais ópticos transparentes e uma camada de revestimento.
2. Quais são os parâmetros básicos que descrevem as características de transmissão das linhas de fibra óptica?
Resposta: Eles incluem perda, dispersão, largura de banda, comprimento de onda de corte, diâmetro do campo de modo, etc.
3. Quais são as causas da atenuação da fibra?
Resposta: A atenuação da fibra se refere à redução da potência óptica entre duas seções transversais de uma fibra, que está relacionada ao comprimento de onda. As principais causas da atenuação são espalhamento, absorção e perda óptica causada por conectores e juntas.
4. Como é definido o coeficiente de atenuação da fibra óptica?
Resposta: É definida pela atenuação por unidade de comprimento de uma fibra óptica uniforme em estado estacionário (dB/km).
5. O que é perda de inserção?
Resposta: Refere-se à atenuação causada pela inserção de componentes ópticos (como inserção de conectores ou acopladores) na linha de transmissão óptica.
6. Com o que se relaciona a largura de banda da fibra óptica?
Resposta: A largura de banda da fibra óptica se refere à frequência de modulação quando a amplitude da potência óptica é reduzida em 50% ou 3dB em comparação com a amplitude da frequência zero na função de transferência da fibra óptica. A largura de banda da fibra óptica é aproximadamente inversamente proporcional ao seu comprimento, e o produto da largura de banda e comprimento é uma constante.
7. Quantos tipos de dispersão de fibra óptica existem? A que se relaciona?
Resposta: A dispersão da fibra óptica se refere à ampliação do atraso de grupo em uma fibra óptica, incluindo dispersão de modo, dispersão de material e dispersão estrutural. Depende das características tanto da fonte de luz quanto da fibra óptica.
8. Como descrever as características de dispersão de sinais que se propagam em fibra óptica?
Resposta: Pode ser descrito por três grandezas físicas: alargamento de pulso, largura de banda da fibra óptica e coeficiente de dispersão da fibra óptica.
9. Qual é o comprimento de onda de corte?
Resposta: Refere-se ao menor comprimento de onda que pode transmitir apenas o modo fundamental na fibra óptica. Para fibra óptica monomodo, seu comprimento de onda de corte deve ser menor que o comprimento de onda da luz transmitida.
10. Qual será o impacto da dispersão da fibra óptica no desempenho do sistema de comunicação por fibra óptica?
Resposta: A dispersão da fibra óptica fará com que o pulso óptico seja ampliado durante a transmissão na fibra óptica, afetando a taxa de erro de bits, a distância de transmissão e a taxa do sistema.
11. O que é o método de retroespalhamento?
Resposta: O método de retroespalhamento é um método para medir a atenuação ao longo do comprimento de uma fibra óptica. A maior parte da potência óptica na fibra óptica se propaga para a frente, mas uma pequena parte é retroespalhada em direção ao emissor de luz. Usando um espectrômetro no emissor de luz para observar a curva de tempo de retroespalhamento, não apenas o comprimento e a atenuação da fibra óptica uniforme conectada podem ser medidos de uma extremidade, mas também as irregularidades locais, pontos de interrupção e perda de potência óptica causadas por juntas e conectores podem ser medidas.
12. Qual é o princípio de teste do reflectômetro óptico de domínio de tempo (OTDR)? Quais são suas funções?
Resposta: O OTDR é baseado no princípio de retrodispersão de luz e reflexão de Fresnel. Ele usa a luz retrodispersa gerada quando a luz se propaga na fibra óptica para obter informações de atenuação. Ele pode ser usado para medir a atenuação da fibra óptica, perda de junta, localização do ponto de falha da fibra óptica e entender a distribuição de perda ao longo do comprimento da fibra óptica. É uma ferramenta indispensável na construção, manutenção e monitoramento de cabos ópticos. Seus principais indicadores incluem: faixa dinâmica, sensibilidade, resolução, tempo de medição e área cega.
13.Qual é a área cega do OTDR? Qual é o impacto no teste? Como lidar com a área cega em testes reais?
Resposta: Normalmente, uma série de "pontos cegos" causados pela saturação da extremidade receptora do OTDR devido a reflexões geradas por pontos de características, como conectores ativos e juntas mecânicas, são chamados de áreas cegas.
As áreas cegas em fibras ópticas são divididas em áreas cegas de eventos e áreas cegas de atenuação: a distância do ponto inicial do pico de reflexão até o pico de saturação do receptor causado pela intervenção de conectores ativos é chamada de áreas cegas de eventos; a distância do ponto inicial do pico de reflexão até outros pontos de eventos identificáveis causados pela intervenção de conectores ativos em fibras ópticas é chamada de áreas cegas de atenuação.
Para OTDR, quanto menor a área cega, melhor. A área cega aumentará com o aumento da largura do alargamento do pulso. Embora o aumento da largura do pulso aumente o comprimento da medição, ele também aumenta a área cega da medição. Portanto, ao testar fibras ópticas, pulsos estreitos devem ser usados para medir a fibra óptica e pontos de eventos adjacentes dos acessórios OTDR, enquanto pulsos largos devem ser usados para medir a extremidade distante da fibra óptica.
14. O OTDR pode medir diferentes tipos de fibras ópticas?
R: Se você usar um módulo OTDR monomodo para medir uma fibra multimodo, ou usar um módulo OTDR multimodo para medir uma fibra monomodo com um diâmetro de núcleo de 62,5 mm, o resultado da medição do comprimento da fibra não será afetado, mas os resultados de perda de fibra, perda do conector óptico e perda de retorno serão incorretos. Portanto, ao medir a fibra óptica, você deve escolher um OTDR que corresponda à fibra medida para medir, para que você possa obter os resultados corretos para todos os indicadores de desempenho.
15. O que significa "1310 nm" ou "1550 nm" em instrumentos de teste óptico comuns?
R: Refere-se ao comprimento de onda do sinal óptico. A faixa de comprimento de onda usada na comunicação por fibra óptica está na região do infravermelho próximo, com um comprimento de onda entre 800 nm e 1700 nm. É frequentemente dividida em bandas de comprimento de onda curto e bandas de comprimento de onda longo, a primeira refere-se ao comprimento de onda de 850 nm, e a última refere-se a 1310 nm e 1550 nm.
16. Nas fibras ópticas comerciais atuais, qual comprimento de onda de luz tem a menor dispersão? Qual comprimento de onda de luz tem a menor perda?
Resposta: A luz com comprimento de onda de 1310 nm tem a menor dispersão, e a luz com comprimento de onda de 1550 nm tem a menor perda.
17. Como as fibras ópticas são classificadas de acordo com a mudança no índice de refração do núcleo da fibra óptica?
Resposta: Elas podem ser divididas em fibras ópticas de índice degrau e fibras ópticas de índice de gradiente. As fibras ópticas de índice degrau têm uma largura de banda estreita e são adequadas para comunicações de curta distância de pequena capacidade; as fibras ópticas de índice de gradiente têm uma largura de banda ampla e são adequadas para comunicações de média e grande capacidade.
18. Como as fibras ópticas são classificadas de acordo com os diferentes modos de onda de luz transmitidos nas fibras ópticas?
Resposta: Elas podem ser divididas em fibras ópticas monomodo e fibras ópticas multimodo. O diâmetro do núcleo das fibras ópticas monomodo é aproximadamente entre 1 e 10μm. Em um determinado comprimento de onda de trabalho, apenas um único modo fundamental é transmitido, o que é adequado para sistemas de comunicação de grande capacidade e longa distância. As fibras ópticas multimodo podem transmitir vários modos de ondas de luz, com um diâmetro de núcleo de aproximadamente entre 50 e 60μm, e seu desempenho de transmissão é pior do que o das fibras ópticas monomodo.
Ao transmitir a proteção diferencial de corrente da proteção multiplexada, fibras ópticas multimodo são frequentemente usadas entre o dispositivo de conversão optoeletrônica instalado na sala de comunicação da subestação e o dispositivo de proteção instalado na sala de controle principal.
19. Qual é o significado da abertura numérica (AN) da fibra óptica de índice degrau?
Resposta: A abertura numérica (NA) indica a capacidade de coleta de luz da fibra óptica. Quanto maior a NA, mais forte é a capacidade da fibra óptica de coletar luz.
20. Qual é a birrefringência da fibra óptica monomodo?
Resposta: Existem dois modos de polarização ortogonais em uma fibra óptica monomodo. Quando a fibra óptica não é completamente simétrica cilíndrica, os dois modos de polarização ortogonais não são degenerados. O valor absoluto da diferença no índice de refração dos dois modos de polarização ortogonais é a birrefringência.
21. Quais são as estruturas de cabos ópticos mais comuns?
Resposta: Existem dois tipos: tipo de camada torcida e tipo esqueleto.
22. Quais são os principais componentes dos cabos ópticos?
Resposta: É composto principalmente de: núcleo de fibra, graxa de fibra óptica, material de revestimento, PBT (tereftalato de polibutileno) e outros materiais.
23. A que se refere a blindagem dos cabos ópticos?
Resposta: Refere-se ao elemento de proteção (geralmente fio de aço ou correia de aço) usado em cabos ópticos para fins especiais (como cabos ópticos submarinos, etc.). A armadura é fixada à bainha interna do cabo óptico.
24. Quais materiais são usados para a capa dos cabos ópticos?
Resposta: A bainha ou revestimento dos cabos ópticos geralmente é feita de materiais de polietileno (PE) e cloreto de polivinila (PVC), e sua função é proteger o núcleo do cabo de influências externas.
25. Liste os cabos ópticos especiais usados em sistemas de energia.
Resposta: Existem principalmente três cabos ópticos especiais:
Cabo óptico composto de fio terra (OPGW), a fibra óptica é colocada na linha de energia da estrutura trançada de alumínio revestida de aço. A aplicação do cabo óptico OPGW tem as funções duplas de fio terra e comunicação, melhorando efetivamente a taxa de utilização de postes e torres de energia.
Cabo óptico enrolado (GWWOP), onde há uma linha de transmissão existente, esse tipo de cabo óptico é enrolado ou pendurado no fio terra.
O cabo óptico autossustentável (ADSS) tem alta resistência à tração e pode ser pendurado diretamente entre duas torres de energia, com um vão máximo de até 1.000 m.
26. Quantas estruturas de aplicação existem para o cabo óptico OPGW?
Resposta: Principalmente: 1) Camada de tubo de plástico torcida + estrutura de tubo de alumínio; 2) Tubo de plástico central + estrutura de tubo de alumínio; 3) Estrutura de esqueleto de alumínio; 4) Estrutura de tubo de alumínio em espiral; 5) Estrutura de tubo de aço inoxidável de camada única (estrutura de tubo de aço inoxidável central, estrutura torcida de camada de tubo de aço inoxidável); 6) Estrutura de tubo de aço inoxidável composto (estrutura de tubo de aço inoxidável central, estrutura torcida de camada de tubo de aço inoxidável).
27. Quais são os principais componentes do fio trançado fora do núcleo do cabo óptico OPGW?
Resposta: É composto de fio AA (fio de liga de alumínio) e fio AS (fio de aço revestido de alumínio).
28. Quais são as condições técnicas necessárias para selecionar os modelos de cabos ópticos OPGW?
Resposta: 1) Resistência à tração nominal (RTS) do cabo OPGW (kN); 2) Número de núcleos de fibra (SM) do cabo OPGW; 3) Corrente de curto-circuito (kA); 4) Tempo de curto-circuito (s); 5) Faixa de temperatura (℃).
29. Como é limitado o grau de curvatura do cabo óptico?
Resposta: O raio de curvatura do cabo óptico não deve ser menor que 20 vezes o diâmetro externo do cabo óptico e não deve ser menor que 30 vezes o diâmetro externo do cabo óptico durante a construção (estado não estático).
30. O que deve ser observado na engenharia de cabos ópticos ADSS?
Resposta: Existem três tecnologias principais: projeto mecânico do cabo óptico, determinação de pontos de suspensão e seleção e instalação de hardware de suporte.
31. Quais são os principais tipos de conexões para cabos ópticos?
Resposta: Os acessórios para cabos ópticos referem-se ao hardware usado para instalar cabos ópticos, incluindo principalmente: grampos de tensão, grampos de suspensão, isoladores de vibração, etc.
32. Os conectores de fibra óptica têm dois parâmetros básicos de desempenho. Quais são eles?
Resposta: Conectores de fibra óptica são comumente conhecidos como juntas vivas. Para os requisitos do desempenho óptico de conectores de fibra única, o foco está nos dois parâmetros de desempenho mais básicos de perda de inserção e perda de retorno.
33. Quantos tipos de conectores de fibra óptica comumente usados existem?
Resposta: De acordo com diferentes métodos de classificação, os conectores de fibra óptica podem ser divididos em diferentes tipos. De acordo com diferentes meios de transmissão, eles podem ser divididos em conectores de fibra óptica monomodo e conectores de fibra óptica multimodo; de acordo com diferentes estruturas, eles podem ser divididos em vários tipos, como FC, SC, ST, D4, DIN, Biconic, MU, LC, MT, etc.; de acordo com a face da extremidade do pino do conector, eles podem ser divididos em FC, PC (UPC) e APC. Conectores de fibra óptica comumente usados: conector de fibra óptica tipo FC/PC, conector de fibra óptica tipo SC, conector de fibra óptica tipo LC.
34. No sistema de comunicação de fibra óptica, os seguintes itens são comumente encontrados. Por favor, indique seus nomes.
Adaptador AFC, FC Adaptador ST Adaptador SC Conector FC/APC, FC/PC Conector SC Conector ST Cabo de conexão LC Cabo de conexão MU Cabo de conexão monomodo ou multimodo.
35. Qual é a perda de inserção (ou perda de inserção) do conector de fibra óptica?
Resposta: Refere-se ao valor da redução da potência efetiva da linha de transmissão causada pela inserção do conector. Para os usuários, quanto menor o valor, melhor. A ITU-T estipula que seu valor não deve exceder 0,5dB.
36. Qual é a perda de retorno (ou atenuação de reflexão, perda de retorno, perda de retorno) do conector de fibra óptica?
Resposta: É uma medida do componente de potência de entrada refletido do conector e retornado ao longo do canal de entrada. Seu valor típico não deve ser menor que 25dB.
37. Qual é a diferença mais proeminente entre a luz emitida por diodos emissores de luz e lasers semicondutores?
Resposta: A luz gerada por um diodo emissor de luz é uma luz incoerente com um espectro amplo; a luz gerada por um laser é uma luz coerente com um espectro muito estreito.
38. Qual é a diferença mais óbvia entre as características de funcionamento de um diodo emissor de luz (LED) e um laser semicondutor (LD)?
Resposta: LED não tem limite, enquanto LD tem limite. O laser só será gerado quando a corrente injetada exceder o limite.
39. Quais são os dois lasers semicondutores de modo longitudinal único comumente usados?
Resposta: O laser DFB e o laser DBR são lasers de feedback distribuído, e seu feedback óptico é fornecido pela rede de Bragg de feedback distribuído na cavidade óptica.
40. Quais são os dois principais tipos de dispositivos de recepção óptica?
Resposta: Eles são principalmente fotodiodos (tubos PIN) e fotodiodos de avalanche (APDs).
41. Quais são os fatores que causam ruído em sistemas de comunicação por fibra óptica?
Resposta: Há ruído causado por taxa de extinção não qualificada, ruído causado por mudanças aleatórias na intensidade da luz, ruído causado por jitter de tempo, ruído de ponto e ruído térmico do receptor, ruído de modo da fibra óptica, ruído causado por alargamento de pulso causado por dispersão, ruído de distribuição de modo de LD, ruído causado por chiado de frequência de LD e ruído causado por reflexão.
42. Quais são as principais fibras ópticas utilizadas atualmente para construção de redes de transmissão? Quais são suas principais características?
Resposta: Existem três tipos principais: fibra óptica monomodo convencional G.652, fibra óptica monomodo com deslocamento de dispersão G.653 e fibra óptica com deslocamento de dispersão diferente de zero G.655.
A fibra monomodo G.652 tem uma grande dispersão na banda C 1530-1565 nm e na banda L 1565-1625 nm, geralmente 17-22psnm•km. Quando a taxa do sistema atinge 2,5 Gbit/s ou mais, a compensação de dispersão é necessária. A 10 Gbit/s, o custo de compensação de dispersão do sistema é relativamente alto. É a fibra mais comumente usada na rede de transmissão atual.
A dispersão da fibra com deslocamento de dispersão G.653 na banda C e banda L é geralmente de -1-3,5psnm•km, e é dispersão zero a 1550nm. A taxa do sistema pode atingir 20Gbit/s e 40Gbit/s, tornando-a a melhor fibra para transmissão de ultralonga distância de comprimento de onda único. No entanto, devido às suas características de dispersão zero, efeitos não lineares ocorrerão quando o DWDM for usado para expansão de capacidade, resultando em diafonia de sinal e FWM de mistura de quatro ondas, portanto, não é adequado para DWDM.
Fibra deslocada por dispersão não nula G.655: A dispersão da fibra deslocada por dispersão não nula G.655 na banda C é de 1 a 6 psnm•km, e a dispersão na banda L é geralmente de 6 a 10 psnm•km. A dispersão é pequena, evitando a área de dispersão zero, suprimindo FWM de mistura de quatro ondas e pode ser usada para expansão de capacidade DWDM e abertura de sistemas de alta velocidade. A nova fibra G.655 pode expandir a área efetiva para 1,5 a 2 vezes a das fibras ópticas comuns. A grande área efetiva pode reduzir a densidade de potência e reduzir o efeito não linear da fibra óptica.
43. O que é a não linearidade da fibra óptica?
Resposta: Isso significa que quando a potência óptica da fibra excede um determinado valor, o índice de refração da fibra óptica será relacionado de forma não linear à potência óptica, e a dispersão Raman e a dispersão Brillouin serão geradas, fazendo com que a frequência da luz incidente mude.
44. Que efeito a não linearidade da fibra óptica terá na transmissão?
Resposta: O efeito não linear causará alguma perda e interferência adicionais, deteriorando o desempenho do sistema. A potência óptica do sistema WDM é grande e é transmitida ao longo de uma longa distância ao longo da fibra óptica, então ocorre distorção não linear. Existem dois tipos de distorção não linear: espalhamento estimulado e refração não linear. Entre eles, o espalhamento estimulado inclui espalhamento Raman e espalhamento Brillouin. Os dois tipos de espalhamento acima reduzem a energia da luz incidente, causando perda. Pode ser ignorado quando a potência da fibra de entrada é pequena.
45. O que é PON (Rede Óptica Passiva)?
Resposta: PON é uma rede óptica de loop de fibra óptica na rede de acesso do usuário local, baseada em dispositivos ópticos passivos, como acopladores e divisores.
Várias causas de atenuação da fibra óptica
1. Os principais fatores que causam a atenuação das fibras são: intrínsecos, flexão, extrusão, impurezas, irregularidades e atracação.
Intrínseca: É a perda inerente da fibra óptica, incluindo: espalhamento de Rayleigh, absorção inerente, etc.
Curvatura: Quando a fibra óptica é dobrada, parte da luz na fibra óptica será perdida devido à dispersão, causando perdas.
Extrusão: Perda causada por uma leve curvatura quando a fibra óptica é comprimida.
Impurezas: Impurezas na fibra óptica absorvem e espalham a luz que se propaga na fibra óptica, causando perdas.
Irregularidade: Perda causada pelo índice de refração irregular do material da fibra óptica.
Acoplamento: Perda causada quando fibras ópticas são acopladas, como: eixos diferentes (o requisito de coaxialidade da fibra óptica monomodo é menor que 0,8 μm), a face final não é perpendicular ao eixo, a face final é irregular, o diâmetro do núcleo de acoplamento não corresponde e a qualidade da fusão é ruim.
Quando a luz entra por uma extremidade da fibra óptica e sai pela outra extremidade, a intensidade da luz enfraquece. Isso significa que depois que o sinal óptico se propaga pela fibra óptica, parte da energia da luz é atenuada. Isso mostra que há certas substâncias na fibra óptica ou, por algum motivo, bloqueando a passagem do sinal óptico. Esta é a perda de transmissão da fibra óptica. Somente reduzindo a perda da fibra óptica o sinal óptico pode passar suavemente.
2. Classificação das perdas de fibra óptica
A perda de fibra óptica pode ser dividida aproximadamente na perda inerente da fibra óptica e na perda adicional causada pelas condições de uso após a fibra óptica ser feita. As subdivisões específicas são as seguintes:
A perda de fibra óptica pode ser dividida em perda inerente e perda adicional.
Perda inerente inclui perda por espalhamento, perda por absorção e perda causada por estrutura imperfeita da fibra óptica.
Perdas adicionais incluem perdas por microcurvatura, perdas por flexão e perdas por emenda.
Entre elas, a perda adicional é causada artificialmente durante a colocação da fibra óptica. Em aplicações práticas, é inevitável conectar fibras ópticas uma por uma, e a conexão da fibra óptica causará perda. Microcurvatura, compressão e alongamento de fibras ópticas também causarão perda. Todas essas são perdas causadas pelas condições de uso da fibra óptica. O principal motivo é que, sob essas condições, o modo de transmissão no núcleo da fibra óptica mudou. Perdas adicionais podem ser evitadas tanto quanto possível. Abaixo, discutimos apenas a perda inerente da fibra óptica.
Entre as perdas inerentes, a perda de espalhamento e a perda de absorção são determinadas pelas características do próprio material da fibra óptica, e a perda inerente causada em diferentes comprimentos de onda de trabalho também é diferente. É extremamente importante entender o mecanismo de geração de perdas e analisar quantitativamente o tamanho da perda causada por vários fatores para o desenvolvimento de fibras ópticas de baixa perda e o uso racional da fibra óptica.
3. Perda de absorção de materiais
Os materiais usados para fazer fibras ópticas podem absorver energia luminosa. Depois que as partículas no material da fibra óptica absorvem energia luminosa, elas vibram e geram calor, e a energia é perdida, gerando assim perda de absorção. Sabemos que a matéria é composta de átomos e moléculas, e os átomos são compostos de núcleos atômicos e elétrons extranucleares, e os elétrons giram em torno do núcleo atômico em uma certa órbita. Isso é exatamente como a Terra em que vivemos e planetas como Vênus e Marte giram em torno do Sol. Cada elétron tem uma certa energia e está em uma certa órbita, ou em outras palavras, cada órbita tem um certo nível de energia.
O nível de energia orbital próximo ao núcleo é menor, e o nível de energia orbital mais distante do núcleo é maior. O tamanho dessa diferença de nível de energia entre órbitas é chamado de diferença de nível de energia. Quando um elétron transita de um nível de energia baixo para um nível de energia alto, ele absorve a energia da diferença de nível de energia correspondente.
Em uma fibra óptica, quando um elétron em um certo nível de energia é irradiado por luz de um comprimento de onda correspondente à diferença de nível de energia, o elétron na órbita de baixo nível de energia fará a transição para a órbita com um nível de energia mais alto. Este elétron absorve energia luminosa, resultando em perda de absorção de luz.
O dióxido de silício (SiO2), o material básico para fazer fibras ópticas, absorve a luz por si só. Uma é chamada de absorção ultravioleta e a outra é chamada de absorção infravermelha. Atualmente, as comunicações por fibra óptica geralmente funcionam apenas na faixa de comprimento de onda de 0,8 a 1,6 μm, então discutimos apenas a perda nessa faixa de trabalho.
O pico de absorção gerado pelas transições de elétrons no vidro de quartzo é de cerca de 0,1 a 0,2 μm de comprimento de onda na região ultravioleta. À medida que o comprimento de onda aumenta, seu efeito de absorção diminui gradualmente, mas a área afetada é muito ampla, até comprimentos de onda acima de 1 μm. No entanto, a absorção ultravioleta tem pouco efeito nas fibras ópticas de quartzo que trabalham na região infravermelha. Por exemplo, na região da luz visível com um comprimento de onda de 0,6 μm, a absorção ultravioleta pode atingir 1 dB/km, e em um comprimento de onda de 0,8 μm, cai para 0,2 a 0,3 dB/km, e em um comprimento de onda de 1,2 μm, é de apenas cerca de 0,1 dB/km.
A perda de absorção infravermelha da fibra óptica de quartzo é causada pela vibração molecular do material infravermelho. Existem vários picos de absorção de vibração na banda acima de 2 μm.
Devido à influência de vários elementos dopantes na fibra óptica, é impossível que a fibra óptica de quartzo tenha uma janela de baixa perda na banda acima de 2 μm, e a perda limite teórica em um comprimento de onda de 1,85 μm é ldB/km.
Por meio de pesquisas, também foi descoberto que há algumas "moléculas destrutivas" no vidro de quartzo que estão causando problemas, principalmente algumas impurezas prejudiciais de metais de transição, como cobre, ferro, cromo, manganês, etc. Esses "bandidos" absorvem avidamente a energia da luz sob irradiação de luz, pulam e causam perda de energia da luz. Remover os "encrenqueiros" e purificar quimicamente os materiais usados para fazer fibras ópticas pode reduzir muito a perda.
Outra fonte de absorção na fibra óptica de quartzo é a hidroxila (OHˉ). De acordo com a pesquisa do período, as pessoas descobriram que a hidroxila tem três picos de absorção na banda de trabalho da fibra óptica, que são 0,95 μm, 1,24 μm e 1,38 μm, entre os quais a perda de absorção no comprimento de onda de 1,38 μm é a mais séria e tem o maior impacto na fibra óptica. Em um comprimento de onda de 1,38 μm, a perda de pico de absorção gerada pelo teor de hidróxido de apenas 0,0001 é tão alta quanto 33 dB/km.
De onde vêm esses hidróxidos? Existem muitas fontes de hidróxidos. Primeiro, há água e compostos de hidróxido nos materiais usados para fazer fibras ópticas. Esses compostos de hidróxido não são fáceis de serem removidos durante a purificação de matérias-primas e, finalmente, permanecem na fibra óptica na forma de hidróxidos; segundo, há uma pequena quantidade de água nos hidróxidos usados para fazer fibras ópticas; terceiro, a água é gerada devido a reações químicas durante o processo de fabricação de fibras ópticas; quarto, o vapor de água é trazido pela entrada de ar externo. No entanto, o processo de fabricação atual se desenvolveu a um nível bastante alto, e o teor de hidróxido caiu a um nível suficientemente baixo para que seu impacto nas fibras ópticas possa ser ignorado.
4. Perda de dispersão
Na noite escura, se você iluminar o céu com uma lanterna, você pode ver um feixe de luz. As pessoas também viram feixes grossos de luz de holofotes no céu noturno.
Então por que vemos esses feixes de luz? Isso ocorre porque há muitas partículas minúsculas, como fumaça e poeira, flutuando na atmosfera. Quando a luz brilha sobre essas partículas, ela se espalha e dispara em todas as direções. Esse fenômeno foi descoberto pela primeira vez por Rayleigh, então as pessoas chamaram essa dispersão de "dispersão de Rayleigh".
Como ocorre a dispersão? Acontece que as partículas minúsculas, como moléculas, átomos e elétrons que compõem a matéria, vibram em certas frequências inerentes e podem liberar luz com um comprimento de onda correspondente à frequência de vibração. A frequência de vibração de uma partícula é determinada pelo tamanho da partícula. Quanto maior a partícula, menor a frequência de vibração e maior o comprimento de onda da luz liberada; quanto menor a partícula, maior a frequência de vibração e menor o comprimento de onda da luz liberada. Essa frequência de vibração é chamada de frequência de vibração inerente da partícula. No entanto, essa vibração não é gerada por si só, ela requer uma certa quantidade de energia. Uma vez que uma partícula é irradiada com luz de um certo comprimento de onda, e a frequência da luz irradiada é a mesma que a frequência de vibração inerente da partícula, ela causará ressonância. Os elétrons na partícula começam a vibrar nessa frequência de vibração, resultando na dispersão de luz pela partícula em todas as direções, e a energia da luz incidente é absorvida e convertida na energia da partícula, e a partícula reemite a energia na forma de energia luminosa. Portanto, para as pessoas que observam de fora, parece que a luz atinge a partícula e então voa em todas as direções.
A dispersão de Rayleigh também ocorre em fibras ópticas, e a perda de luz causada por isso é chamada de perda de dispersão de Rayleigh. Dado o nível atual da tecnologia de fabricação de fibras ópticas, pode-se dizer que a perda de dispersão de Rayleigh é inevitável. No entanto, como a magnitude da perda de dispersão de Rayleigh é inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda da luz, o impacto da perda de dispersão de Rayleigh pode ser bastante reduzido quando a fibra óptica opera na região de comprimento de onda longo.
5. Deficiência congênita, ninguém pode ajudar
A estrutura da fibra óptica é imperfeita, como bolhas, impurezas ou espessura irregular na fibra óptica, especialmente a interface irregular do núcleo-revestimento. Quando a luz atinge esses lugares, parte da luz será espalhada em todas as direções, causando perda. Essa perda pode ser superada melhorando o processo de fabricação da fibra óptica. A dispersão faz com que a luz seja emitida em todas as direções, e parte da luz dispersa é refletida de volta na direção oposta da propagação da fibra óptica. Essa parte da luz dispersa pode ser recebida na extremidade incidente da fibra óptica. A dispersão da luz faz com que parte da energia da luz seja perdida, o que é indesejável. No entanto, esse fenômeno também pode ser usado por nós, porque se analisarmos a força da parte recebida da luz na extremidade transmissora, podemos verificar os pontos de interrupção, defeitos e perdas dessa fibra óptica. Dessa forma, por meio da engenhosidade humana, coisas ruins podem ser transformadas em coisas boas.
Perda de fibra Nos últimos anos, a comunicação por fibra óptica tem sido amplamente usada em muitos campos. Uma questão importante na realização da comunicação por fibra óptica é reduzir a perda de fibra óptica o máximo possível. A chamada perda se refere à atenuação da fibra óptica por unidade de comprimento, e a unidade é dB/km. O nível de perda de fibra óptica afeta diretamente a distância de transmissão ou a distância entre estações de retransmissão. Portanto, entender e reduzir a perda de fibra óptica tem grande significado prático para as comunicações por fibra óptica.
1. Perda de absorção da fibra óptica
Isso é causado pela absorção de energia luminosa por materiais de fibra óptica e impurezas. Eles consomem energia luminosa na forma de energia térmica na fibra óptica, o que é uma perda importante na perda de fibra óptica. A perda de absorção inclui o seguinte:
① Perda de absorção intrínseca do material Esta é a perda causada pela absorção inerente do material. Ele tem duas bandas, uma na região de 8-12μm do infravermelho próximo. A absorção intrínseca desta banda é devido à vibração. A outra banda de absorção intrínseca do material está na banda ultravioleta. Quando a absorção é muito forte, sua cauda será arrastada para a banda de 0,7-1,1μm.
②Perda de absorção causada por dopantes e íons de impurezas Os materiais de fibra óptica contêm metais de transição, como ferro, cobre, cromo, etc. Eles têm seus próprios picos de absorção e bandas de absorção e variam com seus estados de valência. A perda de fibra óptica causada pela absorção de íons de metais de transição depende de sua concentração. Além disso, a presença de OH- também produz perda de absorção. O pico de absorção básico de OH- é próximo a 2,7 μm, e a banda de absorção está na faixa de 0,5-1,0 μm. Para fibra óptica de quartzo puro, a perda causada por impurezas pode ser ignorada.
③ Perda de absorção por defeito atômico Quando o material da fibra óptica é aquecido ou fortemente irradiado, ele será estimulado a produzir defeitos atômicos, resultando em absorção de luz e perda, mas em geral esse efeito é muito pequeno.
2. Perda por espalhamento da fibra óptica
A dispersão dentro da fibra óptica reduzirá a potência de transmissão e gerará perdas. A dispersão mais importante é a dispersão de Rayleigh, que é causada pelas mudanças de densidade e composição dentro do material da fibra óptica.
Durante o processo de aquecimento do material de fibra óptica, devido à agitação térmica, a compressibilidade dos átomos é irregular, a densidade do material é irregular e, então, o índice de refração é irregular. Essa irregularidade é fixada durante o processo de resfriamento e seu tamanho é menor que o comprimento de onda da onda de luz. Quando a luz encontra esses materiais irregulares que são menores que o comprimento de onda da onda de luz e têm flutuações aleatórias durante a transmissão, a direção da transmissão é alterada, ocorre dispersão e ocorre perda. Além disso, a concentração irregular de óxidos contidos na fibra óptica e a dopagem irregular também podem causar dispersão e perda.
3. Perda de dispersão do guia de onda
Esta é a dispersão causada por distorção aleatória ou rugosidade da interface. Na verdade, é a conversão de modo ou acoplamento de modo causado por distorção de superfície ou rugosidade. Um modo gerará outros modos de transmissão e modos de radiação devido à flutuação da interface. Como a atenuação de vários modos transmitidos na fibra óptica é diferente, no processo de conversão de modo de longa distância, o modo com baixa atenuação se torna o modo com grande atenuação. Após a conversão contínua e a conversão reversa, embora a perda de cada modo seja equilibrada, o modo como um todo produzirá perda adicional, ou seja, perda adicional é gerada devido à conversão do modo. Essa perda adicional é a perda de dispersão do guia de onda. Para reduzir essa perda, é necessário melhorar o processo de fabricação da fibra óptica. Para fibras ópticas bem puxadas ou de alta qualidade, essa perda pode ser basicamente ignorada.
4. Perda de radiação causada pela curvatura da fibra óptica
A fibra óptica é macia e pode ser dobrada. No entanto, após dobrar até certo ponto, embora a fibra óptica possa guiar a luz, ela mudará o caminho de transmissão da luz. A conversão do modo de transmissão para o modo de radiação faz com que parte da energia da luz penetre no revestimento ou passe pelo revestimento para se tornar um modo de radiação e vazar, gerando assim perda. Quando o raio de curvatura é maior que 5 a 10 cm, a perda causada pela curvatura pode ser ignorada.
Fonte: Dongguan HX Fiber Technology Co., Ltd
