Voordelen van glasvezelcommunicatie
● Grote communicatiecapaciteit
● Lange relaisafstand
● Immuun voor elektromagnetische interferentie
● Overvloedige hulpbronnen
● Lichtgewicht en klein formaat glasvezel
Een korte geschiedenis van de ontwikkeling van optische communicatie
● Meer dan 2000 jaar geleden: bakentorens – lichten, vlagsignalen
● 1880: Optische telefoon – draadloze optische communicatie
● 1970: Glasvezelcommunicatie
● 1966: Dr. Kao Kuen, de 'vader van glasvezel', stelde voor het eerst het idee van glasvezelcommunicatie voor.
● 1970: Kapron van Corning Institution produceerde glasvezel met een verlies van 20 dB/km.
● 1977: Chicago's eerste commerciële 45 Mb/s-lijn.
Elektromagnetisch spectrum
Breking/reflectie en totale interne reflectie van licht
Omdat licht zich in verschillende stoffen met verschillende snelheden voortbeweegt, treden breking en reflectie op op het grensvlak tussen de twee stoffen wanneer licht van de ene stof naar de andere reist. Bovendien verandert de hoek van het gebroken licht met de hoek van het invallende licht. Wanneer de hoek van het invallende licht een bepaalde hoek bereikt of overschrijdt, verdwijnt het gebroken licht en wordt al het invallende licht teruggekaatst; dit is totale interne reflectie. Verschillende materialen breken licht van dezelfde golflengte onder verschillende hoeken (dwz verschillende materialen hebben verschillende brekingsindices), en hetzelfde materiaal breekt licht van verschillende golflengten onder verschillende hoeken. Glasvezelcommunicatie is gebaseerd op deze principes. Reflectiviteitsverdeling: Een belangrijke parameter die optische materialen karakteriseert is de brekingsindex, aangegeven met N. De verhouding tussen de lichtsnelheid C in een vacuüm en de lichtsnelheid V in een materiaal is de brekingsindex van het materiaal.
N＝C/V
De brekingsindex van het kwartsglas dat wordt gebruikt in glasvezelcommunicatie is ongeveer 1,5.
Vezeloptische structuur
Een kale glasvezelkabel bestaat doorgaans uit drie lagen:
Eerste laag: een glazen kern met hoge-brekingsindex- (de kerndiameter is doorgaans 9-10 μm, (single-mode) 50 of 62,5 (multimode).
Tweede laag: een laag{0}}brekingsindex-siliciumglasbekleding in het midden (diameter is doorgaans 125 μm).
Derde laag: een buitenste versterkende harscoating.
Basiskennis van licht
1) Kern: hoge brekingsindex, gebruikt om licht door te laten;
2) Coating: Lage brekingsindex vormt samen met de kern voorwaarden voor totale interne reflectie;
3) Jas: hoge sterkte, is bestand tegen grotere schokken en beschermt de optische vezel.
3 mm glasvezelkabel oranje MM multimode
Geel SM Singlemode
Afmetingen glasvezelkabel:
De buitendiameter is doorgaans 125 µm (een gemiddeld menselijk haar is 100 µm)
Binnendiameter: enkele-modus 9 µm, multimode 50/62,5 µm
Numeriek diafragma
Niet al het licht dat op het eindvlak van een optische vezel valt, wordt door de vezel doorgelaten; alleen licht dat binnen een bepaald hoekbereik valt, wordt doorgelaten. Deze hoek wordt de numerieke opening van de optische vezel genoemd. Een grotere numerieke apertuur is voordelig voor het verbinden van glasvezels. De numerieke apertuur varieert tussen optische vezels die door verschillende bedrijven zijn vervaardigd.
Soorten optische vezels
Op basis van de transmissiemodus van licht in de vezel kunnen optische vezels worden geclassificeerd als:
Multi--modus (MM)
Enkele-modus (SM)
Multi- Fiber: heeft een dikkere centrale glaskern (50 of 62,5 μm), waardoor de transmissie van meerdere lichtmodi mogelijk is. De intermodale spreiding is echter aanzienlijk, waardoor de frequentie van de verzonden digitale signalen wordt beperkt, en deze beperking wordt erger naarmate de afstand groter wordt. Een glasvezel van 600 MB/km heeft bijvoorbeeld slechts een bandbreedte van 300 MB/km op 2 km afstand. Daarom heeft multi{9}}glasvezel een relatief korte transmissieafstand, doorgaans slechts een paar kilometer.
Single- Fiber: heeft een dunnere centrale glaskern (doorgaans een diameter van 9 of 10 μm), waardoor slechts één lichtmodus kan worden doorgelaten. Het is in wezen een soort stap{4}}indexvezel, maar met een zeer kleine kerndiameter. Theoretisch staat het slechts één pad van recht-lijnlicht toe om de vezel binnen te dringen en zich in een rechte lijn binnen de kern voort te planten. De verbreding van de vezelpulsen is minimaal. Daarom is de intermodale spreiding erg klein, waardoor het geschikt is voor communicatie over lange-afstanden. De chromatische spreiding speelt echter een grote rol, wat betekent dat singlemode-vezels hoge eisen stellen aan de spectrale breedte en stabiliteit van de lichtbron, dat wil zeggen dat de spectrale breedte smal moet zijn en de stabiliteit goed.
Glasvezelclassificatie
Op materiaal:
● Glasvezel: Zowel de kern als de bekleding zijn van glas. Laag verlies, lange transmissieafstand, hoge kosten.
● Siliconenvezel met omhulsel: de kern is van glas, de bekleding is van plastic. Soortgelijke kenmerken als glasvezel, lagere kosten.
● Kunststofvezel: zowel de kern als de bekleding zijn van kunststof. Hoog verlies, zeer korte transmissieafstand, zeer lage prijs. Wordt veel gebruikt in huishoudelijke apparaten, audioapparatuur en beeldtransmissie over korte-afstanden.
● Door een optimaal transmissiefrequentievenster: conventionele single- glasvezel en dispersie-shifted single- glasvezel.
● Conventioneel: Vezelfabrikanten optimaliseren de transmissiefrequentie van de vezel voor een enkele golflengte, zoals 1300 nm.
● Dispersie-Verschoven: vezelfabrikanten optimaliseren de transmissiefrequentie van de vezel voor twee golflengten, zoals 1300 nm en 1550 nm.
● Abrupt verschoven: De brekingsindex verandert abrupt van de kern naar de glasbekleding. Lage kosten, hoge intermodale spreiding. Geschikt voor korte-communicatie op lage- afstand, zoals industriële besturing. Single{5}}vezels hebben echter een zeer lage intermodale spreiding, dus het zijn allemaal gegradeerde-indexvezels.
●Graded-indexvezels: de brekingsindex neemt geleidelijk af van de kern naar de bekleding, waardoor hoog-licht zich sinusoïdaal kan voortplanten. Dit vermindert de intermodale spreiding, vergroot de glasvezelbandbreedte en verlengt de transmissieafstand, maar is duurder. De meeste multimode-vezels van vandaag zijn graded-index-vezels.
