1.Come vengono combinate le fibre ottiche?

Risposta: La fibra ottica è costituita da due parti fondamentali: un nucleo costituito da materiali ottici trasparenti e uno strato di rivestimento e rivestimento.

2. Quali sono i parametri fondamentali che descrivono le caratteristiche di trasmissione delle linee in fibra ottica?

Risposta: Includono perdita, dispersione, larghezza di banda, lunghezza d'onda di taglio, diametro del campo modale, ecc.

3. Quali sono le cause dell'attenuazione delle fibre?

Risposta: L'attenuazione della fibra si riferisce alla riduzione della potenza ottica tra due sezioni trasversali di una fibra, che è correlata alla lunghezza d'onda. Le principali cause di attenuazione sono la diffusione, l'assorbimento e la perdita ottica causata da connettori e giunti.

4. Come viene definito il coefficiente di attenuazione della fibra ottica?

Risposta: È definita dall'attenuazione per unità di lunghezza di una fibra ottica uniforme in stato stazionario (dB/km).

5. Cos'è la perdita di inserzione?

Risposta: Si riferisce all'attenuazione causata dall'inserimento di componenti ottici (come l'inserimento di connettori o accoppiatori) nella linea di trasmissione ottica.

6. A cosa si riferisce la larghezza di banda della fibra ottica?

Risposta: La larghezza di banda della fibra ottica si riferisce alla frequenza di modulazione quando l'ampiezza della potenza ottica è ridotta del 50% o 3 dB rispetto all'ampiezza della frequenza zero nella funzione di trasferimento della fibra ottica. La larghezza di banda della fibra ottica è approssimativamente inversamente proporzionale alla sua lunghezza e il prodotto tra larghezza di banda e lunghezza è una costante.

7. Quanti tipi di dispersione di fibra ottica esistono? A cosa si riferisce?

Risposta: La dispersione della fibra ottica si riferisce all'ampliamento del ritardo di gruppo in una fibra ottica, includendo la dispersione modale, la dispersione materiale e la dispersione strutturale. Dipende dalle caratteristiche sia della sorgente luminosa che della fibra ottica.

8. Come descrivere le caratteristiche di dispersione dei segnali che si propagano nella fibra ottica?

Risposta: Può essere descritto da tre quantità fisiche: allargamento dell'impulso, larghezza di banda della fibra ottica e coefficiente di dispersione della fibra ottica.

9. Qual è la lunghezza d'onda di taglio?

Risposta: Si riferisce alla lunghezza d'onda più corta che può trasmettere solo la modalità fondamentale nella fibra ottica. Per la fibra ottica monomodale, la sua lunghezza d'onda di taglio deve essere inferiore alla lunghezza d'onda della luce trasmessa.

10. Quale impatto avrà la dispersione della fibra ottica sulle prestazioni del sistema di comunicazione in fibra ottica?

Risposta: La dispersione della fibra ottica causerà un ampliamento dell'impulso ottico durante la trasmissione nella fibra ottica, influenzando il tasso di errore di bit, la distanza di trasmissione e la velocità del sistema.

11. Qual è il metodo di retrodiffusione?

Risposta: Il metodo della retrodiffusione è un metodo per misurare l'attenuazione lungo la lunghezza di una fibra ottica. La maggior parte della potenza ottica nella fibra ottica si propaga in avanti, ma una piccola parte viene retrodiffusa verso l'emettitore di luce. Utilizzando uno spettrometro sull'emettitore di luce per osservare la curva temporale della retrodiffusione, non solo è possibile misurare la lunghezza e l'attenuazione della fibra ottica uniforme collegata da un'estremità, ma è possibile misurare anche le irregolarità locali, i punti di interruzione e la perdita di potenza ottica causata da giunti e connettori.

12. Qual è il principio di prova del riflettometro ottico nel dominio del tempo (OTDR)? Quali sono le sue funzioni?

Risposta: L'OTDR si basa sul principio della retrodiffusione della luce e della riflessione di Fresnel. Utilizza la luce retrodiffusa generata quando la luce si propaga nella fibra ottica per ottenere informazioni sull'attenuazione. Può essere utilizzato per misurare l'attenuazione della fibra ottica, la perdita del giunto, la posizione del punto di guasto della fibra ottica e comprendere la distribuzione della perdita lungo la lunghezza della fibra ottica. È uno strumento indispensabile nella costruzione, manutenzione e monitoraggio dei cavi ottici. I suoi indicatori principali includono: gamma dinamica, sensibilità, risoluzione, tempo di misurazione e area cieca.

13.Cos’è l’area cieca dell’OTDR? Qual è l'impatto sul test? Come gestire l'area cieca nei test effettivi?

Risposta: Di solito, una serie di "punti ciechi" causati dalla saturazione dell'estremità ricevente dell'OTDR a causa delle riflessioni generate da punti caratteristici come connettori attivi e giunti meccanici sono chiamati aree cieche.

Le zone cieche nelle fibre ottiche si dividono in zone cieche da evento e zone cieche da attenuazione: la distanza in lunghezza dal punto di inizio del picco di riflessione al picco di saturazione del ricevitore causato dall'intervento dei connettori attivi è detta zona cieca da evento; la distanza dal punto di inizio del picco di riflessione ad altri punti identificabili di eventi causati dall'intervento di connettori attivi nelle fibre ottiche è chiamata aree cieche di attenuazione.

Per l'OTDR, più piccola è l'area cieca, meglio è. L'area cieca aumenterà con l'aumento dell'ampiezza dell'allargamento dell'impulso. Sebbene l’aumento dell’ampiezza dell’impulso aumenti la lunghezza della misurazione, aumenta anche l’area cieca della misurazione. Pertanto, quando si testano le fibre ottiche, è necessario utilizzare impulsi stretti per misurare la fibra ottica e i punti evento adiacenti degli accessori OTDR, mentre è necessario utilizzare impulsi ampi per misurare l'estremità lontana della fibra ottica.

14.L'OTDR può misurare diversi tipi di fibre ottiche?

R: Se si utilizza un modulo OTDR monomodale per misurare una fibra multimodale o si utilizza un modulo OTDR multimodale per misurare una fibra monomodale con un diametro del nucleo di 62,5 mm, il risultato della misurazione della lunghezza della fibra non sarà influenzato, ma i risultati della perdita di fibra, della perdita del connettore ottico e della perdita di ritorno non saranno corretti. Pertanto, quando si misura la fibra ottica, è necessario scegliere un OTDR che corrisponda alla fibra da misurare, in modo da poter ottenere i risultati corretti per tutti gli indicatori di prestazione.

15. Cosa significa "1310 nm" o "1550 nm" nei comuni strumenti di test ottici?

R: Si riferisce alla lunghezza d'onda del segnale ottico. La gamma di lunghezze d'onda utilizzata nella comunicazione in fibra ottica è nella regione del vicino infrarosso, con una lunghezza d'onda compresa tra 800 nm e 1700 nm. Viene spesso diviso in bande a lunghezza d'onda corta e bande a lunghezza d'onda lunga, la prima si riferisce alla lunghezza d'onda di 850 nm e la seconda a 1310 nm e 1550 nm.

16. Nelle attuali fibre ottiche commerciali, quale lunghezza d'onda della luce ha la dispersione più piccola? Quale lunghezza d'onda della luce ha la perdita più piccola?

Risposta: La luce con una lunghezza d'onda di 1310 nm ha la dispersione più piccola, mentre la luce con una lunghezza d'onda di 1550 nm ha la perdita più piccola.

17. Come vengono classificate le fibre ottiche in base alla variazione dell'indice di rifrazione del nucleo della fibra ottica?

Risposta: Possono essere suddivisi in fibre ottiche a indice di gradino e fibre ottiche a indice di gradiente. Le fibre ottiche step-index hanno una larghezza di banda ridotta e sono adatte per comunicazioni a breve distanza di piccola capacità; le fibre ottiche a gradiente di indice hanno un'ampia larghezza di banda e sono adatte per comunicazioni di media e grande capacità.

18. Come vengono classificate le fibre ottiche in base ai diversi modi d'onda luminosa trasmessi nelle fibre ottiche?

Risposta: Possono essere suddivisi in fibre ottiche monomodali e fibre ottiche multimodali. Il diametro del nucleo delle fibre ottiche monomodali è compreso approssimativamente tra 1 e 10μm. A una determinata lunghezza d'onda di lavoro, viene trasmessa solo una modalità fondamentale, adatta per sistemi di comunicazione di grande capacità e a lunga distanza. Le fibre ottiche multimodali possono trasmettere più modalità di onde luminose, con un diametro del nucleo compreso tra circa 50 e 60μm, e le loro prestazioni di trasmissione sono peggiori di quelle delle fibre ottiche monomodali.

Quando si trasmette la protezione differenziale di corrente della protezione multiplex, vengono spesso utilizzate fibre ottiche multimodali tra il dispositivo di conversione optoelettronico installato nella sala comunicazioni della sottostazione e il dispositivo di protezione installato nella sala di controllo principale.

19. Qual è il significato dell'apertura numerica (NA) della fibra ottica a gradino?

Risposta: L'apertura numerica (NA) indica la capacità di raccolta della luce della fibra ottica. Quanto più grande è la NA, tanto più forte è la capacità della fibra ottica di raccogliere la luce.

20. Qual è la birifrangenza della fibra ottica monomodale?

Risposta: Esistono due modalità di polarizzazione ortogonale in una fibra ottica monomodale. Quando la fibra ottica non è completamente simmetrica cilindrica, le due modalità di polarizzazione ortogonale non sono degenerate. Il valore assoluto della differenza nell'indice di rifrazione delle due modalità di polarizzazione ortogonale è la birifrangenza.

21. Quali sono le strutture dei cavi ottici più comuni?

Risposta: Esistono due tipi: tipo a strati intrecciati e tipo a scheletro.

22. Quali sono i componenti principali dei cavi ottici?

Risposta: È composto principalmente da: nucleo in fibra, grasso per fibra ottica, materiale guaina, PBT (polibutilene tereftalato) e altri materiali.

23. A cosa si riferisce l'armatura dei cavi ottici?

Risposta: Si riferisce all'elemento protettivo (solitamente filo di acciaio o cintura di acciaio) utilizzato nei cavi ottici per scopi speciali (come cavi ottici sottomarini, ecc.). L'armatura è fissata alla guaina interna del cavo ottico.

24. Quali materiali vengono utilizzati per la guaina dei cavi ottici?

Risposta: La guaina o la guaina dei cavi ottici è solitamente realizzata in materiali di polietilene (PE) e cloruro di polivinile (PVC) e la sua funzione è quella di proteggere il nucleo del cavo da influenze esterne.

25. Elencare i cavi ottici speciali utilizzati nei sistemi di alimentazione.

Risposta: Esistono principalmente tre cavi ottici speciali:

Cavo ottico composito con filo di terra (OPGW), la fibra ottica è posizionata nella linea elettrica della struttura a trefoli in alluminio rivestito in acciaio. L'applicazione del cavo ottico OPGW ha la doppia funzione di cavo di terra e comunicazione, migliorando efficacemente il tasso di utilizzo dei pali e delle torri di alimentazione.

Cavo ottico avvolto (GWWOP), dove è presente una linea di trasmissione esistente, questo tipo di cavo ottico viene avvolto o appeso al filo di terra.

Il cavo ottico autoportante (ADSS) ha un'elevata resistenza alla trazione e può essere appeso direttamente tra due torri elettriche, con una portata massima fino a 1000 m.

26. Quante strutture applicative esistono per il cavo ottico OPGW?

Risposta: Principalmente: 1) Strato di tubo di plastica attorcigliato + struttura di tubo di alluminio; 2) Tubo centrale in plastica + struttura in tubo di alluminio; 3) Struttura a scheletro in alluminio; 4) Struttura in tubo di alluminio a spirale; 5) Struttura del tubo in acciaio inossidabile monostrato (struttura centrale del tubo in acciaio inossidabile, struttura attorcigliata a strati di tubo in acciaio inossidabile); 6) Struttura composita di tubi in acciaio inossidabile (struttura centrale di tubi in acciaio inossidabile, struttura attorcigliata a strati di tubi in acciaio inossidabile).

27. Quali sono i componenti principali del filo a trefolo esterno al nucleo del cavo ottico OPGW?

Risposta: È composto da filo AA (filo in lega di alluminio) e filo AS (filo di acciaio rivestito in alluminio).

28. Quali sono le condizioni tecniche richieste per selezionare i modelli di cavo ottico OPGW?

Risposta: 1) Resistenza alla trazione nominale (RTS) del cavo OPGW (kN); 2) Numero di nuclei in fibra (SM) del cavo OPGW; 3) Corrente di cortocircuito (kA); 4) Tempo di cortocircuito (s); 5) Intervallo di temperatura (℃).

29. Come viene limitato il grado di piegatura del cavo ottico?

Risposta: Il raggio di curvatura del cavo ottico non deve essere inferiore a 20 volte il diametro esterno del cavo ottico e non inferiore a 30 volte il diametro esterno del cavo ottico durante la costruzione (stato non statico).

30. A cosa si dovrebbe prestare attenzione nell'ingegneria dei cavi ottici ADSS?

Risposta: Esistono tre tecnologie chiave: progettazione meccanica del cavo ottico, determinazione dei punti di sospensione e selezione e installazione dell'hardware di supporto.

31. Quali sono le principali tipologie di raccordi per cavi ottici?

Risposta: I raccordi per cavi ottici si riferiscono all'hardware utilizzato per installare i cavi ottici, tra cui principalmente: morsetti di tensione, morsetti di sospensione, isolatori di vibrazioni, ecc.

32. I connettori in fibra ottica hanno due parametri prestazionali fondamentali: quali sono?

Risposta: I connettori in fibra ottica sono comunemente noti come giunti sotto tensione. Per quanto riguarda i requisiti delle prestazioni ottiche dei connettori a fibra singola, l'attenzione si concentra sui due parametri prestazionali più basilari dell'attenuazione di inserzione e dell'attenuazione di ritorno.

33. Quanti tipi di connettori per fibra ottica comunemente utilizzati esistono?

Risposta: In base ai diversi metodi di classificazione, i connettori in fibra ottica possono essere suddivisi in diversi tipi. A seconda dei diversi mezzi di trasmissione, possono essere suddivisi in connettori in fibra ottica monomodale e connettori in fibra ottica multimodale; in base alle diverse strutture si possono dividere in varie tipologie quali FC, SC, ST, D4, DIN, Biconico, MU, LC, MT, ecc.; in base all'estremità del pin del connettore, possono essere suddivisi in FC, PC (UPC) e APC. Connettori in fibra ottica comunemente usati: connettore in fibra ottica di tipo FC/PC, connettore in fibra ottica di tipo SC, connettore in fibra ottica di tipo LC.

34. Nel sistema di comunicazione in fibra ottica si trovano comunemente i seguenti elementi. Si prega di indicare i loro nomi.

Adattatore AFC, FC Adattatore ST Adattatore SC Connettore FC/APC, FC/PC Connettore SC Connettore ST Cavo di connessione LC Cavo di connessione MU Cavo di connessione monomodale o multimodale.

35. Qual è la perdita di inserzione (o perdita di inserzione) del connettore in fibra ottica?

Risposta: Si riferisce al valore della riduzione di potenza effettiva della linea di trasmissione causata dall'inserimento del connettore. Per gli utenti, minore è il valore, meglio è. ITU-T stabilisce che il suo valore non deve superare 0,5 dB.

36. Qual è la perdita di ritorno (o attenuazione della riflessione, perdita di ritorno, perdita di ritorno) del connettore in fibra ottica?

Risposta: è una misura della componente di potenza in ingresso riflessa dal connettore e restituita lungo il canale di ingresso. Il suo valore tipico non dovrebbe essere inferiore a 25 dB.

37. Qual è la differenza più evidente tra la luce emessa dai diodi emettitori di luce e dai laser a semiconduttore?

Risposta: La luce generata da un diodo emettitore di luce è una luce incoerente con un ampio spettro; la luce generata da un laser è luce coerente con uno spettro molto ristretto.

38. Qual è la differenza più evidente tra le caratteristiche di funzionamento di un diodo a emissione di luce (LED) e di un laser a semiconduttore (LD)?

Risposta: il LED non ha soglia, mentre LD ha una soglia. Il laser verrà generato solo quando la corrente iniettata supera la soglia.

39. Quali sono i due laser a semiconduttore a modalità longitudinale singola comunemente usati?

Risposta: laser DFB e laser DBR, entrambi laser a feedback distribuito e il loro feedback ottico è fornito dal reticolo di Bragg a feedback distribuito nella cavità ottica.

40. Quali sono i due tipi principali di dispositivi di ricezione ottici?

Risposta: Si tratta principalmente di fotodiodi (tubi PIN) e fotodiodi a valanga (APD).

41. Quali sono i fattori che causano il rumore nei sistemi di comunicazione in fibra ottica?

Risposta: Sono presenti rumori causati da un rapporto di estinzione non qualificato, rumore causato da cambiamenti casuali nell'intensità della luce, rumore causato dal jitter temporale, rumore puntuale e rumore termico del ricevitore, rumore modale della fibra ottica, rumore causato dall'ampliamento dell'impulso causato dalla dispersione, rumore di distribuzione modale di LD, rumore causato dal trillo di frequenza di LD e rumore causato dalla riflessione.

42. Quali sono le principali fibre ottiche attualmente utilizzate per la realizzazione delle reti di trasmissione? Quali sono le loro caratteristiche principali?

Risposta: Esistono tre tipi principali, vale a dire la fibra ottica monomodale convenzionale G.652, la fibra ottica monomodale a dispersione spostata G.653 e la fibra ottica a dispersione spostata G.655 diversa da zero.

La fibra monomodale G.652 ha un'ampia dispersione nella banda C 1530-1565 nm e nella banda L 1565-1625 nm, generalmente 17-22 psnm·km. Quando la velocità del sistema raggiunge 2,5 Gbit/s o superiore, è necessaria la compensazione della dispersione. A 10 Gbit/s, il costo di compensazione della dispersione del sistema è relativamente elevato. È la fibra più comunemente utilizzata nell’attuale rete di trasmissione.

La dispersione della fibra a dispersione spostata G.653 nelle bande C e L è generalmente di -1-3,5 psnm·km, ed è una dispersione pari a zero a 1550 nm. La velocità del sistema può raggiungere 20 Gbit/s e 40 Gbit/s, rendendola la fibra migliore per la trasmissione a distanza ultra lunga a lunghezza d'onda singola. Tuttavia, a causa delle sue caratteristiche di dispersione pari a zero, si verificheranno effetti non lineari quando DWDM viene utilizzato per l'espansione della capacità, con conseguente diafonia del segnale e FWM di miscelazione a quattro onde, quindi non è adatto per DWDM.

Fibra a dispersione spostata G.655 diversa da zero: la dispersione della fibra a dispersione spostata G.655 diversa da zero nella banda C è compresa tra 1 e 6 psnm•km e la dispersione nella banda L è generalmente compresa tra 6 e 10 psnm•km. La dispersione è piccola, evitando l'area di dispersione zero, sopprimendo il FWM di miscelazione a quattro onde e può essere utilizzato per l'espansione della capacità DWDM e l'apertura di sistemi ad alta velocità. La nuova fibra G.655 può espandere l'area effettiva da 1,5 a 2 volte quella delle normali fibre ottiche. L'ampia area effettiva può ridurre la densità di potenza e ridurre l'effetto non lineare della fibra ottica.

43. Qual è la non linearità della fibra ottica?

Risposta: Significa che quando la potenza ottica della fibra supera un certo valore, l'indice di rifrazione della fibra ottica sarà correlato in modo non lineare alla potenza ottica e verranno generati lo scattering Raman e lo scattering Brillouin, causando la variazione della frequenza della luce incidente.

44. Che effetto avrà la non linearità della fibra ottica sulla trasmissione?

Risposta: L'effetto non lineare causerà ulteriori perdite e interferenze, deteriorando le prestazioni del sistema. La potenza ottica del sistema WDM è elevata e viene trasmessa su una lunga distanza lungo la fibra ottica, pertanto si verifica una distorsione non lineare. Esistono due tipi di distorsione non lineare: diffusione stimolata e rifrazione non lineare. Tra questi, la diffusione stimolata include la diffusione Raman e la diffusione Brillouin. I due tipi di diffusione sopra menzionati riducono l'energia della luce incidente, causandone la perdita. Può essere ignorato quando la potenza della fibra in ingresso è ridotta.

45. Cos'è la PON (rete ottica passiva)?

Risposta: PON è una rete ottica ad anello in fibra ottica nella rete di accesso utente locale, basata su dispositivi ottici passivi come accoppiatori e splitter.

Varie cause di attenuazione della fibra ottica

1. I principali fattori che causano l'attenuazione della fibra sono: intrinseca, flessione, estrusione, impurità, irregolarità e ancoraggio.

Intrinseca: è la perdita intrinseca della fibra ottica, tra cui: diffusione di Rayleigh, assorbimento intrinseco, ecc.

Piegatura: quando la fibra ottica viene piegata, parte della luce nella fibra ottica andrà persa a causa della dispersione, causando perdite.

Estrusione: Perdita causata da una leggera piegatura quando la fibra ottica viene schiacciata.

Impurità: le impurità nella fibra ottica assorbono e diffondono la luce che si propaga nella fibra ottica, causandone la perdita.

Irregolarità: perdita causata da un indice di rifrazione irregolare del materiale in fibra ottica.

Aggancio: perdita causata dall'aggancio delle fibre ottiche, ad esempio: assi diversi (il requisito di coassialità della fibra ottica monomodale è inferiore a 0,8 μm), la faccia finale non è perpendicolare all'asse, la faccia finale non è uniforme, il diametro del nucleo di aggancio non corrisponde e la qualità della fusione è scarsa.

Quando la luce entra da un'estremità della fibra ottica ed esce dall'altra estremità, l'intensità della luce si indebolisce. Ciò significa che dopo che il segnale ottico si è propagato attraverso la fibra ottica, parte dell'energia luminosa viene attenuata. Ciò dimostra che nella fibra ottica sono presenti alcune sostanze che, per qualche motivo, bloccano il passaggio del segnale ottico. Questa è la perdita di trasmissione della fibra ottica. Solo riducendo la perdita di fibra ottica il segnale ottico può passare senza intoppi.

2. Classificazione delle perdite di fibra ottica

La perdita della fibra ottica può essere approssimativamente suddivisa nella perdita intrinseca della fibra ottica e nella perdita aggiuntiva causata dalle condizioni di utilizzo dopo la realizzazione della fibra ottica. Le suddivisioni specifiche sono le seguenti:

La perdita della fibra ottica può essere suddivisa in perdita intrinseca e perdita aggiuntiva.

La perdita intrinseca include la perdita di dispersione, la perdita di assorbimento e la perdita causata dalla struttura imperfetta della fibra ottica.

Ulteriori perdite includono la perdita di micropiegature, la perdita di flessione e la perdita di giunzione.

Tra questi, ulteriori perdite sono causate artificialmente durante la posa della fibra ottica. Nelle applicazioni pratiche, è inevitabile collegare le fibre ottiche una per una e il collegamento in fibra ottica causerà perdite. Anche la microflessione, la compressione e lo stiramento delle fibre ottiche causeranno perdite. Queste sono tutte perdite causate dalle condizioni di utilizzo della fibra ottica. Il motivo principale è che in queste condizioni la modalità di trasmissione nel nucleo della fibra ottica è cambiata. Ulteriori perdite possono essere evitate il più possibile. Di seguito, discuteremo solo della perdita intrinseca della fibra ottica.

Tra le perdite intrinseche, la perdita per diffusione e la perdita per assorbimento sono determinate dalle caratteristiche del materiale della fibra ottica stessa e anche la perdita intrinseca causata a diverse lunghezze d'onda di lavoro è diversa. È estremamente importante comprendere il meccanismo di generazione delle perdite e analizzare quantitativamente l'entità della perdita causata da vari fattori per lo sviluppo della fibra ottica a bassa perdita e l'uso razionale della fibra ottica.

3. Perdita di assorbimento dei materiali

I materiali utilizzati per realizzare le fibre ottiche possono assorbire l'energia luminosa. Dopo che le particelle nel materiale della fibra ottica assorbono l'energia luminosa, vibrano e generano calore e l'energia viene persa, generando così una perdita di assorbimento. Sappiamo che la materia è composta da atomi e molecole, e gli atomi sono composti da nuclei atomici ed elettroni extranucleari, e gli elettroni ruotano attorno al nucleo atomico in una certa orbita. Questo è proprio come la terra su cui viviamo e pianeti come Venere e Marte ruotano attorno al sole. Ogni elettrone ha una certa energia e si trova in una certa orbita o, in altre parole, ogni orbita ha un certo livello di energia.

Il livello di energia orbitale vicino al nucleo è più basso, mentre il livello di energia orbitale più lontano dal nucleo è più alto. La dimensione di questa differenza di livello energetico tra le orbite è chiamata differenza di livello energetico. Quando un elettrone passa da un livello energetico basso a un livello energetico elevato, assorbe l'energia della corrispondente differenza di livello energetico.

In una fibra ottica, quando un elettrone a un certo livello di energia viene irradiato dalla luce di una lunghezza d'onda corrispondente alla differenza di livello di energia, l'elettrone nell'orbita a basso livello di energia passerà all'orbita con un livello di energia più alto. Questo elettrone assorbe l'energia luminosa, con conseguente perdita di assorbimento della luce.

Il biossido di silicio (SiO2), il materiale di base per la realizzazione delle fibre ottiche, assorbe la luce stessa. Uno è chiamato assorbimento dell’ultravioletto e l’altro è chiamato assorbimento dell’infrarosso. Al momento, le comunicazioni in fibra ottica funzionano generalmente solo nell’intervallo di lunghezze d’onda compreso tra 0,8 e 1,6 μm, quindi discuteremo solo della perdita in questo intervallo di lavoro.

Il picco di assorbimento generato dalle transizioni elettroniche nel vetro di quarzo ha una lunghezza d'onda compresa tra 0,1 e 0,2 μm nella regione dell'ultravioletto. All’aumentare della lunghezza d’onda, il suo effetto di assorbimento diminuisce gradualmente, ma l’area interessata è molto ampia, fino a lunghezze d’onda superiori a 1 μm. Tuttavia, l'assorbimento dell'ultravioletto ha scarso effetto sulle fibre ottiche al quarzo che lavorano nella regione dell'infrarosso. Ad esempio, nella regione della luce visibile con una lunghezza d'onda di 0,6 μm, l'assorbimento dell'ultravioletto può raggiungere 1 dB/km, con una lunghezza d'onda di 0,8 μm scende da 0,2 a 0,3 dB/km e con una lunghezza d'onda di 1,2 μm è solo di circa 0,1 dB/km.

La perdita di assorbimento dell'infrarosso della fibra ottica al quarzo è causata dalla vibrazione molecolare del materiale a infrarossi. Nella banda superiore a 2 μm sono presenti diversi picchi di assorbimento delle vibrazioni.

A causa dell'influenza di vari elementi droganti nella fibra ottica, è impossibile per la fibra ottica al quarzo avere una finestra a bassa perdita nella banda superiore a 2μm e la perdita limite teorica ad una lunghezza d'onda di 1,85μm è ldB/km.

Attraverso la ricerca, si è anche scoperto che ci sono alcune "molecole distruttive" nel vetro al quarzo che causano problemi, principalmente alcune impurità dannose di metalli di transizione, come rame, ferro, cromo, manganese, ecc. Questi "cattivi" assorbono avidamente l'energia luminosa sotto l'irradiazione luminosa, saltano qua e là e causano la perdita di energia luminosa. Rimuovere i "problemi" e purificare chimicamente i materiali utilizzati per realizzare le fibre ottiche può ridurre notevolmente la perdita.

Un'altra fonte di assorbimento nella fibra ottica di quarzo è l'idrossile (OHˉ). Secondo la ricerca dell'epoca, le persone hanno scoperto che l'idrossile ha tre picchi di assorbimento nella banda di lavoro della fibra ottica, che sono 0,95μm, 1,24μm e 1,38μm, tra i quali la perdita di assorbimento alla lunghezza d'onda di 1,38μm è la più grave e ha il maggiore impatto sulla fibra ottica. Ad una lunghezza d'onda di 1,38μm, la perdita del picco di assorbimento generata dal contenuto di idrossido di soli 0,0001 arriva fino a 33 dB/km.

Da dove vengono questi idrossidi? Esistono molte fonti di idrossidi. Innanzitutto, nei materiali utilizzati per realizzare le fibre ottiche sono presenti acqua e composti di idrossido. Questi composti idrossilici non sono facili da rimuovere durante la purificazione delle materie prime, ed infine rimangono nella fibra ottica sotto forma di idrossidi; in secondo luogo, negli idrossidi utilizzati per realizzare le fibre ottiche è presente una piccola quantità di acqua; in terzo luogo, l'acqua viene generata a causa di reazioni chimiche durante il processo di produzione delle fibre ottiche; in quarto luogo, il vapore acqueo viene introdotto dall'ingresso dell'aria esterna. Tuttavia, l’attuale processo di produzione si è sviluppato a un livello piuttosto elevato e il contenuto di idrossido è sceso a un livello sufficientemente basso da poter ignorare il suo impatto sulle fibre ottiche.

4. Perdita di dispersione

Nella notte buia, se punti una torcia verso il cielo, puoi vedere un raggio di luce. Le persone hanno anche visto spessi fasci di luce provenienti dai proiettori nel cielo notturno.

Allora perché vediamo questi fasci di luce? Questo perché ci sono molte minuscole particelle come fumo e polvere che fluttuano nell'atmosfera. Quando la luce colpisce queste particelle, si disperde e viene sparata in tutte le direzioni. Questo fenomeno fu scoperto per la prima volta da Rayleigh, quindi la gente chiamò questa diffusione "scattering di Rayleigh".

Come avviene la dispersione? Si scopre che le minuscole particelle come molecole, atomi ed elettroni che compongono la materia vibrano a determinate frequenze intrinseche e possono rilasciare luce con una lunghezza d'onda corrispondente alla frequenza di vibrazione. La frequenza di vibrazione di una particella è determinata dalla dimensione della particella. Più grande è la particella, minore è la frequenza di vibrazione e maggiore è la lunghezza d'onda della luce rilasciata; più piccola è la particella, maggiore è la frequenza di vibrazione e minore è la lunghezza d'onda della luce rilasciata. Questa frequenza di vibrazione è chiamata frequenza di vibrazione intrinseca della particella. Tuttavia, questa vibrazione non si genera da sola, richiede una certa quantità di energia. Una volta che una particella viene irradiata con luce di una certa lunghezza d'onda e la frequenza della luce irradiata è la stessa della frequenza di vibrazione intrinseca della particella, causerà risonanza. Gli elettroni nella particella iniziano a vibrare a questa frequenza di vibrazione, con il risultato che la particella diffonde la luce in tutte le direzioni e l'energia della luce incidente viene assorbita e convertita nell'energia della particella e la particella riemette l'energia sotto forma di energia luminosa. Pertanto, per chi osserva dall'esterno, sembra che la luce colpisca la particella e poi voli in tutte le direzioni.

La diffusione di Rayleigh si verifica anche nelle fibre ottiche e la perdita di luce causata da ciò è chiamata perdita di diffusione di Rayleigh. Dato l’attuale livello della tecnologia di produzione delle fibre ottiche, si può affermare che la perdita di diffusione di Rayleigh è inevitabile. Tuttavia, poiché l'entità della perdita per diffusione di Rayleigh è inversamente proporzionale alla quarta potenza della lunghezza d'onda della luce, l'impatto della perdita per diffusione di Rayleigh può essere notevolmente ridotto quando la fibra ottica opera nella regione della lunghezza d'onda lunga.

5. Carenza congenita, nessuno può aiutare

La struttura della fibra ottica è imperfetta, come bolle, impurità o spessore irregolare nella fibra ottica, in particolare l'interfaccia nucleo-rivestimento irregolare. Quando la luce raggiunge questi luoghi, parte della luce verrà dispersa in tutte le direzioni, causandone la perdita. Questa perdita può essere superata migliorando il processo di produzione della fibra ottica. La diffusione fa sì che la luce venga emessa in tutte le direzioni e parte della luce diffusa viene riflessa nella direzione opposta alla propagazione della fibra ottica. Questa parte della luce diffusa può essere ricevuta all'estremità incidente della fibra ottica. La diffusione della luce provoca la perdita di parte dell'energia luminosa, il che è indesiderabile. Tuttavia, questo fenomeno può essere utilizzato anche da noi, perché se analizziamo l'intensità della parte di luce ricevuta all'estremità trasmittente, possiamo verificare i punti di rottura, i difetti e le perdite di questa fibra ottica. In questo modo, attraverso l’ingegno umano, le cose cattive possono essere trasformate in cose buone.

Perdita di fibra Negli ultimi anni, la comunicazione in fibra ottica è stata ampiamente utilizzata in molti campi. Una questione importante nella realizzazione della comunicazione in fibra ottica è ridurre il più possibile la perdita di fibra ottica. La cosiddetta perdita si riferisce all'attenuazione della fibra ottica per unità di lunghezza e l'unità è dB/km. Il livello di perdita della fibra ottica influisce direttamente sulla distanza di trasmissione o sulla distanza tra le stazioni di rilancio. Pertanto, comprendere e ridurre la perdita della fibra ottica ha un grande significato pratico per le comunicazioni in fibra ottica.

1. Perdita di assorbimento della fibra ottica

Ciò è causato dall'assorbimento dell'energia luminosa da parte dei materiali in fibra ottica e delle impurità. Consumano energia luminosa sotto forma di energia termica nella fibra ottica, che rappresenta una perdita importante nella perdita della fibra ottica. La perdita di assorbimento include quanto segue:

① Perdita per assorbimento intrinseco del materiale Questa è la perdita causata dall'assorbimento intrinseco del materiale. Ha due bande, una nella regione 8-12μm del vicino infrarosso. L'assorbimento intrinseco di questa banda è dovuto alle vibrazioni. L'altra banda di assorbimento intrinseca del materiale è quella dell'ultravioletto. Quando l'assorbimento è molto forte, la sua coda verrà trascinata nella banda 0,7-1,1μm.

②Perdita di assorbimento causata da droganti e ioni impurità I materiali in fibra ottica contengono metalli di transizione come ferro, rame, cromo, ecc. Hanno i propri picchi di assorbimento e bande di assorbimento e variano con i loro stati di valenza. La perdita della fibra ottica causata dall'assorbimento degli ioni dei metalli di transizione dipende dalla loro concentrazione. Inoltre, la presenza di OH- produce anche una perdita di assorbimento. Il picco di assorbimento base di OH- è vicino a 2,7μm e la banda di assorbimento è compresa tra 0,5 e 1,0μm. Per la fibra ottica al quarzo puro, la perdita causata dalle impurità può essere ignorata.

③ Perdita di assorbimento di difetti atomici Quando il materiale della fibra ottica viene riscaldato o fortemente irradiato, sarà stimolato a produrre difetti atomici, con conseguente assorbimento di luce e perdita, ma in generale questo effetto è molto piccolo.

2. Perdita di dispersione della fibra ottica

La dispersione all'interno della fibra ottica ridurrà la potenza di trasmissione e genererà perdite. La diffusione più importante è la diffusione di Rayleigh, che è causata dai cambiamenti di densità e composizione all'interno del materiale della fibra ottica.

Durante il processo di riscaldamento del materiale della fibra ottica, a causa dell'agitazione termica, la compressibilità degli atomi non è uniforme, la densità del materiale non è uniforme e quindi l'indice di rifrazione non è uniforme. Questa irregolarità viene corretta durante il processo di raffreddamento e la sua dimensione è inferiore alla lunghezza d'onda dell'onda luminosa. Quando la luce incontra questi materiali irregolari che sono più piccoli della lunghezza d'onda dell'onda luminosa e presentano fluttuazioni casuali durante la trasmissione, la direzione di trasmissione viene cambiata, si verifica la dispersione e si verifica una perdita. Inoltre, anche la concentrazione non uniforme di ossidi contenuti nella fibra ottica e il drogaggio non uniforme possono causare dispersione e perdita.

3. Perdita di diffusione della guida d'onda

Questa è la dispersione causata dalla distorsione casuale o dalla rugosità dell'interfaccia. In realtà, è la conversione di modalità o l'accoppiamento di modalità causato dalla distorsione o dalla ruvidità della superficie. Una modalità genererà altre modalità di trasmissione e modalità di radiazione a causa della fluttuazione dell'interfaccia. Poiché l'attenuazione delle varie modalità trasmesse nella fibra ottica è diversa, nel processo di conversione della modalità a lunga distanza, la modalità con bassa attenuazione diventa la modalità con grande attenuazione. Dopo la conversione continua e la conversione inversa, anche se la perdita di ciascuna modalità sarà bilanciata, la modalità nel suo insieme produrrà una perdita aggiuntiva, ovvero verrà generata una perdita aggiuntiva a causa della conversione della modalità. Questa perdita aggiuntiva è la perdita di scattering della guida d'onda. Per ridurre questa perdita è necessario migliorare il processo di produzione della fibra ottica. Per le fibre ottiche ben tirate o di alta qualità, questa perdita può essere sostanzialmente ignorata.

4. Perdita di radiazioni causata dalla flessione della fibra ottica

La fibra ottica è morbida e può essere piegata. Tuttavia, dopo essersi piegata in una certa misura, sebbene la fibra ottica possa guidare la luce, cambierà il percorso di trasmissione della luce. La conversione dalla modalità di trasmissione alla modalità di radiazione fa sì che parte dell'energia luminosa penetri nel rivestimento o passi attraverso il rivestimento per diventare una modalità di radiazione e fuoriuscire, generando così perdite. Quando il raggio di curvatura è maggiore di 5-10 cm, la perdita causata dalla piegatura può essere ignorata.

Fonte: Dongguan HX Fiber Technology Co., Ltd