1. Come vengono combinate le fibre ottiche?

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

2. Quali sono i parametri di base 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 della fibra?

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 cause principali dell'attenuazione sono la dispersione, 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. Che cosa è la perdita di inserzione?

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

6. A cosa è correlata 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 di larghezza di banda e lunghezza è una costante.

7. Quanti tipi di dispersione di fibra ottica ci sono? 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 di modalità, la dispersione di 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 in fibra ottica?

Risposta: Può essere descritto da tre grandezze fisiche: l'allargamento dell'impulso, la larghezza di banda della fibra ottica e il 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 più corta della 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 provoca l'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. Che cos'è il metodo di retrodiffusione?

Risposta: Il metodo di 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 all'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 anche possibile misurare 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 di giunzione, 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.Qual è l'area cieca dell'OTDR? Qual è l'impatto sul test? Come gestire l'area cieca nei test effettivi?

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

Le aree cieche nelle fibre ottiche si dividono in aree cieche di evento e aree cieche di attenuazione: la distanza tra il punto di inizio del picco di riflessione e il picco di saturazione del ricevitore causato dall'intervento dei connettori attivi è detta area cieca di evento; la distanza tra il punto di inizio del picco di riflessione e altri punti di evento identificabili causati dall'intervento dei connettori attivi nelle fibre ottiche è detta area cieca di attenuazione.

Per l'OTDR, più piccola è l'area cieca, meglio è. L'area cieca aumenterà con l'aumento della larghezza dell'ampliamento dell'impulso. Sebbene l'aumento della larghezza dell'impulso aumenti la lunghezza della misurazione, aumenta anche l'area cieca della misurazione. Pertanto, quando si testano le fibre ottiche, si dovrebbero usare impulsi stretti per misurare la fibra ottica e i punti evento adiacenti degli accessori OTDR, mentre si dovrebbero usare 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 saranno errati. Pertanto, quando si misura la fibra ottica, è necessario scegliere un OTDR che corrisponda alla fibra misurata da misurare, in modo da ottenere i risultati corretti per tutti gli indicatori di prestazione.

15. Cosa significano "1310nm" o "1550nm" nei comuni strumenti di prova ottici?

A: Si riferisce alla lunghezza d'onda del segnale ottico. L'intervallo di lunghezza d'onda utilizzato nella comunicazione in fibra ottica è nella regione del vicino infrarosso, con una lunghezza d'onda compresa tra 800nm ​​e 1700nm. È spesso suddiviso in bande a lunghezza d'onda corta e bande a lunghezza d'onda lunga, la prima si riferisce alla lunghezza d'onda di 850nm e la seconda si riferisce a 1310nm e 1550nm.

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 presenta la dispersione più piccola, mentre la luce con una lunghezza d'onda di 1550 nm presenta 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 divise in fibre ottiche a indice a gradino e fibre ottiche a indice a gradiente. Le fibre ottiche a indice a gradino hanno una larghezza di banda stretta e sono adatte per comunicazioni a breve distanza e di piccola capacità; le fibre ottiche a indice a gradiente hanno un'ampia larghezza di banda e sono adatte per comunicazioni a media e grande capacità.

18. Come vengono classificate le fibre ottiche in base alle diverse modalità di onda luminosa trasmesse nelle fibre ottiche?

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

Nella trasmissione della protezione differenziale di corrente della protezione multiplexata, 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 indice a gradino?

Risposta: L'apertura numerica (NA) indica la capacità di raccolta della luce della fibra ottica. Maggiore è la NA, maggiore è la capacità della fibra ottica di raccogliere la luce.

20. Che cos'è la birifrangenza della fibra ottica monomodale?

Risposta: Ci sono due modi di polarizzazione ortogonali in una fibra ottica monomodale. Quando la fibra ottica non è completamente cilindricamente simmetrica, i due modi di polarizzazione ortogonali non sono degeneri. Il valore assoluto della differenza nell'indice di rifrazione dei due modi di polarizzazione ortogonali è la birifrangenza.

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

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

22. Quali sono i componenti principali dei cavi ottici?

Risposta: È composto principalmente da: nucleo della fibra, grasso per fibre ottiche, materiale della 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 o cinghia 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 il rivestimento dei cavi ottici è solitamente realizzato in 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 rivestita in acciaio. L'applicazione del cavo ottico OPGW ha la doppia funzione di filo di terra e comunicazione, migliorando efficacemente il tasso di utilizzo di pali e torri elettriche.

Cavo ottico avvolto (GWWOP): laddove è presente una linea di trasmissione, 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 sospeso direttamente tra due torri di trasmissione, con una campata massima di 1000 m.

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

Risposta: Principalmente: 1) Strato di tubo di plastica intrecciato + struttura di tubo di alluminio; 2) Tubo di plastica centrale + struttura di tubo di alluminio; 3) Struttura scheletrica in alluminio; 4) Struttura di tubo di alluminio a spirale; 5) Struttura di tubo di acciaio inossidabile a strato singolo (struttura di tubo di acciaio inossidabile centrale, struttura intrecciata a strato di tubo di acciaio inossidabile); 6) Struttura di tubo di acciaio inossidabile composita (struttura di tubo di acciaio inossidabile centrale, struttura intrecciata a strato di tubo di acciaio inossidabile).

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

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

28. Quali sono le condizioni tecniche richieste per selezionare i modelli di cavi ottici 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 curvatura 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 deve essere inferiore a 30 volte il diametro esterno del cavo ottico durante la costruzione (stato non statico).

30. A cosa bisogna prestare attenzione nella progettazione 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 i principali tipi 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 attivi. Per i requisiti delle prestazioni ottiche dei connettori a fibra singola, l'attenzione è rivolta ai due parametri di prestazione più basilari, ovvero perdita di inserzione e perdita di ritorno.

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

Risposta: In base a diversi metodi di classificazione, i connettori in fibra ottica possono essere suddivisi in diversi tipi. In base a diversi mezzi di trasmissione, possono essere suddivisi in connettori in fibra ottica monomodali e connettori in fibra ottica multimodali; in base a diverse strutture, possono essere suddivisi in vari tipi come FC, SC, ST, D4, DIN, Biconic, MU, LC, MT, ecc.; in base alla superficie terminale del pin del connettore, possono essere suddivisi in FC, PC (UPC) e APC. Connettori in fibra ottica comunemente utilizzati: 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, i seguenti elementi sono comunemente presenti. Indicare i loro nomi.

Adattatore AFC, FC Adattatore ST Adattatore SC Connettore FC/APC, FC/PC Connettore SC Connettore ST Cavo patch LC Cavo patch MU Cavo patch 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 della potenza effettiva della linea di trasmissione causata dall'inserimento del connettore. Per gli utenti, più piccolo 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 di 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 a emissione luminosa e dai laser a semiconduttore?

Risposta: la luce generata da un diodo a emissione luminosa è luce incoerente con uno spettro ampio; 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 una soglia, mentre il LD ne ha una. Il laser verrà generato solo quando la corrente iniettata supera la soglia.

39. Quali sono i due laser a semiconduttore monomodali longitudinali comunemente utilizzati?

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 rumore nei sistemi di comunicazione in fibra ottica?

Risposta: Ci sono rumore causato dal rapporto di estinzione non qualificato, rumore causato da cambiamenti casuali nell'intensità della luce, rumore causato dal jitter temporale, rumore puntiforme e rumore termico del ricevitore, rumore modale della fibra ottica, rumore causato dall'allargamento dell'impulso causato dalla dispersione, rumore di distribuzione modale di LD, rumore causato dal chirp di frequenza di LD e rumore causato dalla riflessione.

42. Quali sono le principali fibre ottiche attualmente utilizzate per la costruzione di 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 con spostamento di dispersione G.653 e la fibra ottica con spostamento di dispersione non nullo G.655.

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

La dispersione della fibra G.653 con dispersione spostata nella banda C e nella banda L è generalmente -1-3,5 psnm•km, ed è una dispersione 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 lunghezza d'onda singola a distanza ultra-lunga. Tuttavia, a causa delle sue caratteristiche di dispersione zero, si verificheranno effetti non lineari quando DWDM viene utilizzato per l'espansione della capacità, con conseguente diafonia del segnale e miscelazione a quattro onde FWM, quindi non è adatto per DWDM.

Fibra G.655 con spostamento di dispersione non nullo: la dispersione della fibra G.655 con spostamento di dispersione non nullo nella banda C è compresa tra 1 e 6 psnm•km, mentre la dispersione nella banda L è generalmente compresa tra 6 e 10 psnm•km. La dispersione è ridotta, evitando l'area di dispersione zero, sopprimendo la miscelazione FWM a quattro onde e può essere utilizzata 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 l'effetto non lineare della fibra ottica.

43. Qual è la non linearità della fibra ottica?

Risposta: Ciò 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 si genereranno dispersione Raman e diffusione Brillouin, causando una modifica della frequenza della luce incidente.

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

Risposta: L'effetto non lineare causerà una perdita e un'interferenza aggiuntive, deteriorando le prestazioni del sistema. La potenza ottica del sistema WDM è elevata e viene trasmessa su una lunga distanza lungo la fibra ottica, quindi si verifica una distorsione non lineare. Esistono due tipi di distorsione non lineare: scattering stimolato e rifrazione non lineare. Tra questi, lo scattering stimolato include lo scattering Raman e lo scattering Brillouin. I due tipi di scattering sopra menzionati riducono l'energia della luce incidente, causando una perdita. Può essere ignorato quando la potenza della fibra in ingresso è piccola.

45. Che cosa è PON (Passive Optical Network)?

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

Varie cause di attenuazione della fibra ottica

1. I principali fattori che causano l'attenuazione delle fibre sono: fattori intrinseci, flessione, estrusione, impurità, irregolarità e docking.

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

Curvatura: quando la fibra ottica viene piegata, parte della luce al suo interno andrà persa a causa della dispersione, causando una perdita.

Estrusione: perdita causata da una leggera curvatura quando la fibra ottica viene schiacciata.

Impurità: le impurità nella fibra ottica assorbono e disperdono la luce che si propaga nella fibra ottica, causando perdite.

Irregolarità: perdita causata dall'indice di rifrazione non uniforme del materiale in fibra ottica.

Docking: perdita causata quando le fibre ottiche vengono agganciate, ad esempio: assi diversi (il requisito di coassialità della fibra ottica monomodale è inferiore a 0,8 μm), la superficie terminale non è perpendicolare all'asse, la superficie terminale è irregolare, il diametro del nucleo di docking 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 propaga attraverso la fibra ottica, parte dell'energia luminosa viene attenuata. Ciò dimostra che ci sono alcune sostanze nella fibra ottica o per qualche motivo che 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 problemi.

2. Classificazione della perdita della fibra ottica

La perdita di fibra ottica può essere grossolanamente divisa in perdita intrinseca di fibra ottica e perdita aggiuntiva causata dalle condizioni di utilizzo dopo che la fibra ottica è stata realizzata. Le suddivisioni specifiche sono le seguenti:

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

Le perdite intrinseche includono perdite per dispersione, perdite per assorbimento e perdite causate da una struttura imperfetta della fibra ottica.

Ulteriori perdite includono perdite per micropiegatura, perdite per flessione e perdite per giunzione.

Tra queste, una perdita aggiuntiva è causata artificialmente durante la posa della fibra ottica. Nelle applicazioni pratiche, è inevitabile collegare le fibre ottiche una per una e la connessione della fibra ottica causerà una perdita. Anche la micropiegatura, la compressione e l'allungamento delle fibre ottiche causeranno una perdita. 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. La perdita aggiuntiva può essere evitata il più possibile. Di seguito, discutiamo solo della perdita intrinseca della fibra ottica.

Tra le perdite intrinseche, la perdita di dispersione e la perdita di 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 della perdita e analizzare quantitativamente la dimensione della perdita causata da vari fattori per lo sviluppo di fibre ottiche 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 energetico orbitale vicino al nucleo è più basso, mentre il livello energetico orbitale più lontano dal nucleo è più alto. La dimensione di questa differenza di livello energetico tra orbite è chiamata differenza di livello energetico. Quando un elettrone passa da un livello energetico basso a un livello energetico alto, assorbe l'energia della corrispondente differenza di livello energetico.

In una fibra ottica, quando un elettrone a un certo livello di energia viene irradiato da 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 energia luminosa, con conseguente perdita di assorbimento della luce.

Il biossido di silicio (SiO2), il materiale di base per la fabbricazione di fibre ottiche, assorbe la luce stessa. Uno è chiamato assorbimento ultravioletto e l'altro è chiamato assorbimento infrarosso. Attualmente, le comunicazioni in fibra ottica generalmente funzionano solo nell'intervallo di lunghezza d'onda da 0,8 a 1,6 μm, quindi discutiamo solo della perdita in questo intervallo di lavoro.

Il picco di assorbimento generato dalle transizioni elettroniche nel vetro al quarzo è di circa 0,1-0,2 μm di lunghezza d'onda nella regione ultravioletta. 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 ultravioletto ha scarso effetto sulle fibre ottiche al quarzo che lavorano nella regione infrarossa. Ad esempio, nella regione della luce visibile con una lunghezza d'onda di 0,6 μm, l'assorbimento ultravioletto può raggiungere 1 dB/km e a una lunghezza d'onda di 0,8 μm, scende a 0,2-0,3 dB/km e a una lunghezza d'onda di 1,2 μm, è solo di circa 0,1 dB/km.

La perdita di assorbimento infrarosso della fibra ottica al quarzo è causata dalla vibrazione molecolare del materiale infrarosso. Ci sono diversi picchi di assorbimento delle vibrazioni nella banda sopra i 2 μm.

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

Attraverso la ricerca, è stato anche scoperto che ci sono alcune "molecole distruttive" nel vetro di quarzo che stanno creando 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 in giro e causano la perdita di energia luminosa. La rimozione dei "guastafeste" e la purificazione chimica dei materiali utilizzati per realizzare le fibre ottiche può ridurre notevolmente la perdita.

Un'altra fonte di assorbimento nella fibra ottica al quarzo è l'idrossile (OHˉ). Secondo la ricerca del periodo, 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 cui la perdita di assorbimento alla lunghezza d'onda di 1,38μm è la più grave e ha il maggiore impatto sulla fibra ottica. A una lunghezza d'onda di 1,38μm, la perdita di picco di assorbimento generata dal contenuto di idrossido di soli 0,0001 è pari a 33 dB/km.

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

4. Perdita di dispersione

Nella notte buia, se si illumina il cielo con una torcia, si può vedere un raggio di luce. Le persone hanno anche visto spessi raggi di luce dai riflettori nel cielo notturno.

Allora perché vediamo questi fasci di luce? Questo perché ci sono molte particelle minuscole come fumo e polvere che fluttuano nell'atmosfera. Quando la luce splende su queste particelle, si disperde e spara in tutte le direzioni. Questo fenomeno è stato scoperto per la prima volta da Rayleigh, quindi le persone hanno chiamato questa dispersione "dispersione 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 dalle dimensioni della particella. Più grande è la particella, più bassa è la frequenza di vibrazione e più lunga è la lunghezza d'onda della luce rilasciata; più piccola è la particella, più alta è la frequenza di vibrazione e più corta è la lunghezza d'onda della luce rilasciata. Questa frequenza di vibrazione è chiamata frequenza di vibrazione intrinseca della particella. Tuttavia, questa vibrazione non è generata 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 le persone che osservano dall'esterno, sembra che la luce colpisca la particella e poi voli via in tutte le direzioni.

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

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 irregolare nucleo-rivestimento. Quando la luce raggiunge questi punti, parte della luce verrà dispersa in tutte le direzioni, causando una perdita. Questa perdita può essere superata migliorando il processo di fabbricazione della fibra ottica. La dispersione fa sì che la luce venga emessa in tutte le direzioni e parte della luce dispersa viene riflessa nella direzione opposta alla propagazione della fibra ottica. Questa parte della luce dispersa può essere ricevuta all'estremità incidente della fibra ottica. La dispersione della luce fa sì che parte dell'energia luminosa venga persa, il che è indesiderabile. Tuttavia, questo fenomeno può essere utilizzato anche da noi, perché se analizziamo la forza della parte ricevuta della luce all'estremità di trasmissione, possiamo controllare i punti di interruzione, i difetti e la perdita 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. Un problema importante nella realizzazione della comunicazione in fibra ottica è quello di 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 di fibra ottica influisce direttamente sulla distanza di trasmissione o sulla distanza tra stazioni di ripetizione. Pertanto, comprendere e ridurre la perdita di 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 di energia luminosa da parte di materiali in fibra ottica e impurità. Consumano energia luminosa sotto forma di energia termica nella fibra ottica, che è una perdita importante nella perdita di fibra ottica. La perdita di assorbimento include quanto segue:

① Perdita di 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 alla vibrazione. L'altra banda di assorbimento intrinseco del materiale è nella banda ultravioletta. 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 di impurità I materiali in fibra ottica contengono metalli di transizione come ferro, rame, cromo, ecc. Hanno i loro picchi di assorbimento e bande di assorbimento e variano con i loro stati di valenza. La perdita di fibra ottica causata dall'assorbimento di ioni di metalli di transizione dipende dalla loro concentrazione. Inoltre, anche la presenza di OH- produce una perdita di assorbimento. Il picco di assorbimento di base di OH- è vicino a 2,7 μm e la banda di assorbimento è nell'intervallo di 0,5-1,0 μm. Per la fibra ottica in 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, verrà 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 dispersione più importante è la dispersione 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 in fibra ottica, a causa dell'agitazione termica, la comprimibilità degli atomi è irregolare, la densità del materiale è irregolare e quindi l'indice di rifrazione è irregolare. Questa irregolarità è fissata 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 hanno fluttuazioni casuali durante la trasmissione, la direzione di trasmissione cambia, si verifica la dispersione e si verifica la perdita. Inoltre, la concentrazione irregolare di ossidi contenuti nella fibra ottica e il drogaggio irregolare possono anche causare dispersione e perdita.

3. Perdita di diffusione della guida d'onda

Questa è la dispersione causata dalla distorsione casuale o dalla ruvidità dell'interfaccia. In effetti, è la conversione di modalità o l'accoppiamento di modalità causata 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 di varie modalità trasmesse nella fibra ottica è diversa, nel processo di conversione di modalità a lunga distanza, la modalità con bassa attenuazione diventa la modalità con grande attenuazione. Dopo la conversione continua e la conversione inversa, sebbene la perdita di ciascuna modalità sarà bilanciata, la modalità nel suo insieme produrrà una perdita aggiuntiva, ovvero una perdita aggiuntiva viene generata a causa della conversione della modalità. Questa perdita aggiuntiva è la perdita di dispersione della guida d'onda. Per ridurre questa perdita, è necessario migliorare il processo di fabbricazione 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 piegatura della fibra ottica

La fibra ottica è morbida e può essere piegata. Tuttavia, dopo una certa piegatura, 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 una perdita. Quando il raggio di curvatura è maggiore di 5-10 cm, la perdita causata dalla curvatura può essere ignorata.

Fonte: Dongguan HX Fiber Technology Co., Ltd