1. فیبرهای نوری چگونه ترکیب می شوند؟

پاسخ: فیبر نوری از دو بخش اصلی تشکیل شده است: یک هسته ساخته شده از مواد نوری شفاف و یک لایه روکش و پوشش.

2. پارامترهای اساسی که ویژگی های انتقال خطوط فیبر نوری را توصیف می کنند چیست؟

پاسخ: از دست دادن، پراکندگی، پهنای باند، طول موج قطع، قطر میدان حالت و غیره می باشد.

3. علل ضعیف شدن فیبر چیست؟

پاسخ: تضعیف فیبر به کاهش توان نوری بین دو مقطع فیبر اشاره دارد که به طول موج مربوط می شود. علل اصلی تضعیف، پراکندگی، جذب و افت نوری ناشی از اتصالات و اتصالات است.

4. ضریب تضعیف فیبر نوری چگونه تعریف می شود؟

پاسخ: با میرایی در واحد طول یک فیبر نوری یکنواخت در حالت ثابت (dB/km) تعریف می شود.

5. از دست دادن درج چیست؟

پاسخ: به تضعیف ناشی از قرار دادن قطعات نوری (مانند قرار دادن کانکتورها یا کوپلرها) در خط انتقال نوری اشاره دارد.

6. پهنای باند فیبر نوری به چه ارتباطی دارد؟

پاسخ: پهنای باند فیبر نوری به فرکانس مدولاسیون اطلاق می شود که دامنه توان نوری در مقایسه با دامنه فرکانس صفر در تابع انتقال فیبر نوری به میزان 50% یا 3dB کاهش یابد. پهنای باند فیبر نوری تقریباً با طول آن نسبت معکوس دارد و حاصلضرب پهنای باند و طول ثابت است.

7. چند نوع پراکندگی فیبر نوری وجود دارد؟ به چه ربطی دارد؟

پاسخ: پراکندگی فیبر نوری به گسترش تاخیر گروهی در فیبر نوری اعم از پراکندگی حالت، پراکندگی مواد و پراکندگی ساختاری اشاره دارد. این به ویژگی های منبع نور و فیبر نوری بستگی دارد.

8. چگونه می توان ویژگی های پراکندگی سیگنال های منتشر شده در فیبر نوری را توصیف کرد؟

پاسخ: می توان آن را با سه کمیت فیزیکی توصیف کرد: گسترش پالس، پهنای باند فیبر نوری و ضریب پراکندگی فیبر نوری.

9. طول موج قطع چقدر است؟

پاسخ: به کوتاه ترین طول موجی اطلاق می شود که فقط می تواند حالت اساسی را در فیبر نوری منتقل کند. برای فیبر نوری تک حالته، طول موج قطع آن باید کوتاهتر از طول موج نور عبوری باشد.

10. پراکندگی فیبر نوری چه تاثیری بر عملکرد سیستم ارتباطی فیبر نوری خواهد داشت؟

پاسخ: پراکندگی فیبر نوری باعث می شود که پالس نوری در حین انتقال در فیبر نوری گسترده شود و بر میزان خطای بیت، فاصله انتقال و سرعت سیستم تأثیر بگذارد.

11. روش پس پراکندگی چیست؟

پاسخ: روش پراکندگی پس از آن روشی برای اندازه گیری تضعیف در طول فیبر نوری است. بیشتر نیروی نوری در فیبر نوری به جلو منتشر می شود، اما بخش کوچکی به سمت ساطع کننده نور به عقب پراکنده می شود. با استفاده از یک طیف‌سنج در ساطع کننده نور برای مشاهده منحنی زمان پراکندگی برگشتی، نه تنها می‌توان طول و تضعیف فیبر نوری یکنواخت متصل را از یک طرف اندازه‌گیری کرد، بلکه بی‌نظمی‌های موضعی، نقاط شکست و تلفات توان نوری ناشی از اتصالات و اتصالات را نیز می‌توان اندازه‌گیری کرد. قابل اندازه گیری است.

12. اصل تست بازتاب سنج دامنه زمان نوری (OTDR) چیست؟ توابع آن چیست؟

پاسخ: OTDR بر اساس اصل پس پراکندگی نور و بازتاب فرنل است. از نور پس پراکنده تولید شده هنگام انتشار نور در فیبر نوری برای به دست آوردن اطلاعات تضعیف استفاده می کند. می توان از آن برای اندازه گیری تضعیف فیبر نوری، تلفات مفصل، محل نقطه خطای فیبر نوری و درک توزیع تلفات در طول فیبر نوری استفاده کرد. این یک ابزار ضروری در ساخت کابل نوری، نگهداری و نظارت است. شاخص های اصلی آن عبارتند از: محدوده دینامیکی، حساسیت، وضوح، زمان اندازه گیری و ناحیه کور.

13. ناحیه کور OTDR چیست؟ چه تاثیری در آزمون دارد؟ چگونه در آزمایش واقعی با ناحیه نابینا برخورد کنیم؟

پاسخ: معمولاً به مجموعه ای از "نقاط کور" که در اثر اشباع انتهای گیرنده OTDR به دلیل انعکاس ایجاد شده توسط نقاط مشخصه مانند اتصالات فعال و اتصالات مکانیکی ایجاد می شود، مناطق کور می گویند.

مناطق کور در فیبرهای نوری به مناطق کور رویداد و مناطق کور میرایی تقسیم می شوند: فاصله طولی از نقطه شروع پیک بازتاب تا پیک اشباع گیرنده ناشی از مداخله اتصال دهنده های فعال، مناطق کور رویداد نامیده می شود. فاصله از نقطه شروع اوج بازتاب تا سایر نقاط رویداد قابل شناسایی ناشی از دخالت اتصال دهنده های فعال در فیبرهای نوری را مناطق کور تضعیف می نامند.

برای OTDR، هر چه ناحیه کور کوچکتر باشد، بهتر است. ناحیه کور با افزایش عرض گشاد شدن پالس افزایش می یابد. اگرچه افزایش عرض پالس طول اندازه گیری را افزایش می دهد، اما ناحیه کور اندازه گیری را نیز افزایش می دهد. بنابراین، هنگام آزمایش فیبرهای نوری، باید از پالس های باریک برای اندازه گیری فیبر نوری و نقاط رویداد مجاور لوازم جانبی OTDR استفاده شود، در حالی که باید از پالس های گسترده برای اندازه گیری انتهای فیبر نوری استفاده شود.

14. آیا OTDR می تواند انواع مختلف فیبرهای نوری را اندازه گیری کند؟

پاسخ: اگر از ماژول OTDR تک حالته برای اندازه گیری فیبر چند حالته استفاده می کنید، یا از ماژول OTDR چند حالته برای اندازه گیری فیبر تک حالته با قطر هسته 62.5 میلی متر استفاده می کنید، نتیجه اندازه گیری طول فیبر تحت تأثیر قرار نمی گیرد. اما نتایج از دست دادن فیبر، از دست دادن اتصال نوری، و از دست دادن بازگشت نادرست خواهد بود. بنابراین، هنگام اندازه‌گیری فیبر نوری، باید یک OTDR را انتخاب کنید که با فیبر اندازه‌گیری شده مطابقت داشته باشد تا بتوانید نتایج صحیح را برای همه شاخص‌های عملکرد به دست آورید.

15. «1310 نانومتر» یا «1550 نانومتر» در دستگاه های آزمایش نوری رایج به چه معناست؟

پاسخ: به طول موج سیگنال نوری اشاره دارد. محدوده طول موج مورد استفاده در ارتباطات فیبر نوری در ناحیه مادون قرمز نزدیک با طول موج بین 800 نانومتر تا 1700 نانومتر است. اغلب به باندهای با طول موج کوتاه و باندهای طول موج بلند تقسیم می شود، اولی به طول موج 850 نانومتر و دومی به 1310 نانومتر و 1550 نانومتر اشاره دارد.

16. در فیبرهای نوری تجاری فعلی، کدام طول موج نور کمترین پراکندگی را دارد؟ کدام طول موج نور کمترین تلفات را دارد؟

پاسخ: نور با طول موج 1310 نانومتر کمترین پراکندگی و نور با طول موج 1550 نانومتر کمترین تلفات را دارد.

17. فیبرهای نوری با توجه به تغییر ضریب شکست هسته فیبر نوری چگونه طبقه بندی می شوند؟

پاسخ: آنها را می توان به فیبرهای نوری با شاخص پله ای و فیبرهای نوری با شاخص گرادیان تقسیم کرد. فیبرهای نوری Step-Index پهنای باند باریکی دارند و برای ارتباطات در فواصل کوتاه با ظرفیت کم مناسب هستند. فیبرهای نوری با شاخص گرادیان پهنای باند وسیعی دارند و برای ارتباطات با ظرفیت متوسط ​​و بزرگ مناسب هستند.

18. فیبرهای نوری با توجه به حالت های مختلف امواج نوری که در فیبرهای نوری منتقل می شوند چگونه طبقه بندی می شوند؟

پاسخ: آنها را می توان به فیبرهای نوری تک حالته و فیبرهای نوری چند حالته تقسیم کرد. قطر هسته فیبرهای نوری تک حالته تقریباً بین 1 تا 10 میکرومتر است. در یک طول موج کاری معین، تنها یک حالت اساسی منفرد منتقل می شود که برای سیستم های ارتباطی با ظرفیت زیاد و مسافت طولانی مناسب است. فیبرهای نوری چند حالته می توانند چندین حالت از امواج نور را با قطر هسته تقریباً بین 50 تا 60 میکرومتر منتقل کنند و عملکرد انتقال آنها بدتر از فیبرهای نوری تک حالته است.

هنگام انتقال حفاظت دیفرانسیل فعلی حفاظت مالتی پلکس، فیبرهای نوری چند حالته اغلب بین دستگاه تبدیل نوری نصب شده در اتاق ارتباط پست و دستگاه حفاظتی نصب شده در اتاق کنترل اصلی استفاده می شود.

19. اهمیت دیافراگم عددی (NA) فیبر نوری با شاخص پله چیست؟

پاسخ: دیافراگم عددی (NA) نشان دهنده توانایی جمع آوری نور فیبر نوری است. هر چه NA بزرگتر باشد، توانایی فیبر نوری در جمع آوری نور قوی تر است.

20. انکسار دوگانه فیبر نوری تک حالته چیست؟

پاسخ: دو حالت پلاریزاسیون متعامد در فیبر نوری تک حالته وجود دارد. هنگامی که فیبر نوری کاملاً متقارن استوانه ای نباشد، دو حالت قطبش متعامد منحط نمی شوند. مقدار مطلق تفاوت در ضریب شکست دو حالت پلاریزاسیون متعامد، انکسار دوگانه است.

21. رایج ترین سازه های کابل نوری کدامند؟

پاسخ: دو نوع است: نوع لایه تابیده و نوع اسکلت.

22. اجزای اصلی کابل های نوری کدامند؟

پاسخ: عمدتاً از: هسته فیبر، گریس فیبر نوری، مواد غلاف، PBT (پلی بوتیلن ترفتالات) و مواد دیگر تشکیل شده است.

23. زره کابل های نوری به چه چیزی اشاره دارد؟

پاسخ: منظور از عنصر محافظ (معمولاً سیم فولادی یا تسمه فولادی) است که در کابل های نوری برای مصارف خاص (مانند کابل های نوری زیردریایی و غیره) استفاده می شود. زره به غلاف داخلی کابل نوری متصل شده است.

24. برای روکش کابل های نوری از چه موادی استفاده می شود؟

پاسخ: روکش یا غلاف کابل های نوری معمولاً از مواد پلی اتیلن (PE) و پلی وینیل کلراید (PVC) ساخته می شود و وظیفه آن محافظت از هسته کابل در برابر تأثیرات خارجی است.

25. کابل های نوری خاص مورد استفاده در سیستم های قدرت را فهرست کنید.

پاسخ: عمدتاً سه کابل نوری ویژه وجود دارد:

کابل نوری کامپوزیت سیم زمین (OPGW)، فیبر نوری در خط برق ساختار رشته‌ای آلومینیومی با روکش فولادی قرار می‌گیرد. استفاده از کابل نوری OPGW دارای عملکرد دوگانه سیم زمین و ارتباط است که به طور موثر نرخ بهره برداری از قطب ها و دکل های برق را بهبود می بخشد.

کابل نوری پیچیده شده (GWWOP)، در جایی که یک خط انتقال موجود وجود دارد، این نوع کابل نوری روی سیم زمین پیچیده یا آویزان می شود.

کابل نوری خود نگهدار (ADSS) دارای استحکام کششی قوی است و می تواند مستقیماً بین دو برج برق آویزان شود و حداکثر دهانه آن تا 1000 متر است.

26. چند ساختار کاربردی برای کابل نوری OPGW وجود دارد؟

پاسخ: به طور عمده: 1) لایه لوله پلاستیکی پیچ خورده + ساختار لوله آلومینیومی. 2) لوله پلاستیکی مرکزی + ساختار لوله آلومینیومی؛ 3) ساختار اسکلت آلومینیومی؛ 4) ساختار لوله آلومینیومی مارپیچ؛ 5) ساختار لوله فولادی ضد زنگ تک لایه (ساختار لوله فولادی ضد زنگ مرکزی، ساختار پیچ خورده لوله فولادی ضد زنگ)؛ 6) ساختار لوله فولادی ضد زنگ کامپوزیت (ساختار لوله فولادی ضد زنگ مرکزی، ساختار پیچ خورده لایه لوله فولادی ضد زنگ).

27. اجزای اصلی سیم رشته ای خارج از هسته کابل نوری OPGW چیست؟

پاسخ: از سیم AA (سیم آلیاژ آلومینیوم) و سیم AS (سیم فولادی با روکش آلومینیوم) تشکیل شده است.

28. برای انتخاب مدل های کابل نوری OPGW چه شرایط فنی لازم است؟

پاسخ: 1) استحکام کششی اسمی (RTS) کابل OPGW (kN)؛ 2) تعداد هسته های فیبر (SM) کابل OPGW. 3) جریان اتصال کوتاه (kA)؛ 4) زمان اتصال کوتاه 5) محدوده دما (℃).

29. درجه خمش کابل نوری چگونه محدود می شود؟

پاسخ: شعاع خمش کابل نوری نباید کمتر از 20 برابر قطر خارجی کابل نوری و کمتر از 30 برابر قطر خارجی کابل نوری در حین ساخت (حالت غیر استاتیک) باشد.

30. در مهندسی کابل نوری ADSS به چه نکاتی باید توجه کرد؟

پاسخ: سه فناوری کلیدی وجود دارد: طراحی مکانیکی کابل نوری، تعیین نقاط تعلیق، و انتخاب و نصب سخت افزار پشتیبانی.

31. انواع اصلی اتصالات کابل نوری کدامند؟

پاسخ: اتصالات کابل نوری به سخت افزار مورد استفاده برای نصب کابل های نوری اطلاق می شود که عمدتاً شامل: گیره های کششی، گیره های تعلیق، جدا کننده های ارتعاش و غیره می باشد.

32. کانکتورهای فیبر نوری دارای دو پارامتر اساسی عملکرد هستند، آنها چیست؟

پاسخ: کانکتورهای فیبر نوری معمولاً به عنوان اتصالات زنده شناخته می شوند. برای الزامات عملکرد نوری کانکتورهای تک فیبر، تمرکز بر روی دو پارامتر اساسی عملکرد از دست دادن درج و افت بازگشت است.

33. چند نوع کانکتور فیبر نوری پرکاربرد وجود دارد؟

پاسخ: با توجه به روش های مختلف طبقه بندی، کانکتورهای فیبر نوری را می توان به انواع مختلفی تقسیم کرد. با توجه به رسانه های مختلف انتقال، آنها را می توان به اتصالات فیبر نوری تک حالته و اتصال دهنده فیبر نوری چند حالته تقسیم کرد. با توجه به ساختارهای مختلف، آنها را می توان به انواع مختلفی مانند FC، SC، ST، D4، DIN، Biconic، MU، LC، MT و غیره تقسیم کرد. با توجه به صفحه انتهایی پین کانکتور، آنها را می توان به FC، PC (UPC) و APC تقسیم کرد. کانکتورهای فیبر نوری که معمولاً استفاده می شود: کانکتور فیبر نوری نوع FC/PC، کانکتور فیبر نوری نوع SC، اتصال فیبر نوری نوع LC.

34. در سیستم ارتباطی فیبر نوری موارد زیر معمولا یافت می شود. لطفا نام آنها را ذکر کنید.

AFC، آداپتور FC آداپتور ST آداپتور SC FC/APC، کانکتور FC/PC کانکتور ST کانکتور LC پچ کورد MU پچ کورد تک حالته یا چند حالته پچ کورد.

35. افت درج (یا افت درج) کانکتور فیبر نوری چیست؟

پاسخ: به مقدار کاهش توان موثر خط انتقال ناشی از قرار دادن کانکتور اشاره دارد. برای کاربران، هر چه مقدار کمتر باشد، بهتر است. ITU-T تصریح می کند که مقدار آن نباید از 0.5dB تجاوز کند.

36. تلفات برگشتی (یا تضعیف انعکاس، افت برگشتی، افت برگشتی) کانکتور فیبر نوری چیست؟

پاسخ: اندازه گیری مولفه برق ورودی است که از کانکتور منعکس شده و در امتداد کانال ورودی برمی گردد. مقدار معمولی آن نباید کمتر از 25 دسی بل باشد.

37. بارزترین تفاوت بین نور ساطع شده از دیودهای ساطع نور و لیزرهای نیمه هادی چیست؟

پاسخ: نور تولید شده توسط دیود ساطع کننده نور، نور ناهمدوس با طیف وسیع است. نور تولید شده توسط لیزر نور منسجم با طیف بسیار باریک است.

38. واضح ترین تفاوت بین ویژگی های کاری یک دیود ساطع کننده نور (LED) و یک لیزر نیمه هادی (LD) چیست؟

پاسخ: ال ای دی آستانه ندارد در حالی که LD آستانه دارد. لیزر تنها زمانی تولید می شود که جریان تزریق شده از آستانه فراتر رود.

39. دو لیزر نیمه هادی تک حالت طولی متداول کدامند؟

پاسخ: لیزر DFB و لیزر DBR که هر دو از لیزرهای بازخورد توزیع شده هستند و بازخورد نوری آنها توسط گریتینگ بازخورد توزیع شده براگ در حفره نوری تامین می شود.

40. دو نوع اصلی دستگاه های دریافت نوری کدامند؟

پاسخ: آنها عمدتاً فتودیودها (لوله های پین) و فتودیودهای بهمنی (APD) هستند.

41. عوامل ایجاد نویز در سیستم های ارتباطی فیبر نوری کدامند؟

پاسخ: نویز ناشی از نسبت خاموشی غیرمجاز، نویز ناشی از تغییرات تصادفی در شدت نور، نویز ناشی از لرزش زمانی، نویز نقطه ای و نویز حرارتی گیرنده، نویز حالت فیبر نوری، نویز ناشی از گسترش پالس ناشی از پراکندگی وجود دارد. نویز توزیع حالت LD، نویز ناشی از چیپ فرکانس LD و نویز ناشی از انعکاس.

42. فیبرهای نوری اصلی که در حال حاضر برای ساخت شبکه انتقال استفاده می شوند کدامند؟ ویژگی های اصلی آنها چیست؟

پاسخ: سه نوع اصلی وجود دارد، فیبر نوری تک حالته معمولی G.652، فیبر نوری تک حالته با پراکندگی شیفت G.653 و فیبر نوری با پراکندگی غیرصفر G.655.

فیبر تک حالته G.652 دارای پراکندگی زیادی در باند C 1530-1565 نانومتر و باند L 1565-1625 نانومتر، معمولاً 17-22psnm•km است. هنگامی که نرخ سیستم به 2.5 گیگابیت در ثانیه یا بالاتر می رسد، جبران پراکندگی مورد نیاز است. در 10 گیگابیت بر ثانیه، هزینه جبران پراکندگی سیستم نسبتاً بالا است. این فیبر رایج ترین فیبر مورد استفاده در شبکه انتقال فعلی است.

پراکندگی فیبر جابجایی پراکندگی G.653 در باند C و باند L به طور کلی -1-3.5psnm•km است و در 1550nm پراکندگی صفر است. سرعت سیستم می تواند به 20 گیگابیت بر ثانیه و 40 گیگابیت بر ثانیه برسد، که آن را به بهترین فیبر برای انتقال تک طول موج در فواصل طولانی تبدیل می کند. با این حال، به دلیل ویژگی‌های پراکندگی صفر آن، زمانی که DWDM برای افزایش ظرفیت استفاده می‌شود، اثرات غیرخطی رخ می‌دهد که منجر به تداخل سیگنال و اختلاط چهار موجی FWM می‌شود، بنابراین برای DWDM مناسب نیست.

فیبر با پراکندگی غیرصفر G.655: پراکندگی فیبر G.655 با پراکندگی غیرصفر در باند C 1 تا 6 psnm•km است و پراکندگی در باند L به طور کلی 6 تا 10 psnm• است. کیلومتر پراکندگی کوچک است، از ناحیه پراکندگی صفر اجتناب می کند، FWM اختلاط چهار موجی را سرکوب می کند، و می تواند برای گسترش ظرفیت DWDM و باز کردن سیستم های با سرعت بالا استفاده شود. فیبر جدید G.655 می تواند منطقه موثر را تا 1.5 تا 2 برابر فیبرهای نوری معمولی افزایش دهد. منطقه موثر بزرگ می تواند چگالی توان را کاهش دهد و اثر غیرخطی فیبر نوری را کاهش دهد.

43. غیر خطی بودن فیبر نوری چیست؟

پاسخ: یعنی وقتی توان نوری فیبر از مقدار معینی بیشتر شود، ضریب شکست فیبر نوری به طور غیرخطی با توان نوری مرتبط می شود و پراکندگی رامان و پراکندگی بریلوین ایجاد می شود که باعث فرکانس نور فرودی می شود. برای تغییر.

44. غیر خطی بودن فیبر نوری چه تاثیری بر انتقال خواهد داشت؟

پاسخ: اثر غیر خطی باعث تلفات و تداخل اضافی می شود و عملکرد سیستم را بدتر می کند. قدرت نوری سیستم WDM زیاد است و در امتداد فاصله طولانی در امتداد فیبر نوری منتقل می شود، بنابراین اعوجاج غیرخطی رخ می دهد. دو نوع اعوجاج غیرخطی وجود دارد: پراکندگی تحریک شده و شکست غیرخطی. در میان آنها، پراکندگی تحریک شده شامل پراکندگی رامان و پراکندگی بریلوین است. دو نوع پراکندگی فوق انرژی نور فرودی را کاهش داده و باعث تلفات می شود. وقتی توان فیبر ورودی کم است می توان آن را نادیده گرفت.

45. PON (شبکه نوری غیرفعال) چیست؟

پاسخ: PON یک شبکه نوری حلقه فیبر نوری در شبکه دسترسی کاربر محلی است که بر اساس دستگاه های نوری غیرفعال مانند کوپلر و اسپلیتر است.

علل مختلف تضعیف فیبر نوری

1.عوامل اصلی که باعث تضعیف الیاف می شوند عبارتند از: ذاتی، خمش، اکستروژن، ناخالصی ها، ناهمواری و داکینگ.

ذاتی: از دست دادن ذاتی فیبر نوری است، از جمله: پراکندگی رایلی، جذب ذاتی و غیره.

خمش: وقتی فیبر نوری خم می شود، بخشی از نور فیبر نوری به دلیل پراکندگی از بین می رود و باعث اتلاف می شود.

اکستروژن: اتلاف ناشی از خم شدن جزئی هنگام فشرده شدن فیبر نوری.

ناخالصی ها: ناخالصی های موجود در فیبر نوری نور منتشر شده در فیبر نوری را جذب و پراکنده می کند و باعث اتلاف می شود.

ناهمواری: از دست دادن ناشی از ضریب شکست ناهموار مواد فیبر نوری.

اتصال: تلفات ناشی از اتصال فیبرهای نوری، مانند: محورهای مختلف (نیاز هم محوری فیبر نوری تک حالته کمتر از 0.8 میکرومتر است)، وجه انتهایی عمود بر محور نیست، وجه انتهایی ناهموار است، قطر هسته اتصال. مطابقت ندارد و کیفیت همجوشی ضعیف است.

هنگامی که نور از یک سر فیبر نوری وارد شده و از انتهای دیگر خارج می شود، شدت نور ضعیف می شود. این بدان معنی است که پس از انتشار سیگنال نوری از طریق فیبر نوری، بخشی از انرژی نور ضعیف می شود. این نشان می دهد که مواد خاصی در فیبر نوری وجود دارد یا به دلایلی مانع از عبور سیگنال نوری می شود. این از دست دادن انتقال فیبر نوری است. تنها با کاهش تلفات فیبر نوری می توان سیگنال نوری را به آرامی عبور داد.

2. طبقه بندی از دست دادن فیبر نوری

از دست دادن فیبر نوری را می توان به طور تقریبی به اتلاف ذاتی فیبر نوری و تلفات اضافی ناشی از شرایط استفاده پس از ساخته شدن فیبر نوری تقسیم کرد. زیرمجموعه های خاص به شرح زیر است:

از دست دادن فیبر نوری را می توان به تلفات ذاتی و تلفات اضافی تقسیم کرد.

تلفات ذاتی شامل تلفات پراکندگی، افت جذب و تلفات ناشی از ساختار فیبر نوری ناقص است.

تلفات اضافی شامل از دست دادن میکروخم، افت خمشی و از دست دادن اتصال است.

در میان آنها، تلفات اضافی به طور مصنوعی در طول تخمگذار فیبر نوری ایجاد می شود. در کاربردهای عملی اتصال فیبرهای نوری یکی یکی اجتناب ناپذیر است و اتصال فیبر نوری باعث تلفات می شود. خم شدن، فشردن و کشش فیبرهای نوری نیز باعث از بین رفتن می شود. اینها همه ضررهای ناشی از شرایط استفاده از فیبر نوری است. دلیل اصلی این است که در این شرایط، حالت انتقال در هسته فیبر نوری تغییر کرده است. تا حد امکان می توان از ضرر اضافی جلوگیری کرد. در زیر، ما فقط در مورد از دست دادن ذاتی فیبر نوری صحبت می کنیم.

از بین تلفات ذاتی، تلفات پراکندگی و افت جذب توسط ویژگی های خود ماده فیبر نوری تعیین می شود و تلفات ذاتی ایجاد شده در طول موج های کاری مختلف نیز متفاوت است. درک مکانیسم تولید تلفات و تجزیه و تحلیل کمی اندازه تلفات ناشی از عوامل مختلف برای توسعه فیبر نوری کم تلفات و استفاده منطقی از فیبر نوری بسیار مهم است.

3. از دست دادن جذب مواد

مواد مورد استفاده برای ساخت فیبرهای نوری می توانند انرژی نور را جذب کنند. پس از اینکه ذرات موجود در مواد فیبر نوری انرژی نور را جذب کردند، ارتعاش می‌کنند و گرما تولید می‌کنند و انرژی از بین می‌رود و در نتیجه تلفات جذب ایجاد می‌شود. می دانیم که ماده از اتم ها و مولکول ها و اتم ها از هسته های اتمی و الکترون های خارج هسته ای تشکیل شده اند و الکترون ها در مدار خاصی به دور هسته اتم می چرخند. این دقیقاً مانند زمینی است که ما در آن زندگی می کنیم و سیاراتی مانند زهره و مریخ به دور خورشید می چرخند. هر الکترون انرژی خاصی دارد و در مدار خاصی قرار دارد یا به عبارت دیگر هر مدار دارای سطح انرژی مشخصی است.

سطح انرژی مداری نزدیک به هسته کمتر است و سطح انرژی مداری دورتر از هسته بالاتر است. اندازه این اختلاف سطح انرژی بین مدارها، اختلاف سطح انرژی نامیده می شود. هنگامی که یک الکترون از سطح انرژی کم به سطح انرژی بالا منتقل می شود، انرژی اختلاف سطح انرژی مربوطه را جذب می کند.

در یک فیبر نوری، زمانی که یک الکترون در یک سطح انرژی مشخص توسط نوری با طول موج متناظر با اختلاف سطح انرژی تابش می‌شود، الکترون در مدار سطح انرژی پایین به مداری با سطح انرژی بالاتر منتقل می‌شود. این الکترون انرژی نور را جذب می کند و در نتیجه جذب نور را از دست می دهد.

دی اکسید سیلیکون (SiO2)، ماده اولیه برای ساخت فیبرهای نوری، خود نور را جذب می کند. یکی جذب فرابنفش و دیگری جذب فروسرخ نام دارد. در حال حاضر، ارتباطات فیبر نوری به طور کلی فقط در محدوده طول موج 0.8 تا 1.6 میکرومتر کار می کنند، بنابراین ما فقط از دست دادن در این محدوده کاری را مورد بحث قرار می دهیم.

پیک جذب تولید شده توسط انتقال الکترون در شیشه کوارتز حدود 0.1 تا 0.2 میکرومتر طول موج در ناحیه فرابنفش است. با افزایش طول موج، اثر جذب آن به تدریج کاهش می یابد، اما منطقه آسیب دیده بسیار گسترده است، تا طول موج های بالاتر از 1 میکرومتر. با این حال، جذب اشعه ماوراء بنفش تأثیر کمی بر فیبرهای نوری کوارتز دارد که در ناحیه مادون قرمز کار می کنند. به عنوان مثال، در ناحیه نور مرئی با طول موج 0.6 میکرومتر، جذب فرابنفش می تواند به dB/km 1 برسد و در طول موج 0.8 میکرومتر به 0.2 تا 0.3 dB/km و در طول موج 1.2 میکرومتر کاهش می یابد. فقط حدود 0.1 دسی بل در کیلومتر است.

از دست دادن جذب مادون قرمز فیبر نوری کوارتز ناشی از ارتعاش مولکولی مواد مادون قرمز است. چندین پیک جذب ارتعاش در باند بالای 2 میکرومتر وجود دارد.

با توجه به تأثیر عناصر دوپینگ مختلف در فیبر نوری، برای فیبر نوری کوارتز غیرممکن است که در باند بالای 2μm پنجره کم اتلاف داشته باشد و حد تلفات نظری در طول موج 1.85μm ldB/km است.

از طریق تحقیقات، همچنین مشخص شد که در شیشه کوارتز برخی "مولکول های مخرب" وجود دارد که باعث ایجاد مشکل می شوند، عمدتاً برخی ناخالصی های مضر فلز واسطه مانند مس، آهن، کروم، منگنز و غیره. این "افراد بد" حریصانه نور را جذب می کنند. انرژی تحت تابش نور، پرش به اطراف، و باعث از دست دادن انرژی نور می شود. حذف «عیب‌سازها» و تصفیه شیمیایی مواد مورد استفاده در ساخت فیبرهای نوری می‌تواند تا حد زیادی از تلفات بکاهد.

یکی دیگر از منابع جذب در فیبر نوری کوارتز، هیدروکسیل (OHˉ) است. طبق تحقیقات آن دوره، افراد دریافتند که هیدروکسیل دارای سه پیک جذبی در باند کاری فیبر نوری است که 0.95μm، 1.24μm و 1.38μm است که در این میان افت جذب در طول موج 1.38μm جدی ترین است. و بیشترین تاثیر را روی فیبر نوری دارد. در طول موج 1.38μm، افت پیک جذب تولید شده توسط محتوای هیدروکسید تنها 0.0001 به 33dB/km می رسد.

این هیدروکسیدها از کجا می آیند؟ منابع زیادی از هیدروکسیدها وجود دارد. اول، ترکیبات آب و هیدروکسید در مواد مورد استفاده برای ساخت فیبرهای نوری وجود دارد. این ترکیبات هیدروکسید به راحتی در طی تصفیه مواد خام حذف نمی شوند و در نهایت به شکل هیدروکسید در فیبر نوری باقی می مانند. دوم، مقدار کمی آب در هیدروکسیدهای مورد استفاده برای ساخت فیبرهای نوری وجود دارد. سوم، آب به دلیل واکنش های شیمیایی در طول فرآیند تولید فیبرهای نوری تولید می شود. چهارم، بخار آب با ورود هوای بیرون وارد می شود. با این حال، فرآیند تولید فعلی به سطح نسبتاً بالایی توسعه یافته است، و محتوای هیدروکسید به حد کافی کاهش یافته است که تأثیر آن بر فیبرهای نوری را می توان نادیده گرفت.

4. از دست دادن پراکندگی

در شب تاریک، اگر چراغ قوه ای را به آسمان بتابانید، می توانید پرتوی از نور را ببینید. مردم همچنین پرتوهای ضخیم نور را از نورافکن ها در آسمان شب دیده اند.

پس چرا ما این پرتوهای نور را می بینیم؟ این به این دلیل است که ذرات ریز زیادی مانند دود و غبار در جو شناور هستند. وقتی نور به این ذرات می تابد، پراکنده می شود و در همه جهات شلیک می کند. این پدیده اولین بار توسط رایلی کشف شد، بنابراین مردم نام این پراکندگی را «پراکندگی رایلی» گذاشتند.

پراکندگی چگونه اتفاق می افتد؟ به نظر می رسد که ذرات ریز مانند مولکول ها، اتم ها و الکترون ها که ماده را تشکیل می دهند در فرکانس های ذاتی خاصی ارتعاش می کنند و می توانند نوری با طول موج متناظر با فرکانس ارتعاش آزاد کنند. فرکانس ارتعاش یک ذره با اندازه ذره تعیین می شود. هر چه ذره بزرگتر باشد، فرکانس ارتعاش کمتر و طول موج نور آزادتر می شود. هرچه ذره کوچکتر باشد فرکانس ارتعاش بیشتر و طول موج نور آزاد شده کوتاهتر می شود. این فرکانس ارتعاش فرکانس ارتعاش ذاتی ذره نامیده می شود. با این حال، این ارتعاش به خودی خود ایجاد نمی شود، به مقدار مشخصی انرژی نیاز دارد. هنگامی که یک ذره با نوری با طول موج مشخص تابش می شود و فرکانس نور تابیده شده با فرکانس ارتعاش ذاتی ذره برابر است، باعث تشدید می شود. الکترون های ذره با این فرکانس ارتعاش شروع به ارتعاش می کنند و در نتیجه ذره نور را در همه جهات پراکنده می کند و انرژی نور فرودی جذب می شود و به انرژی ذره تبدیل می شود و ذره دوباره انرژی را در شکل انرژی نور بنابراین، برای افرادی که از بیرون مشاهده می کنند، به نظر می رسد که نور به ذره برخورد می کند و سپس در همه جهات به بیرون پرواز می کند.

پراکندگی رایلی در فیبرهای نوری نیز اتفاق می افتد و اتلاف نور ناشی از آن را تلفات پراکندگی رایلی می نامند. با توجه به سطح فعلی تکنولوژی تولید فیبر نوری، می توان گفت که از دست دادن پراکندگی رایلی اجتناب ناپذیر است. با این حال، از آنجایی که بزرگی تلفات پراکندگی رایلی با توان چهارم طول موج نور نسبت معکوس دارد، تأثیر تلفات پراکندگی رایلی می تواند تا حد زیادی کاهش یابد زمانی که فیبر نوری در ناحیه طول موج بلند عمل می کند.

5. کمبود مادرزادی، هیچ کس نمی تواند کمک کند

ساختار فیبر نوری ناقص است، مانند حباب ها، ناخالصی ها، یا ضخامت ناهموار در فیبر نوری، به ویژه رابط ناهموار هسته-پوشش. وقتی نور به این مکان ها می رسد، بخشی از نور در همه جهات پراکنده می شود و باعث تلفات می شود. این ضرر را می توان با بهبود فرآیند تولید فیبر نوری برطرف کرد. پراکندگی باعث می شود نور در همه جهات ساطع شود و بخشی از نور پراکنده شده در جهت مخالف انتشار فیبر نوری بازتاب می شود. این قسمت از نور پراکنده را می توان در انتهای فرود فیبر نوری دریافت کرد. پراکندگی نور باعث از بین رفتن بخشی از انرژی نور می شود که نامطلوب است. با این حال، این پدیده می تواند مورد استفاده ما نیز قرار گیرد، زیرا اگر قدرت بخش دریافتی نور را در انتهای فرستنده آنالیز کنیم، می توانیم نقاط شکست، عیوب و از بین رفتن این فیبر نوری را بررسی کنیم. به این ترتیب می توان با زیرکی انسان، چیزهای بد را به خوبی تبدیل کرد.

از دست دادن فیبر در سال های اخیر، ارتباطات فیبر نوری به طور گسترده در بسیاری از زمینه ها استفاده شده است. یک موضوع مهم در تحقق ارتباطات فیبر نوری کاهش تلفات فیبر نوری تا حد امکان است. به اصطلاح از دست دادن به تضعیف فیبر نوری در واحد طول اشاره دارد و واحد dB/km است. سطح تلفات فیبر نوری مستقیماً بر فاصله انتقال یا فاصله بین ایستگاه های رله تأثیر می گذارد. بنابراین، درک و کاهش تلفات فیبر نوری اهمیت عملی زیادی برای ارتباطات فیبر نوری دارد.

1. از دست دادن جذب فیبر نوری

این به دلیل جذب انرژی نور توسط مواد فیبر نوری و ناخالصی ها ایجاد می شود. آنها انرژی نور را به صورت انرژی گرمایی در فیبر نوری مصرف می کنند که اتلاف مهمی در از دست دادن فیبر نوری است. کاهش جذب شامل موارد زیر است:

① از دست دادن جذب ذاتی مواد این تلفات ناشی از جذب ذاتی مواد است. دارای دو باند، یکی در ناحیه 8-12μm مادون قرمز نزدیک. جذب ذاتی این باند به دلیل ارتعاش است. باند جذب ذاتی دیگر مواد در نوار ماوراء بنفش است. هنگامی که جذب بسیار قوی است، دم آن به نوار 0.7-1.1μm کشیده می شود.

②کاهش جذب ناشی از ناخالصی ها و یون های ناخالصی مواد فیبر نوری حاوی فلزات واسطه مانند آهن، مس، کروم و غیره هستند. آنها پیک جذب و نوارهای جذب خاص خود را دارند و با حالت ظرفیتشان متفاوت است. اتلاف فیبر نوری ناشی از جذب یون های فلزات واسطه به غلظت آنها بستگی دارد. علاوه بر این، وجود OH- باعث کاهش جذب نیز می شود. پیک جذب پایه OH- نزدیک به 2.7μm است و باند جذب در محدوده 0.5-1.0μm است. برای فیبر نوری کوارتز خالص، تلفات ناشی از ناخالصی ها را می توان نادیده گرفت.

③ از دست دادن جذب نقص اتمی هنگامی که مواد فیبر نوری گرم می شود یا به شدت تابش می شود، برای تولید نقص اتمی تحریک می شود که منجر به جذب نور و تلفات می شود، اما به طور کلی این اثر بسیار کوچک است.

2. از دست دادن پراکندگی فیبر نوری

پراکندگی در داخل فیبر نوری باعث کاهش توان انتقال و ایجاد تلفات می شود. مهم ترین پراکندگی پراکندگی ریلی است که به دلیل تغییرات چگالی و ترکیب در داخل ماده فیبر نوری ایجاد می شود.

در طول فرآیند گرمایش مواد فیبر نوری، به دلیل هم زدن حرارتی، تراکم پذیری اتم ها ناهموار، چگالی مواد ناهموار و سپس ضریب شکست ناهموار است. این ناهمواری در طی فرآیند خنک سازی ثابت می شود و اندازه آن از طول موج موج نور کوچکتر است. هنگامی که نور با این مواد ناهموار که کوچکتر از طول موج موج نور هستند و در حین انتقال دارای نوسانات تصادفی هستند، برخورد می کند، جهت انتقال تغییر می کند، پراکندگی رخ می دهد و از دست دادن رخ می دهد. علاوه بر این، غلظت ناهموار اکسیدهای موجود در فیبر نوری و دوپینگ ناهموار نیز می تواند باعث پراکندگی و از بین رفتن شود.

3. از دست دادن پراکندگی موجبر

این پراکندگی ناشی از اعوجاج تصادفی یا ناهمواری رابط است. در واقع تبدیل حالت یا جفت شدن حالت ناشی از اعوجاج یا ناهمواری سطح است. یک حالت به دلیل نوسانات رابط، حالت‌های انتقال و حالت‌های تابشی دیگر را ایجاد می‌کند. از آنجایی که تضعیف حالت های مختلف منتقل شده در فیبر نوری متفاوت است، در فرآیند تبدیل حالت از راه دور، حالت با میرایی کم به حالت با میرایی زیاد تبدیل می شود. پس از تبدیل مداوم و تبدیل معکوس، اگرچه از دست دادن هر حالت متعادل خواهد شد، اما حالت به طور کلی ضرر اضافی ایجاد می کند، یعنی به دلیل تبدیل حالت، ضرر اضافی ایجاد می شود. این تلفات اضافی، تلفات پراکندگی موجبر است. برای کاهش این تلفات، بهبود فرآیند تولید فیبر نوری ضروری است. برای فیبرهای نوری که به خوبی کشیده شده یا کیفیت بالایی دارند، اساساً می توان این افت را نادیده گرفت.

4. از دست دادن تشعشع ناشی از خم شدن فیبر نوری

فیبر نوری نرم است و قابل خم شدن است. با این حال، پس از خم شدن تا حدی، اگرچه فیبر نوری می تواند نور را هدایت کند، مسیر انتقال نور را تغییر می دهد. تبدیل از حالت انتقال به حالت تابش باعث می شود بخشی از انرژی نور به داخل روکش نفوذ کند یا از روکش عبور کند تا به حالت تابشی تبدیل شود و نشت کند و در نتیجه باعث تلفات شود. هنگامی که شعاع خمش بیشتر از 5 تا 10 سانتی متر باشد، افت ناشی از خم شدن را می توان نادیده گرفت.

منبع: Dongguan HX Fiber Technology Co., Ltd