A introdução mais abrangente aos cabos de fibra ótica da história!

A fibra óptica é uma fibra feita de vidro ou plástico que pode ser usada como ferramenta de transmissão de luz. O principal objetivo da fibra óptica é a comunicação. Actualmente, a fibra óptica utilizada na comunicação é basicamente uma fibra óptica de sílica, tendo como componente principal a sílica de vidro de elevada pureza, nomeadamente o dióxido de silício (SiO2).

Os sistemas de comunicação por fibra óptica usam fibras ópticas para transmitir ondas de luz que transportam informações para atingir o objetivo da comunicação.

▎A história do desenvolvimento da comunicação por fibra óptica

 

Em 1880, Alexander Graham Bell inventou o “telefone óptico”.

Em 1887, o cientista britânico Charles Vernon Boys retirou a primeira fibra óptica do laboratório.

Em 1938, a Owens Illinois Glass Company dos Estados Unidos e a Nittobo Co., Ltd. do Japão começaram a produzir longas fibras de vidro.

Em 1951, o físico óptico Brian O'Brian propôs o conceito de revestimento.

Em 1956, um estudante da Universidade de Michigan fez a primeira fibra revestida de vidro. Ele usou um tubo de vidro com baixo índice de refração para derretê-lo em uma haste de vidro com alto índice de refração.

Em 1960, Theodore Maiman mostrou às pessoas o primeiro laser. Isso despertou o interesse das pessoas pela comunicação óptica. O laser parece ser um método de comunicação muito promissor que pode resolver o problema da largura de banda de transmissão. Muitos laboratórios começaram experimentos.

Em 1966, o estudioso anglo-chinês Gao Kun apontou a possibilidade e a abordagem técnica do uso de fibra óptica para transmissão de informações, lançando as bases para a moderna comunicação por fibra óptica.

Em 1970, a Corning nos Estados Unidos desenvolveu com sucesso uma fibra óptica de quartzo com perda de 20dB/km.

Em 1973, a Bell Laboratories dos Estados Unidos fez maiores conquistas, reduzindo a perda de fibra óptica para 2.5dB/km.

Em 1976, a Nippon Telegraph and Telephone (NTT) reduziu a perda de fibra óptica para 0.47 dB/km (comprimento de onda de 1.2 μm).

 

▎As características da comunicação por fibra óptica

 

Enorme capacidade de comunicação
Em teoria, uma única fibra pode transmitir 10 bilhões de canais de voz ao mesmo tempo. O teste atual de 500,000 canais de voz ao mesmo tempo foi bem-sucedido, o que é milhares ou até centenas de milhares de vezes mais do que os cabos coaxiais e microondas tradicionais.

Longa distância de retransmissão
A fibra óptica tem um coeficiente de atenuação muito baixo, juntamente com transmissão óptica apropriada, equipamento de recepção óptica, amplificador óptico, correção de erro direta e tecnologia de modulação de código RZ, etc., pode tornar a distância do relé de mais de milhares de quilômetros, enquanto o cabo tradicional só pode transmitir 1.5 km e microondas 50 km, o que é simplesmente incomparável.

Boa confidencialidade
Adaptável
Tem as vantagens de não ter medo de interferência de fortes campos eletromagnéticos externos, resistência à corrosão, etc.

O tamanho pequeno e peso leve
Fontes ricas de matérias-primas e preços baixos

▎Estrutura de fibra

 

A estrutura típica de uma fibra óptica é um cilindro coaxial multicamada, que é composto principalmente de um núcleo, um revestimento e uma camada de revestimento.

Núcleo de fibra
Localizada no centro da fibra óptica, a composição é de sílica de alta pureza com uma quantidade muito pequena de dopante. O índice de refração do núcleo é ligeiramente maior que o da casca e a perda é menor que a da casca. A energia luminosa é transmitida principalmente no núcleo.

Embrulho
Localizado ao redor do núcleo, sua composição também é sílica de alta pureza contendo uma quantidade muito pequena de dopantes. O revestimento fornece uma superfície reflexiva e isolamento de luz para transmissão de luz e desempenha um certo papel de proteção mecânica.

▎O princípio de funcionamento da fibra óptica

Princípio da Reflexão Total
Se o feixe de luz for direcionado do meio opticamente denso para o meio opticamente fino, o ângulo de refração é maior que o ângulo de incidência, conforme mostrado na figura.

Se θ0 for aumentado continuamente, o ângulo de refração θ1 pode atingir 90°, neste momento θ1 é chamado de ângulo crítico.

Quando a luz irradia do meio opticamente denso para o meio opticamente fino, e o ângulo de incidência é maior que o ângulo crítico, ocorrerá reflexão total.

A fibra óptica usa essa reflexão total para transmitir sinais ópticos.

▎A dispersão da fibra

Causas da dispersão de fibras

Na fibra óptica, o sinal óptico é composto por muitos componentes diferentes. Como a velocidade de propagação de cada componente de frequência ou cada componente de modo do sinal é diferente, após uma certa distância através da fibra óptica, haverá uma diferença de atraso de tempo entre os diferentes componentes, causando distorção na forma de onda do sinal de transmissão, alargamento do pulso, isso fenômeno é chamado de dispersão de fibras.

Influência da dispersão de fibras

A existência de dispersão de fibra distorce e amplia o pulso do sinal transmitido, causando interferência inter-símbolo. Para garantir a qualidade da comunicação, deve-se aumentar o intervalo inter-símbolo, ou seja, reduzir a taxa de transmissão do sinal, o que limita a capacidade de comunicação e a distância de transmissão do sistema de fibra ótica.

Classificação da dispersão de fibras

De acordo com as causas da dispersão, a dispersão de fibra pode ser dividida em dispersão modal, dispersão de material, dispersão de guia de onda e dispersão de polarização.

▎O espectro eletromagnético da fibra óptica

▎Perda de fibra

A perda de fibra óptica refere-se à diminuição da potência óptica devido à absorção, espalhamento e outros motivos após o sinal óptico ser transmitido através da fibra óptica.

▎A classificação da fibra óptica

fibra passo
Nas regiões do núcleo e da casca, as distribuições dos índices de refração são uniformes, n1 e n2, respectivamente. No limite entre o núcleo e o revestimento, o índice de refração muda gradativamente (n2

fibra graduada
O índice de refração no eixo da fibra é o maior (n1), mas diminui gradativamente com o aumento da direção radial da seção transversal. No limite entre o núcleo e o revestimento, ele apenas cai para o índice de refração n2 com a região do revestimento.

Fibra multimodo (MMF, fibra multimodo)
Pode transmitir vários modos de luz. No entanto, a dispersão intermodo é relativamente grande, o que limita a frequência de transmissão dos sinais digitais, e torna-se mais grave com o aumento da distância.

Fibra monomodo (SMF, fibra monomodo)
Apenas um modo de luz pode ser transmitido, então a dispersão entre modos é pequena, o que é adequado para comunicação remota.

▎Interface de fibra óptica

 

Existem os seguintes tipos de interfaces de fibra óptica:

FC redondo com rosca (mais usado em patch panel)
Rodada de encaixe ST
Tipo quadrado conectado ao cartão SC (mais usado em switches de roteador)
O conector LC tem forma semelhante ao conector SC, mas menor que o conector SC
Tipo quadrado MT-RJ, um transceptor de fibra dupla integrado
tipo MPO/MTP
tipo BFOC
tipo DIN
tipo FDDI
tipo de UM

Métodos de representação comuns, como “FC/PC”, “SC/PC” e “SC/APC” O que eles significam?

A parte antes de “/” indica o tipo de conector do pigtail, FC e SC são os mencionados acima, omitidos;

A parte após “/” indica o processo de corte do conector de fibra óptica, ou seja, o método de retificação.

“PC: Contato Físico”:
Sua seção transversal da junta é plana, na verdade é uma retificação e polimento microesférico, que é o mais utilizado em equipamentos de operadoras de telecomunicações.

“ACP”:
Tem um ângulo de 8 graus e é polido e polido por uma microesfera. É o modelo mais usado em rádio e televisão e nos primeiros CATV. Sua cabeça pigtail adota uma face final angulada, o que pode melhorar a qualidade do sinal de TV. A principal razão é que o sinal de TV é analógico. Modulação de luz, quando a superfície de acoplamento da junta é vertical, a luz refletida retorna ao longo do caminho original.

“UCP”:
A atenuação é menor que a do “PC”, sendo geralmente utilizada para equipamentos com necessidades especiais. Alguns fabricantes estrangeiros usam FC/UPC para jumpers de fibra interna em racks ODF, principalmente para melhorar o próprio equipamento ODF.

▎Módulo de fibra óptica

Transceptor óptico, o nome completo é transceptor óptico, é um componente importante no sistema de comunicação de fibra óptica.

Geralmente, os seguintes tipos de equipamentos de rede são incluídos:

SFP (transceptor conectável de fator de forma pequeno):

Transceptor conectável de pacote pequeno (interface LC), SFP suporta velocidades de 100M, 155M, 622M, 1000M, 1250M, 2500M.

GBIC (conversor de interface GigaBit):

Conversor de interface Gigabit Ethernet (interface SC)

XFP (transceptor plugável de fator de forma pequeno de 10 Gigabits):

Transceptor conectável de pacote pequeno de interface Ethernet de 10 Gigabit (interface LC)

XENPAK (pacote de transceptor EtherNet de 10 Gigabit):

Pacote de transceptor de interface Ethernet de 10 Gigabit (interface SC)

▎Emenda de fibra

A emenda por fusão é uma tecnologia de fiação que usa o calor gerado pela descarga entre as hastes do eletrodo para fundir a fibra óptica em um todo. É dividido nas duas categorias a seguir:

Método de alinhamento do núcleo de fibra
Este é um método de fusão de observar o fio do núcleo da fibra óptica sob um microscópio, posicionando-o por meio de processamento de imagem, tornando o eixo central do fio do núcleo consistente e, em seguida, descarregando. A máquina de emenda por fusão equipada com câmeras de observação bidirecionais é usada para posicionamento de duas direções.

Método de alinhamento de ranhura em V fixo
Este é um método de fusão que usa arranjo de ranhura em V de alta precisão de fibras ópticas e usa o efeito de alinhamento produzido pela tensão superficial da fibra fundida para realizar o alinhamento do diâmetro externo. Recentemente, devido ao desenvolvimento da tecnologia de fabricação, a precisão dimensional da posição do núcleo da fibra óptica foi aprimorada e, portanto, pode ser realizada fiação de baixa perda. Este método é usado principalmente para fiação única de vários núcleos.

cabo óptico

Cabo óptico: Utilizar materiais e estrutura de cabos adequados para abrigar e proteger a fibra óptica de comunicação, de forma que a fibra óptica fique protegida de influências e danos mecânicos e ambientais, sendo adequada para uso em diversas ocasiões.

▎A estrutura do cabo óptico

O cabo óptico é constituído por uma ou mais fibras ópticas ou feixes de fibras ópticas de acordo com as características químicas, mecânicas e ambientais. Independentemente da estrutura do cabo óptico, ele é composto basicamente por três partes: o núcleo do cabo, o elemento de reforço e a bainha.

Núcleo de cabo
A estrutura do núcleo do cabo deve atender aos seguintes requisitos básicos:

① Mantenha a fibra óptica na melhor posição e estado no cabo para garantir um desempenho de transmissão de fibra óptica estável. Quando o cabo óptico é submetido a certas forças externas, como tensão e pressão lateral, a fibra óptica não deve ser afetada por forças externas.

② Os elementos de reforço no núcleo do cabo devem ser capazes de suportar a tensão permitida.

③ A seção transversal do núcleo do cabo deve ser a menor possível para reduzir custos. Existem fibras ópticas, mangas ou esqueletos e elementos de reforço no núcleo do cabo, e o núcleo do cabo precisa ser preenchido com graxa, que tenha resistência confiável à umidade e evite que a umidade se espalhe no núcleo do cabo.

Camada protetora
Desde que a camada protetora do cabo óptico proteja o núcleo da fibra do cabo, ela pode evitar força mecânica externa e danos ambientais, de modo que a fibra óptica possa ser adaptada a várias ocasiões de colocação. Portanto, a camada protetora deve ter resistência à pressão, resistência à umidade e boas características de temperatura. Peso leve, resistência química e características retardadoras de chama.

A bainha do cabo óptico pode ser dividida em uma bainha interna e uma bainha externa. A camada protetora interna geralmente adota polietileno ou policloreto de vinila, etc. A camada protetora externa pode ser determinada de acordo com as condições de assentamento, usando fita de alumínio e revestimento externo de polietileno LAP e armadura de fio de aço.

Elemento fortalecedor
O elemento de reforço é principalmente para suportar a força externa aplicada durante a colocação e instalação. A configuração dos elementos de reforço de cabos de fibra ótica é geralmente dividida em um método de “elemento de reforço central” e um método de “elemento de reforço periférico”.

Geralmente, os elementos de reforço dos cabos ópticos trançados e esqueletos estão localizados no centro do núcleo do cabo e pertencem ao “elemento de reforço central” (núcleo de reforço); o elemento de reforço do cabo óptico do tipo tubo central move-se do núcleo do cabo para a bainha e pertence ao “elemento de reforço periférico”.

Os elementos de reforço geralmente incluem fio de aço metálico e plástico reforçado com fibra de vidro (FRP) não metálico. Cabos de fibra ótica não metálicos que usam elementos de reforço não metálicos podem efetivamente reverter as descargas atmosféricas.

▎Estrutura típica do cabo óptico

As estruturas de cabo de fibra óptica comumente usadas têm quatro tipos: trançado, esqueleto, tubo de feixe central e fita.

▎A classificação do cabo óptico

Cabo óptico externo
Usado principalmente para enterramento direto, dutos e construção aérea de linhas principais e redes de áreas metropolitanas.

Cabo de fita
Usado principalmente para a construção de redes de backbone metropolitanas com alta contagem de núcleos e alta densidade.

Figura 8 Cabo óptico
O cabo óptico integra a parte do núcleo do cabo e o fio de suspensão do fio de aço em uma bainha PE em forma de “8” para formar uma estrutura autoportante. Não há necessidade de erguer fios de suspensão e ganchos durante o processo de colocação, e a eficiência de construção é alta e o custo de construção é baixo. É muito simples realizar a colocação aérea entre postes elétricos, entre postes elétricos e prédios e entre prédios e prédios.

Cabo óptico interno
Usado principalmente para construção de LAN e fiação vertical dentro do prédio.

▎O modelo do cabo óptico

De acordo com as recomendações relevantes da ITU-T, o atual modelo de cabo óptico é composto por duas partes: o código de tipo do cabo óptico e o código de especificação da fibra óptica, separados por uma pequena linha horizontal no meio.

O código de tipo do cabo de fibra ótica é composto de cinco partes: classificação, elemento de reforço, características derivadas, bainha e camada externa.

O código e o significado da classificação de cabos ópticos
GY: Cabo óptico externo da sala de comunicação (campo)

GM: Cabo Óptico Móvel para Comunicação

GJ: Cabo óptico na sala de comunicação (escritório)

GS: Cabo óptico em equipamentos de comunicação

GH: Cabo óptico submarino para comunicação

GT: Cabo óptico especial para comunicação

 

O nome de código do membro de reforço e seu significado
Não assinado: membro de reforço de metal

F: Membro de reforço não metálico

Os nomes de código de recursos derivados e seus significados
As características estruturais do cabo óptico devem ser capazes de mostrar o tipo principal de núcleo do cabo e a estrutura derivada do cabo óptico. Quando o tipo de cabo óptico tiver várias características estruturais que precisam ser observadas, ele pode ser indicado pelo código de combinação, e o código de combinação é organizado na ordem dos seguintes códigos correspondentes de cima para baixo.

D: Estrutura de fita de fibra óptica

Não assinado: estrutura de revestimento de tubo solto de fibra

J: Estrutura de revestimento de manga apertada de fibra óptica

Não assinado: estrutura encalhada

G: Estrutura do sulco do esqueleto

X: Estrutura tubular da viga central

T: estrutura preenchida com pomada

Z: Estrutura autoportante

B: forma plana

Z: Retardador de chama

O nome de código da bainha e seu significado
Y: bainha de polietileno

V: bainha de PVC

U: bainha de poliuretano

A: Bainha liga alumínio-polietileno (bainha A)

S: Bainha ligada de aço-polietileno (bainha S)

W: Bainha liga de aço-polietileno com fios de aço paralelos (bainha W)

L: bainha de alumínio

G: bainha de aço

Q: Bainha de chumbo

O nome de código da camada protetora externa e seu significado
A bainha externa refere-se à camada de armadura e a camada externa fora da camada de armadura.