1.Wie werden Lichtwellenleiter kombiniert?

Antwort: Eine optische Faser besteht aus zwei Grundteilen: einem Kern aus transparenten optischen Materialien und einer Mantel- und Beschichtungsschicht.

2. Welche grundlegenden Parameter beschreiben die Übertragungseigenschaften von Glasfaserleitungen?

Antwort: Dazu gehören Verlust, Dispersion, Bandbreite, Grenzwellenlänge, Modenfelddurchmesser usw.

3. Was sind die Ursachen für die Faserdämpfung?

Antwort: Unter Faserdämpfung versteht man die Verringerung der optischen Leistung zwischen zwei Querschnitten einer Faser, die mit der Wellenlänge zusammenhängt. Die Hauptursachen für die Dämpfung sind Streuung, Absorption und optischer Verlust durch Steckverbinder und Verbindungen.

4. Wie ist der Dämpfungskoeffizient einer optischen Faser definiert?

Antwort: Sie wird durch die Dämpfung pro Längeneinheit einer gleichmäßigen optischen Faser im stationären Zustand (dB/km) definiert.

5. Was ist Einfügedämpfung?

Antwort: Damit ist die Dämpfung gemeint, die durch das Einsetzen optischer Komponenten (z. B. Steckverbinder oder Kupplungen) in die optische Übertragungsleitung verursacht wird.

6. Worauf bezieht sich die Bandbreite von Glasfasern?

Antwort: Die Bandbreite einer Glasfaser bezieht sich auf die Modulationsfrequenz, wenn die Amplitude der optischen Leistung um 50 % oder 3 dB im Vergleich zur Amplitude der Nullfrequenz in der Übertragungsfunktion einer Glasfaser reduziert wird. Die Bandbreite einer Glasfaser ist ungefähr umgekehrt proportional zu ihrer Länge, und das Produkt aus Bandbreite und Länge ist eine Konstante.

7. Wie viele Arten der Glasfaserdispersion gibt es? Worauf bezieht es sich?

Antwort: Die Dispersion einer optischen Faser bezieht sich auf die Verbreiterung der Gruppenverzögerung in einer optischen Faser, einschließlich Modendispersion, Materialdispersion und Strukturdispersion. Dies hängt von den Eigenschaften sowohl der Lichtquelle als auch der optischen Faser ab.

8. Wie lassen sich die Dispersionseigenschaften von Signalen beschreiben, die sich in Glasfasern ausbreiten?

Antwort: Es kann durch drei physikalische Größen beschrieben werden: Impulsverbreiterung, Bandbreite der optischen Faser und Dispersionskoeffizient der optischen Faser.

9. Was ist die Grenzwellenlänge?

Antwort: Es bezieht sich auf die kürzeste Wellenlänge, die nur den Grundmodus in der optischen Faser übertragen kann. Bei Singlemode-Lichtwellenleitern muss die Grenzwellenlänge kürzer sein als die Wellenlänge des übertragenen Lichts.

10. Welchen Einfluss wird die Ausbreitung von Glasfasern auf die Leistung von Glasfaserkommunikationssystemen haben?

Antwort: Die Dispersion der Glasfaser führt dazu, dass der optische Impuls während der Übertragung in der Glasfaser verbreitert wird, was sich auf die Bitfehlerrate, die Übertragungsentfernung und die Systemrate auswirkt.

11. Was ist die Rückstreumethode?

Antwort: Die Rückstreumethode ist eine Methode zur Messung der Dämpfung entlang der Länge einer optischen Faser. Der größte Teil der optischen Leistung breitet sich in der Glasfaser nach vorne aus, ein kleiner Teil wird jedoch zum Lichtsender zurückgestreut. Mithilfe eines Spektrometers am Lichtsender zur Beobachtung des zeitlichen Verlaufs der Rückstreuung können nicht nur die Länge und die Dämpfung der angeschlossenen einheitlichen Glasfaser von einem Ende aus gemessen werden, sondern auch die lokalen Unregelmäßigkeiten, Bruchstellen und optischen Leistungsverluste, die durch Verbindungen und Anschlüsse entstehen.

12. Was ist das Prüfprinzip des optischen Zeitbereichsreflektometers (OTDR)? Was sind seine Funktionen?

Antwort: OTDR basiert auf dem Prinzip der Lichtrückstreuung und Fresnel-Reflexion. Es nutzt das rückgestreute Licht, das bei der Lichtausbreitung in der Glasfaser entsteht, um Dämpfungsinformationen zu erhalten. Es kann verwendet werden, um die Dämpfung von Lichtwellenleitern, den Verbindungsverlust und die Position von Fehlerpunkten in Lichtwellenleitern zu messen und die Verlustverteilung entlang der Länge der Lichtwellenleiter zu verstehen. Es ist ein unverzichtbares Werkzeug bei der Konstruktion, Wartung und Überwachung optischer Kabel. Zu seinen Hauptindikatoren gehören: Dynamikbereich, Empfindlichkeit, Auflösung, Messzeit und Blindbereich.

13.Was ist der blinde Bereich von OTDR? Welche Auswirkungen hat dies auf den Test? Wie geht man bei tatsächlichen Tests mit dem blinden Bereich um?

Antwort: Normalerweise wird eine Reihe von „toten Winkeln“, die durch die Sättigung des OTDR-Empfangsendes aufgrund von Reflexionen verursacht werden, die von Merkmalspunkten wie aktiven Anschlüssen und mechanischen Verbindungen erzeugt werden, als blinde Bereiche bezeichnet.

Die Blindbereiche in optischen Fasern werden in Ereignis-Blindbereiche und Dämpfungs-Blindbereiche unterteilt: Der Längenabstand vom Startpunkt des Reflexionspeaks bis zum Sättigungspeak des Empfängers, der durch das Eingreifen aktiver Anschlüsse verursacht wird, wird als Ereignis-Blindbereiche bezeichnet. Der Abstand vom Startpunkt des Reflexionspeaks zu anderen identifizierbaren Ereignispunkten, die durch den Eingriff aktiver Anschlüsse in Glasfasern verursacht werden, wird als Dämpfungsblindbereiche bezeichnet.

Für OTDR gilt: Je kleiner der Blindbereich, desto besser. Der blinde Bereich wird mit zunehmender Breite der Impulsverbreiterung größer. Durch die Erhöhung der Impulsbreite erhöht sich zwar die Messlänge, aber auch der Blindbereich der Messung. Daher sollten beim Testen von Lichtwellenleitern schmale Impulse zum Messen des Lichtwellenleiters und benachbarter Ereignispunkte des OTDR-Zubehörs verwendet werden, während breite Impulse zum Messen des entfernten Endes des Lichtwellenleiters verwendet werden sollten.

14.Kann OTDR verschiedene Arten von optischen Fasern messen?

A: Wenn Sie ein Singlemode-OTDR-Modul zum Messen einer Multimode-Faser oder ein Multimode-OTDR-Modul zum Messen einer Singlemode-Faser mit einem Kerndurchmesser von 62,5 mm verwenden, wird das Messergebnis der Faserlänge nicht beeinflusst, aber die Ergebnisse der Faserdämpfung, der optischen Steckerdämpfung und der Rückflussdämpfung sind falsch. Daher müssen Sie bei der Messung von Glasfasern ein OTDR wählen, das zur zu messenden Glasfaser passt, damit Sie für alle Leistungsindikatoren die richtigen Ergebnisse erhalten.

15. Was bedeutet „1310 nm“ oder „1550 nm“ in gängigen optischen Prüfgeräten?

A: Es bezieht sich auf die Wellenlänge des optischen Signals. Der in der Glasfaserkommunikation verwendete Wellenlängenbereich liegt im nahen Infrarotbereich mit einer Wellenlänge zwischen 800 nm und 1700 nm. Es wird häufig in kurzwellige Bänder und langwellige Bänder unterteilt, wobei sich ersteres auf eine Wellenlänge von 850 nm und letzteres auf 1310 nm und 1550 nm bezieht.

16. Welche Lichtwellenlänge weist in derzeit kommerziellen optischen Fasern die geringste Streuung auf? Welche Lichtwellenlänge hat den geringsten Verlust?

Antwort: Licht mit einer Wellenlänge von 1310 nm hat die geringste Streuung und Licht mit einer Wellenlänge von 1550 nm weist den geringsten Verlust auf.

17. Wie werden optische Fasern entsprechend der Änderung des Brechungsindex des optischen Faserkerns klassifiziert?

Antwort: Sie können in optische Fasern mit Stufenindex und optische Fasern mit Gradientenindex unterteilt werden. Stufenindex-Lichtwellenleiter haben eine schmale Bandbreite und eignen sich für die Kommunikation über kurze Entfernungen mit geringer Kapazität. Optische Fasern mit Gradientenindex verfügen über eine große Bandbreite und eignen sich für die Kommunikation mittlerer und großer Kapazität.

18. Wie werden optische Fasern nach den verschiedenen in optischen Fasern übertragenen Lichtwellenmodi klassifiziert?

Antwort: Sie können in Singlemode-Lichtwellenleiter und Multimode-Lichtwellenleiter unterteilt werden. Der Kerndurchmesser von Singlemode-Lichtwellenleitern liegt etwa zwischen 1 und 10 μm. Bei einer gegebenen Arbeitswellenlänge wird nur ein einziger Grundmodus übertragen, was für Kommunikationssysteme mit großer Kapazität und großer Entfernung geeignet ist. Multimode-Lichtwellenleiter können mehrere Moden von Lichtwellen mit einem Kerndurchmesser von etwa 50 bis 60 μm übertragen und ihre Übertragungsleistung ist schlechter als die von Singlemode-Lichtwellenleitern.

Bei der Übertragung des aktuellen Differentialschutzes des Multiplexschutzes werden häufig Multimode-Lichtwellenleiter zwischen dem im Kommunikationsraum des Umspannwerks installierten optoelektronischen Umwandlungsgerät und dem im Hauptkontrollraum installierten Schutzgerät verwendet.

19. Welche Bedeutung hat die numerische Apertur (NA) von Stufenindex-Lichtwellenleitern?

Antwort: Die numerische Apertur (NA) gibt die Lichtsammelfähigkeit der optischen Faser an. Je größer die NA, desto stärker ist die Fähigkeit der Glasfaser, Licht zu sammeln.

20. Was ist die Doppelbrechung von Singlemode-Lichtwellenleitern?

Antwort: In einer Singlemode-Glasfaser gibt es zwei orthogonale Polarisationsmodi. Wenn die optische Faser nicht vollständig zylindrisch symmetrisch ist, sind die beiden orthogonalen Polarisationsmoden nicht entartet. Der Absolutwert des Unterschieds im Brechungsindex der beiden orthogonalen Polarisationsmodi ist die Doppelbrechung.

21. Was sind die gängigsten optischen Kabelstrukturen?

Antwort: Es gibt zwei Typen: den Layer-Twisted-Typ und den Skeleton-Typ.

22. Was sind die Hauptbestandteile optischer Kabel?

Antwort: Es besteht hauptsächlich aus: Faserkern, Glasfaserfett, Mantelmaterial, PBT (Polybutylenterephthalat) und anderen Materialien.

23. Worauf bezieht sich die Armierung optischer Kabel?

Antwort: Es bezieht sich auf das Schutzelement (normalerweise Stahldraht oder Stahlband), das in optischen Kabeln für besondere Zwecke (z. B. optische Unterseekabel usw.) verwendet wird. Die Armierung wird am Innenmantel des optischen Kabels befestigt.

24. Welche Materialien werden für den Mantel optischer Kabel verwendet?

Antwort: Der Mantel bzw. die Ummantelung optischer Kabel besteht üblicherweise aus den Materialien Polyethylen (PE) und Polyvinylchlorid (PVC) und dient dazu, den Kabelkern vor äußeren Einflüssen zu schützen.

25. Listen Sie die speziellen optischen Kabel auf, die in Stromversorgungssystemen verwendet werden.

Antwort: Es gibt hauptsächlich drei spezielle optische Kabel:

Erdungsdraht-Verbundlichtleiterkabel (OPGW), die optische Faser wird in der Stromleitung der stahlummantelten Aluminiumlitzenstruktur platziert. Die Anwendung des optischen OPGW-Kabels hat die Doppelfunktion von Erdungskabel und Kommunikation und verbessert effektiv die Auslastung von Strommasten und -türmen.

Umwickeltes optisches Kabel (GWWOP): Wenn eine Übertragungsleitung vorhanden ist, wird diese Art von optischem Kabel umwickelt oder am Erdungskabel aufgehängt.

Das selbsttragende optische Kabel (ADSS) verfügt über eine hohe Zugfestigkeit und kann direkt zwischen zwei Strommasten aufgehängt werden, mit einer maximalen Spannweite von bis zu 1000 m.

26. Wie viele Anwendungsstrukturen gibt es für optische OPGW-Kabel?

Antwort: Hauptsächlich: 1) Kunststoffrohrschicht verdreht + Aluminiumrohrstruktur; 2) Zentrales Kunststoffrohr + Aluminiumrohrstruktur; 3) Aluminiumskelettstruktur; 4) Spiralförmige Aluminiumrohrstruktur; 5) Einschichtige Edelstahlrohrstruktur (zentrale Edelstahlrohrstruktur, verdrehte Edelstahlrohrschichtstruktur); 6) Zusammengesetzte Edelstahlrohrstruktur (zentrale Edelstahlrohrstruktur, verdrehte Edelstahlrohrschichtstruktur).

27. Was sind die Hauptbestandteile des Litzendrahtes außerhalb des OPGW-Lichtleiterkabelkerns?

Antwort: Es besteht aus AA-Draht (Aluminiumlegierungsdraht) und AS-Draht (aluminiumbeschichteter Stahldraht).

28. Welche technischen Voraussetzungen sind für die Auswahl optischer OPGW-Kabelmodelle erforderlich?

Antwort: 1) Nennzugfestigkeit (RTS) des OPGW-Kabels (kN); 2) Anzahl der Faserkerne (SM) des OPGW-Kabels; 3) Kurzschlussstrom (kA); 4) Kurzschlusszeit (s); 5) Temperaturbereich (℃).

29. Wie wird der Biegegrad des optischen Kabels begrenzt?

Antwort: Der Biegeradius des optischen Kabels sollte während der Konstruktion (nicht statischer Zustand) nicht weniger als das 20-fache des Außendurchmessers des optischen Kabels und nicht weniger als das 30-fache des Außendurchmessers des optischen Kabels betragen.

30. Worauf ist bei der Entwicklung optischer ADSS-Kabel zu achten?

Antwort: Es gibt drei Schlüsseltechnologien: mechanisches Design optischer Kabel, Bestimmung der Aufhängepunkte sowie Auswahl und Installation der unterstützenden Hardware.

31. Was sind die wichtigsten Arten von optischen Kabelanschlüssen?

Antwort: Optische Kabelanschlüsse beziehen sich auf die Hardware, die zur Installation optischer Kabel verwendet wird, und umfassen hauptsächlich: Spannklemmen, Aufhängeklemmen, Vibrationsisolatoren usw.

32. Glasfaseranschlüsse haben zwei grundlegendste Leistungsparameter. Welche sind das?

Antwort: Glasfaseranschlüsse werden allgemein als stromführende Verbindungen bezeichnet. Bei den Anforderungen an die optische Leistung von Einzelfasersteckverbindern liegt der Fokus auf den beiden grundlegendsten Leistungsparametern Einfügungsdämpfung und Rückflussdämpfung.

33. Wie viele Arten häufig verwendeter Glasfaserstecker gibt es?

Antwort: Nach verschiedenen Klassifizierungsmethoden können Glasfasersteckverbinder in verschiedene Typen unterteilt werden. Je nach Übertragungsmedium können sie in Singlemode-Glasfasersteckverbinder und Multimode-Glasfasersteckverbinder unterteilt werden. Je nach Struktur können sie in verschiedene Typen unterteilt werden, z. B. FC, SC, ST, D4, DIN, Biconic, MU, LC, MT usw.; Je nach Pin-Endfläche des Steckverbinders können sie in FC, PC (UPC) und APC unterteilt werden. Häufig verwendete Glasfaseranschlüsse: Glasfaseranschluss vom Typ FC/PC, Glasfaseranschluss vom Typ SC, Glasfaseranschluss vom Typ LC.

34. Im Glasfaser-Kommunikationssystem sind die folgenden Elemente häufig anzutreffen. Bitte geben Sie deren Namen an.

AFC-, FC-Adapter ST-Adapter SC-Adapter FC/APC-, FC/PC-Stecker SC-Stecker ST-Stecker LC-Patchkabel MU-Patchkabel Singlemode- oder Multimode-Patchkabel.

35. Wie hoch ist die Einfügungsdämpfung (bzw. Einfügungsdämpfung) des Glasfasersteckers?

Antwort: Es bezieht sich auf den Wert der Reduzierung der effektiven Leistung der Übertragungsleitung, die durch das Einstecken des Steckers verursacht wird. Für Benutzer gilt: Je kleiner der Wert, desto besser. ITU-T schreibt vor, dass der Wert 0,5 dB nicht überschreiten darf.

36. Wie hoch ist die Rückflussdämpfung (oder Reflexionsdämpfung, Rückflussdämpfung, Rückflussdämpfung) des Glasfasersteckers?

Antwort: Es handelt sich um ein Maß für die Eingangsleistungskomponente, die vom Stecker reflektiert und über den Eingangskanal zurückgegeben wird. Sein typischer Wert sollte nicht weniger als 25 dB betragen.

37. Was ist der auffälligste Unterschied zwischen dem von Leuchtdioden und Halbleiterlasern emittierten Licht?

Antwort: Das von einer Leuchtdiode erzeugte Licht ist inkohärentes Licht mit einem breiten Spektrum; Das von einem Laser erzeugte Licht ist kohärentes Licht mit einem sehr schmalen Spektrum.

38. Was ist der offensichtlichste Unterschied zwischen den Arbeitseigenschaften einer Leuchtdiode (LED) und eines Halbleiterlasers (LD)?

Antwort: LED hat keinen Schwellenwert, während LD einen Schwellenwert hat. Der Laser wird nur erzeugt, wenn der eingespeiste Strom den Schwellenwert überschreitet.

39. Was sind die beiden am häufigsten verwendeten Single-Longitudinalmode-Halbleiterlaser?

Antwort: DFB-Laser und DBR-Laser, beides Laser mit verteilter Rückkopplung, und ihre optische Rückkopplung wird durch das Bragg-Gitter mit verteilter Rückkopplung im optischen Hohlraum bereitgestellt.

40. Welche zwei Haupttypen optischer Empfangsgeräte gibt es?

Antwort: Es handelt sich hauptsächlich um Fotodioden (PIN-Röhren) und Lawinenfotodioden (APDs).

41. Welche Faktoren verursachen Rauschen in Glasfaserkommunikationssystemen?

Antwort: Es gibt Rauschen, das durch unqualifiziertes Extinktionsverhältnis verursacht wird, Rauschen, das durch zufällige Änderungen der Lichtintensität verursacht wird, Rauschen, das durch Zeitjitter verursacht wird, Punktrauschen und thermisches Rauschen des Empfängers, Modenrauschen der optischen Faser, Rauschen, das durch Impulsverbreiterung durch Dispersion verursacht wird, Rauschen der Modenverteilung von LD, Rauschen, das durch Frequenz-Chirp von LD verursacht wird, und Rauschen, das durch Reflexion verursacht wird.

42. Welche Glasfasern werden derzeit hauptsächlich für den Bau von Übertragungsnetzen verwendet? Was sind ihre Hauptmerkmale?

Antwort: Es gibt drei Haupttypen: konventionelle G.652-Singlemode-Glasfasern, G.653-Dispersion-Shift-Singlemode-Glasfasern und G.655-Dispersions-Shifted-Glasfasern ungleich Null.

G.652-Singlemode-Fasern haben eine große Streuung im C-Band 1530–1565 nm und im L-Band 1565–1625 nm, im Allgemeinen 17–22 psnm·km. Wenn die Systemrate 2,5 Gbit/s oder mehr erreicht, ist eine Dispersionskompensation erforderlich. Bei 10 Gbit/s sind die Kosten für die Kompensation der Systemdispersion relativ hoch. Es ist die am häufigsten verwendete Faser im aktuellen Übertragungsnetz.

Die Dispersion von G.653-dispersionsverschobenen Fasern im C-Band und L-Band beträgt im Allgemeinen -1–3,5 psnm·km und ist bei 1550 nm null Dispersion. Die Systemrate kann 20 Gbit/s und 40 Gbit/s erreichen und ist damit die beste Glasfaser für die Einzelwellenlängenübertragung über große Entfernungen. Aufgrund seiner Nulldispersionseigenschaften treten jedoch nichtlineare Effekte auf, wenn DWDM zur Kapazitätserweiterung verwendet wird, was zu Signalübersprechen und Vierwellenmischungs-FWM führt, sodass es nicht für DWDM geeignet ist.

G.655-Faser mit Nicht-Null-Dispersionsverschiebung: Die Dispersion von G.655-Fasern mit Nicht-Null-Dispersionsverschiebung im C-Band beträgt 1 bis 6 psnm·km, und die Dispersion im L-Band beträgt im Allgemeinen 6 bis 10 psnm·km. Die Streuung ist gering, vermeidet den Nullstreuungsbereich, unterdrückt die Vierwellenmischung FWM und kann zur Erweiterung der DWDM-Kapazität und zur Eröffnung von Hochgeschwindigkeitssystemen verwendet werden. Die neue G.655-Faser kann die effektive Fläche auf das 1,5- bis 2-fache derjenigen herkömmlicher Glasfasern erweitern. Die große effektive Fläche kann die Leistungsdichte verringern und den nichtlinearen Effekt der optischen Faser verringern.

43. Was ist die Nichtlinearität von Glasfasern?

Antwort: Das bedeutet, dass, wenn die optische Leistung der Faser einen bestimmten Wert überschreitet, der Brechungsindex der optischen Faser nichtlinear mit der optischen Leistung zusammenhängt und Raman-Streuung und Brillouin-Streuung erzeugt werden, wodurch sich die Frequenz des einfallenden Lichts ändert.

44. Welche Auswirkungen wird die Nichtlinearität der Glasfaser auf die Übertragung haben?

Antwort: Der nichtlineare Effekt führt zu zusätzlichen Verlusten und Störungen, wodurch die Leistung des Systems beeinträchtigt wird. Die optische Leistung des WDM-Systems ist groß und wird über eine lange Distanz entlang der Glasfaser übertragen, sodass nichtlineare Verzerrungen auftreten. Es gibt zwei Arten nichtlinearer Verzerrung: stimulierte Streuung und nichtlineare Brechung. Unter diesen umfasst die stimulierte Streuung die Raman-Streuung und die Brillouin-Streuung. Die beiden oben genannten Arten der Streuung reduzieren die Energie des einfallenden Lichts und verursachen Verluste. Es kann ignoriert werden, wenn die Eingangsfaserleistung gering ist.

45. Was ist PON (Passives optisches Netzwerk)?

Antwort: PON ist ein optisches Glasfasernetzwerk im lokalen Benutzerzugangsnetzwerk, das auf passiven optischen Geräten wie Kopplern und Splittern basiert.

Verschiedene Ursachen für die Glasfaserdämpfung

1. Die Hauptfaktoren, die eine Faserdämpfung verursachen, sind: Eigendämpfung, Biegung, Extrusion, Verunreinigungen, Unebenheiten und Andocken.

Intrinsisch: Hierbei handelt es sich um den inhärenten Verlust optischer Fasern, einschließlich: Rayleigh-Streuung, inhärente Absorption usw.

Biegung: Wenn die optische Faser gebogen wird, geht ein Teil des Lichts in der optischen Faser durch Streuung verloren, was zu Verlusten führt.

Extrusion: Verlust, der durch eine leichte Biegung entsteht, wenn die Glasfaser gequetscht wird.

Verunreinigungen: Verunreinigungen in der optischen Faser absorbieren und streuen das sich in der optischen Faser ausbreitende Licht, was zu Verlusten führt.

Unebenheit: Verlust durch ungleichmäßigen Brechungsindex des Lichtwellenleitermaterials.

Andocken: Verluste, die durch das Andocken von Lichtwellenleitern verursacht werden, z. B.: unterschiedliche Achsen (Anforderungen an die Koaxialität von Singlemode-Lichtwellenleitern liegen unter 0,8 μm), die Endfläche ist nicht senkrecht zur Achse, die Endfläche ist uneben, der Durchmesser des Andockkerns stimmt nicht überein und die Qualität der Fusion ist schlecht.

Wenn Licht an einem Ende der Glasfaser eindringt und am anderen Ende wieder austritt, wird die Intensität des Lichts schwächer. Dies bedeutet, dass nach der Ausbreitung des optischen Signals durch die Glasfaser ein Teil der Lichtenergie gedämpft wird. Dies zeigt, dass sich bestimmte Substanzen in der Glasfaser befinden oder aus irgendeinem Grund den Durchgang des optischen Signals blockieren. Dies ist der Übertragungsverlust der Glasfaser. Nur durch die Reduzierung des Glasfaserverlusts kann das optische Signal reibungslos übertragen werden.

2. Klassifizierung des Glasfaserverlusts

Der Glasfaserverlust lässt sich grob in den inhärenten Verlust der Glasfaser und den zusätzlichen Verlust, der durch die Verwendungsbedingungen nach der Herstellung der Glasfaser verursacht wird, unterteilen. Die spezifischen Unterteilungen sind wie folgt:

Glasfaserverluste können in Eigenverluste und Zusatzverluste unterteilt werden.

Zu den inhärenten Verlusten gehören Streuverluste, Absorptionsverluste und Verluste, die durch eine unvollständige optische Faserstruktur verursacht werden.

Zu den zusätzlichen Verlusten zählen Mikrobiegeverluste, Biegeverluste und Spleißverluste.

Unter anderem werden beim Verlegen von Glasfasern künstlich zusätzliche Verluste verursacht. In praktischen Anwendungen ist es unvermeidlich, Glasfasern einzeln zu verbinden, und die Glasfaserverbindung führt zu Verlusten. Mikrokrümmungen, Quetschungen und Dehnungen optischer Fasern führen ebenfalls zu Verlusten. Dies sind alles Verluste, die durch die Einsatzbedingungen von Glasfasern verursacht werden. Der Hauptgrund liegt darin, dass sich unter diesen Bedingungen der Übertragungsmodus im Glasfaserkern geändert hat. Zusätzliche Verluste können weitestgehend vermieden werden. Im Folgenden besprechen wir nur den inhärenten Verlust von Glasfasern.

Unter den inhärenten Verlusten werden Streuverluste und Absorptionsverluste durch die Eigenschaften des optischen Fasermaterials selbst bestimmt, und auch die inhärenten Verluste, die bei verschiedenen Arbeitswellenlängen verursacht werden, sind unterschiedlich. Für die Entwicklung verlustarmer optischer Fasern und die rationelle Nutzung optischer Fasern ist es äußerst wichtig, den Mechanismus der Verlusterzeugung zu verstehen und die Größe der durch verschiedene Faktoren verursachten Verluste quantitativ zu analysieren.

3. Absorptionsverlust von Materialien

Die zur Herstellung optischer Fasern verwendeten Materialien können Lichtenergie absorbieren. Nachdem die Partikel im Lichtwellenleitermaterial Lichtenergie absorbiert haben, vibrieren sie und erzeugen Wärme, und die Energie geht verloren, wodurch Absorptionsverluste entstehen. Wir wissen, dass Materie aus Atomen und Molekülen besteht und dass Atome aus Atomkernen und extranuklearen Elektronen bestehen und dass Elektronen den Atomkern auf einer bestimmten Umlaufbahn umkreisen. Dies ist genau wie die Erde, auf der wir leben, und Planeten wie Venus und Mars kreisen um die Sonne. Jedes Elektron hat eine bestimmte Energie und befindet sich auf einer bestimmten Umlaufbahn, oder anders ausgedrückt: Jede Umlaufbahn hat ein bestimmtes Energieniveau.

Das Bahnenergieniveau in der Nähe des Kerns ist niedriger und das Bahnenergieniveau weiter vom Kern entfernt ist höher. Die Größe dieses Energieniveauunterschieds zwischen Umlaufbahnen wird als Energieniveauunterschied bezeichnet. Wenn ein Elektron von einem niedrigen Energieniveau auf ein hohes Energieniveau übergeht, absorbiert es die Energie der entsprechenden Energieniveaudifferenz.

Wenn in einer optischen Faser ein Elektron mit einem bestimmten Energieniveau mit Licht einer Wellenlänge bestrahlt wird, die der Energieniveaudifferenz entspricht, wechselt das Elektron in der Umlaufbahn mit niedrigem Energieniveau in die Umlaufbahn mit einem höheren Energieniveau. Dieses Elektron absorbiert Lichtenergie, was zu einem Lichtabsorptionsverlust führt.

Siliziumdioxid (SiO2), der Grundstoff für die Herstellung optischer Fasern, absorbiert selbst Licht. Die eine wird Ultraviolettabsorption und die andere Infrarotabsorption genannt. Derzeit funktioniert die Glasfaserkommunikation im Allgemeinen nur im Wellenlängenbereich von 0,8 bis 1,6 μm, daher diskutieren wir nur den Verlust in diesem Arbeitsbereich.

Der durch Elektronenübergänge in Quarzglas erzeugte Absorptionspeak liegt bei etwa 0,1 bis 0,2 μm Wellenlänge im ultravioletten Bereich. Mit zunehmender Wellenlänge nimmt die Absorptionswirkung allmählich ab, der betroffene Bereich ist jedoch sehr groß, bis hin zu Wellenlängen über 1 μm. Die UV-Absorption hat jedoch nur geringe Auswirkungen auf optische Quarzfasern, die im Infrarotbereich arbeiten. Beispielsweise kann im Bereich des sichtbaren Lichts bei einer Wellenlänge von 0,6 μm die UV-Absorption 1 dB/km erreichen, bei einer Wellenlänge von 0,8 μm sinkt sie auf 0,2 bis 0,3 dB/km und bei einer Wellenlänge von 1,2 μm beträgt sie nur noch etwa 0,1 dB/km.

Der Infrarotabsorptionsverlust der optischen Quarzfaser wird durch die molekulare Schwingung des Infrarotmaterials verursacht. Im Band oberhalb von 2 μm gibt es mehrere Schwingungsabsorptionsspitzen.

Aufgrund des Einflusses verschiedener Dotierungselemente in der optischen Faser ist es für optische Quarzfasern unmöglich, im Band über 2 μm ein verlustarmes Fenster zu haben, und der theoretische Grenzverlust bei einer Wellenlänge von 1,85 μm beträgt ldB/km.

Durch Untersuchungen wurde auch festgestellt, dass es in Quarzglas einige „zerstörerische Moleküle“ gibt, die Probleme verursachen, hauptsächlich einige schädliche Übergangsmetallverunreinigungen wie Kupfer, Eisen, Chrom, Mangan usw. Diese „bösen Jungs“ absorbieren gierig Lichtenergie unter Lichteinstrahlung, springen herum und verursachen Lichtenergieverluste. Durch die Beseitigung der „Unruhestifter“ und die chemische Reinigung der zur Herstellung von Lichtwellenleitern verwendeten Materialien kann der Verlust deutlich reduziert werden.

Eine weitere Absorptionsquelle in optischen Quarzfasern ist Hydroxyl (OHˉ). Untersuchungen aus dieser Zeit ergaben, dass Hydroxyl drei Absorptionspeaks im Arbeitsband der optischen Faser aufweist, nämlich 0,95 μm, 1,24 μm und 1,38 μm, wobei der Absorptionsverlust bei der Wellenlänge von 1,38 μm am gravierendsten ist und den größten Einfluss auf die optische Faser hat. Bei einer Wellenlänge von 1,38 μm beträgt der durch den Hydroxidgehalt von nur 0,0001 erzeugte Absorptionsspitzenverlust bis zu 33 dB/km.

Woher kommen diese Hydroxide? Es gibt viele Quellen für Hydroxide. Erstens gibt es Wasser und Hydroxidverbindungen in den Materialien, die zur Herstellung optischer Fasern verwendet werden. Diese Hydroxidverbindungen lassen sich bei der Reinigung der Rohstoffe nur schwer entfernen und verbleiben schließlich in Form von Hydroxiden in der optischen Faser; Zweitens ist in den Hydroxiden, die zur Herstellung optischer Fasern verwendet werden, eine geringe Menge Wasser enthalten. Drittens entsteht Wasser aufgrund chemischer Reaktionen während des Herstellungsprozesses optischer Fasern. Viertens wird Wasserdampf durch den Eintritt von Außenluft eingebracht. Der aktuelle Herstellungsprozess hat sich jedoch auf ein ziemlich hohes Niveau entwickelt und der Hydroxidgehalt ist auf ein so niedriges Niveau gesunken, dass seine Auswirkungen auf optische Fasern vernachlässigt werden können.

4. Streuverlust

Wenn Sie in der dunklen Nacht eine Taschenlampe in den Himmel richten, können Sie einen Lichtstrahl sehen. Menschen haben auch dicke Lichtstrahlen von Suchscheinwerfern am Nachthimmel gesehen.

Warum sehen wir diese Lichtstrahlen? Dies liegt daran, dass in der Atmosphäre viele winzige Partikel wie Rauch und Staub schweben. Wenn Licht auf diese Partikel fällt, wird es gestreut und schießt in alle Richtungen. Dieses Phänomen wurde erstmals von Rayleigh entdeckt, daher nannte man diese Streuung „Rayleigh-Streuung“.

Wie kommt es zur Streuung? Es stellt sich heraus, dass die winzigen Teilchen wie Moleküle, Atome und Elektronen, aus denen die Materie besteht, mit bestimmten Eigenfrequenzen schwingen und Licht mit einer Wellenlänge freisetzen können, die der Schwingungsfrequenz entspricht. Die Schwingungsfrequenz eines Partikels wird durch die Partikelgröße bestimmt. Je größer das Teilchen, desto niedriger ist die Schwingungsfrequenz und desto länger ist die Wellenlänge des freigesetzten Lichts. Je kleiner das Teilchen ist, desto höher ist die Schwingungsfrequenz und desto kürzer ist die Wellenlänge des freigesetzten Lichts. Diese Schwingungsfrequenz wird Eigenschwingungsfrequenz des Teilchens genannt. Allerdings wird diese Schwingung nicht von selbst erzeugt, sondern erfordert eine gewisse Energiemenge. Sobald ein Partikel mit Licht einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt wird und die Frequenz des eingestrahlten Lichts mit der Eigenschwingungsfrequenz des Partikels übereinstimmt, kommt es zu Resonanz. Die Elektronen im Teilchen beginnen mit dieser Schwingungsfrequenz zu schwingen, was dazu führt, dass das Teilchen Licht in alle Richtungen streut, die Energie des einfallenden Lichts absorbiert und in die Energie des Teilchens umgewandelt wird und das Teilchen die Energie in Form von Lichtenergie wieder abgibt. Daher scheint es für Menschen, die von außen beobachten, so zu sein, als ob das Licht auf das Teilchen trifft und dann in alle Richtungen hinausfliegt.

Rayleigh-Streuung tritt auch in optischen Fasern auf, und der dadurch verursachte Lichtverlust wird Rayleigh-Streuungsverlust genannt. Angesichts des aktuellen Stands der Technologie zur Herstellung optischer Fasern kann man sagen, dass Verluste durch Rayleigh-Streuung unvermeidbar sind. Da jedoch die Größe des Rayleigh-Streuverlusts umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge des Lichts ist, kann der Einfluss des Rayleigh-Streuverlusts erheblich reduziert werden, wenn die optische Faser im langwelligen Bereich betrieben wird.

5. Angeborener Mangel, niemand kann helfen

Die Struktur der optischen Faser ist unvollständig, z. B. Blasen, Verunreinigungen oder ungleichmäßige Dicke der optischen Faser, insbesondere die ungleichmäßige Kern-Mantel-Grenzfläche. Wenn das Licht diese Stellen erreicht, wird ein Teil des Lichts in alle Richtungen gestreut, was zu Verlusten führt. Dieser Verlust kann durch eine Verbesserung des Herstellungsprozesses für optische Fasern ausgeglichen werden. Durch die Streuung wird Licht in alle Richtungen abgestrahlt und ein Teil des gestreuten Lichts wird in die entgegengesetzte Richtung der Lichtwellenleiterausbreitung zurückreflektiert. Dieser Teil des Streulichts kann am Einfallsende der Lichtleitfaser empfangen werden. Durch die Lichtstreuung geht ein Teil der Lichtenergie verloren, was unerwünscht ist. Dieses Phänomen kann aber auch von uns genutzt werden, denn wenn wir die Stärke des empfangenen Teils des Lichts am Senderende analysieren, können wir die Bruchstellen, Defekte und Verluste dieser Glasfaser überprüfen. Auf diese Weise können durch menschlichen Einfallsreichtum schlechte Dinge in gute Dinge verwandelt werden.

Glasfaserverlust In den letzten Jahren hat die Glasfaserkommunikation in vielen Bereichen breite Anwendung gefunden. Ein wichtiges Thema bei der Realisierung der Glasfaserkommunikation besteht darin, den Glasfaserverlust so weit wie möglich zu reduzieren. Der sogenannte Verlust bezieht sich auf die Dämpfung einer Glasfaser pro Längeneinheit und die Einheit ist dB/km. Der Grad des Glasfaserverlusts wirkt sich direkt auf die Übertragungsentfernung oder die Entfernung zwischen Relaisstationen aus. Daher ist das Verständnis und die Reduzierung von Glasfaserverlusten für die Glasfaserkommunikation von großer praktischer Bedeutung.

1. Absorptionsverlust der optischen Faser

Dies wird durch die Absorption von Lichtenergie durch optische Fasermaterialien und Verunreinigungen verursacht. Sie verbrauchen Lichtenergie in Form von Wärmeenergie in der Glasfaser, was einen erheblichen Verlust bei der Glasfaserdämpfung darstellt. Der Absorptionsverlust umfasst Folgendes:

① Eigenabsorptionsverlust des Materials Dies ist der Verlust, der durch die Eigenabsorption des Materials verursacht wird. Es hat zwei Bänder, eines im 8–12 μm-Bereich des nahen Infrarots. Die intrinsische Absorption dieses Bandes ist auf Vibration zurückzuführen. Die andere intrinsische Absorptionsbande des Materials liegt im ultravioletten Band. Wenn die Absorption sehr stark ist, wird sein Schwanz in die 0,7-1,1-μm-Bande gezogen.

②Absorptionsverlust durch Dotierstoffe und Verunreinigungsionen. Optische Fasermaterialien enthalten Übergangsmetalle wie Eisen, Kupfer, Chrom usw. Sie haben ihre eigenen Absorptionsspitzen und Absorptionsbanden und variieren mit ihren Valenzzuständen. Der durch die Absorption von Übergangsmetallionen verursachte Glasfaserverlust hängt von deren Konzentration ab. Darüber hinaus führt die Anwesenheit von OH- auch zu einem Absorptionsverlust. Der grundlegende Absorptionspeak von OH- liegt bei etwa 2,7 μm und die Absorptionsbande liegt im Bereich von 0,5–1,0 μm. Bei reinen optischen Quarzfasern kann der durch Verunreinigungen verursachte Verlust vernachlässigt werden.

③ Atomdefektabsorptionsverlust Wenn das optische Fasermaterial erhitzt oder stark bestrahlt wird, wird es zur Erzeugung atomarer Defekte angeregt, was zu Lichtabsorption und Verlust führt. Im Allgemeinen ist dieser Effekt jedoch sehr gering.

2. Streuverlust der optischen Faser

Die Streuung innerhalb der Glasfaser verringert die Übertragungsleistung und erzeugt Verluste. Die wichtigste Streuung ist die Rayleigh-Streuung, die durch Dichte- und Zusammensetzungsänderungen im Inneren des Glasfasermaterials verursacht wird.

Während des Erhitzungsprozesses des optischen Fasermaterials ist aufgrund der thermischen Bewegung die Kompressibilität der Atome ungleichmäßig, die Dichte des Materials ist ungleichmäßig und dann ist der Brechungsindex ungleichmäßig. Diese Unebenheit wird beim Abkühlvorgang fixiert und ist kleiner als die Wellenlänge der Lichtwelle. Wenn Licht auf diese unebenen Materialien trifft, die kleiner als die Wellenlänge der Lichtwelle sind und während der Übertragung zufällige Schwankungen aufweisen, ändert sich die Übertragungsrichtung, es kommt zu Streuung und es kommt zu Verlusten. Darüber hinaus können die ungleichmäßige Konzentration der in der optischen Faser enthaltenen Oxide und die ungleichmäßige Dotierung ebenfalls zu Streuung und Verlusten führen.

3. Wellenleiterstreuverlust

Dies ist die Streuung, die durch zufällige Verzerrung oder Rauheit der Grenzfläche verursacht wird. Tatsächlich handelt es sich um die Modenumwandlung oder Modenkopplung, die durch Oberflächenverzerrung oder -rauheit verursacht wird. Ein Modus erzeugt aufgrund der Schwankung der Schnittstelle andere Übertragungsmodi und Strahlungsmodi. Da die Dämpfung verschiedener in der Glasfaser übertragener Moden unterschiedlich ist, wird bei der Modenumwandlung über große Entfernungen die Mode mit geringer Dämpfung zur Mode mit großer Dämpfung. Nach der kontinuierlichen Konvertierung und der umgekehrten Konvertierung werden zwar die Verluste jedes Modus ausgeglichen, der Modus als Ganzes erzeugt jedoch zusätzliche Verluste, das heißt, es entstehen zusätzliche Verluste aufgrund der Konvertierung des Modus. Dieser zusätzliche Verlust ist der Wellenleiterstreuverlust. Um diesen Verlust zu reduzieren, ist es notwendig, den Herstellungsprozess für optische Fasern zu verbessern. Bei gut gezogenen bzw. qualitativ hochwertigen Lichtwellenleitern kann dieser Verlust grundsätzlich vernachlässigt werden.

4. Strahlungsverlust durch Biegen optischer Fasern

Lichtwellenleiter sind weich und können gebogen werden. Nach einer gewissen Biegung kann die optische Faser zwar Licht leiten, ändert jedoch den Übertragungsweg des Lichts. Die Umwandlung vom Transmissionsmodus in den Strahlungsmodus führt dazu, dass ein Teil der Lichtenergie in die Ummantelung eindringt oder durch die Ummantelung geht, in einen Strahlungsmodus übergeht und austritt, wodurch Verluste entstehen. Bei einem Biegeradius von mehr als 5 bis 10 cm kann der Biegeverlust vernachlässigt werden.

Quelle: Dongguan HX Fiber Technology Co., Ltd