ลิงก์ใยแก้วนำแสง: แสงนำพาข้อมูลอย่างไร

เนื้อหาทุกส่วนในเอกสารชุดนี้ลงเอยที่จุดเดียวกัน — เส้นใยแก้วหนาหนึ่งในสิบมิลลิเมตรที่นำพาพัลส์ของแสงอินฟราเรด ลิงก์สื่อสารใยแก้วนำแสง คือตัวส่งที่สร้างพัลส์ ระบบใยแก้วนำแสงที่นำพาพัลส์เหล่านั้น และตัวรับที่แปลงกลับเป็นบิต รวมถึงทุกสิ่งที่อยู่ระหว่างทาง ได้แก่ คอนเนกเตอร์ แผงเชื่อมต่อ จุดเชื่อม สปลิตเตอร์ และฟิลเตอร์ หัวข้อนี้อธิบายฟิสิกส์และวิศวกรรมเบื้องหลังห่วงโซ่ดังกล่าวในระดับความลึกที่จำเป็นต่อการออกแบบ ทดสอบ และแก้ไขปัญหาลิงก์ — เหตุใดแสงจึงอยู่ในใยแก้วนำแสง อะไรทำให้แสงอ่อนลงและเลอะ ออปติกที่กำหนดให้ไปได้ไกลเพียงใด ระบบสายพาสซีฟประกอบด้วยอะไร วัดค่าอย่างไร และเสียหายได้อย่างไร

เหตุใดจึงใช้ใยแก้วนำแสง

ห่วงโซ่ของลิงก์

ลิงก์หนึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบต่อเนื่องกันเป็นชุด แต่ละองค์ประกอบมีการสูญเสีย และบางองค์ประกอบก็มีความผิดเพี้ยนด้วย

1. ตัวส่ง — เลเซอร์หรือ VCSEL ในทรานซีฟเวอร์ ปล่อยแสงกำลัง −8 … +4 dBm ที่ความยาวคลื่น 850, 1310 หรือ 1550 nm (เลเซอร์)
2. สายแพตช์คอร์ด — สายจัมเปอร์ยาว 1–5 m จากโมดูลไปยังแผงเชื่อมต่อ มีหน้าตัดปลายคอนเนกเตอร์สองจุด
3. แผงเชื่อมต่อ/ODF — อะแดปเตอร์ตรงจุดที่สายจัมเปอร์มาบรรจบกับพิกเทลที่เชื่อมต่อกับสาย
4. สาย — ใช้ภายในอาคาร ภายนอกอาคาร หรือแบบผสม ยาวตั้งแต่ไม่กี่เมตรถึงหลายสิบกิโลเมตร มีตั้งแต่หนึ่งเส้นถึงหลายร้อยเส้น (ระบบสายพาสซีฟ)
5. จุดเชื่อม สปลิตเตอร์ ฟิลเตอร์ — จุดเชื่อมแบบฟิวชันตลอดเส้นทาง สปลิตเตอร์ของ PON หรือมัลติเพล็กเซอร์ WDM ตรงจุดที่โทโพโลยีต้องการ
6. แผงเชื่อมต่อและสายแพตช์คอร์ดฝั่งปลายไกล — ภาพสะท้อนของฝั่งต้นทาง
7. ตัวรับ — โฟโตไดโอดในทรานซีฟเวอร์ฝั่งปลายทาง ต้องการกำลังแสง −12 … −28 dBm ขึ้นอยู่กับชนิด (ตัวรับ)

งบประมาณลิงก์ คือการคำนวณที่รวมการสูญเสียของข้อ 2–6 เข้าด้วยกัน เทียบกับผลต่างระหว่างข้อ 1 และข้อ 7 แล้วเหลือค่าเผื่อไว้ (วิศวกรรมงบประมาณลิงก์)

สี่สิ่งที่จำกัดลิงก์

ใยแก้วนำแสงในหนึ่งย่อหน้า

แสงอยู่ในแกนได้เพราะดัชนีหักเหของแกนสูงกว่าของแคลดดิงเล็กน้อย — การสะท้อนกลับหมดภายใน ใยแก้วนำแสงแบบ ซิงเกิลโหมด (แกน 9 µm) นำพาแสงเส้นทางเดียวและส่งได้ไกลหลายสิบกิโลเมตร ส่วนใยแก้วนำแสงแบบ มัลติโหมด (แกน 50 µm) นำพาแสงหลายร้อยเส้นทางที่มาถึงในเวลาต่างกันเล็กน้อย ซึ่งจำกัดระยะส่งไว้ที่หลักร้อยเมตร แต่ทำให้ใช้งานร่วมกับ VCSEL ราคาถูกที่ 850 nm ได้ รายละเอียด — โหมด รูรับแสงเชิงตัวเลข การสูญเสียจากการโค้งงอ เกรดใยแก้วนำแสง OM1–OM5 และ OS2 — อยู่ใน แสงเดินทางในใยแก้วนำแสงอย่างไร และ คอนเนกเตอร์และชนิดใยแก้วนำแสง

ยุคของลิงก์ใยแก้วนำแสง

ฝั่งทรานซีฟเวอร์ของประวัติศาสตร์นี้ ดูที่ ทรานซีฟเวอร์คืออะไร

อ่านเพิ่มเติม

• แสงเดินทางในใยแก้วนำแสงอย่างไร — ดัชนีหักเหและการสะท้อนกลับหมดภายใน รูรับแสงเชิงตัวเลข โหมด ซิงเกิลโหมดเทียบกับมัลติโหมด เส้นผ่านศูนย์กลางสนามโหมด ความยาวคลื่นตัดขาด การสูญเสียจากการโค้งงอ เกรดใยแก้วนำแสง
• การลดทอนและหน้าต่างการส่งสัญญาณ — การกระเจิงแบบเรย์ลีและการดูดกลืน จุดพีกของน้ำ หน้าต่าง 850/1310/1550 nm, dB/km ตามชนิดใยแก้วนำแสงและความยาวคลื่น การสูญเสียที่คอนเนกเตอร์และจุดเชื่อม
• ดิสเพอร์ชันและแบนด์วิดท์ — ดิสเพอร์ชันแบบโหมด แบบโครมาติก และแบบโพลาไรเซชัน ผลคูณแบนด์วิดท์–ระยะทาง ระยะส่งที่ถูกจำกัดด้วยดิสเพอร์ชัน การชดเชย
• ชนิดใยแก้วนำแสง — ซิงเกิลโหมด ITU-T G.652–G.657, เกรดมัลติโหมด OM1–OM5, ใยแก้วนำแสงชนิดพิเศษ การสูญเสียจากจุดต่อระหว่างใยแก้วนำแสงต่างชนิด การระบุชนิดใยแก้วนำแสงที่ติดตั้งอยู่
• ปรากฏการณ์ไม่เชิงเส้น — SPM, XPM, FWM, การกระเจิงบริลลูอินและรามาน มีผลที่จุดใด กำลังป้อนแสงที่เหมาะสม การบรรเทาผล
• การสะท้อนและการสูญเสียย้อนกลับ — การสะท้อนแบบเฟรสเนล ค่าการสะท้อนเทียบกับ ORL ค่าทั่วไปต่อองค์ประกอบ ข้อกำหนดของมาตรฐาน การวัด การรักษาระดับการสะท้อนให้ต่ำ
• วิธีการผลิตใยแก้วนำแสง — วัสดุ พรีฟอร์มแบบ MCVD/OVD/VAD/PCVD การดึงและการเคลือบ การทดสอบพิสูจน์แรงดึงและการประกันคุณภาพ ใยแก้วนำแสงชนิดพิเศษ ความหมายในภาคสนาม
• ความน่าเชื่อถือและการเสื่อมสภาพตามอายุ — ความแข็งแรงและความล้าแบบสถิต กฎการโค้งงอและความเครียด กลไกการเสื่อมสภาพตามอายุ อายุการใช้งานของแต่ละส่วน ใยแก้วนำแสงตามยุค การออกแบบเผื่อการเสื่อมสภาพ
• วิศวกรรมงบประมาณลิงก์ — สมการ ค่าเผื่อการสูญเสีย ค่าปรับ นโยบายค่าเผื่อ ตัวอย่างการคำนวณ โอเวอร์โหลดของตัวรับและตัวลดทอนสัญญาณ
• ระบบสายพาสซีฟ — สาย แผงเชื่อมต่อ พิกเทล จุดเชื่อม ตัวลดทอนสัญญาณ สปลิตเตอร์ ฟิลเตอร์ WDM กล่องหุ้ม และค่าเผื่อการสูญเสียของแต่ละอย่าง
• โครงสร้างสายเคเบิล — ชั้นต่าง ๆ ตระกูลสายเคเบิลตั้งแต่ลูสทูบไปจนถึง OPGW และริบบอนแบบม้วนได้ พิกัดทนไฟ รหัสสี การอ่านดาต้าชีตสายเคเบิล การเลือกสายเคเบิล
• โทโพโลยีเครือข่ายใยแก้วนำแสง — จุดต่อจุด ริง เมช ต้นไม้ PON, WDM; ระบบสายแบบมีโครงสร้าง รูปแบบดาต้าเซ็นเตอร์ FTTx การวางแผนจำนวนเส้นใยแก้วนำแสง การป้องกัน
• เส้นทางสายและการติดตั้ง — ท่อร้อยสาย การฝังดินโดยตรง การเดินอากาศ เส้นทางภายในอาคาร ขีดจำกัดของรัศมีโค้งงอและแรงดึง การวางแผนเส้นทาง กล่องต่อสาย การติดป้ายกำกับ การตรวจรับ
• เอกสารและการติดป้ายกำกับ — ชุดบันทึก รูปแบบรหัสระบุ ป้ายกำกับ มาตรฐาน เครื่องมือ กระบวนการและข้อผิดพลาดที่พบบ่อย
• โครงสร้างพื้นฐานเชิงแสงแบบแอ็กทีฟ — พาสซีฟเทียบกับแอ็กทีฟ แผนผังองค์ประกอบแอ็กทีฟ เดซิเบลหายไปที่ไหน ความเป็นเจ้าของและขอบเขตความรับผิดชอบ วงจรชีวิต
• ทรานซีฟเวอร์ในลิงก์ — การจับคู่โมดูลให้เข้ากับใยแก้วนำแสงและระยะทาง งบประมาณจากฝั่งโมดูล คอนเนกเตอร์และโพลาริตี ความเข้ากันได้ การวินิจฉัย ความไม่เข้ากันที่พบบ่อย
• ตัวขยายสัญญาณและการรีเจนเนอเรชัน — เมื่องบประมาณหมดลง EDFA/Raman/SOA/OEO ตำแหน่งติดตั้ง งบประมาณ OSNR การใช้งานสายที่ขยายสัญญาณ จะขยายสัญญาณ รีเจนเนอเรต หรือเปลี่ยนไปใช้โคฮีเรนต์
• อุปกรณ์ทรานสปอร์ตและการเข้าถึง — มีเดียคอนเวอร์เตอร์ ทรานสปอนเดอร์ ROADM, OLT/ONU สวิตช์ป้องกัน ไฟฟ้าและสถานที่ติดตั้ง การจัดการ ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย
• การตรวจติดตามและการจัดการ — ชั้นของการมองเห็นระบบ อะลาร์มและความหมาย เส้นฐานและแนวโน้ม โปรโตคอลและเครื่องมือ การเชื่อมโยงข้อมูลโมดูลกับข้อมูลใยแก้วนำแสง
• การเชื่อมสายและการเข้าหัวสาย — กระบวนการเชื่อมแบบฟิวชัน จุดเชื่อมแบบกลไก พิกเทลและขั้วต่อติดตั้งหน้างาน เกณฑ์การตรวจรับและข้อบกพร่อง
• การทดสอบและการวัด — แหล่งกำเนิดแสงและเพาเวอร์มิเตอร์ OTDR การสูญเสียย้อนกลับ การตรวจสอบหน้าตัดปลาย การรับรอง การใช้ DDM เป็นเครื่องวัด
• การอ่านกราฟ OTDR — พารามิเตอร์การตั้งค่า รายการเหตุการณ์ โซนบอดและช่วงไดนามิก การเฉลี่ยสองทิศทาง ระยะทางไปยังจุดตามเส้นทาง การอ่านค่าผิดพลาด เส้นใยที่มีสัญญาณใช้งานและ PON
• การตรวจสอบและทำความสะอาดหน้าตัดปลาย — ผลของการปนเปื้อน โซนและเกณฑ์ตามมาตรฐาน IEC 61300-3-35 อุปกรณ์และเทคนิค ชนิดของการปนเปื้อน วิธีทำความสะอาด ขั้นตอนปฏิบัติ
• การวิเคราะห์คุณลักษณะใยแก้วนำแสง — จำเป็นต้องทำเมื่อใด การทดสอบ ขีดจำกัดตามแต่ละบริการ การอ่านผลเพื่อระบุชนิดและอายุใยแก้วนำแสง ขั้นตอนและการรายงานผล
• เหตุขัดข้องของระบบสาย — การโค้งงอ สิ่งสกปรก ความไม่เข้ากัน จุดเชื่อมที่ไม่ดี การสะท้อน น้ำ ได้แก่ อาการ ลักษณะเฉพาะ วิธีแก้ไข
• การบำรุงรักษาและการกู้คืนระบบ — วงรอบการบำรุงรักษาเชิงป้องกัน การตรวจติดตาม อะไหล่สำรอง กระบวนการกู้คืนระบบ สาเหตุรากเหง้าของการหยุดทำงาน วงจรชีวิตของระบบสาย
• ความปลอดภัยและการจัดการ — คลาสเลเซอร์และระดับอันตราย กฎการทำงานกับเส้นใยที่มีสัญญาณใช้งาน แก้วและสารเคมี อันตรายในสถานที่ทำงาน การจัดการโมดูลและสาย
• แผนที่มาตรฐาน — ITU-T, IEC, TIA/ISO, Telcordia, IEEE/OIF และเอกสารระดับประเทศ จำแนกตามหน่วยงานและตามงาน เทียบรหัสมาตรฐานเคียงข้างกัน
• อภิธานศัพท์ใยแก้วนำแสง — คำศัพท์เรื่องแสง ชนิดใยแก้วนำแสงและสายเคเบิล อุปกรณ์พาสซีฟ คอนเนกเตอร์ การติดตั้ง การทดสอบ และการปฏิบัติงาน
• ค่าทั่วไป — การลดทอน ค่าเผื่อการสูญเสีย ค่าการสะท้อน รูปทรงเรขาคณิต ดิสเพอร์ชัน ขีดจำกัดทางกล ความยาวคลื่น ตัวเลข OTDR งบประมาณอินเทอร์เฟซ กำลังไฟฟ้าและความปลอดภัย
• สูตรและการคำนวณ — เดซิเบล การลดทอน พารามิเตอร์การนำคลื่น ดิสเพอร์ชัน งบประมาณลิงก์ การสะท้อน OTDR เวลาหน่วง กลศาสตร์ และการนับจำนวนสำหรับวางแผน แต่ละหัวข้อมีตัวอย่างการคำนวณประกอบ

ใน CodingBox

DDM ของทรานซีฟเวอร์คือเพาเวอร์มิเตอร์ในตัวของลิงก์ กำลังส่งที่ปลายด้านหนึ่ง กำลังรับที่ปลายอีกด้านหนึ่ง ผลต่างระหว่างสองค่านี้คือการสูญเสียของระบบสาย — ซึ่ง CodingBox อ่านค่าได้บนโต๊ะทดสอบ ส่วนสวิตช์อ่านค่าได้ขณะใช้งานจริง (DDM ในแอป, กำลัง Rx และงบประมาณลิงก์)