одномодовое-волокно
Оптические волокнакоторые могут передавать только одну моду, называются одномодовыми волокнами. Одномодовые волокна-могут передавать только основную моду (моду низшего порядка), при этом разница между-задержкой между модами отсутствует. Поэтому они имеют гораздо большую пропускную способность, чем многомодовые волокна, что имеет решающее значение для высокоскоростной-передачи данных. Полоса пропускания одномодового волокна обычно находится в диапазоне десятков ГГц·км или выше.
Структура одномодового волокна со ступенчатым -индексом- показана на рисунке 2-13. Одномодовое волокно имеет небольшой диаметр сердцевины, что обеспечивает одномодовую передачу, но диаметр его оболочки более чем в десять раз превышает диаметр сердцевины во избежание оптических потерь. Функции каждой части структуры одномодового волокна аналогичны функциям многомодового волокна. Разница в том, что диаметр сердцевины выражается через диаметр поля моды, зависящий от длины волны *w*. Этот тип волокна широко используется в современной волоконно-оптической технике связи.
На рисунке 2-13 показана структура одномодового оптического волокна со ступенчатым-индексом.
Размерные параметры одномодовых-оптических волокон типов В1.1 и В4 приведены в Таблице 2-1 и Таблице 2-2.
| Имя | Параметр |
|---|---|
| Режим 1310 нм-диаметр поля | [(8.6 ~ 9.5) ± 0.7] µm |
| Диаметр оболочки | (125 ± 1) µm |
| Ошибка концентричности волокна 1310 нм | Меньше или равно 0,8 мкм |
| Не-круглость облицовки | Меньше или равно 2% |
| Диаметр покрытия (основной цвет) | (245 ± 10) µm |
| Диаметр покрытия (цветной) | (250 ± 15) µm |
| Ошибка концентричности плакирования/покрытия | Меньше или равно 12,5 мкм |
Таблица 2-1. Размерные параметры одномодового волокна B1.1.
| Имя | Параметр |
|---|---|
| Режим 1550 нм-диаметр поля | [(8.0 ~ 11.0) ± 0.7] µm |
| Диаметр оболочки | (125 ± 1) µm |
| Ошибка концентричности волокна 1550 нм | Меньше или равно 0,8 мкм |
| Не-круглость облицовки | Меньше или равно 2% |
| Диаметр покрытия (основной цвет) | (245 ± 10) µm |
| Диаметр покрытия (цветной) | (250 ± 15) µm |
| Ошибка концентричности плакирования/покрытия | Меньше или равно 12,5 мкм |
Таблица 2-2. Размерные параметры одномодового волокна B4
Стандарты и применение одномодового оптоволокна-
Одномодовое волокно-с его преимуществами низкого затухания, широкой полосы пропускания, большой емкости, низкой стоимости и простоты расширения является идеальной средой передачи оптической связи и широко используется во всем мире. В настоящее время, с развитием информационного общества, исследователи разработали волоконные усилители, технологии мультиплексирования с временным- разделением каналов (TDM), мультиплексирования с разделением по длине волны- (WDM) и мультиплексирования с частотным- разделением каналов (FDM), что еще больше увеличивает дальность передачи, пропускную способность и скорость передачи данных по одномодовому оптоволокну.
Стоит отметить, что хотя оптоволоконные усилители увеличивают дальность передачи, а технологии мультиплексирования обеспечивают высокую-скорость и-емкость передачи сигнала, они также увеличивают влияние дисперсии и нелинейных эффектов на качество передачи в системе. Поэтому было специально исследовано и разработано несколько типов оптических волокон: волокно со смещенной дисперсией-, волокно с не-нулевой дисперсией-сдвинутой дисперсией, волокно со сплющенной дисперсией-и волокно с компенсацией дисперсии-, каждое из которых обладает своими уникальными преимуществами в борьбе с дисперсией и нелинейными эффектами.
Одномодовые оптические волокна можно разделить на пять типов в зависимости от того, имеют ли они нулевую-длину волны дисперсии и сдвиг длины волны отсечки. В октябре 2000 года Сектор стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи (ITU-T) выпустил рекомендации для четырех из этих типов: волокон G.652, G.653, G.654 и G.655. Соответствие между соглашениями об именах IEC (Международной электротехнической комиссии) и ITU-T для одномодовых оптических волокон показано на рисунке 2-14.
| Китайское имя | МСЭ-Т | МЭК |
|---|---|---|
| Одномодовое-волокно | ||
| Одномодовое волокно без-сдвинутой дисперсии- | G.652 A/B/C | Б1.1 и Б1.3 |
| Одномодовое волокно со сдвигом дисперсии- | G.653 | B2 |
| Отрезанное-одномодовое волокно со сдвигом длины волны- | G.654 | B1.2 |
| Одномодовое волокно со сдвигом-не-дисперсией | G.655 A/B | B4 |
| Широкополосное одномодовое волокно с не-нулевой дисперсией и смещением- | - | - |
| Одномодовое волокно,-нечувствительное к изгибам- | - | - |
На рисунке 2-14 показано соответствие между различными одномодовыми оптическими волокнами-, названными IEC и ITU-T.
G.652 – одномодовое волокно без дисперсии-смещения-
В стандартном тексте волокно G.652 подразделяется на G.652A, G.652B и G.652C на основе его затухания, дисперсии, дисперсии моды поляризации, рабочего диапазона длин волн и применения в системах SDH с разными скоростями передачи. По сути, волокно G.652 можно разделить на два типа: обычное одномодовое-волокно (G.652A и G.652B) и одномодовое волокно с низким-водным-пиком- (G.652C).
(1) Обычное одномодовое-волокно: Обычное одномодовое-волокно начало коммерческое использование в 1983 году. Его рабочие характеристики: нулевая дисперсия на длине волны 1310 нм; минимальный коэффициент затухания вблизи длины волны 1550 нм — примерно 0,22 дБ/км, а максимальный коэффициент дисперсии — 17 пс/(нм·км) вблизи 1550 нм; рабочая длина волны этого волокна может быть выбрана как в диапазоне длин волн 1310 нм, так и в диапазоне 1550 нм, при этом оптимальная рабочая длина волны находится в диапазоне 1310 нм. Это волокно часто называют «обычным» или «стандартным» одномодовым волокном, и в настоящее время оно является наиболее широко используемым волокном. На сегодняшний день совокупная дальность его развертывания по всему миру достигла 7 x 10⁻⁶ км.
(2) Одномодовое волокно с низким-водным-пиком-. Для решения проблем, с которыми сталкиваются городские сети (MAN), таких как сложные и переменные среды обслуживания, большое количество напрямую поддерживаемых пользователей и короткие расстояния передачи (обычно всего 50-80 км), принятое решение заключается в использовании технологии мультиплексирования с разделением по длине волны высокой-плотности (HDWDM) с десятками и сотнями мультиплексированных длин волн. Это включает в себя распределение услуг с разными скоростями и характеристиками для разных длин волн, а также выполнение маршрутизации и демультиплексирования на оптическом пути. Поэтому необходимо разработать одномодовое волокно с низким-водяным-пиковым-волокном (ITU-T G.652C) с более широким рабочим диапазоном длин волн для удовлетворения потребностей разработки HDWDM MAN.
G.653 Одномодовое волокно с дисперсией-сдвигом-
Одномодовое волокно с -смещенной- дисперсией (ITU-T G.653) было коммерциализировано в 1985 году. Одномодовое волокно с дисперсией-сдвинутой-модой достигается за счет изменения структурных параметров волокна и распределения показателя преломления для увеличения дисперсии волновода, тем самым смещая минимальную нулевую-точку дисперсии с 1310 нм на 1550 нм. нм. Это приводит к тому, что наименьшая длина волны затухания при 1550 нм соответствует длине волны с нулевой -дисперсией и работает в рабочем диапазоне длин волн 1530–1565 нм балластных волоконных усилителей. Этот тип волокна идеально подходит для -одноканальных-высокоскоростных-систем оптического усиления на больших расстояниях; например, система 20 Гбит/с может быть реализована непосредственно на этом волокне без каких-либо мер по компенсации дисперсии.
Наиболее многообещающим применением одномодового волокна со смещенной дисперсией-одной-дисперсией являются подводные волоконно-оптические системы связи для-одноканальной передачи-сигналов на большие расстояния. Кроме того, в наземных-сетях проводной связи на большие расстояния было также развернуто определенное количество одномодовых-волокон со сдвигом дисперсии-.
G. 654-Одномодовое волокно со сдвигом длины волны отсечки-
Длина волны отсечки 1550 нм-одномодовое-волокно со сдвигом (ITU-T G.654) — это волокно без-дисперсии-смещения с длиной волны с нулевой-дисперсией около 1310 нм. Длина волны отсечки смещена в более длинный диапазон длин волн, что приводит к минимальному затуханию в диапазоне длин волн 1550 нм. Оптимальный рабочий диапазон длин волн составляет 1500–1600 нм.
Метод получения волокна с низким-затуханием включает использование сердцевины из чистого кварцевого стекла и утопленной оболочки,-легированной фтором; Большая длина волны отсечки снижает чувствительность волокна к потерям, вызванным изгибами.
Поскольку этот тип волокна особенно сложен в производстве и очень дорог, он используется редко. Он в основном используется в подводных волоконно-оптических системах связи без ретрансляторов с большими расстояниями передачи, куда невозможно вставить активные устройства.
G.655-Одномодовое волокно с не-нулевой дисперсией-смещенным
Одномодовое волокно с не-нулевой дисперсией-смещенным-модом (ITU-T G.655) — это новый тип оптического волокна, разработанный и изготовленный в 1994 году компаниями Lucent Technologies и Corning Incorporated специально для систем передачи с мультиплексированием с разделением по длине волны следующего-поколения и волоконными усилителями. Это волокно основано на -одномодовом волокне со смещенной дисперсией-, и за счет изменения структуры профиля преломления дисперсию на длине волны 1550 нм делают не-нулевой; отсюда и название «одномодовое волокно со сдвигом-нулевой дисперсией».
Дисперсионное-плоское одномодовое волокно-
В 1988 году дисперсионное-плоское одномодовое волокно- поступило в продажу. Это волокно имеет низкую дисперсию в диапазоне длин волн 1310–1550 нм и имеет две длины волн с нулевой-дисперсией, а именно 1310 нм и 1550 нм. Это волокно можно использовать с лазерами с более широкой центральной длиной волны и стандартными лазерами, работающими на длинах волн 1310 и 1550 нм, для высокоскоростной передачи данных со светодиодами. Однако дисперсионное -плоское одномодовое волокно- имеет сложный профиль показателя преломления, что затрудняет его производство, а его высокое затухание ограничивает его практическое применение. Характеристики и применение дисперсионного -плоского одномодового волокна- показаны в Таблице 2-8.
| Производительность | Диаметр поля моды (мкм) | Диаметр оболочки (нм) | Длина волны нулевой дисперсии (нм) | Рабочая длина волны (нм) | Максимальные потери на макроизгибе (дБ·км⁻¹) | Максимальная модовая дисперсия поляризации (пс·√км)⁻¹ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Требование | 8 (1310 нм) 11 (1550 нм) | Меньше или равно 125 | 1310 и 1550 | с 1310 до 1550 | Меньше или равно 0,25 (1310 нм) Меньше или равно 0,30 (1550 нм) | 0 (1310 нм) 0 (1550 нм) |
Сценарий применения: этот тип волокна особенно подходит для сред с низкой дисперсией внутреннего изгиба в рабочем диапазоне длин волн 1310–1550 нм.
Одномодовое волокно с-компенсацией дисперсии-
С применением оптоволоконных усилителей затухание больше не является существенным ограничением на расстояние волоконно-оптических систем связи. Однако дисперсия серьезно препятствует модернизации и расширению рабочих длин волн обычного одномодового волокна с 1310 до 1550 нм. Для решения этой практической проблемы было разработано одномодовое волокно с -компенсацией дисперсии-.
Одномодовое волокно с-компенсацией-компенсации — это разновидность одномодового-волокна со значительной отрицательной дисперсией на длине волны 1550 нм. Текущие экспериментальные результаты показывают, что коэффициент дисперсии -одномодового волокна с компенсацией дисперсии- находится в диапазоне от 50 до -548 пс/(нм·км), а затухание обычно составляет от 0,5 до 1,0 дБ/км.
Когда рабочая длина волны традиционной одномодовой волоконной системы увеличивается с 1310 до 1550 нм, ее общая дисперсия становится положительной. Добавив в систему участок волокна с отрицательной дисперсией, можно устранить положительную дисперсию на длине волны 1550 нм в десятках километров обычного-обычного одномодового волокна, тем самым увеличивая рабочую длину волны установленного обычного одномодового волокна с 1310 нм до 1550 нм, тем самым обеспечивая высокую-скорость, большие-расстояния и высокую-емкость передачи. Затухание, вызванное добавлением одномодового волокна, -компенсирующего дисперсию-, может быть полностью компенсировано волоконным усилителем.
Многомодовое волокно
Как следует из названия, многомодовое волокно представляет собой оптическое волокно, которое позволяет передавать по нему несколько мод, или, другими словами, в многомодовом волокне допускается существование нескольких отдельных режимов передачи.
Стандарты и применение многомодового волокна
Многомодовое волокно с градиентным-модом
Волокно G.651 — это многомодовое волокно с градиентным-индексом, которое в основном используется для передачи аналоговых или цифровых сигналов в диапазонах длин волн 850 и 1310 нм. Диаметр его сердцевины составляет 50 мкм, а диаметр оболочки — 125 мкм. В диапазоне длин волн 850 нм коэффициент затухания составляет менее 4 дБ/км, а коэффициент дисперсии – менее 120 пс/(нм·км); в диапазоне длин волн 1310 нм коэффициент затухания составляет менее 2 дБ/км, а коэффициент дисперсии – менее 6 пс/(нм·км).
Градиентное-многомодовое оптоволокно
Структура многомодового волокна с градиентным-индексом показана на рисунке 2-18. К этому типу волокна относятся типы Ala, Alb, Alc и Ald. Их можно изготовить с использованием многокомпонентного стекла или легированного кварцевого стекла. Чтобы уменьшить затухание в волокне, материалы, используемые для изготовления многомодовых волокон с градиентным-индексом, имеют гораздо более высокую чистоту, чем те, которые используются в большинстве многомодовых волокон со ступенчатым-индексом. Именно из-за градуированного распределения показателя преломления и более низкого затухания многомодовые волокна с градуированным-показателем превосходят многомодовые волокна со ступенчатым показателем преломления.
Многомодовое волокно со ступенчатым-индексом
Структура многомодового волокна со ступенчатым-индексом показана на рисунке 2-19. Этот тип волокна бывает трех категорий (А2, А3 и А4) и девяти разновидностей. Для изготовления сердцевины и оболочки можно использовать многокомпонентное стекло, легированное стекло или пластик. Благодаря большому размеру сердцевины и большой числовой апертуре эти многомодовые волокна можно более эффективно подключать к источникам некогерентного света, таким как светоизлучающие диоды (LED). Соединения каналов можно выполнять с помощью недорогих разъемов, отлитых под давлением-, что снижает общую стоимость строительства сети. Поэтому многомодовое волокно со ступенчатым индексом -, особенно пластиковое волокно А4, играет важную роль в связи на коротких расстояниях.
