едномодово влакно-
Оптични влакнакоито могат да предават само един режим, се наричат-едномодови влакна. Едно-модовите влакна могат да предават само основния режим (режим от най-нисък ред) и няма между-разлика в забавянето на режима. Следователно те имат много по-голяма честотна лента от многомодовите влакна, което е от решаващо значение за високо-скоростното предаване на данни. Честотната лента на едно-модовите влакна обикновено е в диапазона от десетки GHz·km или повече.
Структурата на стъпаловидно-индексно едномодово-влакно е показано на Фигура 2-13. Едно-модовото влакно има малък диаметър на сърцевината, за да осигури едно-модово предаване, но диаметърът на обвивката му е повече от десет пъти по-голям от диаметъра на сърцевината, за да се избегнат оптични загуби. Функциите на всяка част от структурата на едно-модовото влакно са подобни на тези на многомодовото влакно. Разликата е, че диаметърът на сърцевината се изразява с помощта на зависимия от дължината на вълната диаметър на полето на мода *w*. Този тип влакно се използва широко в съвременната оптична комуникационна техника.
Фигура 2-13 показва структурата на едномодово оптично влакно със степенен-индекс.
Размерните параметри на едно-модови оптични влакна от типове B1.1 и B4 са показани в таблица 2-1 и таблица 2-2.
| Име | Параметър |
|---|---|
| 1310 nm режим-диаметър на полето | [(8.6 ~ 9.5) ± 0.7] µm |
| Диаметър на облицовката | (125 ± 1) µm |
| 1310 nm грешка на концентричността на влакното | По-малко или равно на 0,8 µm |
| Не{0}}кръгла облицовка | По-малко или равно на 2% |
| Диаметър на покритието (основен цвят) | (245 ± 10) µm |
| Диаметър на покритието (цветно) | (250 ± 15) µm |
| Грешка в концентричността на облицовката/покритието | По-малко или равно на 12,5 µm |
Таблица 2-1 Параметри на размера на B1.1 едномодово влакно
| Име | Параметър |
|---|---|
| 1550 nm режим-диаметър на полето | [(8.0 ~ 11.0) ± 0.7] µm |
| Диаметър на облицовката | (125 ± 1) µm |
| 1550 nm грешка на концентричността на влакното | По-малко или равно на 0,8 µm |
| Не{0}}кръгла облицовка | По-малко или равно на 2% |
| Диаметър на покритието (основен цвят) | (245 ± 10) µm |
| Диаметър на покритието (цветно) | (250 ± 15) µm |
| Грешка в концентричността на облицовката/покритието | По-малко или равно на 12,5 µm |
Таблица 2-2 параметри на размера на B4 едномодово влакно
Стандарти и приложения на едномодово-оптично влакно
Едно-модовото влакно с предимствата си на ниско затихване, широка честотна лента, голям капацитет, ниска цена и лекота на разширяване е идеална оптична комуникационна среда за предаване и се използва широко в световен мащаб. Понастоящем, с развитието на информационното общество, изследователите са разработили технологии за усилватели на оптични влакна, мултиплексиране с време-разделяне (TDM), мултиплексиране с -разделяне на вълни (WDM) и мултиплексиране с честотно-разделяне (FDM), като допълнително подобряват разстоянието на предаване, комуникационния капацитет и скоростта на предаване на едно-модовото влакно.
Струва си да се отбележи, че докато оптичните усилватели разширяват разстоянията на предаване, а технологиите за мултиплексиране осигуряват високо-скоростно и високо{1}}капацитетно предаване на сигнала, те също така увеличават въздействието на дисперсията и нелинейните ефекти върху качеството на предаване на системата. Поради това са специално проучени и разработени няколко вида оптични влакна: дисперсионно-изместено влакно, не-нулева дисперсия-изместено влакно, дисперсионно-сплеснато влакно и дисперсионно-компенсирано влакно, всяко със своите уникални предимства при справяне с дисперсията и нелинейните ефекти.
Едномодовите-оптични влакна могат да бъдат класифицирани в пет типа въз основа на това дали показват нулева-дисперсия на дължината на вълната и изместване на дължината на вълната на прекъсване. Секторът за стандартизация на телекомуникациите на Международния съюз по телекомуникации (ITU-T) издаде препоръки за четири от тези типове през октомври 2000 г.: G.652, G.653, G.654 и G.655 влакна. Съответствието между IEC (Международната електротехническа комисия) и ITU-T конвенциите за именуване за едно-модови оптични влакна е показано на Фигура 2-14.
| Китайско име | ITU-T | МЕИ |
|---|---|---|
| Едномодово влакно- | ||
| Едномодово влакно без-изместена дисперсия | G.652 A/B/C | B1.1 и B1.3 |
| Едномодово-влакно с изместена дисперсия | G.653 | B2 |
| Едномодово-влакно с прекъснато изместване на дължината на вълната | G.654 | B1.2 |
| Едномодово влакно с изместена-ненулева дисперсия | G.655 A/B | B4 |
| Широколентово едномодово влакно-с изместена не{0}}нулева дисперсия | - | - |
| Нечувствително на огъване едномодово-влакно | - | - |
Фигура 2-14 показва съответствието между различните едномодови-оптични влакна, посочени от IEC и ITU-T.
G.652 – Недисперсионно{1}}изместено едномодово-влакно
Стандартният текст допълнително подразделя влакното G.652 на G.652A, G.652B и G.652C въз основа на неговото затихване, дисперсия, дисперсия на поляризационния режим, работен диапазон на дължина на вълната и приложение в SDH системи при различни скорости на предаване. По същество G.652 влакното може да бъде разделено на два типа: конвенционално едно-модово влакно (G.652A и G.652B) и ниско-водно-пиково едно-модово влакно (G.652C).
(1) Конвенционално едно-модово влакно: Конвенционалното едномодово-влакно започна търговска употреба през 1983 г. Неговите работни характеристики са: нулева дисперсия при дължина на вълната от 1310 nm; минимален коефициент на затихване близо до дължина на вълната от 1550 nm, приблизително 0,22 dB/km, но максимален коефициент на дисперсия от 17 ps/(nm·km) близо до 1550 nm; работната дължина на вълната на това влакно може да бъде избрана както в областта на дължината на вълната 1310 nm, така и в 1550 nm, като оптималната му работна дължина на вълната е в областта 1310 nm. Това влакно често се нарича „конвенционално“ или „стандартно“ едно-модово влакно и в момента е най-широко използваното влакно. Към днешна дата кумулативното му разполагане в световен мащаб е достигнало 7 x 10⁻⁶ km.
(2) Ниско-водно-върхово едно-модово влакно: За справяне с предизвикателствата, пред които са изправени мрежите на градски район (MAN), като сложни и променливи среди на услуги, голям брой директно поддържани потребители и къси разстояния на предаване (обикновено само 50-80 км), приетото решение е да се използва мултиплексиране с разделяне на дължина на вълната с висока-плътност (HDWDM) технология с десетки до стотици мултиплексирани дължини на вълните. Това включва разпределяне на услуги с различни скорости и характеристики към различни дължини на вълните и извършване на маршрутизиране и демултиплексиране по оптичния път. Поради това е необходимо да се разработи едномодово влакно с нисък-вод-върх-влакно (ITU-T G.652C) с по-широк диапазон на работна дължина на вълната, за да се отговори на нуждите на разработката на HDWDM MAN.
G.653 дисперсионно-изместено едномодово-влакно
Дисперсионно-изместено едно-модово влакно (ITU-T G.653) беше пуснато на пазара през 1985 г. Дисперсионно-изместено едно-модово влакно постига това чрез промяна на структурните параметри на влакното и разпределението на индекса на пречупване, за да увеличи дисперсията във вълновода, като по този начин измества минималната нулева-точка на дисперсия от 1310 nm до 1550 nm. Това води до най-ниската дължина на вълната на затихване при 1550 nm, която е в съответствие с дължината на вълната с нулева-дисперсия, и работи в рамките на работния диапазон на дължина на вълната 1530–1565 nm на усилватели с баластни влакна. Този тип влакно е идеално подходящо за-разстояния, едно-канални, високо{18}}скоростни оптични системи за усилване; например, 20 Gbit/s система може да бъде директно внедрена на това влакно без никакви мерки за компенсиране на дисперсията.
Най-обещаващото приложение за дисперсионно-изместено едномодово-влакно е в подводни оптични комуникационни системи за-разстояние-едноканално предаване на сигнал. В допълнение, определен брой дисперсионно-изместени едномодови-влакна също са били разгърнати в наземни-кабелни комуникационни мрежи на дълги разстояния.
G. 654-Cutoff Wavelhenth Shifted Single{1}}Mode Fibre
1550nm гранична дължина на вълната-изместено едномодово-влакно (ITU-T G.654) е влакно без-дисперсия-изместване с дължина на вълната с нулева-дисперсия около 1310nm. Граничната дължина на вълната се измества към по-дълъг диапазон на дължина на вълната, което води до минимално затихване в областта на дължина на вълната 1550nm. Неговият оптимален работен диапазон на дължина на вълната е 1500–1600 nm.
Методът за получаване на влакно с ниско{0}}затихване включва използване на сърцевина от чисто силициево стъкло и легирана с флуор-вдлъбната облицовка; дългата дължина на вълната на прекъсване намалява чувствителността на влакното към загуби,-предизвикани от огъване.
Тъй като този тип влакна е особено труден за производство и много скъп, той се използва рядко. Използва се главно в безретранслаторни подводни оптични комуникационни системи с големи разстояния на предаване, където не могат да бъдат вкарани активни устройства.
G.655{1}}Не{2}}нулева дисперсия-изместено едномодово влакно
Едномодово влакно с не-нулева дисперсия-изместване- (ITU-T G.655) е нов тип оптично влакно, проектирано и произведено през 1994 г. от Lucent Technologies и Corning Incorporated специално за следващо{6}}поколение предавателни системи с мултиплексиране по дължина на вълната с усилватели на влакна. Това влакно се основава на дисперсионно-изместено едномодово-влакно и чрез промяна на структурата на профила на пречупване, дисперсията при дължина на вълната от 1550 nm става не-нулева; оттук и името с не-нулева дисперсия-изместено едномодово-влакно.
Дисперсионно-плоско едномодово-влакно
През 1988 г. дисперсионните-плоски едномодови-влакна бяха пуснати на пазара. Това влакно показва ниска дисперсия в диапазона на дължината на вълната 1310–1550 nm и притежава две дължини на вълната с нулева-дисперсия, а именно 1310 nm и 1550 nm. Това влакно може да се използва с лазери с по-широка централна дължина на вълната и стандартни лазери, работещи при 1310 nm и 1550 nm за високо{12}}скоростно предаване със светодиоди. Въпреки това, дисперсионното{14}}плоско едномодово-влакно има сложен профил на индекса на пречупване, което го прави трудно за производство, а високото му затихване ограничава практическото му приложение. Ефективността и приложенията на дисперсионните-плоски едномодови-влакна са показани в таблица 2-8.
| Изпълнение | Диаметър на полето на режим (μm) | Диаметър на облицовката (nm) | Дължина на вълната с нулева дисперсия (nm) | Работна дължина на вълната (nm) | Максимална загуба на макроогъване (dB·km⁻¹) | Максимална поляризационна модна дисперсия (ps·√km)⁻¹ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Изискване | 8 (1310 nm) 11 (1550 nm) | По-малко или равно на 125 | 1310 и 1550 г | 1310 до 1550 | По-малко или равно на 0,25 (1310 nm) По-малко или равно на 0,30 (1550 nm) | 0 (1310 нм) 0 (1550 нм) |
Сценарий на приложение: Този тип влакно е особено подходящо за среди с ниска вътрешна дисперсия при огъване в работния диапазон на дължината на вълната 1310–1550 nm.
Дисперсионно-компенсирано едномодово-влакно
С прилагането на оптични усилватели затихването вече не е значително ограничение за разстоянието на оптичните комуникационни системи. Дисперсията обаче силно възпрепятства надграждането и разширяването на конвенционалните едномодови-влакна, работещи с дължини на вълните от 1310 nm до 1550 nm. За справяне с този практически проблем е разработено едномодово-оптично влакно с-компенсация на дисперсията.
Едномодово-компенсирано дисперсионно-влакно е вид едномодово-влакно със значителна отрицателна дисперсия при дължина на вълната от 1550 nm. Настоящите експериментални резултати показват, че коефициентът на дисперсия на едномодовото-компенсирано-влакно с дисперсия варира от 50 до -548 ps/(nm·km), а затихването обикновено е 0,5 до 1,0 dB/km.
Когато работната дължина на вълната на конвенционална едно-модова влакнеста система се надстрои от 1310 nm на 1550 nm, общата й дисперсия е положителна. Чрез добавяне на секция от влакно с отрицателна дисперсия към системата, положителната дисперсия при 1550 nm в десетки километри конвенционални едно-модови влакна може да бъде отменена, като по този начин надгражда работната дължина на вълната на инсталираното конвенционално едно-модово влакно от 1310nm до 1550nm, като по този начин се постига висока-скорост, предаване на дълги-разстояния и голям{11}}капацитет. Затихването, въведено от добавянето на дисперсионно-компенсиращо едно-модово влакно, може да бъде напълно компенсирано от влакнестия усилвател.
Многомодово влакно
Както подсказва името, многомодовото влакно е оптично влакно, което позволява множество режими да бъдат предавани в него, или с други думи, в многомодовото влакно е позволено да съществуват множество отделни режими на предаване.
Стандарти и приложения на многомодови влакна
Многомодово влакно с-градуиран режим
G.651 влакно е многомодово влакно с градуиран-индекс, използвано предимно за аналогово или цифрово предаване на сигнали в областите на дължина на вълната 850 nm и 1310 nm. Диаметърът на сърцевината му е 50 µm, а диаметърът на обвивката е 125 µm. В областта на дължината на вълната 850nm коефициентът на затихване е по-малък от 4dB/km, а коефициентът на дисперсия е по-малък от 120ps/(nm·km); в областта на дължината на вълната 1310nm, коефициентът на затихване е по-малък от 2dB/km, а коефициентът на дисперсия е по-малък от 6ps/(nm·km).
Многомодово влакно в градиентен-режим
Структурата на многомодовото влакно с градуиран-индекс е показана на фигура 2-18. Този тип влакна включва типове Ala, Alb, Alc и Ald. Те могат да бъдат произведени с помощта на многокомпонентно стъкло или легирано силициево стъкло. За да се намали затихването на влакната, материалите, използвани за производството на многомодови влакна с градуиран-индекс, имат много по-висока чистота от тези, използвани в повечето многомодови влакна с -индекс. Точно поради степенуваното разпределение на индекса на пречупване и по-ниското затихване многомодовите влакна с градуиран-индекс превъзхождат многомодовите влакна със стъпков индекс.
Стъпка-индекс на многомодово влакно
Структурата на step{0}}index многомодовото влакно е показана на фигура 2-19. Този тип влакна се предлагат в три категории (A2, A3 и A4) и девет разновидности. Многокомпонентно стъкло, легирано стъкло или пластмаса могат да се използват за производство на сърцевината и облицовката. Поради големия си размер на сърцевината и голямата цифрова апертура, тези многомодови влакна могат да бъдат свързани по-ефективно към некохерентни източници на светлина, като -диоди, излъчващи светлина (LED). Връзките на връзките могат да бъдат направени с помощта на евтини шприцовани-конектори, като по този начин се намаляват общите разходи за изграждане на мрежата. Следователно многомодовото влакно със степенен -индекс, особено пластмасовото влакно A4, играе важна роля в комуникацията на къси разстояния.
