Multimódové vlákno. Singlemode a multimode optický kábel

Druhy optických vlákien

Existujú dva typy optických vlákien: multimódový (MM) A jednorežimový (S.M.), ktoré sa líšia priemermi svetlovodivého jadra. Multimódové vlákno, zasa prichádza v dvoch typoch: so stupňovitými a gradientovými profilmi indexu lomu pozdĺž jeho prierezu.

Optické vlákno Multimode Step Index

V stupňovitom optickom vlákne možno excitovať a šíriť až tisíc režimov s rôznym rozdelením po priereze a dĺžke optického vlákna. Režimy majú rôzne optické dráhy, a preto rôzne doby šírenia pozdĺž vlákna, čo spôsobuje, že svetelný impulz sa pri prechode cez vlákno rozširuje. Tento jav sa nazýva módová disperzia a priamo ovplyvňuje rýchlosť prenosu informácií cez optické vlákno. Rozsahom použitia stupňovitých optických vlákien sú krátke (do 1 km) komunikačné linky s rýchlosťou prenosu informácií do 100 MB/s, prevádzková vlnová dĺžka žiarenia je zvyčajne 0,85 mikrónu.

Optické vlákno s multimódovým odstupňovaným indexom

Od stupňovitého sa líši tým, že index lomu sa v ňom plynule mení od stredu k okraju. V dôsledku toho sa režimy pohybujú hladko a intermodálny rozptyl je menší.

Gradient Optické vlákno má v súlade s normami priemer jadra 50 mikrónov a 62,5 mikrónov, priemer plášťa 125 mikrónov. Používa sa v rámci vnútropodnikových liniek s dĺžkou do 5 km, s prenosovou rýchlosťou do 100 MB/s pri vlnových dĺžkach 0,85 mikrónov a 1,35 mikrónov.

Jednovidové optické vlákno

Štandardné jednorežimový optické vlákno má priemer jadra 9 mikrónov a priemer plášťa 125 mikrónov

V tomto optickom vlákne existuje a šíri sa iba jeden mód (presnejšie dva degenerované módy s ortogonálnymi polarizáciami), takže nedochádza k žiadnemu medzimódovému rozptylu, čo umožňuje prenos signálov na vzdialenosť až 50 km rýchlosťou až na 2,5 Gbit/s a vyššie bez regenerácie. Pracovné vlnové dĺžky λ1 = 1,31 µm a λ2 = 1,55 µm.

Priehľadné okná z optických vlákien.

Keď hovoríme o oknách priehľadnosti optických vlákien, zvyčajne sa nakreslí nasledujúci obrázok.

Okná s priehľadnosťou vlákien

V súčasnosti je optické vlákno s touto charakteristikou už považované za zastarané. Pomerne dávno bola vyvinutá výroba optického vlákna typu AllWave ZWP (zero water peak), pri ktorom sú eliminované hydroxylové ióny v zložení kremenného skla. Takéto sklo už nemá okienko, ale vlastne otvor v rozsahu od 1300 do 1600 nm.

Všetky priesvitné okienka ležia v infračervenej oblasti, to znamená, že svetlo prenášané cez optické vlákno nie je okom viditeľné. Stojí za zmienku, že žiarenie viditeľné pre oko môže byť zavedené do štandardného optického vlákna. Na to použite buď malé bloky prítomné v niektorých reflektometroch, alebo dokonca mierne upravené čínske laserové ukazovátko. Pomocou takýchto zariadení môžete nájsť zlomeniny šnúr. Tam, kde je optické vlákno prerušené, bude viditeľná jasná žiara. Takéto svetlo vo vlákne rýchlo zoslabne, takže ho možno použiť len na krátke vzdialenosti (nie viac ako 1 km).

Flexibilita optických vlákien

Fotografia, dúfam, upokojí tých, ktorí sú zvyknutí vnímať sklo ako rozbitné a krehké.

Optické vlákno. Pružnosť vlákna

Tu je zobrazené štandardné jednovidové vlákno. To znamená 125 mikrónov kremenného skla, ktoré sa používa všade. Vďaka lakovému poťahu môže optické vlákno vydržať ohyby s polomerom 5 mm (zreteľne viditeľné na obrázku). Svetlo a teda ani signál cez takúto zákrutu, žiaľ, neprejde.

Informácie o dekódovaní označení optických káblov umiestnených na tomto mieste sa nachádzajú na stránkach:

Optické vlákna, ktoré majú jadro aj plášť vyrobené z kremenného skla, sú najbežnejším typom optických vlákien. Kremenné optické vlákna sú schopné prenášať informačný signál vo forme svetelnej vlny na veľké vzdialenosti, preto sa už niekoľko desaťročí vo veľkom využívajú v telekomunikáciách.

Ako je známe, všetky kremenné vlákna sú rozdelené na jednovidové (SM - single-mode) a multimode (MM - multimode), v závislosti od počtu šírených módov optického žiarenia. Jednovidové vlákna sa používajú na vysokorýchlostný prenos dát na veľké vzdialenosti, zatiaľ čo multimódové vlákna sú vhodné pre kratšie linky. Tento článok bude hovoriť o multimódovom vlákne, jeho vlastnostiach, typoch a aplikáciách. Určené pre jednovidové vlákno. Základné otázky vláknovo-optickej komunikácie (pojem optického vlákna, jeho hlavné charakteristiky, koncept módu...) sú diskutované v článku "".

Stojí za zmienku, že nielen kremenné vlákna sú multimódové, ale aj vlákna vyrobené z iných materiálov, napríklad a. Tento článok bude hovoriť iba o multimodálnych vláknach oxidu kremičitého.

Štruktúra kremenného multimódového vlákna

V optickom vlnovode sa môže súčasne šíriť niekoľko priestorových režimov optického žiarenia. Počet režimov šírenia závisí najmä od geometrické rozmery vláknová optika Vlákno, v ktorom sa šíri viac ako jeden režim optického žiarenia sa nazýva multimódový . V telekomunikáciách sa používajú najmä kremenné multimode vlákna s priemerom jadra a plášťa 50/125 a 62,5/125 µm (dostupné je aj zastarané vlákno 100/140 µm).

Multimode kremičité vlákno má jadro aj plášť vyrobený z kremenného skla. Počas výrobného procesu legovaním zdrojový materiál určité nečistoty dosahujú požadovaný profil indexu lomu. Ak má štandardné jednovidové vlákno stupňovitý profil indexu lomu (index lomu je rovnaký vo všetkých bodoch prierez jadro), potom sa pri multividovom vlákne najčastejšie tvorí gradientový profil (index lomu plynule klesá od stredovej osi jadra k plášťu). Toto sa robí s cieľom znížiť vplyv intermodálnej disperzie. Pri gradientovom profile majú módy vyššieho rádu, ktoré vstupujú do vlákna pod väčším uhlom a pohybujú sa po dlhších trajektóriách, tiež vyššie rýchlosti ako tie, ktoré sa šíria v blízkosti jadra (obr. 1). Dostupné sú aj multimódové vlákna s iným profilom indexu lomu.

Ryža. 1. Gradientové multimódové vlákno

Kremenné vlákno má spektrálnu útlmovú charakteristiku s tromi oknami priehľadnosti (najnižší útlm) - okolo vlnových dĺžok 850, 1300 a 1550 nm. Na prácu s multimódovým vláknom sa používajú hlavne vlnové dĺžky 850 a 1300 (1310) nm. Typické hodnoty útlmu pri týchto vlnových dĺžkach sú 3,5 a 1,5 dB/km.

Na ochranu vlákna, primárny povlak z polymérny materiál(najčastejšie akryl), ktorý je maľovaný jednou z dvanástich štandardných farieb. Priemer potiahnutého optického vlákna je typicky okolo 250 um. Kábel z optických vlákien pozostáva z jedného alebo viacerých vlákien s primárnym povlakom, ako aj z rôznych výstužných a ochranných prvkov. Vo svojej najjednoduchšej forme je multimódový optický kábel optické vlákno obklopené kevlarovými vláknami a umiestnené v oranžovom vonkajšom ochrannom plášti (obr. 2).

Ryža. 2. Simplexný multimódový kábel

Porovnanie s jednovidovým vláknom

Vplyvom intermódovej disperzie (obr. 3) má multimódové vlákno obmedzenia v rýchlosti a rozsahu šírenia informácie v porovnaní s jednovidovým vláknom. Vplyv chromatickej a polarizačnej vidovej disperzie je oveľa menší. Dĺžka multimódových komunikačných liniek je obmedzená aj väčším útlmom v porovnaní s jednovidovým vláknom.

Ryža. 3. Rozšírenie impulzu v multimódovom vlákne ako výsledok intermódovej disperzie

Zároveň sú vďaka veľkému priemeru splnené požiadavky na divergenciu vyžarovania zdroja signálu, ako aj na zoradenie aktívnych (vysielače, prijímače...) a pasívnych (konektory, adaptéry...) komponentov. znížený. Preto je zariadenie pre multimódové vlákno lacnejšie ako pre jednovidové vlákno (hoci samotné multimódové vlákno je o niečo drahšie).

História a klasifikácia

Ako už bolo spomenuté, najpoužívanejšie multimódové vlákna sú 50/125 a 62,5/125 mikrónov. Prvé komerčné multimódové vlákna, ktoré sa začali vyrábať v 70. rokoch minulého storočia, mali priemer jadra 50 μm a profil stupňovitého indexu. Ako zdroje optického žiarenia boli použité svetelné diódy (LED). Nárast prenášanej prevádzky viedol k vzniku vlákien s jadrom 62,5 µm. Väčší priemer umožnil efektívnejšie využiť LED žiarenie, ktoré má vysokú divergenciu. To však zvýšilo počet šírených módov, o ktorých je známe, že majú negatívny vplyv na prenosové charakteristiky. Preto, keď sa namiesto LED začali používať lasery s úzkym lúčom, 50/125 mikrónové vlákno začalo opäť získavať na popularite. Ďalší rast rýchlosti a rozsahu prenosu informácií bol uľahčený objavením sa vlákien s profilom gradientu indexu lomu.

Vlákna použité s LED mali rôzne defekty a nepravidelnosti v blízkosti osi jadra, teda v oblasti, kde je sústredená väčšina laserového žiarenia (obr. 4). Preto bolo potrebné zlepšiť výrobnú technológiu, čo viedlo k vzniku vlákien, ktoré sa začali nazývať „vlákno optimalizované pre laser“.

Ryža. 4. Rozdiely v šírení žiareniaLED a laser v optickom vlákne

Takto vznikla klasifikácia multimódových vlákien oxidu kremičitého, ktorá bola potom podrobne popísaná v rôznych normách. Norma ISO/IEC 11801 identifikuje 4 kategórie multimódových vlákien, ktorých názvy sa v každodennom používaní pevne udomácnili. Označujú sa latinskými písmenami OM (Optical Multimode) a číslom označujúcim triedu vlákna:

• OM1 - štandardné multimódové vlákno 62,5/125 µm;
• OM2 - štandardné 50/125 µm multimódové vlákno;
• OM3 - 50/125 µm multimódové vlákno optimalizované pre laserovú prevádzku;
• OM4 je 50/125 µm multimódové vlákno optimalizované pre laserovú prevádzku so zlepšeným výkonom.

Pre každú triedu norma špecifikuje hodnoty útlmu a šírky pásma (parameter, ktorý určuje rýchlosť prenosu signálu). Údaje sú uvedené v tabuľke 1. Označenia OFL (overfilled launch) a EMB (Effective modal bandwidth) označujú rôzne metódy na určenie šírky pásma pri použití LED a laserov.

Tabuľka 1. Parametre multimódových optických vlákien rôznych tried.

Výrobcovia vlákien dnes vyrábajú aj vlákna OM1 a OM2, ktoré sú optimalizované pre laserovú prevádzku. Napríklad vlákna ClearCurve OM2 a InfiniCor 300 (OM1) od Corning sú vhodné na použitie s laserovými zdrojmi.

Iné priemyselné normy (IEC 60793-2-10, TIA-492AA, ITU G651.1) poskytujú podobné klasifikácie pre multimódové vlákna oxidu kremičitého.

Okrem týchto hlavných tried sa vyrába široká škála iných typov multimódových vlákien, ktoré sa líšia v určitých parametroch. Spomedzi nich stojí za to vyzdvihnúť multimódové vlákna s nízkymi ohybovými stratami pre inštaláciu v stiesnených priestoroch a vlákna so zníženým polomerom ochranného povlaku (200 mikrónov) pre kompaktnejšie umiestnenie vo viacvláknových kábloch.

Aplikácia kremenného multimódového vlákna

Jednovidové vlákno je nepochybne lepšie ako multimódové vlákno vo svojich optických vlastnostiach. Keďže však komunikačné systémy založené na jednovidovom vlákne sú drahšie, v mnohých prípadoch, najmä na krátkych linkách, je vhodné použiť multimódové vlákno.

Rozsah použitia multimódového vlákna je do značnej miery určený typom použitého žiariča a prevádzkovou vlnovou dĺžkou. Na prenos cez multimódové vlákno sa najčastejšie používajú tri typy žiaričov:

• LED diódy(850/1300 nm). Vďaka veľkej divergencii žiarenia a šírke spektra je možné LED diódy použiť na prenos na krátke vzdialenosti a pri nízkych rýchlostiach. Linky na báze LED sa zároveň vyznačujú nízkou cenou vďaka nízkej cene samotných LED a možnosti použitia lacnejších vlákien OM1 a OM2.
• Fabryho-Perotove lasery(1310 nm, menej často 1550 nm). Keďže FP (Fabry-Perot) lasery majú pomerne veľkú spektrálnu šírku (2 nm), používajú sa hlavne s multimódovým vláknom.
• lasery VCSEL(850 nm). Špeciálna konštrukcia vertikálnych dutinových povrchových laserov (VCSEL - vertical-cavity surface-emitting laser) pomáha znižovať náklady na ich výrobný proces. Žiarenie VCSEL sa vyznačuje nízkou divergenciou a symetrickým vyžarovacím diagramom, ale jeho výkon je nižší ako výkon žiarenia FP lasera. Preto sú VCSEL vhodné pre krátke vysokorýchlostné linky, ako aj pre systémy paralelného prenosu dát.

Tabuľka 2 uvádza prenosové rozsahy pre multimódové vlákno štyroch hlavných tried v rôznych bežných sieťach (údaje sú prevzaté z webovej stránky The Fiber Optic Association). Tieto približné hodnoty pomáhajú vyhodnotiť uskutočniteľnosť multimodového kremičitého vlákna v praxi.

Tabuľka 2. Rozsah prenosu signálu cez multimódové vlákna rôznych tried (v metroch).

________________________________________________________________

Optické vlákno (optické vlákno)- ide o tenký sklenený (niekedy plastový) závit určený na prenos svetelného toku na veľké vzdialenosti.

V súčasnosti je optické vlákno široko používané v priemyselnom aj domácom meradle. V 21. storočí optické vlákno a technológie na prácu s ním výrazne klesli vďaka novým pokrokom v technický pokrok a to, čo bolo predtým považované za príliš drahé a inovatívne, sa dnes považuje za každodenné.

Čo je optické vlákno?

1. Jednorežimový režim;
2. Multimode;

Aký je rozdiel medzi týmito dvoma typmi optických vlákien?

Takže každé optické vlákno má centrálne jadro a plášť:

Jednovidové vlákno

V jednovidovom vlákne je jadro 9 µm a plášť vlákna 125 µm (preto označenie jednovidového vlákna 9/125). Všetky svetelné toky (režimy) v dôsledku malého priemeru centrálneho jadra prechádzajú rovnobežne alebo pozdĺž stredovej osi jadra. Rozsah vlnových dĺžok používaný v jednovidovom optickom vlákne je od 1310 do 1550 nm a využíva vysoko zaostrený laserový lúč.

Multimódové vlákno

V multimódovom optickom vlákne má centrálne jadro hrúbku 50 mikrónov alebo 62,5 mikrónov a plášť je tiež 125 mikrónov. V tomto ohľade multimódové optické vlákno prenáša veľa svetelných tokov, ktoré majú rôzne trajektórie a neustále sa odrážajú od „okrajov“ centrálneho jadra. Vlnové dĺžky používané v multimódovom optickom vlákne sa pohybujú od 850 do 1310 nm a využívajú rozptýlené lúče.

Rozdiely v charakteristikách jednovidového a viacvidového vlákna

Dôležitú úlohu zohráva útlm signálu v jednovidových a multimódových optických vláknach. Vďaka úzkemu lúču je útlm v jednovidovom vlákne niekoľkonásobne nižší ako pri multimódovom vlákne, čo opäť zdôrazňuje výhodu jednovidového optického vlákna.

Nakoniec, jedným z hlavných kritérií je priepustnosť optického vlákna. Opäť tu má jednovidové vlákno výhodu oproti multimódovému. Šírka pásma single-mode je niekoľkonásobne (ak nie rádovo) vyššia ako multi-mode.

Vždy sa predpokladalo, že optické linky postavené na multimódovom vlákne sú oveľa lacnejšie ako linky postavené na jednovidovom vlákne. Bolo to spôsobené tým, že multimode používal ako zdroj svetla skôr LED ako lasery. V posledných rokoch sa však lasery začali používať v single-mode aj multimode, čo ovplyvnilo vyrovnávanie cien zariadení pre rôzne typy optických vlákien.

Ide o typ optického vlákna, ktoré má veľký priemer jadra a vedie svetelné lúče pomocou efektu vnútorného odrazu.

Vlastnosti použitia multimódových optických káblov.

Všetky zariadenia, ktoré sa používajú pre siete fungujúce na báze multimódového optického vlákna, sú lacnejšie ako zariadenia pre jednovidové optické vlákno. Rýchlosť prenosu dát pri multimódových kábloch je zvyčajne 100 m/bit na vzdialenosť dvoch kilometrov. Pri rýchlosti 1 gigabit je možné prekonať vzdialenosť od 220 do 500 metrov. Ak hovoríme o vzdialenosti do 300 metrov, tak rýchlosť jej prekonania je asi 10 gigabitov.

Multimode kábel z optických vlákien ponúka vysokú úroveň výkonu a spoľahlivosti. Káble tohto typu sa spravidla používajú pri výstavbe chrbticových sietí. Majú pohodlnú štandardnú architektúru, ktorá vám umožňuje plne predĺžiť dĺžku siete na prenos dát.

Typy multimódových optických káblov.

Prvým zástupcom rodiny je kábel MOB-G (obr. 1). Tento typ kábla pozostáva z jadra a plášťa. Vonkajšia časť vlákna je chránená vo forme špeciálnych plášťov. Káble majú určité konštrukčné vlastnosti vlákien. Takže dnes sa vlákna vyrábajú v súlade s normami EN 188200 a VDE 0888. V súlade s týmito normami platia pre káble tohto typu určité požiadavky.

Požiadavky na multimódový optický kábel:

• Priemer jadra by mal byť 50 mikrónov. Je povolená chyba 3 mikróny.
• Vonkajšia hrúbka vlákna by mala byť 125 mikrónov. Je povolená chyba 2 mikróny.
• Priemer vonkajšieho primárneho obalu by mal byť 250 µm. Je povolená chyba 10 mikrónov.
• Priemer vonkajšieho sekundárneho obalu by mal byť 900 µm. Je povolená chyba 10 mikrónov.

Vlákna tohto typu sú opísané pomocou klasifikačného systému, ktorý definovala Medzinárodná organizácia pre normalizáciu. V súlade s dokumentmi boli teda definované štyri štandardy pre multimódové káble z optických vlákien - OM1-OM4. Stojí za zmienku, že tieto štandardy sú založené na šírke pásma. Zároveň je štandard OM4 navrhnutý tak, aby vykonával prácu rýchlosťou až 100 gigabitov za sekundu. Je to najnovší štandard zavedený a úspešne funguje od augusta 2009.

Charakteristické vlastnosti káblov.

Aby sa odlíšili multimódové vlákna od jednovidových, výrobcovia používajú pri výrobe tohto typu kábla určité charakteristické vlastnosti. Preto je dnes zvykom používať rôzne farby plášťa kábla. Je však potrebné poznamenať, že táto podmienka nie je povinná pre spoločnosti vyrábajúce káble. Preto sa neodporúča spoliehať sa len na farbu plášťa kábla.

Na záver treba povedať, že dnes je jednou z najbežnejších farieb multimódových optických káblov oranžová (obr. 2) a sivá. Oranžové káble sú teda navrhnuté pre 50/125 mikrónov. Na druhej strane sa používajú sivé káble pre 62,5/125 mikrónov. Na trhu nájdete aj tyrkysovo sfarbené multimode káble, ktoré majú multimode vlákna štandardov OM3 a OM4. Káble tohto typu sú vhodné pre 50/125 µm. Za zmienku stojí, že na trhu nájdete aj žlté multimódové káble, ale spravidla žlté káble zodpovedajú jednovidovým vláknam.

Vlákna z kremenného skla, ktoré sa najviac používajú v telekomunikačných systémoch, sa delia do dvoch hlavných kategórií – jednorežimové (SM – single-mode) a multimode (MM – multimode). Oba typy majú svoje výhody a nevýhody, ktoré je potrebné zohľadniť pri návrhu komunikačnej linky. Určené pre multimódové optické vlákno. Základné otázky vláknovo-optickej komunikácie (pojem optického vlákna, jeho hlavné charakteristiky, koncept módu...) sú diskutované v článku "".

Štruktúra jednovidového vlákna a vlastnosti prenosu optického žiarenia

Jednovidové vlákno , ako už názov napovedá, je schopný šíriť iba jeden hlavný (základný) mód optického žiarenia pri prevádzkovej vlnovej dĺžke. Prevádzka v jednom režime je dosiahnutá vďaka veľmi malému priemeru jadra (zvyčajne 7-10 µm). Základný mód sa šíri v blízkosti stredovej osi vlákna, pričom časť optickej sily sa šíri v plášti, čo zvyšuje požiadavky na optické vlastnosti plášťa. Aby sme vzali do úvahy túto vlastnosť, aby sme opísali jednovidové optické vlákno, okrem priemeru jadra je potrebný parameter ako napr. priemer bodového režimu , ktorý je definovaný ako priemer kruhu, pri ktorom výkon žiarenia klesá o faktor e. Inými slovami, väčšina optického žiarenia sa šíri v tomto kruhu. (obr. 1). Je zrejmé, že priemer bodového bodu je o niečo väčší ako priemer jadra.

Ryža. 1. Koncept módneho spotu

Pre jednovidové optické vlákno je uvedený aj parameter medzná vlnová dĺžka . Ak je vlnová dĺžka emisie menšia ako medzná vlnová dĺžka, vo vlákne sa začne šíriť niekoľko módov, to znamená, že sa stáva multimódovým. Toto je dôležité zvážiť pri výbere prevádzkovej vlnovej dĺžky. V štandardnom jednovidovom vlákne je medzná vlnová dĺžka 1260 nm. Typické prevádzkové vlnové dĺžky pre jednovidové kremičité vlákno sú 1310 a 1550 nm (druhé a tretie okienko priehľadnosti, útlm menej ako 0,4 dB/km, pozri obr. 2).

Ryža. 2. Útlm v jednovidovom kremičitom vlákne

Najpoužívanejšie v telekomunikáciách je kremenné jednovidové vlákno s pomerom priemeru jadra k plášťu 9/125 mikrónov. Rovnako ako pri multimódovom vlákne je jednovidové vlákno potiahnuté primárnym ochranným povlakom s priemerom približne 250 mikrónov (k dispozícii sú aj iné veľkosti).

Rozdiely od multimódového vlákna

Vo vlákne s jedným režimom nedochádza k žiadnej disperzii medzi režimami, to znamená k rozširovaniu signálu v priebehu času v dôsledku rozdielov v rýchlosti šírenia režimu. Preto sa jednovidové vlákno vyznačuje veľmi veľkou šírkou pásma (desiatky a dokonca stovky THz * km). Štandardné jednovidové vlákno má stupňovitý profil indexu lomu.

Množstvo útlmu v jednovidovom optickom vlákne je niekoľkonásobne menšie ako pri multimódovom optickom vlákne a približne 1000-krát menšie ako útlm v krútenej dvojlinke Cat6 (údaje pre frekvenciu 500 MHz).

Jednovidové vlákno vám teda umožňuje prenášať informácie na veľmi dlhé vzdialenosti (až 300 km). vysoká rýchlosť bez prenosu (obnovy) signálu a prenosové charakteristiky sú určené hlavne vlastnosťami aktívneho zariadenia.

Na druhej strane jednovidové vlákno vyžaduje veľkú presnosť pri zavádzaní žiarenia a pri spájaní optických vlákien medzi sebou, čo zvyšuje náklady na použité optické komponenty (aktívne zariadenia, spojovacie produkty) a komplikuje proces inštalácie a údržby. riadkov.

História a klasifikácia

Prvé single-mode vlákna sa objavili na začiatku 80. rokov 20. storočia a vďaka svojim vynikajúcim prenosovým vlastnostiam sa začali aktívne využívať v diaľkových komunikačných linkách. Zároveň na prenos na krátke vzdialenosti, napr. lokálnych sietí, pokračovalo používanie multimódového vlákna. Postupom času, v dôsledku znižovania nákladov na samotné vlákno a jeho komponenty, si jednovidové vlákno začalo získavať čoraz väčšiu popularitu v diaľkových sieťach. Preto je dnes kremenné jednovidové vlákno najbežnejším typom optického vlákna na prenos informácií.

Pre multimódové vlákna sa stalo tradičným delenie do 4 tried (OM1, OM2, OM3, OM4), v súlade s normou ISO/IEC 11801. Pre jednovidové vlákno existuje podobné delenie, ale zďaleka nie tak jasné.

Medzinárodná norma ISO/IEC 11801 a európska norma EN 50173, vydaná v roku 1995, popisovali iba jeden typ jednovidového vlákna s označením OS1 (Optical Single-Mode). Špecifikovaná hodnota útlmu bola 1 dB/km pri vlnových dĺžkach 1310 a 1550 nm. Keď sa rýchlosť a rozsah prenosu informácií zvýšili, bolo jasné, že optické vlákno s takýmto útlmom už nereaguje nevyhnutné požiadavky. Preto sa to objavilo nová kategória jednovidové vlákno, nazývané OS2, v ktorom bol útlm menší ako 0,4 dB/km a toto optické vlákno malo nízku vodnú špičku (zvýšený útlm pri vlnovej dĺžke 1383 nm, pozri obr. 2). Parametre útlmu boli špecifikované pre vlákno uzavreté v kábli. Tradičným názorom bolo, že OS1 by sa mal používať v tesných nárazníkových kábloch pre vnútorné inštalácie a OS2 by sa mal používať v kábloch s voľnými rúrkami pre vonkajšie inštalácie.

Následne boli normy ISO/IEC a EN niekoľkokrát znovu vydané a objavili sa v nich rozdiely v popise vlákien OS1 a OS2. To spôsobilo zmätok v týchto pojmoch. Za zmienku však stojí, že dnes sa jednovidové vlákno s útlmom 1 dB/km prakticky nevyrába. Preto v podstate takáto klasifikácia nie je potrebná. Výrobcovia jednorežimových vlákien a káblov často označujú svoje produkty ako OS2.

Následne sa objavilo niekoľko ďalších odrôd jednovidových kremenných vlákien, ktorých vlastnosti sa výraznejšie líšia. Tieto vlákna boli opísané v normách ITU-T G.652-657, IEC 60793-2-50, TIA-492CA/TIA-492EA. Všimnime si niektoré z týchto odrôd, ktoré sú praktické v oblasti telekomunikácií. Aby sme boli konkrétni, použijeme odporúčania ITU-T, ktoré sa najčastejšie používajú vo vzťahu k jednovidovému optickému vláknu.

Jednorežimové typy vlákien

1. Jednovidové vlákno s nedisperzným posunom, G.652

Najbežnejší typ jednovidového vlákna s nulovým bodom chromatickej disperzie pri 1300 nm. Norma rozlišuje štyri podtriedy (A, B, C a D), ktoré sa líšia svojimi charakteristikami. Pozoruhodné sú najmä vlákna G.652.C a G.652.D - majú nízky útlm pri vlnovej dĺžke 1383 nm, teda v oblasti „water peak“, a preto sa dajú použiť v systémoch CWDM. Takéto vlákna sa tiež nazývajú „celovlnové“.

2. Jednomódové vlákno s posunutou nulovou disperziou, G.653
(ZDSF - vlákno s nulovým rozptylom)

Zmenou profilu indexu lomu môžete posunúť bod nulovej disperzie do tretieho okna priehľadnosti (1550 nm), čo vám umožňuje zväčšiť rozsah prenosu signálu pri práci v tomto rozsahu.

3. Jednovidové vlákno s posunutou medznou vlnovou dĺžkou, G.654

Tento typ vlákna má nulový bod rozptylu pri 1300 nm. Avšak kvôli mierne väčšiemu priemeru jadra sú medzná vlnová dĺžka a oblasť minimálneho útlmu posunutá do oblasti vlnovej dĺžky 1550 nm. Takéto optické vlákno je možné použiť na digitálny prenos na veľké vzdialenosti, napríklad v pozemných diaľkových komunikačných systémoch a chrbticových podmorských kábloch s optickými zosilňovačmi.

4. Jednovidové vlákno s nenulovou disperziou posunuté, G.655
(NZDSF – vlákno s nenulovou disperziou)

Navrhnuté na prenos pri vlnových dĺžkach blízkych 1550 nm a optimalizované pre systémy DWDM. Absolútna hodnota koeficientu chromatickej disperzie v tomto vlákne je väčšia ako určitá nenulová hodnota v rozsahu vlnových dĺžok od 1530 nm do 1565 nm. Nenulová disperzia zabraňuje nelineárnym efektom, ktoré sú obzvlášť škodlivé pre systémy DWDM.

5. Jednomódové vlákno s nenulovou disperziou pre širokopásmový prenos, G.656

Rovnako ako vlákno G.655 má nenulový koeficient chromatickej disperzie, ale v rozsahu vlnových dĺžok 1460-1625 nm, takže sa dobre hodí pre systémy DWDM aj CWDM.

6. Jednovidové vlákno, necitlivé na stratu makroohybu, G.657 (necitlivé na ohyb)

Okrem optických vlastností zohrávajú dôležitú úlohu aj mechanické vlastnosti optického vlákna, najmä jeho citlivosť na ohyb. To je dôležité najmä pri pokládke v interiéri, kde je často potrebné vlákno ohýbať. Norma G.657 rozlišuje niekoľko podtried jednovidových vlákien, ktoré sa líšia minimálnym polomerom ohybu a zodpovedajúcou veľkosťou straty (na jednom alebo viacerých závitoch).

Popísané štandardy optických vlákien sa nie vždy navzájom vylučujú. Napríklad obľúbené vlákno SMF-28® Ultra od Corning vyhovuje štandardom G.652.D a G.657.A1. Súčasne existujú prípady, keď optické vlákna rôznych typov nie sú navzájom kompatibilné.

Aktívne zložky

Pretože jednovidové vlákno má malý priemer jadra, používajú sa ako zdroje žiarenia úzko nasmerované polovodičové lasery pracujúce v druhom a treťom priehľadnom okienku kremenného vlákna. Zvyčajne sa používajú nasledujúce typy laserov:

1) Fabry-Perotov laser (FP - Fabry-Perot) je najjednoduchší typ polovodičového lasera, ktorý sa vyznačuje širokou šírkou spektra (2 nm). Veľký rozsah vedie k zvýšeniu vplyvu chromatickej disperzie, ktorá obmedzuje vzdialenosť prenosu signálu.

2) Laser s rozdel spätná väzba (DFB - distribuovaná spätná väzba) má dizajn, ktorý pomáha zmenšiť šírku spektra žiarenia na 0,1 nm, čo umožňuje použitie takýchto laserov vo vyšších a rozšírených systémoch.

3) Externe modulovaný laser (EML - externe modulovaný laser). Predchádzajúce typy žiaričov patria do kategórie laserov s vnútornou (priamou) moduláciou, v ktorých je výkon žiarenia modulovaný priamo napájacím prúdom lasera. V systémoch, kde hrá dôležitú úlohu stabilita vlnovej dĺžky žiarenia (napríklad vo vysokorýchlostných systémoch a v systémoch WDM), sa používajú lasery DFB, ktorých žiarenie je modulované externým modulačným zariadením.

Aplikácia jednovidového vlákna

Takže použitie jednovidového kremenného vlákna umožňuje prenášať informačný signál na desiatky až stovky kilometrov vysokou rýchlosťou (desiatky Gbit/s).

Okrem toho, ako bolo uvedené vyššie, niektoré typy jednovidových vlákien možno použiť v sieťach s multiplexovaním s delením podľa vlnových dĺžok (CWDM, DWDM), kedy sa žiarenie vo viacerých vlnových dĺžkach šíri súčasne po jednom optickom vlákne, a to v oboch smeroch (obr. 3). . To vám umožní zvýšiť prenosovú rýchlosť a hlasitosť prenášané informácie v ešte väčšej miere. Špeciálnym prípadom multiplexovania s delením vlnovej dĺžky je pasívna optická sieť (PON), v ktorej sa informácie prenášajú na troch vlnových dĺžkach (1310, 1490 a 1550 nm).

Ryža. 3. KanályCWDM aDWDM a spektrum útlmu vlákna s jedným režimom (plná čiara - štandardné vlákno s vodným vrcholom pri 1383 nm, bodkovaná čiara - vlákno s nízkym vrcholom vody)

________________________________________________________________