Одномодовое оптическое волокно (статья)

Характеристики и типы одномодового волокна

В отличии от многомодового оптического волокна, одномодовое оптическое волокно имеет другой механизм прохождения света. Благодаря этому способу передачи сигнала, существенно уменьшается влияние модовой дисперсии на движение фотонов в волокне. При этом способе передачи волн одномодовые волокна позволяют передавать информацию на значительно большие расстояния, чем при использовании многомодового волокна. Одномодовые волокна имеют более высокую полосу пропускания, чем многомодовые волокна. Оборудование для одномодового оптического волокна дороже, чем оборудование для многомодового оптического волокна, но производство одномодовых оптических волокон обычно дешевле, так как производятся они в существенно большем масштабе.
Типичное одномодовое оптическое волокно имеет диаметр сердцевины 8-12 мкм<ref name="arcelect">{{

1. if: {{#if: http://www.arcelect.com/fibercable.htm | {{#if: Fiber Optic Cable Tutorial |1}}}}

 ||Ошибка вызова Шаблон:cite web: Параметры url и title должны присутствовать

}}{{#if: ARC Electronics

 | {{#if: 
   | [[{{{authorlink}}}|{{#if: 
     | {{{last}}}{{#if:  | , {{{first}}} }}
     | ARC Electronics
   }}]]
   | {{#if: 
     | {{{last}}}{{#if:  | , {{{first}}} }}
     | ARC Electronics
   }}
 }}

}}{{#if: ARC Electronics

 | {{#if: | ; {{{coauthors}}}}}

{{#if:

 |  ()}}

}}{{#if: http://www.arcelect.com/fibercable.htm | {{#if: Fiber Optic Cable Tutorial

   |  Fiber Optic Cable Tutorial{{#if:  |{{ref-{{{lang}}}}}}} }}

}}{{#if:

 |  ()

}}{{#if:

 |  {{{work}}}

}}{{#if:

 | . {{{publisher}}}{{#if: ARC Electronics
   | 
   | {{#if:  | ({{{datepublished}}})| }}}}.

}}{{#if: | — {{{description}}}.}}{{#if:

 |  Проверено  {{{accessdate}}}{{#if:  |  {{{accessyear}}} }} г.}}</ref> и диаметр оболочки 125 мкм. 

Есть множество специальных типов одномодовых оптических волокон, которые обладают различными физическими свойствами и различным химическим составом легирующих примесей. Их производят, чтобы получить специальные свойства. B соответствии с рекомендациями ITU-T, различают основные типы одномодового волокна:

• G.652 Стандартное одномодовое.
• G.653 Одномодовое со смещенной дисперсией.
• G.654 Одномодовое со смещенной длиной волны отсечки.
• G.655 Одномодовое с ненулевой смещенной дисперсией.
• G.656 Одномодовое с ненулевой дисперсией для широкополосной передачи данных.
• G.657 Одномодовое с уменьшенными потерями на малых радиусах изгиба.

Стандартное одномодовое оптическое волокно (SM)

Рис.1 Ступенчатая структура профиля преломления стандартного одномодового ОВ

Потребность в увеличении полосы пропускания и дальности передачи сигнала ( по сравнению с многомодовым ОВ ) привела к необходимости применения одномодового оптического волокна, т. е. волокна со ступенчатым профилем показателя преломления, диаметр сердцевины и соотношение показателей преломления сердцевины и оболочки которого выбраны таким образом, что в нем может распространяться только одна мода (рис. 1).
Явление межмодовой дисперсии в таком волокне отсутствует, а ширина полосы пропускания ограничивается хроматической дисперсией. Стандартное одномодовое волокно предназначено для работы в диапазоне длин волн 1,285-1,330 мкм, в котором величина хроматической дисперсии в оптическом волкне достигает минимального, близкого к нулю значения. Возможно также использование этого оптического волкна в спектральном диапазоне 1,525-1,565 мкм, затухание на этих длинах волн очень мало (~0,2 дБ/км), а дисперсия составляет 16-18 пс/нм*км. Параметры стандартного одномодового оптического волкна регламентируются рекомендацией G.652 МСЭ-Т (ITU-T). Это исторически первое и наиболее широко распространенное волокно, используемое промышленно с 1983 г.
Растущая потребность в увеличении полосы пропускания и протяженности оптических линий привела к возникновению ряда модификаций стандартного одномодового волокна.

Одномоодовое со смещенной дисперсией (DSF)

Рекомендации ITU-T G.653

Для дальних линий связи на оптическом волокне принципиальное значение имеет длина регенерационного участка, которая должна быть как можно больше. Но для увеличения длины регенерационного участка ВОЛС ограничивающим фактором оказались дисперсионные характеристики оптических волокон. Вследствие искажения формы импульсов эта длина была ниже расчетного значения, что требовало установки промежуточных регенераторов через меньшие интервалы. Решением проблемы искажения формы импульсов стали волокна с нулевой смещенной дисперсией (ZDSF- zerodispersion-shiftedfibre) или просто со смещенной дисперсией (DSF- dispersion-shiftedfibre).
Путем вариаций геометрических размеров сердцевины и оболочки, а также введения легирующих добавок были получены оптические волокна, в которых область минимальных оптических потерь совпадает с областью минимальной хроматической дисперсии. Такие волокна обладают сердцевиной меньшего диаметра, она составляет 7,8-8,5 мкм. Волокна со смещенной дисперсией предпочтительны для высокоскоростных линий связи с большой длиной регенерационного участка без применения технологий оптического уплотнения. Возможно также использование этого оптического волокна в системах со спектральным уплотнением (WDM) при ограниченной протяженности регенерационного участка, пониженной мощности передаваемого сигнала и ограниченной плотности спектральных компонентов.

Параметры оптических волокон с нулевой смещенной дисперсией описываются в Рекомендации ITU-T G.653. Сегодня действует редакция 2006 года. Согласно Рекомендации, оптические волокна со смещенной дисперсией по значению коэффициента поляризационной модовой дисперсии разделяются на две подкатегории - А и В. Такие волокна хорошо совместимы с оптическими усилителями (Рекомендации ITU-T G.691 и G.692), поскольку диапазон длин волн, в котором оптическое волокно имеет наилучшие параметры по затуханию и дисперсии, совпадает с полосой максимального усиления оптических усилителей на волокне, легированном ионами эрбия. Этот тип волокон оптимизирован для работы в диапазоне 1550 нм. Эффект хроматической дисперсии в таких волокнах зависит от нелинейных оптических эффектов в волокне.

Одномодовое со смещенной длиной волны отсечки

При проектировании морских и береговых оптических линий возникла необходимость в оптических волокнах, обеспечивающих максимальную дальность передачи за счет использования больших уровней оптической мощности. Для этого были разработаны оптические волокна со смещенной длиной волны отсечки.
Параметры этих волокон и характеристики кабелей на их основе описываются в Рекомендации ITU-T G.654, первая версия которой утверждена в 1988 году под названием "Характеристики одномодовых оптических кабелей, обладающих минимальными потерями в диапазоне 1550 нм" (Таблица 3). Ныне действует седьмая версия, принятая в 2006 году. Длиной волны отсечки называется минимальная длина волны, при которой волокно поддерживает только одну распространяемую моду. Различают длину волны отсечки в волокне и длину волны отсечки для волокна в кабеле. Первая соответствует волокну, испытывающему слабое напряжение. Однако на практике приходится иметь дело с кабелем, который при прокладке претерпевает множество изгибов. Волокно испытывает напряжение, как в процессе производства кабеля, так и по окончании инсталляции. Это приводит к подавлению побочных мод и смещению кабельной длины волны отсечки в сторону коротких волн. Длина волны отсечки оптического волокна внутри кабеля может быть определена только экспериментально. Если волоконно-оптический кабель используется для передачи несущих с длинами волн ниже длины волны отсечки, то возникающие дополнительные моды могут привести к существенному увеличению дисперсии и нарушению передаваемого сигнала. Для стандартных одномодовых волокон длина волны отсечки составляет 1260 нм, что позволяет использовать их для организации связи в диапазонах: O, E, S, C, L. Если волоконно-оптический кабель используется для передачи несущих с длинами волн ниже длины волны отсечки, то возникающие дополнительные моды могут привести к существенному увеличению дисперсии и нарушению передаваемого сигнала. Для стандартных одномодовых волокон длина волны отсечки составляет 1260 нм, что позволяет использовать их для организации связи в диапазонах: O, E, S, C, L. Для остальных типов одномодовых оптических волокон длина волны отсечки ниже 1500 нм. Для оптических волокон, соответствующих Рекомендации ITU-TG.654, длина волны отсечки не должна превышать 1530 нм (что накладывает существенные ограничения на диапазоны передачи).

См.также

• Многомодовое оптическое волокно
• Спектральное уплотнение

Ссылки

<references />