Одномодовое оптоволокно

Структура типичного одномодового волокна.

1. Ядро диаметром 8–9 мкм
2. Оболочка диаметром 125 мкм
3. Буфер диаметром 250 мкм
4. Оболочка диаметром 900 мкм

В волоконно-оптической связи используется одномодовое оптическое волокно ( SMF ), также известное как фундаментальное или мономодовое. , Оптическое волокно предназначенное для передачи только одной моды света — поперечной моды . Моды — это возможные решения уравнения Гельмгольца для волн, которое получается путем объединения уравнений Максвелла и граничных условий. Эти режимы определяют способ распространения волны в пространстве, т.е. то, как волна распространяется в пространстве. Волны могут иметь одну и ту же моду, но разные частоты. Так обстоит дело с одномодовыми волокнами, где мы можем иметь волны с разными частотами, но одной и той же моды, а это означает, что они распределяются в пространстве одинаково, и это дает нам один луч света. Хотя луч распространяется параллельно длине волокна, его часто называют поперечной модой, поскольку его электромагнитные колебания происходят перпендикулярно (поперечно) длине волокна. 2009 года Нобелевская премия по физике была присуждена Чарльзу К. Као за теоретическую работу по одномодовому оптическому волокну. Стандарты G.652 и G.657 определяют наиболее широко используемые формы одномодового оптического волокна.

История

В 1961 году Элиас Снитцер, работая в American Optical, опубликовал подробное теоретическое описание одномодовых волокон в Журнале Оптического общества Америки .

На стекольном заводе Corning (ныне Corning Inc. ) Роберт Маурер, Дональд Кек и Питер Шульц начали с плавленого кварца — материала, который можно сделать чрезвычайно чистым, но который имеет высокую температуру плавления и низкий показатель преломления. Они изготовили цилиндрические заготовки, осаждая очищенные материалы из паровой фазы, добавляя тщательно контролируемые уровни примесей, чтобы сделать показатель преломления сердцевины немного выше, чем у оболочки, без резкого увеличения затухания. В сентябре 1970 года они объявили, что создали одномодовые волокна с затуханием на гелий-неоновой линии длиной 633 нанометра ниже 20 дБ/км.

Характеристики

В отличие от многомодового оптического волокна , одномодовое волокно не имеет модовой дисперсии . Это связано с тем, что волокно имеет такое маленькое поперечное сечение, что транспортируется только первая мода. Таким образом, одномодовые волокна лучше сохраняют точность каждого светового импульса на больших расстояниях, чем многомодовые волокна. По этим причинам одномодовые волокна могут иметь более высокую пропускную способность , чем многомодовые волокна. Оборудование для одномодового оптоволокна дороже, чем оборудование для многомодового оптического волокна, но само одномодовое волокно обычно дешевле оптом.

Поперечный разрез конца одномодового оптоволоконного патч-корда, сделанный с помощью фиброскопа . Круг представляет собой оболочку 125 мкм диаметром . Обломки видны в виде полосы на сечении и светятся за счет освещения.

Типичное одномодовое оптическое волокно имеет диаметр сердцевины от 8 до 10,5 мкм. и диаметром оболочки 125 мкм. Существует ряд специальных типов одномодового оптического волокна, которые были химически или физически изменены для придания особых свойств, например, волокно со смещенной дисперсией и волокно со смещенной дисперсией, не равной нулю . Скорость передачи данных ограничена поляризационной модовой дисперсией и хроматической дисперсией . По состоянию на 2005 год Скорость передачи данных до 10 гигабит в секунду была возможна на расстоянии более 80 км (50 миль) с помощью коммерчески доступных трансиверов ( Xenpak ). Используя оптические усилители и устройства компенсации дисперсии, современные оптические системы DWDM могут охватывать тысячи километров со скоростью 10 Гбит/с и несколько сотен километров со скоростью 40 Гбит/с.

Граничная мода низшего порядка определяется для интересующей длины волны путем решения уравнений Максвелла для граничных условий, налагаемых волокном, которые определяются диаметром сердцевины и показателями преломления сердцевины и оболочки . Решение уравнений Максвелла для связанной моды низшего порядка позволит создать пару ортогонально поляризованных полей в волокне, и это обычный случай в волокне связи .

В ступенчатых направляющих одномодовый режим возникает, когда нормированная частота V меньше или равна 2,405. Для степенных профилей одномодовая работа происходит при нормированной частоте V меньше, чем приблизительно

$2.405{\sqrt {\frac {g+2}{g}}}$,

где g — параметр профиля.

На практике ортогональные поляризации не могут быть связаны с вырожденными модами.

OS1 и OS2 — стандартное одномодовое оптическое волокно, используемое с длинами волн 1310 нм и 1550 нм (размер 9/125 мкм) с максимальным затуханием 1 дБ/км (OS1) и 0,4 дБ/км (OS2). OS1 определена в ISO/IEC 11801 , а OS2 определена в ISO/IEC 24702.

Разъемы

Разъемы для оптоволокна используются для соединения оптических волокон там, где требуется возможность подключения/отключения. Базовый соединительный блок представляет собой соединительный узел. Разъем в сборе состоит из адаптера и двух разъемов. Из-за сложных процедур полировки и настройки, которые могут быть включены в производство оптических разъемов, разъемы обычно собираются на оптическом волокне на производственном предприятии поставщика. Однако собрание и Соответствующие операции по полировке можно выполнять в полевых условиях, например, для изготовления перемычек нужного размера.

Оптоволоконные разъемы используются в центральных офисах телефонных компаний, при установке на территории клиентов и за пределами предприятия. Их использование включает в себя:

• Выполнение соединения оборудования с телефонной станцией в центральном офисе
• Подключение оптоволокна к удаленной и внешней электронике предприятия, такой как блоки оптической сети (ONU) и системы несущей цифровой петли (DLC).
• Оптические кроссы в центральном офисе
• Коммутационные панели на внешнем предприятии для обеспечения архитектурной гибкости и соединения волокон, принадлежащих различным поставщикам услуг.
• Подключение соединителей, разветвителей и мультиплексоров с разделением по длине волны (WDM) к оптическим волокнам.
• Подключение оптического испытательного оборудования к оптоволокну для тестирования и обслуживания.

Применение за пределами предприятия может включать размещение разъемов под землей, в подземных кожухах, которые могут быть подвержены затоплению, на наружных стенах или на опорах. Затворы, закрывающие их, могут быть герметичными или «дышащими». Герметичные затворы предотвратят перепады температуры внутри разъемов, если они не повреждены. В свободно дышащих корпусах они подвергаются перепадам температуры и влажности, а также, возможно, конденсации и биологическому воздействию переносимых по воздуху бактерий, насекомых и т. д. Соединители на подземной установке могут подвергаться погружению в грунтовые воды, если содержащие их затворы повреждены или неправильно собраны.

Последние отраслевые требования к оптоволоконным разъемам приведены в Telcordia GR-326 , «Общие требования к одномодовым оптическим разъемам и сборкам перемычек» .

Многоволоконный оптический разъем предназначен для одновременного соединения нескольких оптических волокон вместе, при этом каждое оптическое волокно соединяется только с одним другим оптическим волокном.

Последняя часть определения включена, чтобы не путать многоволоконные соединители с компонентом разветвления, например соединителем. Последний соединяет одно оптическое волокно с двумя или более другими оптическими волокнами.

Многоволоконные оптические разъемы предназначены для использования там, где требуется быстрое и/или повторяющееся подключение и отключение группы волокон. Приложения включают в себя центральные офисы (CO) телекоммуникационных компаний, установки в помещениях клиентов и приложения за пределами предприятия (OSP).

Многоволоконный оптический разъем можно использовать при создании недорогого коммутатора для тестирования оптоволокна. Другое применение — кабели, доставляемые пользователю с предварительно заделанными многоволоконными перемычками. Это уменьшит необходимость в сращивании на месте, что может значительно сократить количество часов, необходимых для прокладки оптоволоконного кабеля в телекоммуникационной сети. Это, в свою очередь, приведет к экономии средств для монтажника такого кабеля.

Отраслевые требования к многоволоконным оптическим разъемам изложены в GR-1435 документе «Общие требования к многоволоконным оптическим разъемам» .

Оптоволоконные коммутаторы

— Оптический коммутатор это компонент с двумя или более портами, который выборочно передает, перенаправляет или блокирует оптический сигнал в среде передачи. Согласно Telcordia GR-1073 , для выбора или переключения между состояниями необходимо активировать оптический переключатель. Управляющий сигнал (также называемый сигналом управления) обычно является электрическим, но в принципе может быть оптическим или механическим. (Формат управляющего сигнала может быть логическим и может быть независимым сигналом; или, в случае оптического срабатывания, управляющий сигнал может быть закодирован во входном сигнале данных. Обычно предполагается, что характеристики переключателя не зависят от длины волны в пределах полосы пропускания компонента. .)

Четырехкратное волокно

В волоконной оптике волокно с четверной оболочкой представляет собой одномодовое оптическое волокно, имеющее четыре оболочки. Каждая оболочка имеет показатель преломления ниже, чем у сердцевины . По отношению друг к другу их относительные показатели преломления в порядке расстояния от ядра: самый низкий, самый высокий, нижний, верхний.

Преимущество волокна с четырехкратной оболочкой заключается в очень низких потерях на макроизгибах. Оно также имеет две точки нулевой дисперсии и умеренно низкую дисперсию в более широком диапазоне длин волн , чем волокно с одинарной или двойной оболочкой .

Преимущества

• Нет ухудшения сигнала
• Низкая дисперсия
• Хорошая пригодность для связи на дальних расстояниях

Недостатки

• Более сложное производство и обработка.
• Более высокая цена
• Сложная передача света в волокно.

См. также

• Градиентное волокно
• Многомодовое оптоволокно
• Оптический волновод

Ссылки

Источники

• В этой статье использованы общедоступные материалы из Федеральный стандарт 1037C . Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 года.
• «Типы оптического волокна» . Архивировано из оригинала 21 июня 2018 года . Проверено 8 ноября 2013 г.

Внешние ссылки

• Оптика: одномодовое волокно | Видеодемонстрации MIT по лазерам и оптике
• Оптика: Многомодовое волокно | Видеодемонстрации MIT по лазерам и оптике