Jednovidové-vlákno a viacvidové vlákno

jedno{0}}režimové vlákno

Optické vláknaktoré môžu prenášať iba jeden režim, sa nazývajú jednorežimové{0}}vlákna. Vlákna s jedným-režimom môžu prenášať iba základný režim (režim najnižšieho rádu) a nie je žiadny rozdiel medzi-režimom oneskorenia. Preto majú oveľa väčšiu šírku pásma ako multimódové vlákna, čo je kľúčové pre vysokorýchlostný{5}}prenos dát. Šírka pásma jednotlivých-vlákien je zvyčajne v rozsahu desiatok GHz·km alebo viac.

Štruktúra krokového-jednotlivého{1}}vlákna indexu je znázornená na obrázku 2-13. Jedno-vlákno má malý priemer jadra, aby sa zaistil jednovidový{6}}prenos, ale jeho priemer plášťa je viac ako desaťkrát väčší ako priemer jadra, aby sa predišlo optickým stratám. Funkcie každej časti jedno{8}}vláknovej štruktúry sú podobné funkciám viacvidového vlákna. Rozdiel je v tom, že priemer jadra je vyjadrený pomocou priemeru poľa režimu závislého od vlnovej dĺžky *w*. Tento typ vlákna je široko používaný v modernom komunikačnom inžinierstve z optických vlákien.

Obrázok 2-13 zobrazuje štruktúru jednovidového optického vlákna s krokom{2}}indexom.

Rozmery jednovidových optických vlákien typu B1.1 a B4 sú uvedené v tabuľke 2-1 a tabuľke 2-2.

Tabuľka 2-1 Parametre veľkosti vlákna B1.1 s jedným režimom

Tabuľka 2-2 Parametre veľkosti vlákna B4 s jedným režimom

Normy a aplikácie jednorežimového-vlákna

Jedno{0}}režimové vlákno so svojimi výhodami nízkeho útlmu, širokej šírky pásma, veľkej kapacity, nízkych nákladov a jednoduchého rozšírenia je ideálnym optickým komunikačným prenosovým médiom a je široko používané na celom svete. V súčasnosti s rozvojom informačnej spoločnosti výskumníci vyvinuli vláknové zosilňovače, technológie časového-multiplexovania (TDM), vlnovej dĺžky-multiplexovania (WDM) a frekvenčného{4}}multiplexovania (FDM), čím ďalej zlepšujú prenosovú vzdialenosť, komunikačnú kapacitu a prenosovú rýchlosť jedného-vlákna.

Stojí za zmienku, že zatiaľ čo vláknové zosilňovače predlžujú prenosové vzdialenosti a technológie multiplexovania prinášajú vysoko{0}}rýchlostný a vysokokapacitný{1}} prenos signálu, zvyšujú aj vplyv rozptylu a nelineárnych účinkov na kvalitu prenosu systému. Preto bolo špeciálne preskúmaných a vyvinutých niekoľko typov optických vlákien: disperzné-vlákno s posunom, vlákno s ne{4}}nulovou disperziou{5}}posunuté vlákno, disperzné-sploštené vlákno a disperzne{7}}kompenzované vlákno, z ktorých každé má svoje jedinečné výhody pri riešení rozptylu a nelineárnych efektov.

Jedno{0}}režimové optické vlákna možno rozdeliť do piatich typov podľa toho, či vykazujú nulovú-rozptylovú vlnovú dĺžku a posun medznej vlnovej dĺžky. Medzinárodný sektor telekomunikačnej štandardizácie (ITU{3}}T) vydal v októbri 2000 odporúčania pre štyri z týchto typov: vlákna G.652, G.653, G.654 a G.655. Korešpondencia medzi IEC (International Electrotechnical Commission) a ITU{10}}T pomenovaním pre jednorežimové optické vlákna je znázornená na obrázku 2-14.

Obrázok 2-14 zobrazuje zhodu medzi rôznymi jednovidovými optickými vláknami, ktoré pomenovali IEC a ITU-T.

G.652 – Nedisperzné-posunuté jedno-režimové vlákno

Štandardný text ďalej rozdeľuje vlákno G.652 na G.652A, G.652B a G.652C na základe jeho útlmu, disperzie, rozptylu polarizačného vidu, rozsahu prevádzkových vlnových dĺžok a aplikácie v systémoch SDH pri rôznych prenosových rýchlostiach. Vlákno G.652 možno v podstate rozdeliť na dva typy: konvenčné jedno-vlákno (G.652A a G.652B) a nízko{9}}vodné-vrcholové jedno{11}}vlákno (G.652C).

(1) Konvenčné jednovidové-vlákno: Konvenčné jednovidové-vlákno sa začalo komerčne používať v roku 1983. Jeho výkonnostné charakteristiky sú: nulový rozptyl pri vlnovej dĺžke 1310 nm; minimálny koeficient útlmu pri vlnovej dĺžke 1550 nm, približne 0,22 dB/km, ale maximálny koeficient rozptylu 17 ps/(nm·km) blízko 1550 nm; pracovná vlnová dĺžka tohto vlákna môže byť zvolená v oblasti vlnovej dĺžky 1310 nm aj 1550 nm, pričom jeho optimálna pracovná vlnová dĺžka je v oblasti 1310 nm. Toto vlákno sa často nazýva „konvenčné“ alebo „štandardné“ jedno{13}}vlákno a v súčasnosti je to najpoužívanejšie vlákno. K dnešnému dňu jeho kumulatívne nasadenie na celom svete dosiahlo 7 x 10⁻⁶ km.

(2) Nízko{1}}vodné-špičkové jedno-vlákno: Na riešenie problémov, ktorým čelia metropolitné siete (MAN), ako sú komplexné a variabilné servisné prostredia, veľký počet priamo podporovaných používateľov a krátke prenosové vzdialenosti (zvyčajne iba 50-80 km), prijatým riešením je použitie technológie vysokej-hustoty s viacnásobnou vlnovou dĺžkou (desaťnásobnou vlnovou dĺžkou) s desaťnásobnou hustotou (desaťnásobnou vlnovou dĺžkou) vlnové dĺžky. To zahŕňa prideľovanie služieb rôznych rýchlostí a charakteristík rôznym vlnovým dĺžkam a vykonávanie smerovania a demultiplexovania na optickej ceste. Preto je potrebné vyvinúť nízko{9}}vodné{10}}vrcholové jednorežimové vlákno (ITU-T G.652C) (ITU-T G.652C) so širším rozsahom prevádzkových vlnových dĺžok, aby vyhovovalo potrebám vývoja HDWDM MAN.

Vlákno G.653 Dispersion-Jednoduchý posunutý-režim

Disperzné-jednovidové{1}}vlákno s posunutým{1}}vidom (ITU-T G.653) bolo komercializované v roku 1985. Disperzné-jednotidové{6}}vlákno s posunutým{6}}vidom to dosahuje zmenou štrukturálnych parametrov vlákna a distribúcie indexu lomu, aby sa zvýšila disperzia vlnovodu, čím sa posunie bod rozptylu nula{117{0} nm na minimálny 1550 nm. Výsledkom je, že najnižšia vlnová dĺžka útlmu pri 1 550 nm je v súlade s vlnovou dĺžkou nulového rozptylu a funguje v rozsahu prevádzkových vlnových dĺžok 1 530 – 1 565 nm zosilňovačov s balastovým vláknom. Tento typ vlákna sa ideálne hodí pre diaľkové-jednokanálové-vysoko{18}}rýchlostné optické zosilňovacie systémy; napríklad 20 Gbit/s systém môže byť priamo implementovaný na tomto vlákne bez akýchkoľvek opatrení na kompenzáciu rozptylu.

Najsľubnejšia aplikácia pre disperzné{0}}posunuté jedno{1}}vlákno je v podmorských optických komunikačných systémoch na diaľkový-jednokanálový{3}}kanálový prenos signálu. Okrem toho sa určitý počet disperzných{5}}jednotlivých{6}}vlákien s posunutým režimom nasadil aj v pozemných káblových komunikačných sieťach na dlhé{7}}diaľky.

G. 654-Cutoff Wavelength Shifted Single{1}}Vlákno

1550nm medzná vlnová dĺžka-posunuté jednovidové-vlákno (ITU-T G.654) je vlákno bez -disperzného-posunutého vlákna s nulovou-disperznou vlnovou dĺžkou okolo 1310 nm. Hraničná vlnová dĺžka je posunutá do dlhšieho rozsahu vlnových dĺžok, čo vedie k minimálnemu útlmu v oblasti vlnovej dĺžky 1550 nm. Optimálny rozsah prevádzkových vlnových dĺžok je 1500–1600 nm.

Metóda na získanie vlákna s nízkym{0}}tlmením zahŕňa použitie jadra z čistého kremičitého skla a fluórom-dopovaného zapusteného plášťa; dlhá medzná vlnová dĺžka znižuje citlivosť vlákna na straty spôsobené ohybom-.

Pretože tento typ vlákna je obzvlášť náročný na výrobu a veľmi drahý, používa sa len zriedka. Používa sa hlavne v podmorských optických komunikačných systémoch bez opakovača s dlhými prenosovými vzdialenosťami, kde nie je možné vložiť aktívne zariadenia.

G.655-Jednorežimové vlákno s posunutým-nulovým rozptylom-

Vlákno s ne{0}}nulovým rozptylom-posunutým jednovidovým{2}}režimom (ITU-T G.655) je nový typ optického vlákna navrhnutý a vyrobený v roku 1994 spoločnosťami Lucent Technologies a Corning Incorporated špeciálne pre ďalšiu-generáciu prenosových systémov s multiplexovaním podľa vlnovej dĺžky s vláknovými zosilňovačmi. Toto vlákno je založené na disperznom-jednovidovom-vlákne s posunutým rozptylom a zmenou štruktúry refrakčného profilu sa disperzia pri vlnovej dĺžke 1550 nm zmení na nenulovú; odtiaľ názov vlákno s ne-nulovým rozptylom{13}}posunutým-videom.

Disperzné-ploché jedno{1}}režimové vlákno

V roku 1988 bolo komercializované disperzné-ploché jednovidové-vlákno. Toto vlákno vykazuje nízku disperziu v rozsahu vlnových dĺžok 1310–1550 nm a má dve nulové-rozptylové vlnové dĺžky, konkrétne 1310 nm a 1550 nm. Toto vlákno možno použiť s lasermi so širšou stredovou vlnovou dĺžkou a štandardnými lasermi pracujúcimi pri 1310 nm a 1550 nm na vysokorýchlostný{12}}prenos pomocou LED. Disperzné-ploché jednovidové vlákno{15}} má však zložitý profil indexu lomu, čo sťažuje výrobu a jeho vysoký útlm obmedzuje jeho praktické použitie. Výkon a aplikácie disperzného-plochého jednovidového{18}}vlákna sú uvedené v tabuľke 2-8.

Aplikačný scenár: Tento typ vlákna je vhodný najmä pre prostredia s nízkou disperziou vnútorného ohybu v rozsahu prevádzkových vlnových dĺžok 1310–1550 nm.

Jednorežimové vlákno s-kompenzovaným rozptylom-

S použitím zosilňovačov z optických vlákien už nie je útlm významným obmedzením vzdialenosti komunikačných systémov s optickými vláknami. Rozptyl však vážne bráni modernizácii a rozšíreniu konvenčných jedno{1}}režimových vlákien prevádzkových vlnových dĺžok od 1310 nm do 1550 nm. Na vyriešenie tohto praktického problému bolo vyvinuté jednovidové-vlákno s kompenzáciou rozptylu-.

Jednovidové vlákno s-kompenzovanou-videou je typ jednovidového-vlákna s významnou zápornou disperziou pri vlnovej dĺžke 1550 nm. Súčasné experimentálne výsledky ukazujú, že disperzný koeficient disperzného-kompenzovaného jednovidového-vlákna sa pohybuje od 50 do -548 ps/(nm·km) a útlm je zvyčajne 0,5 až 1,0 dB/km.

Keď sa prevádzková vlnová dĺžka konvenčného jedno{0}}vláknového systému zvýši z 1310 nm na 1550 nm, jeho celkový rozptyl je pozitívny. Pridaním časti vlákna so zápornou disperziou do systému je možné zrušiť kladnú disperziu pri 1550 nm v desiatkach kilometrov konvenčného jednorežimového vlákna, čím sa zvýši prevádzková vlnová dĺžka inštalovaného konvenčného jednovidového vlákna z 1 310 nm na 1 550 nm, čím sa dosiahne vysoká-11}rýchlosť,{91}10}}dlhá{10}{101}kapacita{101} prenos. Útlm zavedený pridaním disperzného-jednotlivého{14}}vlákna kompenzujúceho{14}}možnosť úplne kompenzovať vláknový zosilňovač.

Multimódové vlákno

Ako už názov napovedá, multimódové vlákno je optické vlákno, ktoré v rámci neho umožňuje prenos viacerých režimov, alebo inými slovami, v multimódovom vlákne môže existovať viacero samostatných režimov prenosu.

Štandardy a aplikácie multimódových vlákien

Multimódové vlákno s triedeným-režimom

Vlákno G.651 je viacrežimové vlákno s triedeným indexom{1}, ktoré sa primárne používa na prenos analógového alebo digitálneho signálu v oblastiach vlnových dĺžok 850 nm a 1310 nm. Priemer jadra je 50 µm a priemer plášťa je 125 µm. V oblasti vlnovej dĺžky 850 nm je koeficient útlmu menší ako 4 dB/km a koeficient rozptylu je menší ako 120 ps/(nm·km); v oblasti vlnovej dĺžky 1310 nm je koeficient útlmu menší ako 2 dB/km a koeficient rozptylu je menší ako 6 ps/(nm·km).

Multimódové vlákno-v režime prechodu

Štruktúra viacvidového vlákna so stupňovitým-indexom je znázornená na obrázku 2-18. Tento typ vlákna zahŕňa typy Ala, Alb, Alc a Ald. Môžu byť vyrobené z viaczložkového skla alebo dopovaného kremičitého skla. Aby sa znížil útlm vlákien, materiály používané na výrobu viacvidových vlákien s odstupňovaným -indexom majú oveľa vyššiu čistotu ako materiály používané vo väčšine stupňových-multimodových vlákien. Je to práve kvôli odstupňovanej distribúcii indexu lomu a nižšiemu útlmu, že multimódové vlákna so stupňovitým{8}}indexom prekonávajú viacvidové vlákna so stupňovitým indexom.

Krok-index multimode vlákno

Štruktúra krokového-indexového multimódového vlákna je znázornená na obrázku 2-19. Tento typ vlákna sa dodáva v troch kategóriách (A2, A3 a A4) a deviatich druhoch. Na výrobu jadra a plášťa možno použiť viaczložkové sklo, dopované sklo alebo plast. Vzhľadom na ich veľkú veľkosť jadra a veľkú numerickú apertúru možno tieto multimódové vlákna efektívnejšie spájať s nekoherentnými svetelnými zdrojmi, ako sú napríklad svetelné- diódy (LED). Prepojovacie spojenia možno vytvoriť pomocou lacných vstrekovaných{11}}konektorov, čím sa znížia celkové náklady na výstavbu siete. Preto multimódové vlákno s krokom{13}}indexom, najmä plastové vlákno A4, hrá dôležitú úlohu v komunikácii na krátku vzdialenosť.