egymódusú{0}}szálas szál
Optikai szálakamelyek csak egy módú átvitelre képesek, az úgynevezett egymódusú szálak{0}}. Az egy-módusú szálak csak az alapmódot (legalacsonyabb sorrendű módot) tudják továbbítani, és nincs különbség a módusok közötti késleltetésben. Ezért sokkal nagyobb a sávszélességük, mint a többmódusú optikai szálaké, ami kulcsfontosságú a nagy-sebességű adatátvitelhez. Az egymódusú optikai szálak sávszélessége jellemzően több tíz GHz·km tartományba esik vagy nagyobb.
A step{0}}index egymódusú-szál szerkezetét a 2-13. ábra mutatja. Az egy-módusú szál kis magátmérővel rendelkezik, hogy biztosítsa az egy-módusú átvitelt, de a burkolat átmérője több mint tízszer nagyobb, mint a mag átmérője az optikai veszteség elkerülése érdekében. Az egy-módusú szálszerkezet egyes részeinek funkciói hasonlóak a többmódusú száléhoz. A különbség az, hogy a mag átmérőjét a hullámhossz-függő módusmező-átmérő *w* segítségével fejezzük ki. Ezt a fajta szálat széles körben használják a modern száloptikai kommunikációs technikában.
A 2-13. ábra egy step-index egymódusú optikai szál szerkezetét mutatja.
A B1.1 és B4 típusú egy-módusú optikai szálak méretparamétereit a 2-1 és a 2-2 táblázat mutatja.
| Név | Paraméter |
|---|---|
| 1310 nm módú{1}}mezőátmérő | [(8.6 ~ 9.5) ± 0.7] µm |
| A burkolat átmérője | (125 ± 1) µm |
| 1310 nm-es szálkoncentrikus hiba | 0,8 µm vagy annál kisebb |
| Burkolat nem-kör alakú | 2%-nál kisebb vagy egyenlő |
| Bevonat átmérője (elsődleges szín) | (245 ± 10) µm |
| Bevonat átmérője (színes) | (250 ± 15) µm |
| Burkolat/bevonat koncentrikussági hibája | 12,5 µm vagy annál kisebb |
2. táblázat-1 A B1.1 egymódusú szál méretparaméterei
| Név | Paraméter |
|---|---|
| 1550 nm módú{1}}mezőátmérő | [(8.0 ~ 11.0) ± 0.7] µm |
| A burkolat átmérője | (125 ± 1) µm |
| 1550 nm-es szálkoncentrikus hiba | 0,8 µm vagy annál kisebb |
| Burkolat nem-kör alakú | 2%-nál kisebb vagy egyenlő |
| Bevonat átmérője (elsődleges szín) | (245 ± 10) µm |
| Bevonat átmérője (színes) | (250 ± 15) µm |
| Burkolat/bevonat koncentrikussági hibája | 12,5 µm vagy annál kisebb |
2. táblázat-A B4 egymódusú szál 2 méretparaméterei
Az egymódusú{0}}optikai szál szabványai és alkalmazásai
Az egymódusú{0}}száloptikai szál alacsony csillapítás, széles sávszélesség, nagy kapacitás, alacsony költség és könnyű bővíthetőség előnyeivel ideális optikai kommunikációs átviteli közeg, és világszerte széles körben használják. Jelenleg az információs társadalom fejlődésével a kutatók szálerősítőket, időosztásos multiplexelést (TDM), hullámhossz-osztásos multiplexelést (WDM) és frekvencia-osztásos multiplexelést (FDM) fejlesztettek ki, tovább javítva az egymódusú szál átviteli távolságát, kommunikációs kapacitását és átviteli sebességét.
Érdemes megjegyezni, hogy bár az üvegszálas erősítők megnövelik az átviteli távolságokat, a multiplexelési technológiák pedig nagy-sebességű, nagy-kapacitású jelátvitelt biztosítanak, ugyanakkor növelik a diszperziós és nemlineáris hatások hatását a rendszerátvitel minőségére. Ezért többféle optikai szálat kutattak és fejlesztettek ki: diszperziós-eltolt szál, nem-nulla diszperziós-eltolt szál, diszperziós-lapított szál és diszperziós-kompenzációs szál, amelyek mindegyike egyedi előnyökkel rendelkezik a diszperziós és nemlineáris hatások kezelésében.
Az egymódusú-optikai szálak öt típusba sorolhatók aszerint, hogy nulla-diszperziós hullámhosszt és vágási hullámhossz-eltolást mutatnak-e. A Nemzetközi Távközlési Unió Távközlési Szabványügyi Szektora (ITU-T) 2000 októberében négy ilyen típusra adott ki ajánlásokat: G.652, G.653, G.654 és G.655 szálak. Az IEC (Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság) és az ITU{10}}T egymódusú optikai szálakra vonatkozó elnevezési konvenciói közötti megfelelést a 2-14. ábra mutatja.
| Kínai név | ITU-T | IEC |
|---|---|---|
| Egymódusú{0}}szálas szál | ||
| Nem-diszperziós eltolt egy-módusú szál | G.652 A/B/C | B1.1 és B1.3 |
| Diszperzióeltolásos egymódusú{0}}szál | G.653 | B2 |
| Vágja le az eltolt hullámhosszú-egymódusú szálat | G.654 | B1.2 |
| Nem-nulla diszperzió eltolt egy-módusú szál | G.655 A/B | B4 |
| Szélessávú, nem{0}}nulla diszperziós eltolt egy-módusú optikai szál | - | - |
| Hajlítsa meg az érzéketlen-egymódusú{1}}szálat | - | - |
A 2-14. ábra az IEC és az ITU-T által elnevezett különböző egy-módusú optikai szálak közötti megfelelést mutatja.
G.652 – Nem diszperziós{1}}eltolt egy-módusú szál
A szabványszöveg a G.652 szálat tovább osztja G.652A, G.652B és G.652C szálakra csillapítása, diszperziója, polarizációs módusú diszperziója, működési hullámhossz-tartománya és SDH rendszerekben való alkalmazásuk alapján különböző átviteli sebességeken. Lényegében a G.652 szál két típusra osztható: hagyományos egy-módusú szálra (G.652A és G.652B) és alacsony-víz-csúcs egy-módusú szálra (G.652C).
(1) Hagyományos egy-módusú szál: A hagyományos egy-módusú szálat 1983-ban kezdték el kereskedelmi forgalomban használni. Teljesítményjellemzői a következők: nulla diszperzió 1310 nm hullámhosszon; a minimális csillapítási együttható 1550 nm hullámhossz közelében, körülbelül 0,22 dB/km, de a maximális diszperziós együttható 17 ps/(nm·km) 1550 nm közelében; ennek a szálnak a működési hullámhossza az 1310 nm-es és az 1550 nm-es hullámhossz-tartományban is megválasztható, optimális működési hullámhossza pedig az 1310 nm-es tartományban. Ezt a szálat gyakran „hagyományos” vagy „standard” egymódusú szálnak nevezik, és jelenleg ez a legszélesebb körben használt szál. A mai napig összesített elterjedése világszerte elérte a 7 x 10⁻⁶ km-t.
(2) Alacsony-víz-csúcs egymódusú optikai szál: A nagyvárosi hálózatok (MAN) kihívásainak – például az összetett és változó szolgáltatási környezetek, a nagyszámú közvetlenül támogatott felhasználó és a rövid átviteli távolságok (általában csak 50-80 km) – megoldása érdekében a nagy osztású, többszörös DM-technológiát (HDDW) használjuk. több tíz-száz multiplex hullámhossz. Ez magában foglalja a különböző sebességű és karakterisztikájú szolgáltatások különböző hullámhosszokhoz való hozzárendelését, valamint útválasztást és demultiplexelést az optikai úton. Ezért szükséges az alacsony-víz-csúcs egy-módusú optikai szál (ITU-T G.652C) kifejlesztése szélesebb működési hullámhossz-tartománnyal, hogy megfeleljen a HDWDM MAN fejlesztési igényeinek.
G.653 diszperziós-eltolt egymódusú-szál
A diszperziós-eltolódott egymódusú-szál (ITU-T G.653) 1985-ben került kereskedelmi forgalomba. A diszperziós-eltolódott egymódusú-szál ezt úgy éri el, hogy megváltoztatja a szál szerkezeti paramétereit és törésmutató-eloszlását, ezáltal növelve a hullámvezető eltolódási pont diszperzióját, és ezáltal a minimális diszperziót. 1310-1550 nm. Ez azt eredményezi, hogy a legkisebb csillapítási hullámhossz 1550 nm-en konzisztens a nulla-diszperziós hullámhosszal, és a ballasztszálas erősítők 1530–1565 nm-es működési hullámhossz-tartományában működik. Ez a fajta szál ideálisan alkalmas nagy távolságú, egycsatornás, nagy sebességű optikai erősítőrendszerekhez; például egy 20 Gbit/s-os rendszer közvetlenül megvalósítható ezen a szálon, mindenféle diszperziókompenzációs intézkedés nélkül.
A diszperziós -eltolt egymódusú-szálak legígéretesebb alkalmazása a tenger alatti optikai szálas kommunikációs rendszerekben van, amelyek nagy távolságú-egycsatornás-átvitelt tesznek lehetővé. Ezenkívül bizonyos számú diszperziós-eltolt egymódusú-szálat is telepítettek a földi, nagy távolságú vezetékes kommunikációs hálózatokban.
G. 654-Cutoff Hullámhossz Shifted Single-Mode Fiber
Az 1550 nm-es vágási hullámhosszú-eltolt egy-módusú szál (ITU-T G.654) egy nem-diszperziós-eltolódású szál, amelynek nulla-diszperziós hullámhossza 1310 nm körül van. A vágási hullámhosszt egy hosszabb hullámhossz-tartományba tolják el, ami minimális csillapítást eredményez az 1550 nm-es hullámhossz-tartományban. Optimális működési hullámhossz-tartománya 1500-1600 nm.
Az alacsony -csillapítású szál előállításának módszere tiszta szilícium-dioxid-üveg mag és fluor{1}}adalékolt süllyesztett burkolat használata; a hosszú vágási hullámhossz csökkenti a szál érzékenységét a hajlítási -veszteségekkel szemben.
Mivel ezt a fajta szálat különösen nehéz előállítani és nagyon drága, ritkán használják. Főleg átjátszó nélküli tengeralattjáró száloptikai kommunikációs rendszerekben használják nagy átviteli távolsággal, ahol az aktív eszközök nem helyezhetők be.
G.655-Nem-nulla diszperzió-eltolt egymódusú szál
A nem-zéró diszperziós-eltolt egy-módusú szál (ITU-T G.655) egy új típusú optikai szál, amelyet 1994-ben a Lucent Technologies és a Corning Incorporated tervezett és gyártott kifejezetten a következő-generációs hullámhosszosztásos multiplexeres átviteli rendszerekhez. Ez a szál diszperziós-eltolt egymódusú-szálon alapul, és a törésprofil szerkezetének megváltoztatásával az 1550 nm-es hullámhosszon a diszperziót nem-nullává teszik; innen ered a nem-nulla diszperziós-eltolódott egymódusú szál-neve.
Diszperziós-lapos egymódusú{1}}szál
1988-ban a diszperziós-lapos egymódusú{2}}szálas szálakat forgalmazták. Ez a szál alacsony diszperziót mutat az 1310–1550 nm hullámhossz-tartományban, és két nulla -diszperziós hullámhosszal rendelkezik, nevezetesen 1310 nm és 1550 nm. Ez a szál használható szélesebb középső hullámhosszú lézerekkel és szabványos lézerekkel, amelyek 1310 nm-en és 1550 nm-en működnek a LED-ekkel való nagy sebességű átvitelhez. A diszperziós-lapos egymódusú{15}}szál azonban összetett törésmutató-profillal rendelkezik, ami megnehezíti a gyártást, és nagy csillapítása korlátozza gyakorlati alkalmazását. A diszperziós-lapos egymódusú-szál teljesítményét és alkalmazásait a 2-8. táblázat mutatja be.
| Teljesítmény | Módmező átmérője (μm) | Burkolat átmérője (nm) | Nulla diszperziós hullámhossz (nm) | Működési hullámhossz (nm) | Maximális makrohajlítási veszteség (dB·km⁻¹) | Maximális polarizációs mód diszperzió (ps·√km)⁻¹ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Követelmény | 8 (1310 nm) 11 (1550 nm) | 125-nél kisebb vagy egyenlő | 1310 és 1550 | 1310 és 1550 között | Legfeljebb 0,25 (1310 nm) Kisebb vagy egyenlő, mint 0,30 (1550 nm) | 0 (1310 nm) 0 (1550 nm) |
Alkalmazási forgatókönyv: Ez a száltípus különösen alkalmas alacsony belső hajlítási diszperziójú környezetekhez az 1310–1550 nm-es működési hullámhossz-tartományban.
Diszperziókompenzált egymódusú-szál
A száloptikai erősítők alkalmazásával a csillapítás már nem jelent jelentős korlátot az optikai kommunikációs rendszerek távolságában. A diszperzió azonban súlyosan akadályozza a hagyományos egymódusú optikai szálak működési hullámhosszainak 1310 nm-ről 1550 nm-re történő bővítését. Ennek a gyakorlati problémának a megoldására fejlesztették ki a diszperziós-egymódusú-szálat.
A diszperziós{0}}egymódusú-szál az egymódusú szálak egyik fajtája, amely 1550 nm-es hullámhosszon jelentős negatív diszperzióval rendelkezik. A jelenlegi kísérleti eredmények azt mutatják, hogy a diszperziós -kompenzált egymódusú- szál szóródási együtthatója 50 és -548 ps/(nm·km) között van, és a csillapítás jellemzően 0,5 és 1,0 dB/km.
Ha egy hagyományos egymódusú szálas{0}}rendszer működési hullámhosszát 1310 nm-ről 1550 nm-re növelik, a teljes diszperziója pozitív. Egy szakasz negatív diszperziós szál hozzáadásával a hagyományos egymódusú szál 1550 nm-es pozitív diszperziója megszüntethető több tíz kilométeres hagyományos egymódusú szálban, így a beépített hagyományos egymódusú szál működési hullámhossza 1310 nm-ről 1550 nm-re emelkedik, ezáltal magas{9} nagy{10}}távolságú és nagy{11}}kapacitású átvitel. A diszperziós -kompenzációs egymódusú- szál hozzáadásával bevezetett csillapítás teljes mértékben kompenzálható a szálerősítővel.
Multimódusú szál
Ahogy a neve is sugallja, a többmódusú szál olyan optikai szál, amely lehetővé teszi több módozat átvitelét benne, vagy más szóval több külön átviteli mód megengedett a többmódusú szálban.
A Multimode Fiber szabványai és alkalmazásai
Osztályozott{0}}módú multimódusú optikai szál
A G.651 szál egy osztályozott -indexű multimódusú szál, amelyet elsősorban analóg vagy digitális jelátvitelre használnak a 850 nm-es és 1310 nm-es hullámhossz-tartományokban. Magátmérője 50 µm, burkolata 125 µm. A 850 nm-es hullámhossz-tartományban a csillapítási együttható kisebb, mint 4 dB/km, a diszperziós együttható pedig kisebb, mint 120ps/(nm·km); az 1310 nm hullámhosszú tartományban a csillapítási együttható kisebb, mint 2dB/km, a diszperziós együttható pedig kisebb, mint 6ps/(nm·km).
Gradiens{0}}módú multimódusú optikai szál
A fokozatos-index multimódusú szál szerkezetét a 2-18. ábra mutatja. Ez a fajta szál magában foglalja az Ala, Alb, Alc és Ald típusokat. Többkomponensű üvegből vagy adalékolt szilikaüvegből készülhetnek. A szálcsillapítás csökkentése érdekében az osztályozott -index multimódusú szálak gyártásához használt anyagok sokkal nagyobb tisztaságúak, mint a legtöbb lépcsős-indexű multimódusú szálban használt anyagok. Pontosan a fokozatos törésmutató-eloszlás és az alacsonyabb csillapítás miatt a fokozatos-indexű multimódusú szálak jobban teljesítenek, mint a lépcsős indexű többmódusú szálak.
Lépés{0}}index többmódusú optikai szál
A step-index multimódusú szál szerkezetét a 2-19. ábra mutatja. Ez a fajta szál három kategóriában (A2, A3 és A4) és kilenc fajtában található. Többkomponensű üveg, adalékolt üveg vagy műanyag használható a mag és a burkolat elkészítéséhez. Nagy magméretüknek és nagy numerikus apertúrájuknak köszönhetően ezek a többmódusú szálak hatékonyabban csatlakoztathatók inkoherens fényforrásokhoz, például fénykibocsátó diódákhoz (LED). Az összeköttetések olcsó fröccsöntött{11}}csatlakozók segítségével hozhatók létre, így csökkentve a hálózatépítési költségeket. Ezért a step-index multimódusú szál, különösen az A4-es műanyagszál, fontos szerepet játszik a rövid távú kommunikációban.
