Параметри одномодових оптичних волокон.





Параметри одномодових оптичних волокон.



 Терміни волоконний світловод і оптичне волокно, відрізняються тим, що під волоконним світловодом розуміється оптична структура, (найчастіше оптичні світловоди з круглим поперечним перерізом) котра з точки зору законів фізики розглядається як середовище для передавання оптичних сигналів, а під оптичним волокном розуміється, готовий конструктивний виріб, з нанесеними на нього покриттями та котре використовується в лініях волоконно-оптичного зв'язку.
 Оптичне волокно у вигляді циліндра круглого поперечного перерізу з прозорого для оптичного випромінення діелектричного матеріалу забезпечує розповсюдження світла вздовж волокна за рахунок використання явища повного внутрішнього відбиття, що забезпечується наявністю оболонки показник заломлення котрої показник заломлення середовища. менший від максимального значення показника заломлення матеріалу серцевини волокна показник заломлення середовища., (де r поточний радіус), (ε2 и ε1(r)) - відносна діелектрична проникність матеріалу оболонки та радіально-неоднорідного матеріалу серцевини відповідно. При цьому основна частина енергії оптичного випромінення зосереджується в серцевині. Для захисту від зовнішніх впливів та підвищення механічної міцності волокна його оболонку покривають захисним покриттям.
 Оптичні волокна в залежності від профілю показника заломлення в серцевині поділяють на східчасті (однорідні), градієнтні (степеневі) та волокна зі складним профілем показника заломлення.
Всі оптичні волокна поділяють на дві групи:
    1. Одномодові (SMF, Single-Mode Fiber)
    2. Багатомодові (MMF, Multi-Mode Fiber)

Одномодові оптичні волокна напрямляють одну моду в робочому діапазоні довжин хвиль. У волоконно-оптичних системах передачі з WDM використовують одномодові оптичні волокна, котрі є середовищем передавання (відповідно фізичним рівнем оптичної транспортної мережі):

    - Волокно без зсунутої дисперсії, так зване стандартне волокно (SF, Standard Fiber)
    - Волокно із зсунутою дисперсією (DSF, Dispersion-shifted Single-mode Fiber)
    - Волокно із зсунутою довжиною хвилі зрізу
    - Волокно з ненульовою зсунутою дисперсією (NZDSF - Non-Zero Dispersion-shifted Single-mode Fiber)
    - Волокно з ненульовою дисперсією для широкосмугового оптичного переносу.
 Різні типи волокон є достатньо близькими за значенням величини загасання, але суттєво відрізняються за величиною хроматичної дисперсії


 Оптичні та геометричні характеристики одномодових волокон у відповідності з рекомендаціями ITU-T з оновленнями станом на 2010 рік (в дужках наведені категорії волокон у відповідності зі стандартами ІЕС):

Завантажити таблицю як документ Word







 Рекомендація G.657 описує дві категорії волоконно-оптичного кабелю одномодового режиму, котрі призначені для використання у мережах доступу.
 Волокна G.657.А можуть використовуватись у O, E, S, C діапазоні (тобто, всюди у діапазоні 1260 нм ÷ 1625 нм на всій регенераційній дільниці. Волокна і вимоги у цій категорії - відповідають по своїм властивостям волокнам G.652.D і мають тіж параметри і властивості з'єднань волокон. Однак покращені втрати на згинах і технічні вимоги на підключення волокон.
 Волокна G.657.В призначені для передачі на довжинах хвиль 1310 нм, 1550 нм і 1625 нм для коротких дистанцій, котрі використовуються при формуванні сигналів. Ці волокна мають інші властивості і з'єднання чим волокна G.652, але призначені для дуже маленьких радіусів згину.
 По класифікації ITU-T, нормовані значення поляризаційної дисперсії моди для різних підкатегорій оптичних волокон на різних довжинах хвиль оптичні волокна розділені на чотири підкатегорії - A, B, C, D.
 Волокно G.652. А відповідає вимогам, необхідним для передачі інформаційних потоків, у відповідності з рекомендаціями ITU-T до STM-16 G.957 и G.691, а також 10 Гбит/с до 40 км (Ethernet) и STM-256 для Рек. МСЭ-Т G.693.
 Волокно G.652.B відповідає вимогам, необхідним для передачі інформаційних потоків рівня до STM-64 у відповідності з рекомендаціями ITU-T G.691 і G.692, STM-256 для декотрих випадків рекомендацій G.693 і G.959.1. В залежності від призначення може бути потрібна адаптація хроматичної дисперсії.
 Волокна G.652.C і G.652.D мають занижене загасання на "піку води", а значить, дозволяють здійснювати передачу також у діапазоні довжин хвиль 1360 ÷ 1530 нм, а в іншому відповідають специфікаціям G.652.A і G.652.B відповідно.

 Також необхідно брати до уваги, що в різних умовах різні типи волокон можуть мати переваги або недоліки у порівнянні з іншими типами волокон. Наприклад, в С діапазоні волокна G.652 мають більшу хроматичну дисперсію у порівнянні, наприклад з G.653 або G.655. Але в наслідок більших діаметрів поля моди волокнам типу G.652 властиве менше раманівське підсилення для визначеної потужності накачки, чим іншим волокнам.

Категоріяга Опис λ нульової дисперсії.
Номінальне значення, нм
Робоча λ,
номінальне значення, нм
В.1.1 Дисперсія не зсунута 1310 1310
В.1.2 Мінімізовані втрати 1310 1550
В.1.3 Мінімізовані втрати 1310 1310 ÷ 1625
В.2 Дисперсія не зсунута 1550 1550
В.3 Згладжена дисперсія Примітка 3 1310 і 1550
В.4 Ненульова дисперсія Примітка 4 1550


Примітки до таблиці:
Примітка 1 - Необхідно бути уважним у випадку зрощування волокон різних типів. Попередні результати показують, що адекватні втрати на стику і механічну тривкість може бути досягнуто у випадку зрощування різних типів волокон в межах однієї категорії.
Примітка 2 - Волокна категорії. В.1.2 не є одномодовимі в області окіл 1310 нм.
Примітка 3 - Одномодові волокна категорії B.3 характеризуються низькою дисперсією в широкому діапазоні довжин хвиль.
Примітка 4 - Одномодові волокна категорії B.4 (див. наведену вище таблицю) характеризуються хроматичною дисперсією, Dmin ≤ |D(λ)| ≤ Dmax при λmin ≤ λ ≤ λmax. Знак D(λ) не змінюється в діапазоні довжин хвиль від λmin до λmax в даному волокні. Однак знак може змінюватись від одного волокна до другого в системі. Додатня і від'ємна дисперсії однаково ефективні у випадку пригнічення чотирихвильового нелінійного змішування. Вибір волокна з необхідним знаком дисперсії слід здійснювати, враховуючи супутні аспекти використання, враховуючи рекомендацію ITU-T G.663.

Діаметр поля моди (ДПМ), мкм, - числова мера для поперечного розміру області в поперечному перерізі оптичного волокна, в котрій розподілена інтенсивність моди оптичного волокна.
ДПМ для конкретного оптичного волокна значною мірою залежить від довжини хвилі що передається по волокну.
Занадто маленьке значення ДПМ призводить до втрат оптичної потужності при вводе світла в волокно, а також до труднощів при з'єднанні оптичних волокон. Разом з тим, при великих значеннях ДПМ збільшуються втрати оптичної потужності на згинах оптичного волокна.
Існують різні методики вимірювання діаметру поля моди і відповідні формули для його обчислення. При вимірюванні ДПМ скануванням дальнього поля використовують метод IEC 793-1-C9A. При вимірюванні ДПМ скануванням ближнього поля використовують метод IEC 793-1-C9C і розрахункову формулу:

Формула обчислення ДПМ.

де I(ρ) - розподіл інтенсивності ближнього поля.
При обчисленні втрат на мікрозгинах використовують формулу:
Формула обчислення ДПМ для макровигонів.

де I(ρ) - радіальний розподіл інтенсивності в поперечному перерізі ОВС.
Ефективна площа - параметр, котрий стали обчислювати і вимірювати з появою ВОСП СРК. Необхідність контролю ефективної площі виникає у випадку розповсюдження сигналу з більшою щільністю потужності (наприклад, груповий сигнал, утворений сумою канальних сигналів в мультиплексорі ВОСП СРК), що призводить до появи нелінійних ефектів в ОВС. Такі ефекти обумовлені залежністю показника заломлення світловодною площиною ОВС від інтенсивності електромагнітного поля (або, що теж саме, від щільності оптичної потужності).
Для розрахунку впливу нелінійних ефектів на сигнал, що розповсюджується, вводять нелінійний показник заломлення світловодної площини ОВС ñ(I), котрий залежить від величини інтенсивності в ОВС оптичного випромінення:
ñ(I) = n + nнлн · I

де n - лінійна частина нелінійного показника заломлення;
nнлн - коефіцієнт нелінійності нелінійного показника заломлення, мкм2/Вт;
I - інтенсивність оптичного випромінювання
Значення ефективної площі ОВС необхідно для визначення коефіцієнту нелінійності ОВС. Коефіцієнт нелінійності ОВС kнлн, Вт-1, - характеристика ОВС, щільно пов'язана з числом прояви нелінійних ефектів и обчислюється по формулі:
kнлн = nнлнеф

де Аеф - ефективна площа ОВС, мкм2, значення котрої визначаються через розподіл інтенсивності електромагнітного поля основної моди в поперечному перерізі ОВС згідно з формулою:
Ефективна площа ОВС.

Ясно, що ефективна площа Аеф залежить від параметрів волокна: різниці показників заломлення осердя і оболонки, радіуса осердя, а також від довжини хвилі і лиш приблизно відповідає обчисленому по величині ДПМ значенню полощи кругу.
Для зменшення щільності оптичної потужності за умови загального збільшення потужності необхідно збільшувати ефективну площу ОВС, що дозволяє збільшувати потужність групового оптичного сигналу в ВОСП зі СРК і зменшити вплив декотрих нелінійних ефектів, особливо чотирихвильового змішування, збільшити співвідношення "сигнал - шум" і збільшити відстань між підсилювачами.
Довжина хвилі зрізу оптичного волокна - найменша довжина хвилі (критична довжина хвилі), більше котрої в оптичному волокні розповсюджується лише основа мода. Існує також поняття довжина хвилі зрізу моди, це найбільша довжина хвилі за котрої у волокні може, розповсюджуватись дана мода. Необхідно відзначити також, що довжина хвилі зрізу волокна більше чим довжина хвилі того ж волокна укладеного в кабелі (на кілька десятків нанометрів), внаслідок пригнічення неосновних мод в оптичному волокні із-за механічного напруження, котре з'являється при виготовленні оптичного кабелю. Величина довжина хвилі зрізу є орієнтиром при забезпеченні одномодового режиму в оптичному волокні в робочому діапазоні довжин хвиль.


Перейти на головну сторінку
Повернутись до списку Літератури