Jednovidové optické vlákno - Single-mode optical fiber

Struktura typického jednovidového vlákna.
  1. Průměr jádra 8–9 µm
  2. Plášť o průměru 125 µm
  3. Pufr o průměru 250 µm
  4. Bunda o průměru 900 µm

V komunikaci s optickými vlákny je jednovidové optické vlákno ( SMF ) optické vlákno navržené tak, aby neslo pouze jeden režim světla- příčný režim . Režimy jsou možná řešení Helmholtzovy rovnice pro vlny, která se získá kombinací Maxwellových rovnic a okrajových podmínek. Tyto režimy definují způsob, jakým se vlna šíří prostorem, tj. Jak je vlna v prostoru distribuována. Vlny mohou mít stejný režim, ale různé frekvence. To je případ jednovidových vláken, kde můžeme mít vlny s různými frekvencemi, ale stejného režimu, což znamená, že jsou v prostoru distribuovány stejným způsobem, a to nám dává jediný paprsek světla. Přestože paprsek cestuje rovnoběžně s délkou vlákna, často se nazývá příčný režim, protože jeho elektromagnetické kmity se vyskytují kolmo (příčně) na délku vlákna. Nobelovu cenu za fyziku za rok 2009 získal Charles K. Kao za teoretickou práci na jednomódovém optickém vlákně. Standardy G.652 a G.657 definují nejpoužívanější formy jednovidových optických vláken.

Dějiny

V roce 1961 publikoval Elias Snitzer při práci ve společnosti American Optical komplexní teoretický popis vláken jednoho režimu v časopise Journal of the Optical Society of America .

Ve společnosti Corning Glass Works (nyní Corning Inc. ) začali Robert Maurer, Donald Keck a Peter Schultz s taveným oxidem křemičitým, materiálem, který lze vyrobit extrémně čistým, ale má vysokou teplotu tání a nízký index lomu. Vyráběli válcovité předlisky ukládáním vyčištěných materiálů z plynné fáze přidáváním pečlivě kontrolovaných hladin dopantů, aby byl index lomu jádra o něco vyšší než index pláště, aniž by dramaticky zvyšoval útlum. V září 1970 oznámili, že vyrobili jednovidová vlákna s útlumem na 633 nanometrové helium-neonové linii pod 20 dB/km.

Charakteristika

Stejně jako multimódová optická vlákna vykazují jednovidová vlákna modální disperzi vyplývající z více prostorových režimů, ale s užší modální disperzí. Jednovidová vlákna proto lépe zachovávají věrnost každého světelného impulsu na delší vzdálenosti než vlákna více režimů. Z těchto důvodů mohou mít jednovidová vlákna větší šířku pásma než vícerežimová vlákna. Zařízení pro jednovidové vlákno je dražší než zařízení pro vícerežimová optická vlákna, ale samotné jednovidové vlákno je obvykle hromadně levnější.

Příčný řez jednorežimovým koncem propojovacího kabelu z optického vlákna, pořízený pomocí Fiberscope. Kruh je obklad o průměru 125 mikronů. Nečistoty jsou na průřezu viditelné jako pruh a díky osvětlení září.

Typické jednovidové optické vlákno má průměr jádra mezi 8 a 10,5 µm a průměr pláště 125 µm. Existuje řada speciálních typů jednovidových optických vláken, která byla chemicky nebo fyzikálně upravena tak, aby poskytovala speciální vlastnosti, jako je vlákno s posunem disperze a nenulové vlákno s posunem disperze . Datové rychlosti jsou omezeny disperzí režimu polarizace a chromatickou disperzí . Jak 2005, datové rychlosti až 10 gigabitů za sekundu byly možné na vzdálenost přes 80 km (50 mi) s komerčně dostupnými transceivery ( Xenpak ). Pomocí optických zesilovačů a zařízení kompenzujících disperzi dokážou nejmodernější optické systémy DWDM pokrýt tisíce kilometrů rychlostí 10 Gbit/s a několik set kilometrů rychlostí 40 Gbit/s.

Režim hranic nejnižšího řádu se zjišťuje pro požadovanou vlnovou délku řešením Maxwellových rovnic pro okrajové podmínky kladené vláknem, které jsou určeny průměrem jádra a indexy lomu jádra a pláště . Řešení Maxwellových rovnic pro režim vázaného nejnižšího řádu umožní dvojici ortogonálně polarizovaných polí ve vlákně, a to je obvyklý případ v komunikačním vlákně.

Ve vedeních krok-index, provoz jednovidové dochází, když je normalizovaná frekvence , V , je menší než nebo se rovná 2,405. U profilů power-law dochází k jednomódovému provozu pro normalizovanou frekvenci V menší než přibližně

,

kde g je parametr profilu.

V praxi nemusí být ortogonální polarizace spojeny s degenerovanými režimy.

OS1 a OS2 jsou standardní jednovidová optická vlákna používaná s vlnovými délkami 1310 nm a 1550 nm (velikost 9/125 µm) s maximálním útlumem 1 dB/km (OS1) a 0,4 dB/km (OS2). OS1 je definován v ISO/IEC 11801 a OS2 je definován v ISO/IEC 24702.

Konektory

Konektory optických vláken se používají ke spojení optických vláken tam, kde je vyžadována schopnost připojení/odpojení. Základní jednotkou konektoru je sestava konektoru. Sestava konektoru se skládá z adaptéru a dvou konektorových zástrček. Díky sofistikovaným postupům leštění a ladění, které mohou být začleněny do výroby optických konektorů, se konektory obvykle montují na optické vlákno ve výrobním závodě dodavatele. Příslušné montážní a lešticí operace však lze provádět v terénu, například pro vytvoření propojovacích můstků na míru.

Konektory z optických vláken se používají v ústřednách telefonních společností, v instalacích v prostorách zákazníka a v aplikacích mimo závod. Mezi jejich použití patří:

  • Navázání spojení mezi zařízením a telefonním závodem v centrále
  • Připojení vláken k vzdálené a vnější elektronice závodu, jako jsou jednotky optických sítí (ONU) a systémy Digital Loop Carrier (DLC)
  • Optický kříž se připojuje v centrále
  • Propojovací panely ve vnějším závodě pro zajištění architektonické flexibility a pro propojení vláken patřících různým poskytovatelům služeb
  • Připojení spojek, rozdělovačů a multiplexerů s vlnovou délkou (WDM) k optickým vláknům
  • Připojení optického testovacího zařízení k vláknům pro testování a údržbu.

Aplikace mimo závod mohou zahrnovat umístění konektorů pod zem v podpovrchových skříních, které mohou být vystaveny záplavám, na venkovních zdech nebo na sloupech inženýrských sítí. Uzávěry, které je uzavírají, mohou být hermetické nebo mohou být „volně dýchající“. Hermetické uzávěry zabrání tomu, aby byly konektory uvnitř vystaveny teplotním výkyvům, pokud nebudou porušeny. Volně dýchající skříně je vystaví výkyvům teploty a vlhkosti a případně kondenzaci a biologickému působení vzdušných bakterií, hmyzu atd. Konektory v podzemní elektrárně mohou být vystaveny ponoření podzemní vody, pokud jsou uzávěry, které je obsahují, porušeny nebo nesprávně sestaveny.

Nejnovější průmyslové požadavky na konektory z optických vláken jsou v Telcordia GR-326 , obecné požadavky na singlemode optické konektory a propojovací sestavy .

Multi-vlákno optický konektor je navržen tak, aby současně připojit více optických vláken dohromady, přičemž každý z optických vláken jsou spojeny pouze s jedním optickým vláknem.

Poslední část definice je zahrnuta, aby nedošlo k záměně vícevláknových konektorů s rozvětvenou komponentou, jako je například vazební člen. Ten spojuje jedno optické vlákno se dvěma nebo více dalšími optickými vlákny.

Vícevláknové optické konektory jsou navrženy pro použití všude tam, kde je potřeba rychlé a/nebo opakované připojení a odpojení skupiny vláken. Mezi aplikace patří ústřední kanceláře (CO) telekomunikačních společností, instalace v prostorách zákazníka a aplikace Outside Plant (OSP).

Vícevláknový optický konektor lze použít při vytváření levného přepínače pro použití při testování optických vláken. Další aplikace je v kabelech dodávaných uživateli s předem ukončenými vícevláknovými propojkami. To by snížilo potřebu spojování polí, což by mohlo výrazně snížit počet hodin nezbytných pro umístění kabelu z optických vláken do telekomunikační sítě. To by zase vedlo k úsporám pro instalatéra takového kabelu.

Průmyslové požadavky na vícevláknové optické konektory jsou pokryty v GR-1435 , Obecné požadavky na vícevláknové optické konektory .

Přepínače s optickými vlákny

Optický přepínač je komponenta se dvěma nebo více portů, které selektivně vysílá, přesměrování, nebo bloky optického signálu na přenosové médium. Podle Telcordia GR-1073 musí být pro výběr nebo změnu mezi stavy aktivován optický spínač. Ovládací signál (také označovaný jako řídicí signál) je obvykle elektrický, ale v zásadě může být optický nebo mechanický. (Formát řídicího signálu může být booleovský a může to být nezávislý signál; nebo v případě optického ovládání může být řídicí signál zakódován ve vstupním datovém signálu. Výkon spínače je obecně zamýšlen jako nezávislý na vlnové délce v komponentním propustném pásmu .)

Čtyřnásobně plátované vlákno

Ve vláknové optice je čtyřnásobně plátované vlákno jednovidové optické vlákno, které má čtyři pláště. Každý plášť má index lomu nižší než jádro . Vzájemně vůči sobě jsou jejich relativní indexy lomu v pořadí vzdálenosti od jádra: nejnižší, nejvyšší, nižší, vyšší.

Čtyřnásobně plátované vlákno má výhodu ve velmi nízkých ztrátách makrobendingu. Má také dva body s nulovou disperzí a mírně nízkou disperzi v širším rozsahu vlnových délek než jednotlivě plátovaná vlákna nebo dvakrát plátovaná vlákna .

Výhody

  • Žádná degradace signálu
  • Nízký rozptyl
  • Dobře se hodí pro komunikaci na dlouhé vzdálenosti

Nevýhody

  • Výroba a manipulace je obtížnější
  • Vyšší cena
  • Spojení světla s vláknem je obtížné

Viz také

Reference

Citace

Prameny

externí odkazy