למרות המגוון העצום של כבלים סיבים אופטיים, הסיבים בהם כמעט זהים. יתרה מכך, יש הרבה פחות יצרני סיבים (קורנינג, לוסנט ופוג'יקורה הם הידועים ביותר) מאשר יצרני כבלים.

בהתבסס על סוג העיצוב, או ליתר דיוק גודל הליבה, סיבים אופטיים מחולקים למצב יחיד (SM) ו-multimode (MM). באופן קפדני, יש להשתמש במושגים הללו ביחס לאורך הגל הספציפי המשמש, אך לאחר בחינת איור 8.2, מתברר שבשלב הנוכחי של התפתחות הטכנולוגיה לא ניתן לקחת זאת בחשבון.

אורז. 8.3. סיבים אופטיים עם מצב יחיד ורב מצב

במקרה של סיבים מולטי-מודים, קוטר הליבה (בדרך כלל 50 או 62.5 מיקרומטר) גדול כמעט בשני סדרי גודל מאורך הגל של האור. משמעות הדבר היא שאור יכול לעבור דרך הסיב לאורך מספר נתיבים (מצבים) עצמאיים. ברור שלמצבים שונים יש אורכים שונים, והאות במקלט "יתפשט" בצורה ניכרת בזמן.

בגלל זה, סוג ספר הלימוד של סיבים מדורגים (אופציה 1), עם מקדם שבירה קבוע (צפיפות קבועה) על כל חתך הרוחב של הליבה, לא היה בשימוש במשך זמן רב בגלל פיזור מצבים גדול.

הוא הוחלף על ידי סיב שיפוע (אופציה 2), אשר יש לו צפיפות לא אחידה של חומר הליבה. האיור מראה בבירור שאורך הנתיב של הקרניים מצטמצם מאוד עקב החלקה. למרות שקרניים הנעות רחוק יותר מציר הסיבים עוברות מרחקים גדולים יותר, יש להן גם מהירות התפשטות גבוהה יותר. זה קורה בשל העובדה שצפיפות החומר מהמרכז לרדיוס החיצוני יורדת על פי חוק פרבולי. וגל האור מתפשט מהר יותר, ככל שצפיפות המדיום נמוכה יותר.

כתוצאה מכך, מסלולים ארוכים יותר מתוגמלים על ידי מהירות גבוהה יותר. עם בחירה מוצלחת של פרמטרים, ניתן למזער את ההבדל בזמן ההתפשטות. בהתאם לכך, הפיזור של סיב מדורג יהיה הרבה פחות מזה של סיב עם צפיפות ליבה קבועה.

עם זאת, לא משנה כמה מאוזנים סיבי multimode שיפוע, ניתן לבטל בעיה זו לחלוטין רק על ידי שימוש בסיבים עם קוטר ליבה קטן מספיק. שבו, באורך הגל המתאים, קרן אחת תתפשט.

במציאות, לסיב נפוץ יש קוטר ליבה של 8 מיקרון, שהוא די קרוב לאורך הגל הנפוץ של 1.3 מיקרון. פיזור בין-תדרים נשאר עם מקור קרינה לא אידיאלי, אך השפעתו על העברת האותות קטנה פי מאות מפיזור בין-מצבים או חומרים. בהתאם לכך, התפוקה של כבל עם מצב יחיד גדול בהרבה מזו של כבל מולטי-מוד.

כפי שקורה לעתים קרובות, לסוג הסיבים הגבוהים יותר יש חסרונות. קודם כל, כמובן, מדובר בעלות גבוהה יותר בשל עלות הרכיבים ודרישות איכות ההתקנה.

כרטיסייה. 8.1. השוואה בין טכנולוגיות חד מצב ורב מצבים.

סוגי וסוגי מחברים

בואו נשקול חיבורים ניתנים להסרה. אם מגבלת הטווח של קווי חשמל מהירים המבוססים על זוג מעוות תלויה במחברים, אז במערכות סיבים אופטיות ההפסדים הנוספים שהם מציגים הם די קטנים. ההנחתה בהם היא כ-0.2-0.3 dB (או כמה אחוזים).

לכן, ניתן בהחלט ליצור רשתות טופולוגיה מורכבות ללא שימוש בציוד פעיל, על ידי החלפת סיבים על מחברים קונבנציונליים. היתרונות של גישה זו בולטים במיוחד ברשתות ה-Last Mile קצרות אך נרחבות. זה מאוד נוח להסיט זוג סיבים אחד לכל בית מעמוד השדרה המשותף, לחבר את שאר הסיבים בקופסת מתגים "למעבר".

מה העיקר בחיבור מתנתק? כמובן, המחבר עצמו. תפקידיו העיקריים הם לתקן את הסיב במערכת המרוכז (מחבר), ולהגן על הסיב מפני השפעות מכניות ואקלימיות.

הדרישות הבסיסיות למחברים הן כדלקמן:

· החדרת הנחתה מינימלית והשתקפות אחורית של האות;

· מידות ומשקל מינימליים עם חוזק גבוה;

· פעולה ארוכת טווח ללא הידרדרות של פרמטרים;

· קלות התקנה על כבל (סיבים);

· קל לחיבור ולניתוק.

כיום ידועים כמה עשרות סוגי מחברים, ואין אחד שהתפתחות התעשייה כולה תהיה מכוונת אסטרטגית. אבל הרעיון המרכזי של כל אפשרויות העיצוב הוא פשוט ודי ברור. יש צורך ליישר במדויק את צירי הסיבים וללחוץ את הקצוות שלהם בחוזקה זה לזה (ליצור מגע).

אורז. 8.6. עקרון הפעולה של מחבר סיבים אופטיים מסוג פינים

עיקר המחברים מיוצרים לפי עיצוב סימטרי, כאשר אלמנט מיוחד - מצמד (מחבר) משמש לחיבור המחברים. מסתבר שתחילה מקובעים את הסיב וממרכזים אותו בקצה המחבר, ולאחר מכן ממרכזים את העצות עצמם במחבר.

לפיכך, ניתן לראות שהאות מושפע הגורמים הבאים:

· הפסדים פנימיים - הנגרמים עקב סובלנות במידות הגיאומטריות של הסיבים האופטיים. זוהי האקסצנטריות והאליפטיות של הליבה, ההבדל בקטרים ​​(במיוחד בעת חיבור סיבים סוגים שונים);

· הפסדים חיצוניים, התלויים באיכות המחברים. הם מתעוררים עקב תזוזה רדיאלית וזוויתית של הקצוות, אי-מקבילות של משטחי הקצה של הסיבים ומרווח האוויר ביניהם (הפסדי פרנל);

· השתקפות הפוכה. נוצר עקב נוכחות של פער אוויר (החזרת פרנל של שטף האור בכיוון ההפוך בממשק זכוכית-אוויר-זכוכית). על פי תקן TIA/EIA-568A, מקדם ההחזר האחורי מנורמל (היחס בין עוצמת שטף האור המוחזר לעוצמת האור הנכנס). זה לא צריך להיות גרוע מ-26 dB עבור מחברים במצב יחיד, ולא יותר גרוע מ-20 dB עבור multimode;

· זיהום, אשר בתורו יכול לגרום גם לאובדן חיצוני וגם להחזרה לאחור.

סיב אופטי ( סיב אופטי) - זהו חוט זכוכית דק (לעיתים פלסטיק) שנועד להעביר שטף אור למרחקים ארוכים.

כיום, סיבים אופטיים נמצאים בשימוש נרחב הן בקנה מידה תעשייתי והן בקנה מידה ביתי. במאה ה-21, סיבים אופטיים וטכנולוגיות לעבודה איתו ירדו מאוד במחיר עקב התקדמות חדשה בקידמה הטכנולוגית, ומה שנחשב בעבר ליקר וחדשני מדי נחשב כיום לנפוץ.

מהו סיב אופטי?

1. מצב יחיד;
2. Multimode;

מה ההבדל בין שני סוגי סיבים אופטיים אלה?

אז, לכל סיב אופטי יש ליבה מרכזית וחיפוי:

סיב במצב יחיד

בסיבים חד-מצביים, הליבה היא 9 מיקרומטר והחיפוי של הסיב הוא 125 מיקרומטר (ומכאן התיוג של סיב חד-מודד 9/125). כל שטפי האור (מצבים), בשל הקוטר הקטן של הליבה המרכזית, עוברים במקביל או לאורך הציר המרכזי של הליבה. טווח אורכי הגל המשמש בסיבים אופטיים במצב יחיד הוא מ-1310 עד 1550 ננומטר ומשתמש בקרן לייזר ממוקדת מאוד.

סיבים מולטי-מודים

בסיבים אופטיים מולטי-מודים, הליבה המרכזית היא 50 מיקרון או 62.5 מיקרון, וגם החיפוי הוא 125 מיקרון. בהקשר זה, סיב אופטי רב-מודים מעביר זרמי אור רבים, בעלי מסלולים שונים ומשתקפים כל הזמן מ"קצוות" הליבה המרכזית. אורכי הגל המשמשים בסיבים אופטיים מולטי-מודים נעים בין 850 ל-1310 ננומטר ומשתמשים באלומות מפוזרות.

הבדלים במאפיינים של סיבים חד מצבים ורב מצבים

הנחתת אותות בסיבים אופטיים חד-מצביים ורב-מודים ממלאת תפקיד חשוב. בשל האלומה הצרה, הנחתה בסיבים חד-מודים נמוכה פי כמה מאשר בסיבים מולטי-מודים, מה שמדגיש שוב את היתרון של סיב אופטי חד-מודד.

לבסוף, אחד הקריטריונים העיקריים הוא התפוקה של הסיב האופטי. שוב, כאן לסיבים חד-מודים יש יתרון על פני מולטי-מוד. התפוקה של מצב בודד גבוהה פי כמה (אם לא בסדר גודל) מזו של מולטי-מוד.

מאז ומתמיד חשבו שקווי סיבים אופטיים הבנויים על סיבים מולטי-מודים זולים בהרבה מאלה הבנויים על סיבים חד-מצביים. זה נבע מהעובדה ש-multimode השתמש ב-LED ולא בלייזרים כמקור האור. עם זאת, ב השנים האחרונותהחלו להשתמש בלייזרים הן במצב יחיד והן בריבוי מצבים, מה שהשפיע על השוואת המחירים לציוד לסוגים שונים של סיבים אופטיים.

לסיבים אופטיים תכונות ביצועים טובות והוא מיועד לשידור נתונים דיגיטלי במהירות גבוהה. כל כבל מורכב מאלמנט נושא אור המוקף במעטפת מנחת, שתפקידו ליצור גבול בין המדיה ולמנוע מהזרימה לצאת מהכבל. שני האלמנטים עשויים מזכוכית קוורץ: הליבה בעלת מקדם שבירה גבוה יותר. בשל השפעה זו, איכות העברת האות מובטחת.

כבל יחיד ורב מצביםמיוצרים מחומרי גלם דומים בהרכבם, אך בעלי הבדלים משמעותיים בתכונות הטכניות. הבולם לשתי האפשרויות זהה - 125 מיקרון.

אבל הגרעינים שלהם שונים: 9 מיקרון למוד יחיד, 50 או 62.5 מיקרון למולטי-מוד.

הבנת סוגי הסיבים עוזרת לך לבחור במדויק אפשרות שתספק קיבולת ערוץ נאותה ללא עלויות מיותרות.

תכונות של כבל במצב יחיד

כאן המעבר של הקרניים נחשב ליציב, מסלולם נשאר ללא שינוי, היתרון הוא שהאות אפריורי אינו נתון לעיוות חמור. בסיב כזה מתממש פרופיל שבירה מדורג. מקור לייזר מכוון במיוחד משמש לשידור; נתונים מועברים למרחקים של קילומטרים רבים ללא כל הפרעות: אין פיזור ככזה.
בין הנקודות השליליות: סיב כזה הוא קצר יחסית למתחרה שלו, יקר לתחזוקה - הוא דורש ציוד רב עוצמה שדורש קונפיגורציה.

כבל יחיד- הוא תמיד בראש סדר העדיפויות כשמדובר בשידור במהירויות של יותר מ-10 Gbit/s.

זנים עיקריים

1. עם הסטת פיזור קרן;
2. עם אורך גל מינימלי מוזז;
3. עם פיזור קרניים לא-אפס.

תכונות של כבל מולטי-מוד

LED קונבנציונלי משמש כציוד קצה, שאינו דורש תחזוקה וניטור רציניים, וכתוצאה מכך בלאי סיבים מופחת: חיי השירות ארוכים משמעותית.

כבל Multimode זול יותר לתחזוקה, אם כי הוא מעט יותר יקר, ומספק שידור באיכות גבוהה במהירויות של עד 10 Gbit/s, בתנאי שהקו לא יעלה על 550 מטר.

אתה יכול ללמוד על המבנה של סיבים אופטיים מהסרטון:

בחיבור באזור 1 Gbit/s, סיב OM4 מתאים למרחקים ארוכים - עד 1.1 ק"מ. לרב ליבות יש שיעור הנחתה משמעותי: באזור 15 dB/km.

סוגים עיקריים של סיבים אופטיים

סיב צעד

מיוצר בטכנולוגיה פשוטה יותר. בשל העיבוד הגס של הפיזור, הוא אינו יכול לייצב את הפיזור במהירויות על, ולכן יש לו היקף יישום מוגבל.

סיב שיפוע

יש לו פיזור קרינה נמוך ומקדם השבירה מופץ בצורה חלקה.

סרטון מענייןלגבי כבל סיבים אופטיים, ראה את הסרטון למטה:

יישום של כבל חד מצב ורב מצב

עבור מספר תעשיות, קיימות מסורות ותקנים המחייבים שימוש בכבלים מסוג זה או אחר.

כבל יחידמשמש תמיד בקווי תקשורת טרנס-אוקייניים, ימיים, תא מטען באורך ניכר.

ברשתות ספק לספק גישה לאינטרנט. במערכות עיבוד הקשורות למרכזי נתונים.

כבל רב מצביםמוצא יישום ברשתות העברת נתונים בתוך ובין בניינים. במערכות FTTD.

כל סוג של קו סיבים אופטיים דורש יחס זהירואבחון שירות קבוע. כדי לקבל דוחות מלאים, נעשה שימוש במדי רפלקטרומטרים בעלי דיוק גבוה שיכולים לזהות אפילו הפסדי אות קלים.

תרגום אנה מוטוש

הַגדָרָה: סיבים התומכים ביותר ממצב אחד עבור כיוון קיטוב מסוים

סיבים מולטי-מודים הם סיבים אופטיים התומכים במספר מצבים רוחביים עבור תדר אופטי וקיטוב נתונים. מספר המצבים נקבע על פי אורך הגל ומקדם השבירה של החומר. סיבי מולטימוד מחולקים לסיבי אינדקס צעד ולסיבי שיפוע.

ערכי רדיוס הליבה והצמצם המספרי נקבעים עבור הסיבים, ומאפשרים לקבוע את פרמטר ה-V. ל ערכים גדוליםבפרמטר V, מספר המצבים הוא פרופורציונלי ל-V 2. במיוחד, עבור סיבים עם קוטר ליבה גדול ( חלק ימיןאיור 1), מספר המצבים יכול להיות גדול מאוד. סיבים כאלה יכולים לספק אור איכות ירודהאלומה (לדוגמה, שנוצרה על ידי דיודות בעלות הספק גבוה), אך כדי לשמור על אלומה איכותית ממקור אור בבהירות גבוהה, עדיף להשתמש בסיב בעל ליבה קטנה יותר וצמצם מספרי מתון, אם כי למעשה החדרת הקרינה לתוך הסיב עשוי להיות קשה יותר.

בהשוואה לסיבים רגילים במצב יחיד, לסיבים מולטי-מודים יש בדרך כלל ליבה גדולה יותר וכן צמצם מספרי גבוה, כגון 0.2-0.3. זה האחרון מאפשר לך לעבוד בעת כיפוף הסיב, אך גם מוביל לפיזור אינטנסיבי יותר, אשר נקבע על ידי הפרת הצורה הגיאומטרית של הסיב האופטי. התוצאה של הפרות אלו היא שחלק מהקרניים עוזבות את הסיב האופטי. עוצמת הפיזור תלויה לא רק באיכות החומר ממנו עשויה הליבה, אלא גם באיכות החיפוי, שכן חלק מהאות האופטי מתפשט בו גם. פרופיל מקדם השבירה הוא לרוב מלבני, אך לפעמים פרבולי. (ראה למטה).

סיב מולטימוד מורכב מליבה וחיפוי. בסוגים נפוצים של קווי תקשורת סיבים אופטיים (ראה להלן) המבוססים על סיבים מולטי-מודים 50/125 ו-62.5/125, קוטר הליבה הוא 50 ו-62.5 מיקרון, בהתאמה, וקוטר החיפוי הוא 125 מיקרון. סיבים כאלה תומכים במאות מצבים.

הזרקת אור לסיבים מולטי-מודים היא די פשוטה, כי הדרישות לשמירה על דיוק התאמת הזווית והמיקום של הקורה אינן מחמירות במיוחד. מצד שני, הקוהרנטיות המרחבית בפלט של סיבים מולטי-מודים נמוכה, וקשה לשלוט בחלוקת עוצמת הפלט מהסיבות שיוסברו להלן.

איור 2 מציג את פרופילי השדה החשמלי במצבים עם גובה שבירה של סיבים, המחושבים עבור אורך גל מסוים. זהו המצב הראשי (LP 01) עם התפלגות עוצמה קרובה לגאוס, ומספר מצבים מסדר גבוה יותר עם פרופילים מרחביים מורכבים יותר. לכל מצב יש קבוע התפשטות שונה. כל התפלגות שדה יכולה להיחשב כסופרפוזיציה של מצבים.

השדה החשמלי הכולל המופץ בסיב רב-מודים הוא סופרפוזיציה של מספר מצבים. העוצמה תלויה לא רק בהספק האופטי בכל המצבים, אלא גם בשלב היחסי, שבו עלול להיווצר מקסימום או מינימום עקב הפרעה של מצבים שונים.

גם ההספק וגם הפאזה נקבעים על פי התנאים ההתחלתיים, והשלבים היחסיים משתנים ברציפות לאורך הסיב בגלל התלות בקבועי התפשטות. לפיכך, דפוס העוצמה המורכב לאורך זמן משתנה ברציפות לאורך התפשטות הרבה מתחת ל-1 מ"מ.

איור 3 מציג דוגמה מונפשת המציגה התפלגויות עוצמה המתרחשות במרווחים של 2 מיקרומטר. דפוס הפרעות זה תלוי מאוד בכל שינוי בכיפוף או מתיחה של הסיבים, כמו גם בטמפרטורה.

שימו לב כי עבור אור עם אופטי רחב תפוקה(לדוגמה, עבור אור לבן) התפלגויות אינטנסיביות מורכבות כאלה אינן נצפות מכיוון שחלקת העוצמה שונה עבור כל אורך גל, כך שהתרומות מאורכי גל שונים נמדדות בממוצע. ככל שהסיב ארוך יותר, כך טווח התדרים האופטי הדרוש לממוצע זה נמוך יותר.

סוגי סיבים אופטיים

ישנם שני סוגים של סיבים אופטיים: multimode (מ.מ) ו מצב יחיד (ש.מ.), שונים בקטרים ​​של הליבה מנחה האור. סיבים מולטי-מודים, בתורו, מגיע בשני סוגים: עם פרופילי צעד ושיפוע של מקדם השבירה לאורך חתך הרוחב שלו.

Multimode Step Index סיב אופטי

בסיב אופטי מדורג, ניתן לעורר ולהפיץ עד אלף מצבים עם התפלגות שונות על פני חתך ואורך הסיב האופטי. למצבים יש נתיבים אופטיים שונים ולכן זמנים שוניםהתפשטות לאורך סיב אופטי, הגורמת לדופק האור להתרחב בזמן שהוא עובר דרך הסיב האופטי. תופעה זו נקראת פיזור מצביםוזה משפיע ישירות על מהירות העברת המידע באמצעות סיבים אופטיים. היקף היישום של סיבים אופטיים מדורגים הוא קווי תקשורת קצרים (עד 1 ק"מ) עם קצבי העברת מידע של עד 100 MB/s, אורך הגל ההפעלה של קרינה הוא בדרך כלל 0.85 מיקרון.

Multimode Graded Index Fiber Optical

הוא שונה מהמדורג בכך שמקדם השבירה בו משתנה בצורה חלקה מהאמצע לקצה. כתוצאה מכך, המצבים נעים בצורה חלקה והפיזור הבין-מודאלי קטן יותר.

מִדרוֹןלסיב האופטי, בהתאם לתקנים, קוטר ליבה של 50 מיקרון ו-62.5 מיקרון, קוטר חיפוי של 125 מיקרון. הוא משמש בקווים בתוך מתקן באורך של עד 5 ק"מ, עם מהירויות שידור של עד 100 מגה-בייט/שנייה באורכי גל של 0.85 מיקרון ו-1.35 מיקרון.

סיב אופטי במצב יחיד

תֶקֶן מצב יחידלסיב האופטי קוטר ליבה של 9 מיקרון וקוטר חיפוי של 125 מיקרון

בסיב אופטי זה, רק מצב אחד קיים ומתפשט (ליתר דיוק, שני מצבים מנוונים עם קיטובים אורתוגונליים), כך שאין פיזור בין-מצבים, המאפשר העברת אותות למרחק של עד 50 ק"מ במהירויות של עד עד 2.5 Gbit/s ומעלה ללא התחדשות. אורכי גל הפעלה λ1 = 1.31 מיקרומטר ו-λ2 = 1.55 מיקרון.

חלונות שקיפות סיבים אופטיים.

כאשר מדברים על חלונות שקיפות סיבים אופטיים, בדרך כלל מצוירת התמונה הבאה.

חלונות שקיפות סיבים

נכון לעכשיו, סיב אופטי עם מאפיין זה כבר נחשב מיושן. לפני די הרבה זמן פותח ייצור סיבים אופטיים מסוג AllWave ZWP (אפס מים שיא) שבו מבוטלים יוני הידרוקסיל בהרכב זכוכית קוורץ. לזכוכית כזו כבר אין חלון, אלא למעשה פתח בטווח שבין 1300 ל-1600 ננומטר.

כל חלונות השקיפות נמצאים בטווח האינפרא אדום, כלומר האור המועבר דרך קישור הסיבים האופטיים אינו נראה לעין. ראוי לציין שניתן להחדיר קרינה הנראית לעין לסיב אופטי סטנדרטי. כדי לעשות זאת, השתמש בלוקים קטנים הקיימים בכמה רפלומטרים, או אפילו במצביע לייזר סיני שונה במקצת. בעזרת מכשירים כאלה ניתן למצוא שברים במיתרים. היכן שהסיב האופטי נשבר, זוהר בהיר ייראה. אור כזה מוחלש במהירות בסיב, כך שניתן להשתמש בו רק למרחקים קצרים (לא יותר מ-1 ק"מ).

גמישות של סיבים אופטיים

התצלום, אני מקווה, ירגיע את מי שרגיל לראות בזכוכית שבירה ושבירה.

סיב אופטי. גמישות סיבים

מוצג כאן סיב חד-מוד סטנדרטי. כלומר, 125 מיקרון של זכוכית קוורץ, בשימוש בכל מקום. בשל ציפוי הלכה, הסיב האופטי יכול לעמוד בפני עיקולים ברדיוס של 5 מ"מ (נראה בבירור באיור). האור, ולכן האות, לא עובר עיקול כזה, אבוי.

מידע על פענוח הסימונים של כבלי סיבים אופטיים הממוקמים במקום זה נמצא בדפים: