Napriek obrovskej rozmanitosti káblov z optických vlákien sú vlákna v nich takmer rovnaké. Okrem toho existuje oveľa menej výrobcov vlákien (najznámejšie Corning, Lucent a Fujikura) ako výrobcov káblov.

Podľa typu konštrukcie, respektíve veľkosti jadra, sa optické vlákna delia na single-mode (SM) a multimode (MM). Presne povedané, tieto pojmy by sa mali používať vo vzťahu k použitej špecifickej vlnovej dĺžke, ale po zvážení obrázku 8.2 je jasné, že v súčasnej fáze vývoja technológie to nemožno brať do úvahy.

Ryža. 8.3. Jednovidové a viacvidové optické vlákna

V prípade multimódového vlákna je priemer jadra (zvyčajne 50 alebo 62,5 µm) takmer o dva rády väčší ako vlnová dĺžka svetla. To znamená, že svetlo môže prechádzať vláknom po niekoľkých nezávislých dráhach (režimoch). Je zrejmé, že rôzne režimy majú rôzne dĺžky a signál na prijímači sa časom výrazne „roztiahne“.

Z tohto dôvodu sa učebnicový typ stupňovitých vlákien (možnosť 1) s konštantným indexom lomu (konštantnou hustotou) po celom priereze jadra dlho nepoužíval kvôli veľkej vidovej disperzii.

Nahradilo ho gradientné vlákno (možnosť 2), ktoré má nerovnomernú hustotu materiálu jadra. Obrázok jasne ukazuje, že dĺžky dráhy lúčov sú výrazne znížené v dôsledku vyhladzovania. Hoci lúče putujúce ďalej od osi vlákna prechádzajú na väčšie vzdialenosti, majú aj vyššiu rýchlosť šírenia. To sa deje v dôsledku skutočnosti, že hustota materiálu od stredu k vonkajšiemu polomeru klesá podľa parabolického zákona. A svetelná vlna sa šíri tým rýchlejšie, čím je hustota média nižšia.

V dôsledku toho sú dlhšie trajektórie kompenzované vyššou rýchlosťou. Úspešným výberom parametrov je možné minimalizovať rozdiel v čase šírenia. V súlade s tým bude rozptyl medzi jednotlivými režimami triedeného vlákna oveľa menší ako rozptyl vlákna s konštantnou hustotou jadra.

Avšak bez ohľadu na to, aké vyvážené sú gradientové multimode vlákna, tento problém možno úplne odstrániť iba použitím vlákien s dostatočne malým priemerom jadra. V ktorej sa pri vhodnej vlnovej dĺžke bude šíriť jeden jediný lúč.

V skutočnosti má bežné vlákno priemer jadra 8 mikrónov, čo je celkom blízko bežne používanej vlnovej dĺžke 1,3 mikrónu. Medzifrekvenčný rozptyl zostáva pri neideálnom zdroji žiarenia, ale jeho vplyv na prenos signálu je stokrát menší ako medzirežimový alebo materiálový rozptyl. Priepustnosť jednovidového kábla je teda oveľa väčšia ako priepustnosť viacvidového kábla.

Ako to často býva, typ vlákna s vyšším výkonom má svoje nevýhody. V prvom rade ide samozrejme o vyššie náklady v dôsledku ceny komponentov a požiadaviek na kvalitu inštalácie.

Tab. 8.1. Porovnanie single-mode a multimode technológií.

Typy a typy konektorov

Uvažujme o odpojiteľných spojeniach. Ak limit dosahu vysokorýchlostných elektrických vedení založených na krútenej dvojlinke závisí od konektorov, potom v systémoch s optickými vláknami sú dodatočné straty, ktoré prinášajú, dosť malé. Útlm v nich je asi 0,2-0,3 dB (alebo niekoľko percent).

Preto je celkom možné vytvárať zložité topologické siete bez použitia aktívnych zariadení, prepínaním vlákien na konvenčných konektoroch. Výhody tohto prístupu sú viditeľné najmä v krátkych, ale rozsiahlych sieťach na poslednú míľu. Je veľmi výhodné odviesť jeden pár vlákien pre každý dom zo spoločnej chrbtice a spojiť zostávajúce vlákna v spojovacom boxe „na priechod“.

Čo je hlavné v odpojiteľnom spojení? Samozrejmosťou je samotný konektor. Jeho hlavnou funkciou je fixácia vlákna v centrovacom systéme (konektore) a ochrana vlákna pred mechanickými a klimatickými vplyvmi.

Základné požiadavky na konektory sú nasledovné:

· zavedenie minimálneho útlmu a spätného odrazu signálu;

· minimálne rozmery a hmotnosť s vysokou pevnosťou;

· dlhodobá prevádzka bez zhoršenia parametrov;

· jednoduchosť inštalácie na kábel (vlákno);

· Jednoduché pripojenie a odpojenie.

Dnes je známych niekoľko desiatok typov konektorov a neexistuje jediný, na ktorý by sa strategicky orientoval rozvoj odvetvia ako celku. Ale hlavná myšlienka všetkých možností dizajnu je jednoduchá a celkom zrejmá. Je potrebné presne zarovnať osi vlákien a ich konce tesne pritlačiť k sebe (vytvoriť kontakt).

Ryža. 8.6. Princíp činnosti konektora z optických vlákien kolíkového typu

Prevažná časť konektorov sa vyrába podľa symetrického dizajnu, kedy sa na spojenie konektorov používa špeciálny prvok - spojka (konektor). Ukazuje sa, že najprv je vlákno upevnené a vycentrované v hrote konektora a potom samotné hroty sú vycentrované v konektore.

Je teda vidieť, že signál je ovplyvnený nasledujúce faktory:

· Vnútorné straty – spôsobené toleranciami geometrických rozmerov optických vlákien. Ide o excentricitu a elipticitu jadra, rozdiel v priemeroch (najmä pri spájaní vlákien odlišné typy);

· Vonkajšie straty, ktoré závisia od kvality konektorov. Vznikajú v dôsledku radiálneho a uhlového posunu hrotov, nerovnobežnosti koncových plôch vlákien a vzduchovej medzery medzi nimi (Fresnelove straty);

· Spätný odraz. Vzniká v dôsledku prítomnosti vzduchovej medzery (Fresnelov odraz svetelného toku v opačnom smere na rozhraní sklo-vzduch-sklo). Podľa normy TIA/EIA-568A sa normalizuje koeficient spätného odrazu (pomer sily odrazeného svetelného toku k výkonu dopadajúceho svetla). Nemalo by byť horšie ako -26 dB pre jednorežimové konektory a nie horšie ako -20 dB pre multimódové;

· Kontaminácia, ktorá zase môže spôsobiť vonkajšiu stratu a spätný odraz.

Optické vlákno ( optické vlákno) - ide o tenký sklenený (niekedy plastový) závit určený na prenos svetelného toku na veľké vzdialenosti.

V súčasnosti je optické vlákno široko používané v priemyselnom aj domácom meradle. V 21. storočí vláknová optika a technológie na prácu s ňou výrazne klesli v dôsledku nového pokroku v technologickom pokroku a to, čo sa predtým považovalo za príliš drahé a inovatívne, sa dnes považuje za samozrejmosť.

Čo je optické vlákno?

1. Jednorežimový režim;
2. Multimode;

Aký je rozdiel medzi týmito dvoma typmi optických vlákien?

Takže každé optické vlákno má centrálne jadro a plášť:

Jednovidové vlákno

V jednovidovom vlákne je jadro 9 µm a plášť vlákna 125 µm (preto označenie jednovidového vlákna 9/125). Všetky svetelné toky (režimy) v dôsledku malého priemeru centrálneho jadra prechádzajú paralelne alebo pozdĺž stredovej osi jadra. Rozsah vlnových dĺžok používaný v jednovidovom optickom vlákne je od 1310 do 1550 nm a využíva vysoko zaostrený laserový lúč.

Multimódové vlákno

V multimódovom optickom vlákne má centrálne jadro hrúbku 50 mikrónov alebo 62,5 mikrónov a plášť je tiež 125 mikrónov. V tomto ohľade multimódové optické vlákno prenáša veľa svetelných tokov, ktoré majú rôzne trajektórie a neustále sa odrážajú od „okrajov“ centrálneho jadra. Vlnové dĺžky používané v multimódovom optickom vlákne sa pohybujú od 850 do 1310 nm a využívajú rozptýlené lúče.

Rozdiely v charakteristikách jednovidového a viacvidového vlákna

Dôležitú úlohu zohráva útlm signálu v jednovidových a multimódových optických vláknach. Vďaka úzkemu lúču je útlm v jednovidovom vlákne niekoľkonásobne nižší ako pri multimódovom vlákne, čo opäť zdôrazňuje výhodu jednovidového optického vlákna.

Nakoniec, jedným z hlavných kritérií je priepustnosť optického vlákna. Opäť tu má jednovidové vlákno výhodu oproti multimódovému. Priepustnosť jedného režimu je niekoľkonásobne (ak nie rádovo) vyššia ako priepustnosť multimódu.

Vždy sa predpokladalo, že optické linky postavené na multimódovom vlákne sú oveľa lacnejšie ako linky postavené na jednovidovom vlákne. Bolo to spôsobené tým, že multimode používal ako zdroj svetla skôr LED ako lasery. Avšak v posledné roky Lasery sa začali používať v single-mode aj multi-mode, čo ovplyvnilo vyrovnávanie cien zariadení pre rôzne typy optických vlákien.

Optické vlákno má dobré výkonové vlastnosti a je určené na vysokorýchlostný digitálny prenos dát. Akýkoľvek kábel pozostáva z prvku prenášajúceho svetlo obklopeného plášťom tlmiča, ktorého úlohou je tvoriť hranicu medzi médiami a zabrániť prúdeniu opustiť kábel. Oba prvky sú vyrobené z kremenného skla: jadro má vyšší index lomu. Vďaka tomuto efektu je zaručená kvalita prenosu signálu.

Singlemode a multimode kábel sa vyrábajú zo surovín podobného zloženia, ale majú značné rozdiely v technických vlastnostiach. Tlmič pre obe možnosti je rovnaký - 125 mikrónov.

Ale ich jadrá sú odlišné: 9 mikrónov pre single-mode, 50 alebo 62,5 mikrónov pre multimode.

Pochopenie typov vlákien vám pomôže presne vybrať možnosť, ktorá poskytne primeranú kapacitu kanála bez zbytočných nákladov.

Vlastnosti jednovidového kábla

Tu sa prechod lúčov považuje za stabilný, ich trajektória zostáva nezmenená, plus je, že signál a priori nepodlieha vážnemu skresleniu. V takomto vlákne sa realizuje stupňovitý refrakčný profil. Na prenos sa používa špeciálne vyladený laserový zdroj, dáta sa prenášajú na vzdialenosti mnohých kilometrov bez prerušenia: nedochádza k žiadnemu rozptylu ako takému.
Medzi negatívne body: takéto vlákno je v porovnaní s jeho konkurentom relatívne krátke, nákladné na údržbu - vyžaduje výkonné zariadenie, ktoré vyžaduje konfiguráciu.

Singlemode kábel– je vždy prioritou pri prenose rýchlosťou nad 10 Gbit/s.

Hlavné odrody

1. S posunom rozptylu lúča;
2. S posunutou minimálnou vlnovou dĺžkou;
3. S nenulovým posunutým rozptylom lúčov.

Vlastnosti multimódového kábla

Bežná LED sa používa ako koncové zariadenie, ktoré nevyžaduje serióznu údržbu a monitorovanie, čo vedie k zníženiu opotrebovania vlákna: životnosť je výrazne dlhšia.

Multimode kábel je lacnejší na údržbu, aj keď je o niečo drahší, a poskytuje vysokokvalitný prenos rýchlosťou až 10 Gbit/s za predpokladu, že dĺžka linky nepresahuje 550 metrov.

O štruktúre optického vlákna sa môžete dozvedieť z videa:

Pri pripojení v oblasti 1 Gbit/s je vlákno OM4 vhodné na veľké vzdialenosti - do 1,1 km. Viacjadro má výraznú mieru útlmu: v oblasti 15 dB/km.

Hlavné typy optických vlákien

Krokové vlákno

Vyrobené pomocou jednoduchšej technológie. V dôsledku hrubého spracovania disperzie nemôže stabilizovať disperziu pri super rýchlostiach, preto má obmedzený rozsah použitia.

Gradientové vlákno

Má nízky rozptyl žiarenia a index lomu je distribuovaný hladko.

Zaujímavé video o kábli z optických vlákien, pozri video nižšie:

Aplikácia jednovidového a viacvidového kábla

Pre množstvo priemyselných odvetví existujú tradície a normy, ktoré vyžadujú použitie jedného alebo druhého typu kábla.

Singlemode kábel vždy používané v transoceánskych, námorných, kmeňových komunikačných linkách značnej dĺžky.

V sieťach poskytovateľov na poskytovanie prístupu na internet. V spracovateľských systémoch spojených s dátovými centrami.

Multimode kábel Nájde uplatnenie v sieťach na prenos dát vo vnútri budov a medzi nimi. V systémoch FTTD.

Vyžaduje sa akýkoľvek typ optického vedenia opatrný postoj a pravidelná servisná diagnostika. Na získanie kompletných správ sa používajú vysoko presné reflektometre, ktoré dokážu odhaliť aj menšie straty signálu.

Preklad Anna Motush

Definícia: vlákna podporujúce viac ako jeden mód pre konkrétny smer polarizácie

Multimódové vlákna sú optické vlákna, ktoré podporujú viacero priečnych režimov pre danú optickú frekvenciu a polarizáciu. Počet módov je určený vlnovou dĺžkou a indexom lomu materiálu. Multimode vlákna sa delia na vlákna so stupňovitým indexom a vlákna s gradientom.

Hodnoty polomeru jadra a numerickej apertúry sú určené pre vlákna, čo umožňuje určiť V-parameter. Pre veľké hodnoty V parametri V je počet režimov úmerný V 2 . Najmä pre vlákna s veľkým priemerom jadra ( pravá časť Obr. 1), počet režimov môže byť veľmi veľký. Takéto vlákna môžu dodávať svetlo z zlá kvalita lúč (napríklad generovaný vysokovýkonnými diódami), ale pre udržanie kvalitného lúča z vysokosvietivého zdroja svetla bude lepšie použiť vlákno s menším jadrom a miernou numerickou apertúrou, aj keď efektívne zavádzajúce žiarenie do vlákna môže byť náročnejšie.

V porovnaní so štandardným jednovidovým vláknom má viacvidové vlákno zvyčajne väčšie jadro, ako aj vysokú numerickú apertúru, napríklad 0,2-0,3. Ten vám umožňuje pracovať pri ohýbaní vlákna, ale tiež vedie k intenzívnejšiemu rozptylu, ktorý je určený porušením geometrického tvaru optického vlákna. Dôsledkom týchto porušení je, že časť lúčov opúšťa optické vlákno. Intenzita rozptylu závisí nielen od kvality materiálu, z ktorého je jadro vyrobené, ale aj od kvality opláštenia, keďže sa v ňom šíri aj časť optického signálu. Profil indexu lomu je väčšinou pravouhlý, niekedy však parabolický. (Pozri nižšie).

Multimode vlákno pozostáva z jadra a plášťa. V bežných typoch komunikačných liniek z optických vlákien (pozri nižšie) založených na 50/125 a 62,5/125 multimódových vláknach je priemer jadra 50 a 62,5 mikrónov a priemer plášťa je 125 mikrónov. Takéto vlákna podporujú stovky režimov.

Injektovanie svetla do multimódového vlákna je celkom jednoduché, pretože Požiadavky na dodržanie presnosti nastavenia uhla a polohy lúča nie sú veľmi prísne. Na druhej strane, priestorová koherencia na výstupe multimódových vlákien je nízka a distribúciu výstupnej intenzity je ťažké kontrolovať z dôvodov vysvetlených nižšie.

Obrázok 2 ukazuje profily elektrického poľa v režimoch s rozstupom lomu vlákna, vypočítaným pre špecifickú vlnovú dĺžku. Toto je hlavný mód (LP 01) s distribúciou intenzity blízko gaussovskej a niekoľko módov vyššieho rádu so zložitejšími priestorovými profilmi. Každý režim má inú konštantu šírenia. Akékoľvek rozloženie poľa možno považovať za superpozíciu módov.

Celkové elektrické pole rozložené v multimódovom vlákne je superpozíciou niekoľkých módov. Intenzita závisí nielen od optického výkonu vo všetkých režimoch, ale aj od relatívnej fázy, kde môže v dôsledku interferencie rôznych režimov vzniknúť maximum alebo minimum.

Výkon aj fáza sú určené počiatočnými podmienkami a relatívne fázy sa pozdĺž vlákna neustále menia v dôsledku závislosti od konštánt šírenia. Komplexný vzor intenzity sa teda v priebehu času nepretržite mení počas dĺžky šírenia výrazne pod 1 mm.

Obrázok 3 ukazuje animovaný príklad zobrazujúci distribúciu intenzity vyskytujúcu sa v 2 um intervaloch. Tento interferenčný vzor je vysoko závislý od akýchkoľvek zmien v ohýbaní alebo naťahovaní vlákien, ako aj od teploty.

Upozorňujeme, že pre svetlo so širokou optikou priepustnosť(napríklad pre biele svetlo) takéto komplexné distribúcie intenzity nie sú pozorované, pretože graf intenzity je odlišný pre každú vlnovú dĺžku, takže príspevky z rôznych vlnových dĺžok sú spriemerované. Čím dlhšie je vlákno, tým nižší je rozsah optickej frekvencie potrebný na toto spriemerovanie.

Druhy optických vlákien

Existujú dva typy optických vlákien: multimódový (MM) A jednorežimový (S.M.), ktoré sa líšia priemermi svetlovodivého jadra. Multimódové vlákno, zasa prichádza v dvoch typoch: so stupňovitými a gradientovými profilmi indexu lomu pozdĺž jeho prierezu.

Optické vlákno Multimode Step Index

V stupňovitom optickom vlákne možno excitovať a šíriť až tisíc režimov s rôznym rozložením po priereze a dĺžke optického vlákna. Režimy majú rôzne optické dráhy a preto rôzne časyšírenie pozdĺž optického vlákna, čo spôsobuje rozšírenie svetelného impulzu, keď prechádza optickým vláknom. Tento jav sa nazýva módová disperzia a priamo ovplyvňuje rýchlosť prenosu informácií cez optické vlákno. Rozsahom použitia stupňovitých optických vlákien sú krátke (do 1 km) komunikačné linky s rýchlosťou prenosu informácií do 100 MB/s, prevádzková vlnová dĺžka žiarenia je zvyčajne 0,85 mikrónu.

Optické vlákno s multimódovým odstupňovaným indexom

Od stupňovitého sa líši tým, že index lomu sa v ňom plynule mení od stredu k okraju. V dôsledku toho sa režimy pohybujú hladko a intermodálny rozptyl je menší.

Gradient Optické vlákno má v súlade s normami priemer jadra 50 mikrónov a 62,5 mikrónov, priemer plášťa 125 mikrónov. Používa sa v rámci vnútropodnikových liniek s dĺžkou do 5 km, s prenosovou rýchlosťou do 100 MB/s pri vlnových dĺžkach 0,85 mikrónov a 1,35 mikrónov.

Jednovidové optické vlákno

Štandardné jednorežimový optické vlákno má priemer jadra 9 mikrónov a priemer plášťa 125 mikrónov

V tomto optickom vlákne existuje a šíri sa iba jeden mód (presnejšie dva degenerované módy s ortogonálnymi polarizáciami), takže nedochádza k žiadnemu rozptylu medzi módmi, čo umožňuje prenos signálov na vzdialenosť až 50 km rýchlosťou až na 2,5 Gbit/s a vyššie bez regenerácie. Pracovné vlnové dĺžky λ1 = 1,31 µm a λ2 = 1,55 µm.

Priehľadné okná z optických vlákien.

Keď hovoríme o oknách priehľadnosti optických vlákien, zvyčajne sa nakreslí nasledujúci obrázok.

Okná s priehľadnosťou vlákien

V súčasnosti je optické vlákno s touto charakteristikou už považované za zastarané. Pomerne dávno bola vyvinutá výroba optického vlákna typu AllWave ZWP (zero water peak), pri ktorom sú eliminované hydroxylové ióny v zložení kremenného skla. Takéto sklo už nemá okienko, ale vlastne otvor v rozsahu od 1300 do 1600 nm.

Všetky priesvitné okienka ležia v infračervenej oblasti, to znamená, že svetlo prenášané cez optické vlákno nie je okom viditeľné. Stojí za zmienku, že žiarenie viditeľné pre oko môže byť zavedené do štandardného optického vlákna. Na to použite buď malé bloky prítomné v niektorých reflektometroch, alebo dokonca mierne upravené čínske laserové ukazovátko. Pomocou takýchto zariadení môžete nájsť zlomeniny šnúr. Tam, kde je optické vlákno prerušené, bude viditeľná jasná žiara. Takéto svetlo vo vlákne rýchlo zoslabne, takže ho možno použiť len na krátke vzdialenosti (nie viac ako 1 km).

Flexibilita optických vlákien

Fotografia, dúfam, upokojí tých, ktorí sú zvyknutí vnímať sklo ako rozbitné a krehké.

Optické vlákno. Pružnosť vlákna

Tu je zobrazené štandardné jednovidové vlákno. To znamená 125 mikrónov kremenného skla, ktoré sa používa všade. Vďaka lakovému poťahu môže optické vlákno vydržať ohyby s polomerom 5 mm (zreteľne viditeľné na obrázku). Svetlo a teda ani signál cez takúto zákrutu, žiaľ, neprejde.

Informácie o dekódovaní označení optických káblov umiestnených na tomto mieste sa nachádzajú na stránkach: