Kljub veliki raznolikosti optičnih kablov so vlakna v njih skoraj enaka. Poleg tega je proizvajalcev vlaken veliko manj (najbolj znani so Corning, Lucent in Fujikura) kot proizvajalcev kablov.

Glede na obliko oziroma velikost jedra delimo optična vlakna na enomodna (SM) in večmodna (MM). Strogo gledano bi bilo treba te koncepte uporabljati glede na uporabljeno specifično valovno dolžino, vendar po preučitvi slike 8.2 postane jasno, da na trenutni stopnji razvoja tehnologije tega ni mogoče upoštevati.

riž. 8.3. Enomodovna in večmodna optična vlakna

V primeru večmodnega vlakna je premer jedra (običajno 50 ali 62,5 µm) skoraj dva reda velikosti večji od valovne dolžine svetlobe. To pomeni, da lahko svetloba potuje skozi vlakno po več neodvisnih poteh (modih). Očitno je, da imajo različni načini različne dolžine in signal na sprejemniku bo opazno "razpršen" v času.

Zaradi tega učbeniški tip stopničastih vlaken (možnost 1), s konstantnim lomnim količnikom (konstantno gostoto) po celotnem prerezu jedra, zaradi velike modovne disperzije že dolgo ni bil v uporabi.

Zamenjalo ga je gradientno vlakno (možnost 2), ki ima neenakomerno gostoto materiala jedra. Na sliki je jasno razvidno, da se dolžine poti žarkov zaradi glajenja močno zmanjšajo. Čeprav žarki, ki potujejo dlje od osi vlakna, prepotujejo večje razdalje, imajo tudi večjo hitrost širjenja. To se zgodi zaradi dejstva, da se gostota materiala od središča do zunanjega polmera zmanjšuje po paraboličnem zakonu. In svetlobni val se širi hitreje, manjša je gostota medija.

Posledično se daljše trajektorije kompenzirajo z večjo hitrostjo. Z uspešno izbiro parametrov se lahko razlika v času širjenja minimizira. V skladu s tem bo disperzija od načina do načina razvrščenega vlakna veliko manjša kot pri vlaknu s konstantno gostoto jedra.

Ne glede na to, kako uravnotežena gradientna večmodna vlakna so, lahko to težavo popolnoma odpravimo le z uporabo vlaken z dovolj majhnim premerom jedra. V kateri se bo na ustrezni valovni dolžini širil en sam žarek.

V resnici ima običajno vlakno premer jedra 8 mikronov, kar je precej blizu običajno uporabljene valovne dolžine 1,3 mikrona. Medfrekvenčna disperzija ostaja pri neidealnem viru sevanja, vendar je njen vpliv na prenos signala stokrat manjši kot medmodna ali materialna disperzija. V skladu s tem je prepustnost enomodnega kabla veliko večja kot pri večmodnem kablu.

Kot se pogosto zgodi, ima zmogljivejša vrsta vlaken svoje pomanjkljivosti. Najprej je to seveda višji strošek zaradi stroškov komponent in zahtev glede kakovosti namestitve.

Tab. 8.1. Primerjava enomodnih in večmodnih tehnologij.

Vrste in vrste priključkov

Razmislimo o ločljivih povezavah. Če je omejitev dosega električnih vodov za visoke hitrosti, ki temeljijo na sukanem paru, odvisna od konektorjev, potem so v sistemih z optičnimi vlakni dodatne izgube, ki jih povzročajo, precej majhne. Slabljenje v njih je približno 0,2-0,3 dB (ali nekaj odstotkov).

Zato je povsem mogoče ustvariti kompleksna topološka omrežja brez uporabe aktivne opreme s preklapljanjem vlaken na običajnih konektorjih. Prednosti tega pristopa so še posebej opazne pri kratkih, a obsežnih omrežjih zadnje milje. Zelo priročno je preusmeriti en par vlaken za vsako hišo iz skupne hrbtenice, tako da preostala vlakna povežete v razvodno omarico "za prehod".

Kaj je glavna stvar v ločljivi povezavi? Seveda sam priključek. Njegove glavne naloge so pritrditev vlakna v centrirni sistem (konektor) ter zaščita vlakna pred mehanskimi in klimatskimi vplivi.

Osnovne zahteve za konektorje so naslednje:

· uvajanje minimalnega slabljenja in povratnega odboja signala;

· minimalne dimenzije in teža z visoko trdnostjo;

· dolgoročno delovanje brez poslabšanja parametrov;

· enostavnost namestitve na kabel (optična vlakna);

· Enostaven priklop in odklop.

Danes je znanih več deset vrst konektorjev in ni niti enega, na katerega bi bil strateško usmerjen razvoj industrije kot celote. Toda glavna ideja vseh možnosti oblikovanja je preprosta in precej očitna. Potrebno je natančno poravnati osi vlaken in njihove konce tesno pritisniti drug proti drugemu (ustvariti stik).

riž. 8.6. Načelo delovanja zatičnega konektorja za optična vlakna

Večina konektorjev je izdelana po simetrični izvedbi, ko se za povezavo konektorjev uporablja poseben element - spojnik (konektor). Izkazalo se je, da je vlakno najprej fiksirano in centrirano v konici konektorja, nato pa so same konice centrirane v konektorju.

Tako je razvidno, da je signal prizadet naslednje dejavnike:

· Notranje izgube - povzročajo tolerance geometrijskih dimenzij optičnih vlaken. To je ekscentričnost in eliptičnost jedra, razlika v premerih (zlasti pri povezovanju vlaken različni tipi);

· Zunanje izgube, ki so odvisne od kakovosti konektorjev. Nastanejo zaradi radialnega in kotnega premika konic, nevzporednosti končnih površin vlaken in zračne reže med njimi (Fresnelove izgube);

· Povratni odboj. Nastane zaradi prisotnosti zračne reže (Fresnelov odboj svetlobnega toka v nasprotni smeri na meji steklo-zrak-steklo). Po standardu TIA/EIA-568A je povratni odbojni koeficient normaliziran (razmerje med močjo odbitega svetlobnega toka in močjo vpadne svetlobe). Ne sme biti slabši od -26 dB za enomodne konektorje in ne slabši od -20 dB za večmodni;

· Kontaminacija, ki lahko povzroči zunanjo izgubo in povratni odboj.

Optična vlakna ( optična vlakna) - to je tanka steklena (včasih plastična) nit, namenjena prenosu svetlobnega toka na velike razdalje.

Trenutno se optična vlakna pogosto uporabljajo v industrijskem in gospodinjskem obsegu. V 21. stoletju so se optična vlakna in tehnologije za delo z njimi zaradi novih dosežkov tehnološkega napredka močno pocenile in tisto, kar je prej veljalo za predrago in inovativno, je danes nekaj običajnega.

Kaj je optično vlakno?

1. Enojni način;
2. večmodni;

Kakšna je razlika med tema dvema vrstama optičnih vlaken?

Vsako optično vlakno ima torej osrednje jedro in oblogo:

Enomodovna vlakna

Pri enomodnem vlaknu je jedro 9 µm, ovoj vlakna pa 125 µm (od tod tudi oznaka enomodnega vlakna 9/125). Vsi svetlobni tokovi (modi) zaradi majhnega premera središčnega jedra potekajo vzporedno ali vzdolž središčne osi jedra. Razpon valovnih dolžin, ki se uporablja v enomodnem optičnem vlaknu, je od 1310 do 1550 nm in uporablja visoko fokusiran laserski žarek.

Večmodno vlakno

Pri večmodnem optičnem vlaknu je osrednje jedro 50 mikronov ali 62,5 mikronov, obloga pa prav tako 125 mikronov. V zvezi s tem večmodno optično vlakno prenaša veliko svetlobnih tokov, ki imajo različne trajektorije in se nenehno odbijajo od "robov" osrednjega jedra. Valovne dolžine, ki se uporabljajo v večmodnih optičnih vlaknih, segajo od 850 do 1310 nm in uporabljajo razpršene žarke.

Razlike v značilnostih enomodnega in večmodnega vlakna

Slabljenje signala v enomodnih in večmodnih optičnih vlaknih ima pomembno vlogo. Zaradi ozkega žarka je slabljenje pri enomodnem vlaknu nekajkrat manjše kot pri večmodnem vlaknu, kar še enkrat poudari prednost enomodnega optičnega vlakna.

Nazadnje, eden glavnih kriterijev je prepustnost optičnega vlakna. Tudi tu ima enomodno vlakno prednost pred večmodnim. Prepustnost enega načina je nekajkrat (če ne za red velikosti) višja od pretoka večmodnega.

Vedno je veljalo, da so optični vodi, zgrajeni na večmodnih vlaknih, veliko cenejši od tistih, zgrajenih na enomodnih vlaknih. To je bilo posledica dejstva, da je multimode kot svetlobni vir uporabljal LED in ne laserje. Vendar pa v Zadnja leta Laserji so se začeli uporabljati tako v enomodnem kot v večnačinovnem načinu, kar je vplivalo na izenačitev cen opreme za različne vrste optičnih vlaken.

Optična vlakna imajo dobre zmogljivosti in so zasnovana za hiter digitalni prenos podatkov. Vsak kabel je sestavljen iz svetlobno nosilnega elementa, obdanega z blažilnim plaščem, katerega naloga je, da tvori mejo med mediji in preprečuje, da bi tok zapustil kabel. Oba elementa sta izdelana iz kremenčevega stekla: jedro ima višji lomni količnik. Zaradi tega učinka je zagotovljena kakovost prenosa signala.

Enomodalni in večmodni kabel so izdelani iz surovin, podobnih sestavi, vendar imajo pomembne razlike v tehničnih lastnostih. Dušilec za obe možnosti je enak - 125 mikronov.

Toda njihova jedra so različna: 9 mikronov za enomodni, 50 ali 62,5 mikronov za večmodni.

Razumevanje vrst vlaken vam pomaga natančno izbrati možnost, ki bo zagotovila ustrezno zmogljivost kanala brez nepotrebnih stroškov.

Značilnosti enomodnega kabla

Tu velja, da je prehod žarkov stabilen, njihova pot ostane nespremenjena, plus je, da signal a priori ni podvržen močnemu popačenju. V takem vlaknu je realiziran stopničast lomni profil. Za prenos se uporablja posebej uglašen laserski vir, podatki se prenašajo na razdalje več kilometrov brez prekinitev: disperzije kot take ni.
Med negativnimi točkami: takšno vlakno je razmeroma kratkotrajno v primerjavi s svojim konkurentom, drago za vzdrževanje - zahteva močno opremo, ki zahteva konfiguracijo.

Enomodalni kabel– je vedno prednostna naloga, ko gre za prenos s hitrostjo nad 10 Gbit/s.

Glavne sorte

1. S premikom disperzije žarka;
2. S premaknjeno minimalno valovno dolžino;
3. Z neničelno premaknjeno disperzijo žarka.

Značilnosti večmodnega kabla

Kot terminalska oprema se uporablja običajna LED dioda, ki ne zahteva resnega vzdrževanja in nadzora, kar ima za posledico manjšo obrabo vlaken: življenjska doba je bistveno daljša.

Večmodni kabel je cenejši za vzdrževanje, čeprav je nekoliko dražji, in zagotavlja kakovosten prenos s hitrostjo do 10 Gbit/s, če vod ne presega dolžine 550 metrov.

O strukturi optičnega vlakna se lahko naučite iz videoposnetka:

Pri povezovanju v območju 1 Gbit/s je vlakno OM4 primerno za velike razdalje - do 1,1 km. Večjedro ima znatno stopnjo slabljenja: v območju 15 dB/km.

Glavne vrste optičnih vlaken

Step fiber

Izdelano po preprostejši tehnologiji. Zaradi grobe obdelave disperzije ne more stabilizirati disperzije pri super hitrostih, zato ima omejen obseg uporabe.

Gradientna vlakna

Ima nizko sipanje sevanja in lomni količnik je gladko porazdeljen.

Zanimiv video o kablu iz optičnih vlaken si oglejte spodnji video:

Uporaba enomodnega in večmodnega kabla

Za številne industrije obstajajo tradicije in standardi, ki zahtevajo uporabo ene ali druge vrste kabla.

Enomodalni kabel vedno uporablja v čezoceanskih, morskih, glavnih komunikacijskih linijah velike dolžine.

V omrežjih ponudnikov za zagotavljanje dostopa do interneta. V procesnih sistemih, povezanih s podatkovnimi centri.

Večmodni kabel Najde uporabo v omrežjih za prenos podatkov znotraj in med zgradbami. V sistemih FTTD.

Vsaka vrsta optičnih vlaken zahteva skrben odnos in redna servisna diagnostika. Za pridobitev popolnih poročil se uporabljajo visoko natančni reflektometri, ki lahko zaznajo tudi manjše izgube signala.

Prevod Anna Motush

definicija: vlakna, ki podpirajo več kot en način za določeno smer polarizacije

Večmodna vlakna so optična vlakna, ki podpirajo več prečnih načinov za dano optično frekvenco in polarizacijo. Število mod je določeno z valovno dolžino in lomnim količnikom materiala. Večmodna vlakna delimo na vlakna s stopenjskim indeksom in gradientna vlakna.

Vrednosti polmera jedra in numerične aperture so določene za vlakna, kar omogoča določitev V-parametra. Za velike vrednosti V V-parametru je število načinov sorazmerno z V 2 . Zlasti za vlakna z velikim premerom jedra ( desni del Slika 1), je število načinov lahko zelo veliko. Takšna vlakna lahko oddajajo svetlobo slaba kakovostžarek (na primer, ki ga ustvarjajo visokozmogljive diode), vendar bo za ohranitev kakovostnega žarka iz svetlobnega vira visoke svetlosti bolje uporabiti vlakno z manjšim jedrom in zmerno numerično aperturo, čeprav učinkovito uvaja sevanje v vlakno je lahko težje.

V primerjavi s standardnimi enomodnimi vlakni ima večmodno vlakno običajno večje jedro in visoko numerično odprtino, na primer 0,2–0,3. Slednje vam omogoča delo pri upogibanju vlakna, hkrati pa vodi do intenzivnejšega razprševanja, ki je določeno s kršitvijo geometrijske oblike optičnega vlakna. Posledica teh kršitev je, da del žarkov zapusti optično vlakno. Intenzivnost sipanja ni odvisna le od kakovosti materiala, iz katerega je izdelano jedro, temveč tudi od kakovosti ovoja, saj se del optičnega signala širi tudi v njem. Profil lomnega količnika je večinoma pravokoten, včasih pa paraboličen. (Glej spodaj).

Večmodno vlakno je sestavljeno iz jedra in ovoja. Pri običajnih vrstah komunikacijskih linij z optičnimi vlakni (glejte spodaj), ki temeljijo na večmodnih vlaknih 50/125 in 62,5/125, je premer jedra 50 oziroma 62,5 mikronov, premer obloge pa 125 mikronov. Takšna vlakna podpirajo na stotine načinov.

Vbrizgavanje svetlobe v večmodno vlakno je precej preprosto, ker Zahteve za ohranjanje natančnosti prilagajanja kota in položaja žarka niso zelo stroge. Po drugi strani pa je prostorska koherenca na izhodu večmodnih vlaken nizka, porazdelitev izhodne intenzivnosti pa je težko nadzorovati iz razlogov, ki so pojasnjeni spodaj.

Slika 2 prikazuje profile električnega polja v načinih z lomnim korakom vlakna, izračunanim za določeno valovno dolžino. To je glavni način (LP 01) s porazdelitvijo intenzivnosti, ki je blizu Gaussovi, in več načinov višjega reda z bolj zapletenimi prostorskimi profili. Vsak način ima drugačno konstanto širjenja. Vsako porazdelitev polja lahko obravnavamo kot superpozicijo načinov.

Celotno električno polje, porazdeljeno v večmodnem vlaknu, je superpozicija več modov. Intenzivnost ni odvisna samo od optične moči v vseh načinih, ampak tudi od relativne faze, kjer lahko nastane maksimum ali minimum zaradi interference različnih modov.

Moč in faza sta določeni z začetnimi pogoji, relativne faze pa se nenehno spreminjajo vzdolž vlakna zaradi odvisnosti od konstant širjenja. Tako se kompleksni vzorec intenzivnosti skozi čas nenehno spreminja na dolžini širjenja precej pod 1 mm.

Slika 3 prikazuje animirani primer, ki prikazuje porazdelitve intenzivnosti, ki se pojavljajo v intervalih 2 µm. Ta interferenčni vzorec je zelo odvisen od kakršnih koli sprememb pri upogibanju ali raztezanju vlaken, pa tudi od temperature.

Upoštevajte, da je za svetlobo s široko optično prepustnost(na primer za bela svetloba) tako kompleksne porazdelitve intenzivnosti niso opažene, ker je graf intenzivnosti drugačen za vsako valovno dolžino, zato se prispevki različnih valovnih dolžin povprečijo. Daljše kot je vlakno, nižje je optično frekvenčno območje, potrebno za to povprečenje.

Vrste optičnih vlaken

Obstajata dve vrsti optičnih vlaken: večmodni (MM) In enomodni (S.M.), ki se razlikujejo po premerih jedra, ki vodi svetlobo. Večmodno vlakno, pa je na voljo v dveh vrstah: s stopničastimi in gradientnimi profili lomnega količnika vzdolž njegovega prereza.

Večmodno optično vlakno z indeksom korakov

V stopničastem optičnem vlaknu je mogoče vzbujati in širiti do tisoč mod z različnimi porazdelitvami po prerezu in dolžini optičnega vlakna. Načini imajo različne optične poti in zato drugačni časiširjenje vzdolž optičnega vlakna, zaradi česar se svetlobni impulz razširi, ko potuje skozi optično vlakno. Ta pojav se imenuje način disperzije in neposredno vpliva na hitrost prenosa informacij po optičnem vlaknu. Področje uporabe stopničastih optičnih vlaken so kratke (do 1 km) komunikacijske linije s hitrostjo prenosa informacij do 100 MB/s, delovna valovna dolžina sevanja je običajno 0,85 mikronov.

Optično vlakno z večmodnim stopnjevanim indeksom

Od stopničastega se razlikuje po tem, da se lomni količnik v njem gladko spreminja od sredine do roba. Zaradi tega se načini premikajo gladko in intermodalna disperzija je manjša.

Gradient Optično vlakno ima v skladu s standardi premer jedra 50 mikronov in 62,5 mikronov, premer obloge 125 mikronov. Uporablja se v linijah znotraj objektov, dolgih do 5 km, s hitrostjo prenosa do 100 MB/s pri valovnih dolžinah 0,85 mikrona in 1,35 mikrona.

Enomodovna optična vlakna

Standardno enomodni optično vlakno ima premer jedra 9 mikronov in premer ovoja 125 mikronov

V tem optičnem vlaknu obstaja in se širi samo en mod (natančneje dva degenerirana moda z ortogonalnimi polarizacijami), zato ni medmodne disperzije, kar omogoča prenos signalov na razdaljo do 50 km s hitrostjo do do 2,5 Gbit/s in več brez regeneracije. Delovni valovni dolžini λ1 = 1,31 µm in λ2 = 1,55 µm.

Prozorna okna iz optičnih vlaken.

Ko govorimo o oknih prosojnosti optičnih vlaken, se običajno izriše naslednja slika.

Fiber Transparency Windows

Trenutno se optična vlakna s to lastnostjo štejejo za zastarela. Že pred časom se je razvila proizvodnja optičnih vlaken tipa AllWave ZWP (zero water peak), pri katerih so izločeni hidroksilni ioni v sestavi kremenčevega stekla. Takšno steklo nima več okna, ampak dejansko odprtino v območju od 1300 do 1600 nm.

Vsa prosojna okna ležijo v infrardečem območju, kar pomeni, da svetloba, prepuščena skozi optično povezavo, ni vidna očesu. Omeniti velja, da se lahko očesu vidno sevanje vnese v standardno optično vlakno. Če želite to narediti, uporabite majhne bloke, ki so prisotni v nekaterih reflektometrih, ali celo nekoliko spremenjen kitajski laserski kazalec. S pomočjo takšnih naprav lahko najdete zlome v vrvicah. Kjer je optično vlakno pretrgano, bo viden svetel sij. Takšna svetloba v vlaknu hitro oslabi, zato jo lahko uporabljamo le na kratkih razdaljah (ne več kot 1 km).

Prilagodljivost optičnih vlaken

Upam, da bo fotografija pomirila tiste, ki so steklo vajeni videti kot lomljivo in krhko.

Optična vlakna. Fleksibilnost vlaken

Tukaj je prikazano standardno enomodno vlakno. To je 125 mikronov kremenčevega stekla, ki se uporablja povsod. Zaradi prevleke z lakom lahko optično vlakno prenese krivine s polmerom 5 mm (jasno vidno na sliki). Svetloba in s tem signal ne prehaja skozi tak ovinek, žal.

Informacije o dekodiranju oznak optičnih kablov, ki se nahajajo na tem mestu, se nahajajo na straneh: