Klassifizierung optischer Fasern / Leistungsmerkmale optischer Fasern

Klassifizierung optischer Fasern

① Klassifizierung nach Übertragungsart:

Der Ausbreitungsmodus in einer optischen Faser ist die Form des elektromagnetischen Feldes oder optischen Feldes (HE), das in der Faser vorhanden ist. Die unterschiedlichen Feldformen sind das Ergebnis mehrfacher Reflexionen und Interferenzen im Lichtwellenleiter. Die verschiedenen Modi sind diskret und diskontinuierlich. Da eine stehende Welle in einer optischen Faser stabil sein muss, führt ihr Vorhandensein zu unterschiedlichen Formen des optischen Feldes im Querschnitt der Faser, also zu unterschiedlichen Lichtflecken. Bei nur einem Spot spricht man von einer Singlemode-Faser, bei mehr als zwei Spots von einer Multimode-Faser.

② Geteilt durch den Durchmesser des Herzens:

★50/125 (μm) langsam variierende Multimode-Faser.

★62.5/125 (μm) Verstärkte langsam dimmende Multimode-Faser

★8.3/125 (μm) Langsam dimmende Singlemode-Faser

③ Durch Verteilung des Brechungsindex des Faserkerns:

★Progressive Indexfaser (SIF);

Gradientenindexfaser (GIF);

★ ringförmige Fasern (Ringfasern);

★ Faser vom Typ W

Multimode-Fasern

Bei einer bestimmten Betriebswellenlänge (850 nm/1300 nm) werden mehrere Moden in einer optischen Faser, einer sogenannten Multimode-Faser, übertragen. Dieser Fasertyp hat einen relativ großen Kerndurchmesser (50 bis 80 µm) und einen Durchmesser von 125 µm. Multimode-Fasern mit einem allmählichen Brechungsindex weisen eine abrupte Änderung zwischen Kern und Mantel auf, während Multimode-Fasern mit einem allmählichen Brechungsindex eine allmähliche Änderung zwischen Kern und Mantel aufweisen. Erstere sind auf etwa 50 Mbit/s und letztere auf 1 Gbit/s begrenzt. Bei Fasern mit abgestuftem Brechungsindex nimmt der Brechungsindex vom Kern nach außen ab. In Materialien mit einem niedrigeren Brechungsindex breitet sich Licht schneller aus. Licht breitet sich daher im Außenmaterial schneller aus als im Kern. Das Endergebnis ist, dass das gesamte Licht gleichzeitig eintrifft. Diese Korrektur hat jedoch immer noch eine Entfernungsbegrenzung.

Aufgrund von Dispersion oder Aberration weist dieser Fasertyp eine schlechtere Übertragungsleistung, ein schmaleres Frequenzband und eine geringere Übertragungskapazität über kürzere Entfernungen auf.

Singlemode-Fasern
Singlemode-Fasern übertragen nur den Primärmodus, was bedeutet, dass Licht nur entlang des inneren Kerns der Faser übertragen wird. Da eine Modendispersion vollständig vermieden wird, verfügen Singlemode-Fasern über ein breites Übertragungsband und eignen sich daher für die Glasfaserkommunikation mit hoher Kapazität und über große Entfernungen. Diese Fasern haben einen kleinen Kern (7 bis 1 µm), der das Licht dazu zwingt, sich auf einem einzigen, geraden Weg entlang des Kabels zu bewegen, im Gegensatz zur Mehrwegereflexion, die bei Multimode-Fasern zu finden ist. Problematisch ist jedoch eine andere Form der Ausbreitung, die sogenannte Ausbreitung (siehe unten). Die übliche Lichtquelle ist ein Laser. Diese Art von Glasfaser ist aufwändig zu implementieren, bietet jedoch eine größere Kommunikationskapazität und größere Übertragungsentfernungen.

Faserspezifikationen geben Kern- und Manteldurchmesser in Bruchteilen an. Der empfohlene Mindesttyp für FDDI (Fiber Distributed Data Interface) ist beispielsweise 62,5/125 µm Multimode-Faser. Beim Verbinden der Fasern muss der Manteldurchmesser gleich sein, da bei Steckverbindern in der Regel der Kerndurchmesser auf den Manteldurchmesser abgestimmt ist.

Multimode-Progressivbrechungs- und Gradientenbrechungsfasern sind typischerweise in Kerngrößen von 50, 62,5 oder 100 µm erhältlich. Sie haben eine progressive Brechung und einen Manteldurchmesser von 125 µm.
Singlemode-Fasern sind typischerweise mit Kerndurchmessern von 7 bis 10 µm und Manteldurchmessern von 125 µm erhältlich.
Die ITU hat eine Reihe von Empfehlungen definiert, die die geometrischen und Übertragungseigenschaften von Multimode- und Singlemode-Fasern beschreiben. 

Nachfolgend sind vier der wichtigsten Empfehlungen aufgeführt.

Die ITU-Empfehlung G.651 befasst sich mit Multimode-Fasern mit abgestufter Brechung und einem normalen Kerndurchmesser von 50 µm und einem normalen Manteldurchmesser von 125 µm.
ITU G.652 befasst sich mit Singlemode-NDSF (Non-Dispersion Shifted Fiber), das den Großteil der in den 1980er Jahren installierten Glasfaserkabel ausmachte. Die Übertragung erfolgt im 310-nm-Bereich, wo die Signalstreuung minimal ist. G.652-Glasfaser unterstützt die folgenden Entfernungen und Datenraten: 2,5 Gbit/s über 1 km, 000 Gbit/s über 1 km und 60 Gbit/s über 40 km.　
Der ITU G.653-Standard befasst sich mitdispersionsverschobenen Singlemode-Fasern. Diese Fasern verwenden einen Designansatz, der darauf abzielt, den Wellenlängenbereich bis in den Streuminimierungsbereich von 550 nm zu „verschieben“. In diesem Bereich wird auch die Dämpfung minimiert, wodurch die Kabelentfernungen verlängert werden können.　
ITUG.655 diskutiert NZ-DSF-Singlemode-Fasern (Non-Zero Dispersion Shifted Fiber), die Dispersionseigenschaften nutzen, um das Wachstum der Vierwellenmischung zu unterdrücken. NZ-DSF-Faser unterstützt Hochleistungssignale und längere Entfernungen sowie dicht verteilte DWDM-Kanäle (dichter WDM) bei Durchsatz von 2,5Orbit / s oder höher. Es unterstützt die folgenden Entfernungen und Datenraten: 6000 Gbit/s für 10 km, 400 Gbit/s für 40 km und 25 Gbit/s für XNUMX km.
Der G.655-Standard ist die neueste Entwicklung bei optischen Fasern. Insbesondere ist der G.655-Standard für den Betrieb von Langstrecken-Glasfaserkabeln wie WDM-Kabeln und Seekabeln optimiert. Es nutzt die Dispersion, was zu guten Ergebnissen führt. Die Dispersion trägt dazu bei, die Auswirkungen der Vierwellenmischung (FWM) zu reduzieren. Dieser Effekt tritt in DWDM-Systemen auf, wenn drei Wellenlängen gemischt werden und die resultierende vierte Wellenlänge das ursprüngliche Signal überlappt und mit diesem interferiert.

Mit DWDM kann eine einzelne Faser mehrere tausend λ-Schaltungen übertragen. Ein Kreis λ ist eine bestimmte Teilwellenlänge des Lichts im optischen Fenster. Es verfügt über alle Funktionen eines einzigen Schaltkreises. λ wird mittels Frequenzmultiplex implementiert. Jedes λ kann man sich als eine bestimmte Farbe von Infrarotlicht vorstellen, das mit einer Rate von 800 OGbit/s oder mehr übertragen wird. Der PowerMux von Avanex kann beispielsweise mehr als 2,5 Kanäle auf einer einzigen Glasfaser mit einer Lücke von XNUMX GHz zwischen den Kanälen platzieren. Da jede Faser mehrere tausend λs haben kann, ist es für Kommunikationsunternehmen auch praktisch, ganze Glasfaserwellenlängen an Unternehmen zu vermieten. Siehe „Glasfasernetze“. Die Alternative zu DWDM ist die neue Fasermodulationstechnologie, die die Funktionalität bestehender Fasern verbessert. Faseroptische Modulationssysteme. Glasfaser-FDM bietet Zugriff auf die gesamte Bandbreite der Glasfaser.

Leistungsmerkmale von Glasfasern
Bestimmte Eigenschaften von Glasfasern schränken ihre Leistung ein. Fasern verschiedener Hersteller können in diesen Eigenschaften variieren. Die wichtigsten leistungsbegrenzenden Faktoren sind Dämpfung und Diffusion