Klasyfikacja włókien optycznych / Charakterystyki użytkowe włókien optycznych

Klasyfikacja włókien optycznych

① Klasyfikacja według sposobu transmisji:

Sposób propagacji w światłowodzie to kształt pola elektromagnetycznego, czyli pola optycznego (HE), obecnego we włóknie. Różne kształty pola są wynikiem wielokrotnych odbić i zakłóceń w światłowodzie. Różne tryby są dyskretne i nieciągłe. Ponieważ w światłowodzie wymagana jest stabilność fali stojącej, jej obecność powoduje różne kształty pola optycznego w przekroju światłowodu, czyli różne plamki świetlne. Jeśli jest tylko jeden punkt, włókno to nazywa się jednomodowym, jeśli jest ich więcej niż dwa, nazywa się to włóknem wielomodowym.

② Podzielone przez średnicę serca:

★50/125(μm) wolnozmienny włókno wielomodowe.

★62.5/125(μm) Wzmocniony, wolno ściemniający światłowód wielomodowy

★8.3/125(μm) Wolno ściemniające włókno jednomodowe

③ Przez rozkład współczynnika załamania światła rdzenia światłowodu:

★Progresywne włókno indeksowe (SIF);

Światłowód gradientowy (GIF);

★ włókna pierścieniowe (włókna pierścieniowe);

★ Włókno typu W

Włókna wielomodowe

Przy określonej długości fali roboczej (850nm/1300nm) w światłowodzie, zwanym włóknem wielomodowym, transmitowanych jest wiele modów. Ten typ włókna ma stosunkowo dużą średnicę rdzenia (50 do 80 µm) i średnicę 125 µm. Włókna wielomodowe o stopniowanym współczynniku załamania światła wykazują nagłą zmianę pomiędzy rdzeniem a płaszczem, natomiast włókna wielomodowe o stopniowym współczynniku załamania światła wykazują stopniową zmianę pomiędzy rdzeniem a płaszczem. Te pierwsze są ograniczone do około 50 Mbit/s, a drugie do 1 Gbit/s. W przypadku włókien o stopniowanym współczynniku załamania światła współczynnik załamania światła maleje od rdzenia na zewnątrz. Światło rozchodzi się szybciej w materiałach o niższym współczynniku załamania światła. Dlatego światło przemieszcza się szybciej w materiale zewnętrznym niż w rdzeniu. Efektem końcowym jest to, że całe światło dociera w tym samym czasie. Jednak ta korekta nadal ma ograniczenie odległości.

Włókno tego typu ze względu na dyspersję lub aberrację ma gorszą transmisję, węższe pasmo częstotliwości i mniejszą zdolność transmisji na krótszych dystansach.

Włókna jednomodowe
Włókna jednomodowe transmitują tylko mod pierwotny, co oznacza, że ​​światło przechodzi tylko wzdłuż wewnętrznego rdzenia światłowodu. Ponieważ całkowicie unika się dyspersji modów, włókna jednomodowe mają szerokie pasmo transmisji i dlatego nadają się do komunikacji światłowodowej o dużej przepustowości i na duże odległości. Włókna te mają mały rdzeń (7 do 1 µm), który wymusza przemieszczanie się światła w kablu pojedynczą, prostą ścieżką, w przeciwieństwie do odbicia wielościeżkowego występującego we włóknach wielomodowych. Jednak inna forma rozproszenia, zwana rozproszeniem, jest problematyczna (patrz poniżej). Typowym źródłem światła jest laser. Ten typ światłowodu jest skomplikowany w realizacji, ale oferuje większą wydajność komunikacyjną i większe odległości transmisji.

Specyfikacje włókien wskazują średnicę rdzenia i płaszcza we frakcjach. Na przykład minimalny zalecany typ dla FDDI (Fiber Distributed Data Interface) to światłowód wielomodowy 62,5/125 µm. Średnica płaszcza musi być taka sama przy łączeniu włókien, ponieważ łączniki zazwyczaj dopasowują średnicę rdzenia do średnicy płaszcza.

Włókna wielomodowe o progresywnym i gradientowym załamaniu światła są zazwyczaj dostępne w rozmiarach rdzenia 50, 62,5 lub 100 µm. Mają progresywne załamanie światła i średnicę osłony 125 µm.
Włókna jednomodowe są zazwyczaj dostępne ze średnicami rdzenia od 7 do 10 µm i średnicami płaszcza 125 µm.
ITU zdefiniowało szereg zaleceń opisujących właściwości geometryczne i transmisyjne włókien wielomodowych i jednomodowych. 

Poniżej wymieniono cztery najważniejsze zalecenia.

Zalecenie ITU G.651 dotyczy włókien wielomodowych o stopniowanym załamaniu światła, o normalnej średnicy rdzenia 50 µm i normalnej średnicy płaszcza 125 µm.
ITU G.652 zajmuje się jednomodowym NDSF (włóknem przesuniętym bez dyspersji), które stanowiło większość kabli światłowodowych instalowanych w latach 1980. Transmisja odbywa się w zakresie 310nm, gdzie dyspersja sygnału jest minimalna. Światłowód G.652 obsługuje następujące odległości i prędkości transmisji danych: 2,5 Gb/s na 1 km, 000 Gb/s na 1 km i 60 Gb/s na 40 km.　
Standard ITU G.653 obejmuje włókna jednomodowe z przesuniętą dyspersją. W światłowodach tych zastosowano podejście projektowe, które ma na celu „przesunięcie” zakresu długości fal do obszaru minimalizacji rozproszenia 550 nm. W tym zakresie tłumienie jest również zminimalizowane, co pozwala na zwiększenie odległości kabli.　
W ITUG.655 omówiono włókna jednomodowe NZ-DSF (włókno z przesuniętą dyspersją o niezerowej dyspersji), które wykorzystują właściwości dyspersyjne w celu tłumienia wzrostu mieszania czterofalowego. Światłowód NZ-DSF obsługuje sygnały o dużej mocy i na większe odległości, a także blisko rozmieszczone kanały DWDM (gęste WDM) z przepustowością 2,5OGbps lub wyższą. Obsługuje następujące odległości i szybkości transmisji danych: 6000 Gb/s na 10 km, 400 Gb/s na 40 km i 25 Gb/s na XNUMX km.
Standard G.655 to najnowsze osiągnięcie w dziedzinie światłowodów. W szczególności standard G.655 jest zoptymalizowany do pracy w kablach światłowodowych na duże odległości, takich jak kable WDM i kable podmorskie. Wykorzystuje dyspersję, co daje dobre rezultaty. Dyspersja pomaga zredukować skutki mieszania czterofalowego (FWM). Efekt ten występuje w systemach DWDM, gdy trzy długości fal są zmieszane, a powstała czwarta długość fali nakłada się i zakłóca oryginalny sygnał.

Dzięki DWDM pojedyncze włókno może przesłać kilka tysięcy obwodów λ. Obwód λ to określona podfala światła w oknie optycznym. Posiada wszystkie funkcje pojedynczego obwodu. λ jest realizowane przy użyciu multipleksowania z podziałem częstotliwości. Każde λ można traktować jako określony kolor światła podczerwonego transmitowanego z szybkością lOGbit/s lub większą. Na przykład PowerMux firmy Avanex może umieścić ponad 800 kanałów na jednym włóknie z odstępem między kanałami wynoszącym 2,5 GHz. Ponieważ każde włókno może mieć kilka tysięcy λ, firmom telekomunikacyjnym wygodnie jest dzierżawić całe długości fal światłowodu firmom. Patrz „Sieci światłowodowe”. Alternatywą dla DWDM jest nowa technologia modulacji włókien, która poprawia funkcjonalność istniejących włókien. Systemy modulacji światłowodowej. Światłowód FDM zapewnia dostęp do pełnej przepustowości światłowodu.

Charakterystyka wydajnościowa światłowodu
Pewne cechy światłowodu ograniczają jego wydajność. Włókna różnych producentów mogą różnić się tymi cechami. Głównymi czynnikami ograniczającymi wydajność są tłumienie i dyfuzja