Многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления

В ступенчатом оптоволокне могут возбуждаться и распространяться до тысячи мод с различным распределением по сечению и длине оптоволокна. Моды имеют различные оптические пути и, следовательно, различные времена распространения по оптоволокну, что приводит к уширению импульса света по мере его прохождения по оптоволокну. Это явление называется межмодовой дисперсией и оно непосредственно влияет на скорость передачи информации по оптоволокну.

Рисунок 66. Многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления

Область применения ступенчатых оптоволокон короткие (до 1 км) линии связи со скоростями передачи информации до 100 Мбайт/с, рабочая длина волны излучения,как правило, 0,85 мкм.

 

Понятие «мода» описывает режим распространения световых лучей во внутреннем сердечнике кабеля.

Межмодовая дисперсия - дисперсия электромагнитного излучения, возникающая в многомодовых световодах из-за наличия в них большого числа мод с различным временем распространения

 

 

Многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления

Отличается от ступенчатого тем, что показатель преломления сердцевины плавно возрастает от края к центру. Это приводит к явлению рефракции в сердцевине, благодаря чему снижается влияние межмодовой дисперсии на искажение оптического импульса. Профиль показателя преломления градиент ноговолокна может быть параболическим, треугольным, ломаным и т.д.

Рисунок 67. Градиентное многомодовое оптоволокно

В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber, MMF) используются более широкие, чем в одномодовых, внутренние сердечники. В стандартах определены два наиболее употребительных многомодовых кабеля:62,5/125 мкм и 50/125 мкм, где 62,5 мкм или 50 мкм - это диаметр центрального проводника, а 125 мкм - диаметр внешнего проводника.

Рисунок 68. Многомодовый оптический кабель в разрезе.

Многомодовые кабели имеют более узкую полосу пропускания -от 500 до 800 МГц/км. Сужение полосы происходит из-за потерь световой энергии при отражениях, а также из-за интерференции лучей разных мод.

Одномодовое волокно

Стандартное одномодовое оптическое волокно имеет диаметр сердцевины 7-9 мкм и диаметр оболочки 125 мкм. В этом оптоволокне существует и распространяется только одна мода (точнее две вырожденные моды с ортогональными поляризациями), поэтому в нем отсутствует межмодовая дисперсия,что позволяет передавать сигналы на расстояние до 50 км со скоростью до 2,5Гбит/с и выше без регенерации. Рабочие длины волн λ1 = 1,31 мкм и λ2 = 1,55мкм.

Рисунок 69. Одномодовое оптоволокно

В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF) используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света - от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника. Полоса пропускания одномодового кабеля очень широкая - до сотен гигагерц на километр.

Рисунок 70. Одномодовый оптический кабель в разрезе

Существует три основных типа одномодовых волокон:

Одномодовое ступенчатое волокно с несмещённой дисперсией (стандартное) (англ. SMF— Step Index Single Mode Fiber),определяется рекомендацией ITU-T G.652 и применяется в большинстве оптических систем связи.

Одномодовое волокно со смещённой дисперсией (англ. DSF—Dispersion Shifted Single Mode Fiber), определяется рекомендацией ITU-T G.653. В волокнах DSF с помощью примесей область нулевой дисперсии смещена в третье окно прозрачности, в котором наблюдается минимальное затухание.

Одномодовое волокно с ненулевой смещённой дисперсией (англ. NZDSF—Non-Zero Dispersion Shifted Single Mode Fiber), определяется рекомендацией ITU-T G.655.

Оптимизация трех перечисленных типов одномодовых волокон совершенно не означает, что они всегда должны использоваться исключительно под определенные задачи: SF - передача сигнала на длине волны 1310 нм, DSF - передача сигнала на длине волны 1550 нм, NZDSF -передача мультиплексного сигнала в окне 1530-1560 нм. Так, например,мультиплексный сигнал в окне 1530-1560 нм можно передавать и по стандартному ступенчатому одномодовому волокну SF. Однако длина без ретрансляционного участка при использовании волокна SF будет меньше, чем при использовании NZDSF, или иначе потребуется очень узкая полоса спектрального излучения лазерных передатчиков для уменьшения результирующей хроматической дисперсии.Максимальное допустимое расстояние определяется техническими характеристиками как самого волокна (затуханием, дисперсией), так и приемо-передающего оборудования (мощностью, частотой, спектральным уширением излучения передатчика, чувствительностью приемника).