Облако Тэгов

Обзор оптических волокон

Одномодовые оптические волокна

С точки зрения дисперсии существующие одномодовые волокна, широко используемые сегодня в оптических сетях, разбиваются на три основных типа:

  • Стандартное оптическое волокно или волокно с несмещенной дисперсией SF (стандартные волокна со ступенчатым профилем)
  • Волокно со смещенной дисперсией DSF
  • Оптическое волокно с ненулевой смешенной дисперсией NZDSF

оптоволокно

 

Все три типа волокон очень близки по затуханию в окнах одномодовой передачи 1310 и 1550 нм, но отличаются характеристиками хроматической дисперсии.

Поскольку дисперсия влияет на максимальную допустимую длину безретрансляционных участков, то на первый взгляд, естественно, возникает желание выбрать волокно с наименьшим возможным значением дисперсии применительно к конкретной задаче, к конкретной длине волны. Это справедливо для случая передачи одной длины волны — одноканальной передачи.

Многоканальное волновое мультиплексирование (WDM) в окне 1550 нм диктует иной рационализм. Исследования показывают, что когда длина волны нулевой дисперсии попадает в зону мультиплексного сигнала, начинают проявляться нежелательные интерференционные эффекты, приводящие к более быстрой деградации сигнала. Поэтому, поставщики средств связи должны отчетливо представлять себе преимущества и недостатки каждого волокна в аспекте эволюции традиционных сетей к полностью оптическим сетям.

 

Стандартное ступенчатое одномодовое волокно с несмещенной дисперсией (G.652)

ст одномВ начале 80-х годов передатчики на длину волны 1550 нм имели очень высокую цену и низкую надежность и не могли конкурировать на рынке с передатчиками на длине волны 1300 нм. Поэтому cтандартное ступенчатое одномодовое волокно с несмещенной дисперсией классифицируемое стандартом G652, стало первым коммерческим волокном и сейчас наиболее широко распространенно в телекоммуникационных сетях. Его параметры оптимизированы для диапазона длин волн 1,31 мкм, в котором волокно имеет нулевую хроматическую дисперсию и небольшое значение затуханий. Диаметр световедущей жилы волокна — G.652 равен 9 мкм, а оболочки — 125±2 мкм. Это волокно используется для одноволновой и многоволновой передачи (спектральное уплотнение), в том числе в диапазоне длин волн 1,55 мкм и обеспечивает передачу информации со скоростями до 10 Гбит/с на средние расстояния (до 50 км).

 

Одномодовый режим в одномодовом волокне реализуется в окнах прозрачности 1310 и 1550 нм. Распространение только одной моды устраняет межмодовую дисперсию и обеспечивает очень высокую пропускную способность одномодового волокна в этих окнах прозрачности. Наилучший режим распространения с точки зрения дисперсии достигается в окрестности длины волны 1310 нм, когда хроматическая дисперсия обращается в ноль. С точки зрения потерь это не самое лучшее окно прозрачности. В этом окне потери составляют 0,3-0,4 дБ/км, в то время как наименьшее затухание 0,2-0,25 дБ/км достигается в окне 1550 нм.

Одномодовое волокно со смешенной дисперсией (G.653)

смещ одномСтандарт G.653 распространяется на одномодовое волокно со смещенной нулевой дисперсией в области l=1,55 мкм. Это волокно имеет нулевую дисперсию в области минимальных потерь волокна, что достигается за счет более сложной структуры световедущей жилы, а именно специально заданному распределению коэффициента преломления по диаметру жилы.

Волокно типа G.653 используется в протяженных магистральных широкополосных линиях и сетях связи. Оно обеспечивает передачу информации на несколько сотен километров со скоростями до 40 Гбит/с.

Однако, по нему можно передавать только один спектральный канал информации, то есть оно не может быть использовано в волоконно-оптических системах и сетях, в которых применяются волоконно-оптические усилители и плотное оптическое спектральное мультиплексирование (DWDM-технологии). Причина этого заключается в высоких уровнях световой мощности в волокне после усиления и высокой плотности спектрального уплотнения, т. е. необходимости одновременной передачи большого числа независимых спектральных каналов по одному волокну.

Высокая концентрация световой мощности в волокне — G.653 из-за особенностей структуры жилы приводит к проявлению нелинейных эффектов и, в частности, четырехволновому смешению, которое проявляется при нулевой хроматической дисперсии и приводит, в свою очередь, к перекрестным помехам в линии.

 

По мере совершенствования систем передачи на длине волны 1550нм встает задача разработки волокна с длиной волны нулевой дисперсии, попадающей внутрь этого окна. В итоге в середине 80-х годов создается волокно со смещенной дисперсией классифицируемое стандартом G.653, полностью оптимизированное для работы в окне 1550 нм, как по затуханию, так и по дисперсии. Это волокно имеет нулевую дисперсию в области минимальных потерь волокна, что достигается за счет более сложной структуры световедущей жилы, а именно специально заданному распределению коэффициента преломления по диаметру жилы.

 

На протяжении многих лет волокно DSF считается самым перспективным волокном. Волокно типа G.653 используется в протяженных магистральных широкополосных линиях и сетях связи. Оно обеспечивает передачу информации на несколько сотен километров со скоростями до 40 Гбит/с. С приходом более новых технологий передачи мультиплексного оптического сигнала, большую роль начинают играть эрбиевые оптические усилители типа EFDA, способные усиливать многоканальный сигнал.

 

В одномодовом волокне со смещенной дисперсией (DSF) длина волны, на которой результирующая дисперсия обращается в ноль, - длина волны нулевой дисперсии l0 - смещена в окно 1550 нм. Такое смещение достигается благодаря специальному профилю показателя преломления волокна. Таким образом, в волокне со смещенной дисперсией реализуются наилучшие характеристики как по минимуму дисперсии, так и по минимуму потерь. Поэтому такое волокно лучше подходит для строительства протяженных сегментов с расстоянием между ретрансляторами до 100 и более километров. Разумеется, единственная рабочая длина волны берется близкой к 1550 нм.

 

Оптическое волокно с ненулевой смещенной дисперсией (G. 655)

Стандарт G.655 относится к волокну со смещенной ненулевой дисперсией — NZDSF (Non-Zero Dispersion Shifted Fiber). Волокно NZDSF создается в начале 90-х годов с целью преодолеть недостатки DSF, проявляющиеся при работе с многочастотным оптическим сигналом.

 

Одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF в отличие от DSF оптимизировано для передачи не одной длины волны, а сразу нескольких длин волн (мультиплексного волнового сигнала). Это волокно предназначено для применения в магистральных волоконно-оптических линиях и глобальных сетях связи, использующих DWDM-технологии в диапазоне длин волн 1,55 мкм. Длина волны нулевой дисперсии l0 - смещена за пределы рабочей зоны оптического усилителя EDFA (эрбиевого оптического усилителя), так чтобы слабая ненулевая дисперсия на длинах волн усиливаемого сигнала приводила к ослаблению нелинейностей усилителя (в частности, четырехволнового смешивания).