Viena{0}}režīmu un daudzmodu šķiedras

viena{0}}moda šķiedra

Optiskās šķiedraskuras var pārraidīt tikai vienā režīmā, tiek sauktas par viena{0}}moda šķiedrām. Viena-režīmu šķiedras var pārraidīt tikai pamata režīmu (zemākās kārtas režīmu), un nav starp-režīmu aizkaves atšķirības. Tāpēc tām ir daudz lielāks joslas platums nekā daudzmodu šķiedrām, kas ir ļoti svarīgi ātrdarbīgai{5}}datu pārraidei. Viena režīma šķiedru joslas platums parasti ir desmitiem GHz·km vai vairāk.

Pakāpju{0}}indeksa viena-moda šķiedras struktūra ir parādīta 2. attēlā-13. Viena -moda šķiedras serdeņa diametrs ir mazs, lai nodrošinātu viena-režīmu pārraidi, taču tās apvalka diametrs ir vairāk nekā desmit reizes lielāks par serdes diametru, lai izvairītos no optiskajiem zudumiem. Katras vienmoda šķiedras struktūras daļas funkcijas ir līdzīgas daudzmodu šķiedras funkcijām. Atšķirība ir tāda, ka serdes diametru izsaka, izmantojot no viļņa garuma atkarīgo režīma lauka diametru *w*. Šis šķiedras veids tiek plaši izmantots mūsdienu optiskās šķiedras sakaru inženierijā.

2

B1.1 un B4 tipa vienmoda optisko šķiedru izmēru parametri ir parādīti 2-1. un 2-2. tabulā.

2. tabula-1 B1.1 vienmoda šķiedras izmēra parametri

2. tabula-2 B4 vienmoda šķiedras izmēru parametri

Vienmoda šķiedras{0}}standarti un lietojumi

Viena{0}}režīma šķiedra ar zemu vājinājumu, plašu joslas platumu, lielu ietilpību, zemām izmaksām un vieglu paplašināšanu ir ideāls optiskās sakaru pārraides līdzeklis, un to plaši izmanto visā pasaulē. Pašlaik, attīstoties informācijas sabiedrībai, pētnieki ir izstrādājuši šķiedru pastiprinātājus, laika -dalīšanas multipleksēšanu (TDM), viļņu-dalīšanas multipleksēšanu (WDM) un frekvenču-dalīšanas multipleksēšanu (FDM), kas vēl vairāk uzlabo pārraides attālumu, sakaru jaudu un viena režīma šķiedras pārraides ātrumu.

Ir vērts atzīmēt, ka, lai gan šķiedru pastiprinātāji paplašina pārraides attālumus un multipleksēšanas tehnoloģijas nodrošina liela-ātruma, lielas-jaudas signāla pārraidi, tie arī palielina dispersijas un nelineāro efektu ietekmi uz sistēmas pārraides kvalitāti. Tāpēc ir īpaši pētīti un izstrādāti vairāki optisko šķiedru veidi: dispersijas-nobīdīta šķiedra, bez-nulles dispersijas-šķiedra, dispersijas-saplacināta šķiedra un dispersijas-kompensēta šķiedra, un katrai no tām ir unikālas priekšrocības dispersijas un nelineāro efektu novēršanā.

Viena režīma optiskās šķiedras var iedalīt piecos veidos, pamatojoties uz to, vai tām ir nulle-dispersijas viļņa garums un viļņa garuma nobīde. Starptautiskā Telekomunikāciju savienība Telekomunikāciju standartizācijas sektors (ITU-T) 2000. gada oktobrī izdeva ieteikumus četriem no šiem veidiem: G.652, G.653, G.654 un G.655 šķiedrām. Atbilstība starp IEC (Starptautisko elektrotehnisko komisiju) un ITU{10}}T viena režīma optisko šķiedru nosaukšanas konvencijām ir parādīta 2-14. attēlā.

2

G.652 — nedispersijas{1}}nobīdīta viena-režīmu šķiedra

Standarta teksts G.652 šķiedras sīkāk iedala G.652A, G.652B un G.652C, pamatojoties uz tās vājināšanu, dispersiju, polarizācijas režīma izkliedi, darbības viļņa garuma diapazonu un pielietojumu SDH sistēmās ar dažādiem pārraides ātrumiem. Būtībā G.652 šķiedru var iedalīt divos veidos: parastā vienmoda šķiedra (G.652A un G.652B) un zema-ūdens-maksimālā viena-moda šķiedra (G.652C).

(1) Parastā viena-moda šķiedra: parastā viena-moda šķiedra tika komerciāli izmantota 1983. gadā. Tās veiktspējas raksturlielumi ir: nulles dispersija pie viļņa garuma 1310 nm; minimālais vājinājuma koeficients pie viļņa garuma 1550 nm, aptuveni 0,22 dB/km, bet maksimālais dispersijas koeficients 17 ps/(nm·km) pie 1550 nm; šīs šķiedras darba viļņa garumu var izvēlēties gan 1310 nm, gan 1550 nm viļņa garuma apgabalos, ar optimālo darba viļņa garumu 1310 nm apgabalā. Šo šķiedru bieži sauc par “parasto” vai “standarta” vienmoda{13}šķiedru, un tā pašlaik ir visplašāk izmantotā šķiedra. Līdz šim tā kumulatīvā izvietošana visā pasaulē ir sasniegusi 7 x 10⁻⁶ km.

(2) Zema-ūdens-maksimālā viena režīma šķiedra: lai risinātu problēmas, ar kurām saskaras lielpilsētu apgabalu tīkli (MAN), piemēram, sarežģītas un mainīgas pakalpojumu vides, liels skaits tieši atbalstītu lietotāju un īsi pārraides attālumi (parasti tikai 50-80 km), pieņemtais risinājums ir izmantot augstas -dimensijas viļņu tehnoloģiju (HDDW) desmitiem līdz simtiem multipleksētu viļņu garumu. Tas ietver dažādu ātrumu un raksturlielumu pakalpojumu piešķiršanu dažādiem viļņu garumiem un maršrutēšanu un demultipleksēšanu optiskajā ceļā. Tāpēc, lai apmierinātu HDWDM MAN izstrādes vajadzības, ir jāizstrādā zema-ūdens-maksimālā viena-moda šķiedra (ITU-T G.652C) ar plašāku darbības viļņu garuma diapazonu.

G.653 dispersija

Izkliedes-nobīdīta viena-moda šķiedra (ITU-T G.653) tika komercializēta 1985. gadā. Dispersijas-nobīdītā vienmoda-šķiedra tiek panākta, mainot šķiedras strukturālos parametrus un refrakcijas indeksa sadalījumu, lai palielinātu viļņvada nobīdes {7}izkliedi no tā. 1310 nm līdz 1550 nm. Tā rezultātā zemākais vājinājuma viļņa garums pie 1550 nm atbilst nulles -dispersijas viļņa garumam, un tas darbojas balasta šķiedru pastiprinātāju darbības viļņu garuma diapazonā no 1530 līdz 1565 nm. Šis šķiedras veids ir ideāli piemērots liela attāluma, viena kanāla{17}}ātrdarbīgai optiskās pastiprināšanas sistēmām; piemēram, šai šķiedrai var tieši ieviest 20 Gbit/s sistēmu bez jebkādiem izkliedes kompensācijas pasākumiem.

Visdaudzsološākais dispersijas-nobīdītas viena-modas šķiedras pielietojums ir zemūdens optiskās šķiedras sakaru sistēmās liela attāluma viena kanāla-signāla pārraidei. Turklāt zināms skaits dispersijas -nobīdītu viena-režīmu šķiedru ir izvietotas arī zemes liela attāluma vadu sakaru tīklos.

G. 654-Viļņa garuma nobīde, viena-režīma šķiedra

1550 nm robežviļņa garuma-nobīdīta vienmoda-šķiedra (ITU-T G.654) ir ne-dispersijas-šķiedra, kuras nulles-dispersijas viļņa garums ir aptuveni 1310 nm. Nogriešanas viļņa garums tiek novirzīts uz garāku viļņu garuma diapazonu, kā rezultātā 1550 nm viļņa garuma reģionā tiek panākts minimāls vājinājums. Tā optimālais darbības viļņa garuma diapazons ir 1500–1600 nm.

Zema{0}}vājinājuma šķiedras iegūšanas metode ietver tīra silīcija dioksīda stikla serdi un fluora-leģētu padziļinātu apšuvumu; garais viļņa garums samazina šķiedras jutību pret lieces -izraisītajiem zudumiem.

Tā kā šāda veida šķiedras ir īpaši grūti ražot un ļoti dārgas, to izmanto reti. To galvenokārt izmanto bezatkārtotāju zemūdens optisko šķiedru sakaru sistēmās ar lieliem pārraides attālumiem, kur nevar ievietot aktīvās ierīces.

G.655-Ne-nulles dispersija-nobīdīta vienmoda šķiedra

Bez-nulles dispersijas-nobīdīta viena-moda šķiedra (ITU-T G.655) ir jauna veida optiskās šķiedras, ko 1994. gadā izstrādāja un ražoja Lucent Technologies un Corning Incorporated, īpaši nākamās-paaudzes viļņu garuma dalīšanas sistēmām ar šķiedru multipleksēšanas pastiprinātājiem. Šīs šķiedras pamatā ir dispersijas-nobīdīta viena-moda šķiedra, un, mainot refrakcijas profila struktūru, dispersija pie viļņa garuma 1550 nm tiek padarīta par -nulle; līdz ar to arī nosaukums bez-nulles dispersijas-nobīdīta viena-moda šķiedra.

Izkliedes{0}}plakana vienmoda{1}}šķiedra

1988. gadā tika komercializēta dispersijas-plakanā-vienmoda šķiedra. Šai šķiedrai ir zema dispersija 1310–1550 nm viļņu garuma diapazonā, un tai ir divi nulles -dispersijas viļņu garumi, proti, 1310 nm un 1550 nm. Šo šķiedru var izmantot ar lāzeriem ar plašāku centra viļņa garumu un standarta lāzeriem, kas darbojas pie 1310 nm un 1550 nm liela ātruma{12}}pārraidei ar LED. Tomēr dispersijas-plakanai vienmoda{15}}šķiedrai ir sarežģīts refrakcijas indeksa profils, kas apgrūtina tās ražošanu, un tās lielais vājināšanās ierobežo tās praktisko pielietojumu. Izkliedes-plakanās vienmoda-šķiedras veiktspēja un pielietojumi ir parādīti 2-8. tabulā.

Pielietojuma scenārijs: Šis šķiedras veids ir īpaši piemērots vidēm ar zemu iekšējo lieces izkliedi 1310–1550 nm darbības viļņu garuma diapazonā.

Izkliedes-kompensēta{1}}vienmoda šķiedra

Izmantojot optisko šķiedru pastiprinātājus, vājināšanās vairs nav būtisks optisko šķiedru sakaru sistēmu attāluma ierobežojums. Tomēr izkliede nopietni kavē parasto vienmoda šķiedru darbības viļņu garumu no 1310 nm līdz 1550 nm modernizāciju un paplašināšanu. Lai risinātu šo praktisko problēmu, ir izstrādāta dispersijas -kompensēta vienmoda- šķiedra.

Izkliedes-kompensēta vienmoda-šķiedra ir viena-moda šķiedra ar ievērojamu negatīvu dispersiju pie viļņa garuma 1550 nm. Pašreizējie eksperimentu rezultāti liecina, ka dispersijas -kompensētās vienmoda- šķiedras dispersijas koeficients ir robežās no 50 līdz -548 ps/(nm·km), un vājināšanās parasti ir no 0,5 līdz 1,0 dB/km.

Ja parastās vienmoda{0}}šķiedru sistēmas darbības viļņa garums tiek palielināts no 1310 nm uz 1550 nm, tās kopējā izkliede ir pozitīva. Pievienojot sistēmai negatīvas dispersijas šķiedras sekciju, pozitīvo izkliedi pie 1550 nm desmitiem kilometru parastās vienmoda šķiedras var atcelt, tādējādi palielinot uzstādītās parastās vienmoda šķiedras darbības viļņa garumu no 1310 nm uz 1550 nm, tādējādi sasniedzot augstu -nm. tālsatiksmes{10}}un lielas{11}}jaudas pārraide. Vājināšanos, ko rada dispersijas-kompensācijas vienmoda{14}}šķiedras pievienošana, var pilnībā kompensēt ar šķiedru pastiprinātāju.

Daudzmodu šķiedra

Kā norāda nosaukums, daudzmodu šķiedra ir optiskā šķiedra, kas ļauj tajā pārraidīt vairākus režīmus vai, citiem vārdiem sakot, daudzmodu šķiedrā ir atļauti vairāki atsevišķi pārraides režīmi.

Daudzmodu šķiedras standarti un pielietojumi

Novērtēta{0}}režīmu daudzmodu šķiedra

G.651 šķiedra ir gradēta-indeksa daudzmodu šķiedra, ko galvenokārt izmanto analogā vai digitālā signāla pārraidei 850 nm un 1310 nm viļņa garuma reģionos. Tā serdes diametrs ir 50 µm un apšuvuma diametrs ir 125 µm. 850 nm viļņa garuma reģionā vājinājuma koeficients ir mazāks par 4 dB/km un dispersijas koeficients ir mazāks par 120 ps/(nm·km); 1310nm viļņa garuma reģionā vājinājuma koeficients ir mazāks par 2dB/km un dispersijas koeficients ir mazāks par 6ps/(nm·km).

Gradienta{0}}režīms daudzmodu šķiedra

Gradētās-indeksa daudzmodu šķiedras struktūra ir parādīta 2-18. attēlā. Šis šķiedru veids ietver Ala, Alb, Alc un Ald veidus. Tos var izgatavot, izmantojot daudzkomponentu stiklu vai leģētu silīcija dioksīda stiklu. Lai samazinātu šķiedru vājināšanos, materiāliem, ko izmanto šķiroto-indeksa daudzmodu šķiedru ražošanai, ir daudz augstāka tīrība nekā tiem, kas tiek izmantoti vairumā pakāpenisku-indeksa daudzmodu šķiedru. Tieši gradētā refrakcijas indeksa sadalījuma un zemāka vājinājuma dēļ gradētās{8}}indeksa daudzmodu šķiedras pārspēj pakāpeniskā indeksa daudzmodu šķiedras.

Step{0}}indeksa daudzmodu šķiedra

Soli-indeksa daudzmodu šķiedras struktūra ir parādīta 2-19. attēlā. Šāda veida šķiedras ir trīs kategorijās (A2, A3 un A4) un deviņās šķirnēs. Lai izgatavotu serdi un apšuvumu, var izmantot daudzkomponentu stiklu, leģētu stiklu vai plastmasu. Pateicoties to lielajam serdeņa izmēram un lielajai skaitliskās diafragmas atvērumam, šīs daudzmodu šķiedras var efektīvāk savienot ar nesakarīgiem gaismas avotiem, piemēram, gaismas -diodēm (LED). Saites savienojumus var izveidot, izmantojot lētus iesmidzināšanas{11}}veidojumu savienotājus, tādējādi samazinot kopējās tīkla izveides izmaksas. Tāpēc soli{13}}indeksa daudzmodu šķiedrai, īpaši A4 plastmasas šķiedrai, ir svarīga loma nelielos attālumos.