Одномодовое оптическое волокно (версия Миг)

Рис.1,Структура стандартного одномодового волокна

Рис.2,Оптические типы волокна.

Рис.3,Одномодовое оптическое волокно G 9,5/125 мкм

Одномодовое оптическое волокно — волокно, основной диаметр сердцевины которого, приблизительно в семь - десять раз больше длины волны, проходящего по нему света.

Структура стандартного одномодового оптического волокна E 9,5/125 мкм (см. рис.1, рис.3) в соответствии со Стандарт EN 188100; Стандарт VDE 0888, часть 102; Рекомендация МСЭ-Т (ITU-T) G.652; Стандарт МЭК “IEC 60793-2”:

1. диаметр светопроводящего ядра (сердцевины) 9,5 ± 1 мкм;
2. внешний диаметр оптического волокна 125 ± 3 мкм;
3. допуск на некруглость 2,5 мкм;
4. допуск на эксцентриситет между сердцевиной и внешним диаметром волокна 1 мкм;
5. внешний диаметр первичной защитной оболочки 250 ± 10 мкм;
6. внешний диаметр вторичной защитной оболочки 900 ± 10 мкм

Материалы

Рис.2. Прохождение лазерного луча в оптическом (акриловый прут из полиметилметакрилата (ПMMA)) световоде квадратного сечения при эффекте полного внутреннего отражения.

Стеклянные оптические волокна делаются из чистейшего кварцевого стекла, но для дальнего инфракрасного диапазона могут использоваться другие материалы, такие как фторцирконат, фторалюминат и халькогенидные стекла. Как и другие стекла, эти имеют показатель преломления около 1,5.

В настоящее время развивается применение пластиковых оптических волокон. Сердечник в таком волокне изготовляют из полиметилметакрилата (ПMMA), а оболочку из фторированных ПMMA (фторполимеров).

Волокно со ступенчатым профилем

Модовая дисперсия в оптическом волокне может быть исключена, если структурные параметры ступенчатого световода подобрать таким образом, что в нём будет направляться только одна мода, а именно — фундаментальная (основная) мода. Однако и основная мода так-же уширяется во времени по мере её прохождения по такому световоду. Это явление называется хроматической дисперсией. Она является свойством материала, поэтому как правило, имеет место в любом оптическом световоде, но в диапазоне длин волн от 1200 до 1600 нм она относительно мала или отсутствует. Для изготовления ступенчатого волоконного световода с малым затуханием, который направляет только фундаментальную моду в диапазоне длин волн более 1200 нм диаметр поля моды должен быть уменьшен до 8-10 мкм. Такой ступенчатый волоконный световод называется стандартным одномодовым оптическим волокном.

Волокна с многоступенчатым профилем

Профиль показателя преломления обычного одномодового световода имеет ступенчатый профиль. Для такой структуры профиля сумма дисперсии материала в волноводной дисперсии при длине волны около 1300нм равна нулю. Для современных устройств передачи данных по оптическому волокну, использующих длины волн 1550 нм или одновременную передачу сигналов на нескольких длинах волн, желательно иметь нулевую дисперсию и при других длинах волн. А для этого необходимо изменить волновую дисперсию и, следовательно, структуру профиля преломления волоконного световода. Это приводит к многоступенчатому или сегментному профилям показателя преломления. Используя эти профили, можно производить волоконные световоды, у которых длина волны с нулевой дисперсией сдвинута до 1550 нм (волокно со смещённой дисперсией) или величины дисперсии очень малы во всём диапазоне волн от 1300 нм до 1550 нм (волокно со сглаженной или компенсированной дисперсией).

Характеристики одномодового волокна

В отличии от многомодового оптического волокна, одномодовое оптическое волокно имеет другой механизм прохождения света. Благодаря этому способу передачи сигнала, существенно уменьшается влияние модовой дисперсии на движение фотонов в волокне. При этом способе передачи волн одномодовые волокна позволяют передавать информацию на значительно большие расстояния, чем при использовании многомодового волокна. Одномодовые волокна имеют более высокую полосу пропускания, чем многомодовые волокна. Оборудование для одномодового оптического волокна более дорого, чем оборудование для многомодового оптического волокна, но производство одномодовых оптических волокон обычно дешевле, так как производятся они в существенно большем масштабе.

Есть множество специальных типов одномодовых оптических волокон, которые обладают различными физическими свойствами и различным химическим составом легирующих примесей. Их производят, чтобы получить специальные свойства, например, волокна с нулевой или смещённой дисперсией.

В 2005 году появились стандарты для сетей передачи данных со скоростями до 10 гигабитов в секунду, на расстояния более чем 80 км с коммерчески доступными приемо-передающими системами (Xenpak). При использовании оптических усилителей и компенсирующих дисперсию устройств, современные DWDM оптические системы, могут обеспечить передачу сигнала на расстояния тысячи километров, со скоростью 10 Gbit/s, или на расстояния нескольких сотен километров со скоростью 40 Gbit/s.

См. также

• Оптические материалы
• Волноводная оптика
• Многомодовое оптическое волокно
• Оптическое волокно
• Оптический кабель

Литература

• Fiber Optic Cables by G. Mahlke., P. Gossing, 1993 by Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich.
• Гюнтер Мальке, Петер Гёссинг «Волоконно-оптические кабели», 2001 Новосибирск, Издательский дом «Вояж».