enkel-mode fiber
Optiska fibrersom bara kan sända ett läge kallas singelmodsfibrer-. Enkel-modfibrer kan bara överföra grundläget (lägsta ordningens läge), och det finns ingen mellan-modfördröjningsskillnad. Därför har de en mycket större bandbredd än multimodefibrer, vilket är avgörande för-höghastighetsdataöverföring. Bandbredden för enkel-modefibrer är vanligtvis inom tiotals GHz·km eller högre.
Strukturen för en steg-index enkel-fiber visas i figur 2-13. Enkel-modfiber har en liten kärndiameter för att säkerställa enkel-transmission, men dess beklädnadsdiameter är mer än tio gånger större än kärndiametern för att undvika optisk förlust. Funktionerna för varje del av enkel-fiberstrukturen liknar de för multimodsfiber. Skillnaden är att kärndiametern uttrycks med den våglängdsberoende modfältdiametern *w*. Denna typ av fiber används ofta i modern fiberoptisk kommunikationsteknik.
Figur 2-13 visar strukturen för en steg-index optisk enkelmodsfiber.
Dimensionsparametrarna för enkel-optiska fibrer av typerna B1.1 och B4 visas i Tabell 2-1 och Tabell 2-2.
| Namn | Parameter |
|---|---|
| 1310 nm läge-fältdiameter | [(8.6 ~ 9.5) ± 0.7] µm |
| Beklädnadsdiameter | (125 ± 1) µm |
| 1310 nm fiberkoncentricitetsfel | Mindre än eller lika med 0,8 µm |
| Beklädnad av icke-cirkuläritet | Mindre än eller lika med 2 % |
| Beläggningsdiameter (primärfärg) | (245 ± 10) µm |
| Beläggningsdiameter (färgad) | (250 ± 15) µm |
| Beklädnads-/beläggningskoncentricitetsfel | Mindre än eller lika med 12,5 µm |
Tabell 2-1 Storleksparametrar för B1.1 Single-Mode Fiber
| Namn | Parameter |
|---|---|
| 1550 nm-läge-fältdiameter | [(8.0 ~ 11.0) ± 0.7] µm |
| Beklädnadsdiameter | (125 ± 1) µm |
| 1550 nm fiberkoncentricitetsfel | Mindre än eller lika med 0,8 µm |
| Beklädnad av icke-cirkuläritet | Mindre än eller lika med 2 % |
| Beläggningsdiameter (primärfärg) | (245 ± 10) µm |
| Beläggningsdiameter (färgad) | (250 ± 15) µm |
| Beklädnads-/beläggningskoncentricitetsfel | Mindre än eller lika med 12,5 µm |
Tabell 2-2 Storleksparametrar för B4 Single-Mode Fiber
Standarder och tillämpningar för Single-Mode Fiber
Single-mode fiber, med sina fördelar med låg dämpning, bred bandbredd, stor kapacitet, låg kostnad och enkel expansion, är ett idealiskt optisk kommunikationsöverföringsmedium och har använts flitigt över hela världen. För närvarande, med utvecklingen av informationssamhället, har forskare utvecklat fiberförstärkare, tids-divisionsmultiplexering (TDM), våglängds-divisionsmultiplexering (WDM) och frekvens-divisionsmultiplexering (FDM), vilket ytterligare förbättrar överföringsavståndet, kommunikationskapaciteten och överföringshastigheten för enkelfiber{{5}.
Det är värt att notera att även om fiberförstärkare förlänger överföringsavstånden och multiplexeringsteknik ger hög-hastighet och hög-kapacitet signalöverföring, ökar de också effekten av spridning och icke-linjära effekter på systemöverföringskvaliteten. Därför har flera typer av optiska fibrer undersökts och utvecklats specifikt: dispersion-förskjuten fiber, icke-noll dispersion-förskjuten fiber, dispersion-tillplattad fiber och dispersion-kompenserad fiber, var och en med sina unika fördelar när det gäller att hantera dispersion och olinjära effekter.
Single-mode optiska fibrer kan klassificeras i fem typer baserat på om de uppvisar noll-spridningsvåglängd och cutoff-våglängdsförskjutning. International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector (ITU-T) utfärdade rekommendationer för fyra av dessa typer i oktober 2000: G.652, G.653, G.654 och G.655 fibrer. Överensstämmelsen mellan IEC (International Electrotechnical Commission) och ITUs-T-namnkonventioner för optiska enkel-mode visas i figur 2-14.
| kinesiskt namn | ITU-T | IEC |
|---|---|---|
| Single-mode fiber | ||
| Icke-spridningsförskjuten enkel-fiber | G.652 A/B/C | B1.1 och B1.3 |
| Dispersionsskiftad enkel-modefiber | G.653 | B2 |
| Skär-av våglängdsförskjuten enkel-fiber | G.654 | B1.2 |
| Icke-noll spridningsförskjuten enkel-modefiber | G.655 A/B | B4 |
| Wideband non-noll dispersion shifted single-mode fiber | - | - |
| Böj-okänslig enkel-fiber | - | - |
Figur 2-14 visar överensstämmelsen mellan de olika enkel-optiska optiska fibrerna namngivna av IEC och ITU-T.
G.652 – Nondispersion-skiftad enkel-modefiber
Standardtexten delar ytterligare in G.652-fiber i G.652A, G.652B och G.652C baserat på dess dämpning, spridning, dispersion av polarisationsmod, driftvåglängdsområde och tillämpning i SDH-system vid olika överföringshastigheter. I huvudsak kan G.652-fiber delas in i två typer: konventionell enkel-fiber (G.652A och G.652B) och låg-vatten-topp enkel-fiber (G.652C).
(1) Konventionell enkel-fiber: Konventionell enkel-fiber började användas kommersiellt 1983. Dess prestandaegenskaper är: noll dispersion vid en våglängd på 1310 nm; minsta dämpningskoefficient nära en våglängd av 1550 nm, ungefär 0,22 dB/km, men maximal spridningskoefficient på 17 ps/(nm·km) nära 1550 nm; arbetsvåglängden för denna fiber kan väljas i både 1310 nm och 1550 nm våglängdsområdena, med dess optimala arbetsvåglängd i 1310 nm-området. Denna fiber kallas ofta "konventionell" eller "standard" enkel-fiber, och det är för närvarande den mest använda fibern. Hittills har dess kumulativa distribution över hela världen nått 7 x 10⁻⁶ km.
(2) Låg-vatten-topp enkel-fiber: För att möta de utmaningar som storstadsnätverk (MAN) står inför, såsom komplexa och variabla tjänstemiljöer, ett stort antal direktstödda användare och korta överföringsavstånd (vanligtvis endast 50-80 km), är lösningen som används att använda teknik med hög längd-HD-division med 10-talsdelning (-) hundratals multiplexerade våglängder. Detta innebär att allokera tjänster med olika hastigheter och egenskaper till olika våglängder och utföra routing och demultiplexering på den optiska vägen. Därför är det nödvändigt att utveckla låg-vatten-topp enkel-fiber (ITU-T G.652C) med ett bredare driftvåglängdsområde för att möta behoven för HDWDM MAN-utveckling.
G.653 Dispersion-Skiftad enkel-fiber
Dispersions-shifted single-mode fiber (ITU-T G.653) kommersialiserades 1985. Dispersion-shifted single-mode fiber uppnår detta genom att ändra fiberns strukturella parametrar och brytningsindexfördelning för att öka vågledarförskjutningen{7} från minsta noll-vid-dispersionspunkten{7} 1310 nm till 1550 nm. Detta resulterar i att den lägsta dämpningsvåglängden vid 1550 nm överensstämmer med noll-dispersionsvåglängden, och den arbetar inom 1530–1565 nm arbetsvåglängdsområdet för ballastfiberförstärkare. Den här typen av fiber är idealiskt lämpad för långa-enkelkanals-höghastighets-optiska förstärkningssystem; till exempel kan ett 20 Gbit/s-system implementeras direkt på denna fiber utan några spridningskompensationsåtgärder.
Den mest lovande applikationen för dispersion-förskjuten enkel-fiber är i undervattens fiberoptiska kommunikationssystem för långa-enkanaliga signalöverföringar-. Dessutom har ett visst antal spridnings-förskjutna enkel-modefibrer också distribuerats i markbundna långa-trådbundna kommunikationsnätverk.
G. 654-Cutoff Wavelength Shifted Single- Mode Fiber
1550nm cutoff-våglängds-förskjuten enkel-modfiber (ITU-T G.654) är en icke-dispersion-förskjuten fiber med en noll-dispersionsvåglängd runt 1310nm. Cutoff-våglängden skiftas till ett längre våglängdsområde, vilket resulterar i minimal dämpning i 1550 nm våglängdsområdet. Dess optimala driftvåglängdsområde är 1500–1600nm.
Metoden för att erhålla fiber med låg-dämpning innebär att man använder en kärna av ren kiseldioxidglas och en fluor-dopad försänkt beklädnad; den långa cutoff-våglängden minskar fiberns känslighet för böjnings-inducerade förluster.
Eftersom denna typ av fiber är särskilt svår att tillverka och mycket dyr, används den sällan. Den används främst i repeterlösa ubåtsfiberoptiska kommunikationssystem med långa överföringsavstånd där aktiva enheter inte kan sättas in.
G.655-Icke-noll dispersion-förskjuten enkelmodsfiber
Icke-noll dispersion-skiftad enkel-modefiber (ITU-T G.655) är en ny typ av optisk fiber designad och tillverkad 1994 av Lucent Technologies och Corning Incorporated specifikt för nästa-generations våglängdsdivisionsmultiplextransmissionssystem med fibertransmissionssystem. Denna fiber är baserad på dispersions-förskjuten enkel-fiber, och genom att ändra strukturen i brytningsprofilen görs dispersionen vid en våglängd på 1550 nm till icke-noll; därav namnet icke-noll dispersion-förskjuten enkel-fiber.
Dispersion-plat enkel-fiber
1988 kommersialiserades dispersion-plat enkel-fiber. Denna fiber uppvisar låg spridning i våglängdsområdet 1310–1550 nm och har två noll-spridningsvåglängder, nämligen 1310 nm och 1550 nm. Denna fiber kan användas med lasrar med bredare centrumvåglängd och standardlasrar som arbetar vid 1310 nm och 1550 nm för höghastighetsöverföring med lysdioder. Däremot har dispersions-plat enkel-fiber en komplex brytningsindexprofil, vilket gör den svår att tillverka, och dess höga dämpning begränsar dess praktiska tillämpning. Prestanda och tillämpningar av dispersions-platt enkel-fiber visas i tabell 2-8.
| Prestanda | Lägesfältdiameter (μm) | Beklädnadsdiameter (nm) | Nollspridningsvåglängd (nm) | Arbetsvåglängd (nm) | Maximal Macrobend-förlust (dB·km⁻¹) | Maximal dispersion av polarisationsläge (ps·√km)⁻¹ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Krav | 8 (1310 nm) 11 (1550 nm) | Mindre än eller lika med 125 | 1310 och 1550 | 1310 till 1550 | Mindre än eller lika med 0,25 (1310 nm) Mindre än eller lika med 0,30 (1550 nm) | 0 (1310 nm) 0 (1550 nm) |
Användningsscenario: Denna typ av fiber är särskilt lämplig för miljöer med låg intern böjdispersion inom 1310–1550 nm arbetsvåglängdsintervall.
Dispersions-kompenserad enkel-modfiber
Med tillämpningen av fiberoptiska förstärkare är dämpningen inte längre en betydande begränsning av avståndet för fiberoptiska kommunikationssystem. Dispersion hindrar dock allvarligt uppgraderingen och expansionen av konventionella enmodiga enmodiga fibervåglängder från 1310nm till 1550nm. För att lösa detta praktiska problem har dispersions-kompenserad enkel-fiber utvecklats.
Dispersion-kompenserad enkel-fiber är en typ av enkel-modfiber med signifikant negativ spridning vid en våglängd på 1550nm. Aktuella experimentella resultat visar att dispersionskoefficienten för dispersion-kompenserad enkel-fiber varierar från 50 till -548 ps/(nm·km), och dämpningen är typiskt 0,5 till 1,0 dB/km.
När driftsvåglängden för ett konventionellt enkel-fibersystem uppgraderas från 1310nm till 1550nm är dess totala spridning positiv. Genom att lägga till en sektion av negativ dispersionsfiber till systemet kan den positiva spridningen vid 1550 nm i tiotals kilometer konventionell enkel-fiber avbrytas, vilket därmed uppgraderar driftsvåglängden för den installerade konventionella enkelmodsfibern från 1310 nm till 1550 nm och därmed hög hastighet, långa-avstånd och hög-överföringskapacitet. Dämpningen som introduceras genom tillägget av dispersions-kompenserande enkel-fiber kan kompenseras helt av fiberförstärkaren.
Multimode fiber
Som namnet antyder är multimode fiber en optisk fiber som tillåter att flera moder överförs inom den, eller med andra ord, flera separata transmissionsmoder tillåts existera i multimode fiber.
Standarder och tillämpningar för Multimode Fiber
Flerlägesfiber i graderad-läge
G.651-fiber är en multimodfiber med graderad-index som främst används för analog eller digital signalöverföring i våglängdsområdena 850nm och 1310nm. Dess kärndiameter är 50 µm och dess beklädnadsdiameter är 125 µm. I 850 nm våglängdsområdet är dämpningskoefficienten mindre än 4dB/km och dispersionskoefficienten mindre än 120ps/(nm·km); i 1310 nm våglängdsregionen är dämpningskoefficienten mindre än 2dB/km och dispersionskoefficienten mindre än 6ps/(nm·km).
Flermodsfiber i lutning-läge
Strukturen för graderad-index multimodfiber visas i figur 2-18. Denna typ av fiber inkluderar typerna Ala, Alb, Alc och Ald. De kan tillverkas med flerkomponentglas eller dopat kiseldioxidglas. För att minska fiberdämpningen har materialen som används för att tillverka graderade-index multimodefibrer en mycket högre renhet än de som används i de flesta steg-index multimodefibrer. Det är just på grund av den graderade brytningsindexfördelningen och lägre dämpning som graderade-index multimodefibrer överträffar stegindex multimodefibrer.
Steg-index multimode fiber
Strukturen för steg-index multimodfiber visas i figur 2-19. Denna typ av fiber finns i tre kategorier (A2, A3 och A4) och nio varianter. Flerkomponentglas, dopat glas eller plast kan användas för att tillverka kärnan och beklädnaden. På grund av sin stora kärnstorlek och stora numeriska bländare kan dessa multimodfibrer kopplas mer effektivt till osammanhängande ljuskällor, såsom ljus-emitterande dioder (LED). Länkanslutningar kan göras med hjälp av billiga formsprutade-kontakter, vilket minskar den totala kostnaden för nätverksbyggande. Därför spelar steg-index multimodfiber, särskilt A4-plastfiber, en viktig roll i kortdistanskommunikation.
