Вернуться   •   Содержание книги   •   Скачать   •   Дальше

Волоконная оптика. Теория и практика
Дэвид Бейли, Эдвин Райт

3.4.7. Одномодовые волокна

По формуле, приведенной в разделе 3.4.3, можно видеть, что для снижения числа мод, проходящих через волокно (а следовательно, снижения модовой дисперсии), диаметр и/или апертура сердечника должны быть уменьшены, а/или длина волны для передачи - увеличена. Это фундаментальные принципы, лежащие в основе одномодовых кабелей.

Одномодовое волокно (называемое иногда одномодовым кабелем) представляет собой в сущности волокно со ступенчатым профилем показателя преломления и с очень маленьким диаметром сердечника. Теоретически из-за малого размера сердечника по волокну может проходить лишь небольшое число мод света. Для дальнейшего снижения числа мод волокно создается с очень небольшой разницей в показателях преломления сердечника и оболочки. Из формулы, приведенной в разделе 3.1.4, следует, что по мере уменьшения разницы между показателями преломления сердечника и оболочки критический угол возрастает. Следовательно, внутреннее отражение претерпевают лишь лучи, падающие под очень большими углами, а все остальные лучи будут рассеиваться в оболочке. Вследствие такого строения вдоль волокна может проходить лишь единственная (то есть основная) мода света. Это показано на рис. 3.20.

Передача по одномодовому оптическому волокну

Рис. 3.20. Передача по одномодовому оптическому волокну

Для того чтобы передача света по одномодовому волокну происходила описанным выше образом,, импульс света, вводимый в сердечник, должен быть очень точно нацелен по центру сердечника, иначе большая часть светового излучения будет потеряна в оболочке. Если система реализована правильно, импульс входного сигнала появится на выходе из волокна с почти той же формой. При передаче по волокну единственной основной моды в одномодовом волокне теоретически не может быть модовой дисперсии.

Диаметр сердечника одномодового волокна находится обычно в пределах от 8 до 9 мкм. Типичная спецификация одномодового волокна составляет 8,5/125/250 мкм.

Затухание

Типичное одномодовое волокно показывает затухание в пределах от 0,35 до 1,0 дБ на километр для рабочей длины волны 1310 нм и от 0,25 до 1,0 дБ на километр для рабочей длины волны 1550 нм. В недавнем исследовании потери для длины волны 1550 нм были снижены до 0,15 дБ/км.

Полоса пропускания

Современное одномодовое волокно обычно показывает очень высокую полосу пропускания, часто превышающую 100 ГГц/км. В настоящее время это соответствует коммерческим скоростям передачи данных примерно между 10 и 40 Гбит/с для систем, работающих на одной длине волны. Сейчас проводятся лабораторные работы с лазерами по передаче на скорости до 100 Гбит/с. Получить большие скорости передачи данных для одной длины волны становится труднее, так как из-за времени ответа приемных устройств невозможно различить длительность бита и длину волны света. Как упоминалось ранее, использование спектрального уплотнения позволит достичь скоростей передачи по единственному одномодовому волокну до нескольких терабит в секунду.

Числовая апертура

Апертура одномодовых волокон чрезвычайно мала (обычно в пределах от 0,1 до 0,15), что значительно снижает число мод, способных пройти по волокну. Для преодоления проблемы очень маленького угла приема используются лазеры, предоставляющие когерентный и мощный пучок света, очень точно настроенный на конец волокна для обеспечения излучения в волокно максимально возможного количества энергии. Невыровненные световые лучи будут рассеиваться в оболочке и теряться, поэтому надлежащее выравнивание очень важно.

Диаметр оболочки одномодового волокна 125 мкм, поэтому теоретически возможно физически подсоединить это волокно к многомодовым источнику и приемнику. Благодаря низким значениям апертуры и диаметра сердечника по волокну пройдет очень незначительная световая энергия, поэтому система не сможет удовлетворительно работать. При обратном сценарии, когда оборудование источника и приемника для одномодового волокна подключено к многомодовым кабелям, система будет работать очень успешно на скоростях до 1 Гбит/с на сравнительно больших расстояниях.

Расстояние между повторителями

Современные высококачественные одномодовые волоконно-оптические системы связи позволяют достигать расстояния между повторителями до 300 км на скоростях до 2,5 Гбит/с (с использованием волокон со смещенной ненулевой дисперсией, обсуждаемых в разделе 3.7.1). Проводимые в настоящее время исследовательские программы ссылаются на будущие расстояния между повторителями вплоть до величин, на два порядка превышающих приведенные.

Рабочая длина волны

Большинство одномодовых волоконных систем действуют на длинах волн 1300 и 1550 нм, хотя предпочтительнее работать в области 1550 нм из-за меньшего затухания в волокнах на этой длине волны. Лазеры, работающие на этой длине волны, не столь эффективны, как лазеры для 1300 нм, но в настоящее время для их улучшения проводится значительный объем исследований и разработок.

Одна из проблем, обсуждавшихся при создании одномодовых кабелей, заключается в том, что из-за небольшой разницы в показателях преломления сердечника и оболочки небольшое количество световой энергии имеет тенденцию проходить по оболочке. Это добавляет дополнительные искажения в выходной сигнал. Обычно это явление называют "волноводной дисперсией" (waveguide dispersion). Этот вопрос будет дальше обсуждаться в разделе 3.7.1.

Производители обычно включают значение этой дисперсии в опубликованной величине хроматической дисперсии в технических характеристиках оптического волокна.

Вернуться   •   Содержание книги   •   Скачать   •   Дальше