Оптическое волокно

Оптическое волокно представляет собой двухслойную кварцевую нить, состоящую из сердцевины и оболочки. Оболочка покрыта специальным защитным слоем, которое необходимо для защиты кварцевой оболочки от различных внешних воздействий (механических, химических). Сердцевина легирована и её показатель преломления больше, чем у оболочки. Свет распространяется в сердцевине волокна, испытывая внутреннее отражение на границе с оболочкой. Свет проникает в оболочку на глубину порядка длины волны. Это покрытие необходимо для защиты кварцевой оболочки от механических повреждений и воздействия воды.

Волокна делятся на два основных типа

  • многомодовые
  • одномодовые

Для всех типов волокон, применяемых в линиях связи, диаметр кварцевой оболочки имеет стандартный размер 125 мкм. 

Недостатки многомодовых ОВ:

1) В многомодовых ОВ распространяются сотни мод, минимальное затухание имеют центральные моды и моды низких порядков, а с повышением порядка затухание мод увеличивается, в результате затухание многомодовых ОВ больше, чем одномодовых (от 0.6 до 5 дБ на км);

2) В процессе распространения импульсы света расплываются и даже начинают перекрывать друг друга. Такое уширение импульсов называется дисперсией.

Дисперсия многомодового ОВ много больше, чем одномодового. Чем меньше значение дисперсии, тем больше поток информации может быть передан по ОВ.

Применение: Повышенное затухание и малая полоса пропускания ограничивает применение данного типа волокна и являются причиной того, что на основе многомодовых ОВ строятся, местные, локальные и внутриобъектовые относительно низкоскоростные ВОСП (волоконно-оптические системы передачи данных).

Достоинства одномодовых ОВ:

1) Малое затухание (от 0,22 дБ/км);

2) Небольшая дисперсия, а значит и широкая полоса пропускания.

Применение: Одномодовые ОВ применяют для создания высокоскоростных магистральных и местных цифровые сетей.

Диаметр сердцевины у разных типов оптических волокон

  • многомодовое волокно выпускается диаметром 50 или 62,5 мкм
  • одномодовое волокно может иметь диаметр в пределах 7-9 мкм в зависимости от типа. Нормируемым параметром у одномодовых волокон является диаметр модового пятна, величина которого зависит от типа волокна и рабочей длины волны и лежит в пределах 8..10 мкм. В соответствии с международным стандартом ITU-T Rec. G. 652 допускается отклонение диаметра модового пятна от его средней величины  не более 10 %.

Основные типы одномодовых волокон согласно международным стандартам ITU-T Rec. G. 65 — G. 655

  • G.652 волокна с несмещенной дисперсией (SM волокна) с длиной волны нулевой дисперсии и длиной волны отсечки в районе 1310 нм;
  • G.653 волокна со смещенной дисперсией (DS волокна) с длиной волны нулевой дисперсии в районе 1550 нм и длиной волны отсечки в районе 1310 нм;
  • G.654 волокна с несмещенной дисперсией (SM волокна) с длиной волны нулевой дисперсии в районе 1310 нм и длиной волны отсечки в районе 1550 нм;
  • G.655 волокна со смещенной ненулевой дисперсией (NZDS волокна), обладающие малой дисперсией (0.1...6 пс/(нм*км)) в диапазоне длин волн 1530. ..1565 нм;
  • G.656 волокна с ненулевой дисперсией для систем грубого уплотнения по длинам волн (CWDM - Coarse Wavelength Division Multiplexing).

С точки зрения дисперсии существуют следующие разновидности одномодовых оптических волокон:

  • стандартное оптическое волокно или волокно с несмещенной дисперсией SF (Standard Fiber);
  • оптическое волокно со смещенной дисперсией DSF (Dispersion Dhifted Fiber);
  • оптическое волокно с ненулевой смешенной дисперсией NZDSF (Non-Zero Dispersion Shifted Fiber)

Что такое длина волны отсечки?

Классы оптического волокна

Стандарты ISO/IEC 11801 и  ISO/IEC 24702 описывают следующие классы оптического волокна:

  • OS1 - одномодовое оптическое волокно типа 9/125;
  • OS2 - одномодового оптического волокна с улучшенными характеристиками по сравнению с классом OS1 (добавлено в стандарте ISO/IEC 24702);
  • ОМ1 - многомодовое оптическое волокно типа 62,5/125;
  • ОМ2 - многомодовое оптическое волокно типа 50/125;
  • ОМ2 plus - многомодовое оптическое волокно типа 50/125 Laser Grade;
  • ОМ3 – высокоскоростное многомодовое оптическое волокно типа 50/125;
  • ОМ4 – оптимизированное многомодовое оптическое волокно типа 50/125.

Таблица характеристик всех классов оптического волокна (ОВ)

Класс оптического волокна Длина волны, нм Затухание, дБ/км Скорость передачи Максимальная длина линии Коэффициент широкополосности при насыщенном возбуждении, МГц*км Коэффициент широкополосности при лазерном возбуждении, МГц*км
ОМ1 850(1300) 3,5(1,5)

10Мбит/с

100Мбит/с

2 км      

10 км

200(500) -
ОМ2 850(1300) 3,5(1,5)

1 Гбит/с

550(550)м

500(500) -
ОМ2+ 850(1300) 3,5(1,5)

1 Гбит/с

10 Гбит/с

750(2000)м 

110 м

600(1200) -
ОМ3 850(1300) 3,5(1,5) 10 Гбит/с
40 Гбит/с
100 Гбит/с
300 м
100 м  
100 м
1500(500) 2000(-)
ОМ4 850(1300) 3,5(1,5) 40 Гбит/с
100 Гбит/с
125 м 3500(500) 4700(-)
OS1 1310(1550)   1 Гбит/с
10 Гбит/с
40 Гбит/с
100 Гбит/с
- - -
OS2 1310(1550)   1 Гбит/с
10 Гбит/с
40 Гбит/с
100 Гбит/с
- - -

Главными отличительными параметрами каждого класса оптического волокна, являются величина затухания, скорость передачи сигнала и дистанция, а для классов многомодового оптического волокна еще важны коэффициент широкополосности при насыщенном возбуждении  и коэффициент широкополосности при лазерном возбуждении. Отличие этих двух параметров заключается в разных активных источников сигнала. Коэффициент широкополосности при насыщенном возбуждении рассчитывается на базе светоизлучающего диода LED. Коэффициент широкополосности при лазерном возбуждении рассчитывается на базе лазера VCSEL (поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором).

Новые перспективные высокоскоростные оптимизированные многомодовые оптические волокна  классов ОМ3 и ОМ4 могут работать на скоростях 100 Гбит/с. На ОМ3 работает лазер на вертикальном резонаторе VCSEL, на ОМ4  используются  лазеры FP (Фабри-Перо) и лазеры DFB (с распределенной обратной связью).  Оптические волокна классов ОМ3 и ОМ4 имеют дополнительный существенный параметр - коэффициент широкополосности при лазерном возбуждении.
Волокно класса OS1 используется в оптических кабелях с плотным буфером, а OS2 - в оптических кабелях со свободным буфером. OS1 и OS2 различаются величиной затухания сигнала.