Теория оптического волокна Часть вторая
Татьяна Волоконовая
В первой части статьи мы вспомнили закон оптики касательно прохождения луча света через границу, разделяющую разные среды применительно к оптическому волокну, а также выяснили, какие существуют виды дисперсии, влияющие на прохождение импульса через световод по кабелю. Сейчас мы продолжим обзор теории оптического волокна.
Влияние дисперсии на пропускную способность канала
Любая дисперсия отрицательно влияет на ширину пропускания канала кабеля, так как импульсы на конце волокна, благодаря дисперсионному влиянию, становятся нечеткими, что влечет за собой увеличение интервалов между очередными сигналами. Решить эту проблему можно, если уменьшить число входящих в световод лучей света или мод.
Многомодовое ступенчатое волокно
В зависимости от используемого типа сердечника кабеля, различаются и вариации оптоволокна. Самым традиционным считается сердечник с кварцевым стеклом, содержащим равномерную плотность, у многомодового ступенчатого волокна эта плотность содержит ступенчатые слои. При большом радиусе такого световода эффект межмодовой дисперсии влияет на качество оптоволокна сильнее, чем межчастотная и материальная, поэтому в расчетах ширины пропускаемости канала обращают внимание именно на межмодовую дисперсию.
Из всех распространенных типов диаметра сердечника волокна (100, 62.5 и 50 мк), наилучшими показателями в пропускной способности обладает 50-тимикронное оптическое волокно, с рабочими длинами волн 850 нм, 1300 нм и 1500 нм.
Многомодовое градиентное волокно
Если для ступенчатого волокна, рассмотренного выше, характерна равномерность плотности сердечника на всем протяжении световода, то для градиентного волокна плотность местами может меняться. И явление межмодовой дисперсии намного ниже, по сравнению со ступенчатым волокном. Немного поясним. Поскольку плотность меняется, начиная от центральной части к внешнему радиусу световода, световые лучи, переходя из более плотной в менее плотную часть развивают большую скорость. Несмотря на приличную траекторию движения, они быстрее достигают конца кабеля с меньшим разбросом временного интервала между различными импульсами. Отсюда и ниже межмодовая дисперсия.
По аналогии с многомодовыми ступенчатыми волокнами, градиентные имеют те же диаметры - 100, 62.5 и 50 мк, с частотами 850 нм, 1300 нм и 1500 нм.
Одномодовое волокно
В одномодовых волокнах, в отличие от многомодовых, по световоду меньшего диаметра (около 8 мк) распространяется единственный луч (мода) и в этом случае благодаря наличию одного импульса, а, следовательно, отсутствию межмодовой дисперсии, значительно возрастает пропускная ширина такого кабеля. В одномодовых также существуют варианты ступенчатого и градиентного волокна, последний, в нашем случае, имеет гораздо большую результативность в скорости прохождения и приема сигналов.
В плане стоимости одномодовые стоят существенно дороже и поэтому нашли свое применение в сфере телекоммуникации, в то время как многомодовые с успехом используются в локальных компьютерных сетях.
Затухание сигнала, окна прозрачности
Помимо проблем межмодовой и других дисперсий есть и серьезная проблема в поддержании мощности посылаемых импульсов, поскольку в световой волне по закону оптики, наличествует эффект поглощения и рассеивания, что ведет к изменению в другой вид энергии и в преобразовании химических связей между элементами световода (кремний и кислород). Чтобы добиться оптимального соотношения между поглощением и рассеиванием, были выделены три окна в узких диапазонах длин волн, в которых наблюдается наименьшее затухание вследствие рассеивания луча.
Используемые длины волн
Благодаря найденным окнам прозрачности стало возможным использовать диапазоны длин в 850 нм, 1300 нм и 1500 нм, причем первое значение более характерно для многомодового волокна, а 1500 нм – для одномодовых волокон.
Использование длины волны в 1500 нм обеспечивает довольно высокое качество передаваемого сигнала, которое опережает по скорости предыдущие длины. Оно обходится недешево, поскольку не все подключаемое оконечное оборудование может использовать подобный максимальный диапазон, требующий наличие лазерных источников.
