В волоконно-оптической связи одномодовое оптическое волокно ( SMF ), также известное как фундаментальное или мономодовое, [1] представляет собой оптическое волокно , предназначенное для передачи только одной моды света — поперечной моды . Моды — это возможные решения уравнения Гельмгольца для волн, которое получается путем объединения уравнений Максвелла и граничных условий. Эти режимы определяют способ распространения волны в пространстве, т.е. то, как волна распространяется в пространстве. Волны могут иметь одну и ту же моду, но разные частоты. Так обстоит дело с одномодовыми волокнами, где мы можем иметь волны с разными частотами, но одной и той же моды, а это означает, что они распределяются в пространстве одинаково, и это дает нам один луч света. Хотя луч распространяется параллельно длине волокна, его часто называют поперечной модой , поскольку его электромагнитные колебания происходят перпендикулярно (поперечно) длине волокна. Нобелевская премия по физике 2009 года была присуждена Чарльзу К. Као за теоретическую работу по одномодовому оптическому волокну. [2] Стандарты G.652 и G.657 определяют наиболее широко используемые формы одномодового оптического волокна. [3]
В 1961 году Элиас Снитцер, работая в American Optical, опубликовал подробное теоретическое описание одномодовых волокон в Журнале Оптического общества Америки . [4] [5]
На стекольном заводе Corning Glass Works (ныне Corning Inc. ) Роберт Маурер, Дональд Кек и Питер Шульц начали с плавленого кварца — материала, который можно сделать чрезвычайно чистым, но который имеет высокую температуру плавления и низкий показатель преломления. Они изготовили цилиндрические заготовки, осаждая очищенные материалы из паровой фазы, добавляя тщательно контролируемые уровни примесей, чтобы сделать показатель преломления сердцевины немного выше, чем у оболочки, без резкого увеличения затухания. В сентябре 1970 года они объявили, что создали одномодовые волокна с затуханием на гелий-неоновой линии длиной 633 нанометра ниже 20 дБ/км. [6]
В отличие от многомодового оптического волокна , одномодовое волокно не имеет модовой дисперсии . Это связано с тем, что волокно имеет такое маленькое поперечное сечение, что транспортируется только первая мода. Таким образом, одномодовые волокна лучше сохраняют точность каждого светового импульса на больших расстояниях, чем многомодовые волокна. По этим причинам одномодовые волокна могут иметь более высокую пропускную способность , чем многомодовые волокна. Оборудование для одномодового оптоволокна дороже, чем оборудование для многомодового оптического волокна, но само одномодовое волокно обычно дешевле оптом. [ нужна цитата ]
Типичное одномодовое оптическое волокно имеет диаметр сердцевины от 8 до 10,5 мкм [7] и диаметр оболочки 125 мкм. Существует ряд специальных типов одномодового оптического волокна, которые были химически или физически изменены для придания особых свойств, например, волокно со смещенной дисперсией и волокно с ненулевой смещенной дисперсией . Скорость передачи данных ограничена поляризационной модовой дисперсией и хроматической дисперсией . По состоянию на 2005 год [обновлять]скорость передачи данных до 10 гигабит в секунду была возможна на расстоянии более 80 км (50 миль) с помощью коммерчески доступных трансиверов ( Xenpak ). Благодаря использованию оптических усилителей и устройств компенсации дисперсии современные оптические системы DWDM могут охватывать тысячи километров со скоростью 10 Гбит/с и несколько сотен километров со скоростью 40 Гбит/с. [8]
Граничная мода низшего порядка определяется для интересующей длины волны путем решения уравнений Максвелла для граничных условий, налагаемых волокном, которые определяются диаметром сердцевины и показателями преломления сердцевины и оболочки . Решение уравнений Максвелла для связанной моды низшего порядка позволит создать в волокне пару ортогонально поляризованных полей, и это обычный случай в волокне связи .
В ступенчатых направляющих одномодовый режим возникает, когда нормированная частота V меньше или равна 2,405. Для степенных профилей одномодовая работа происходит при нормированной частоте V меньше, чем приблизительно
где g — параметр профиля.
На практике ортогональные поляризации не могут быть связаны с вырожденными модами.
OS1 и OS2 представляют собой стандартное одномодовое оптическое волокно с длинами волн 1310 нм и 1550 нм (размер 9/125 мкм) с максимальным затуханием 1 дБ/км (OS1) и 0,4 дБ/км (OS2). OS1 определена в ISO/IEC 11801 , [9] , а OS2 определена в ISO/IEC 24702. [10]
Разъемы для оптоволокна используются для соединения оптических волокон там, где требуется возможность подключения/отключения. Базовый соединительный блок представляет собой соединительный узел. Разъем в сборе состоит из адаптера и двух разъемов. Из-за сложных процедур полировки и настройки, которые могут быть включены в производство оптических разъемов, разъемы обычно собираются на оптическом волокне на производственном предприятии поставщика. Однако необходимые операции по сборке и полировке можно выполнить в полевых условиях, например, для изготовления перемычек по размеру.
Оптоволоконные разъемы используются в центральных офисах телефонных компаний, при установке на территории клиентов и за пределами предприятия. Их использование включает в себя:
Применение за пределами предприятия может включать размещение разъемов под землей, в подземных кожухах, которые могут быть подвержены затоплению, на наружных стенах или на опорах. Затворы, закрывающие их, могут быть герметичными или «свободно дышащими». Герметичные затворы предохранят разъемы внутри от перепадов температуры, если они не повреждены. В свободно дышащих корпусах они подвергаются перепадам температуры и влажности, а также, возможно, конденсации и биологическому воздействию переносимых по воздуху бактерий, насекомых и т. д. Соединители на подземной установке могут подвергаться погружению в грунтовые воды, если содержащие их затворы повреждены или неправильно собраны.
Последние отраслевые требования к оптоволоконным разъемам приведены в Telcordia GR-326, «Общие требования к одномодовым оптическим разъемам и сборкам перемычек» .
Многоволоконный оптический разъем предназначен для одновременного соединения нескольких оптических волокон вместе, при этом каждое оптическое волокно соединяется только с одним другим оптическим волокном.
Последняя часть определения включена, чтобы не путать многоволоконные соединители с компонентом разветвления, например соединителем. Последний соединяет одно оптическое волокно с двумя или более другими оптическими волокнами.
Многоволоконные оптические разъемы предназначены для использования там, где требуется быстрое и/или повторяющееся подключение и отключение группы волокон. Приложения включают в себя центральные офисы телекоммуникационных компаний (CO), установки в помещениях клиентов и приложения за пределами предприятия (OSP).
Многоволоконный оптический разъем можно использовать при создании недорогого коммутатора для тестирования оптоволокна. Другое применение — кабели, доставляемые пользователю с предварительно заделанными многоволоконными перемычками. Это уменьшит необходимость в сращивании на месте, что может значительно сократить количество часов, необходимых для прокладки оптоволоконного кабеля в телекоммуникационной сети. Это, в свою очередь, приведет к экономии средств для монтажника такого кабеля.
Отраслевые требования к многоволоконным оптическим разъемам изложены в документе GR-1435 « Общие требования к многоволоконным оптическим разъемам ».
Оптический коммутатор — это компонент с двумя или более портами, который выборочно передает, перенаправляет или блокирует оптический сигнал в среде передачи. [11] Согласно Telcordia GR-1073, для выбора или переключения между состояниями необходимо активировать оптический переключатель. Управляющий сигнал (также называемый сигналом управления) обычно является электрическим, но в принципе может быть оптическим или механическим. (Формат сигнала управления может быть логическим и может быть независимым сигналом; или, в случае оптического срабатывания, сигнал управления может быть закодирован во входном сигнале данных. Обычно предполагается, что характеристики переключателя не зависят от длины волны в пределах полосы пропускания компонента. .)
В волоконной оптике волокно с четырехкратной оболочкой представляет собой одномодовое оптическое волокно, имеющее четыре оболочки. [12] Каждая оболочка имеет показатель преломления ниже, чем у сердцевины . По отношению друг к другу их относительные показатели преломления в порядке расстояния от ядра: самый низкий, самый высокий, нижний, верхний.
Преимущество волокна с четырехкратной оболочкой заключается в очень низких потерях на макроизгибах. Оно также имеет две точки нулевой дисперсии и умеренно низкую дисперсию в более широком диапазоне длин волн , чем волокно с одинарной или двойной оболочкой .
Одномодовое волокно (также называемое фундаментальным или одномодовым волокном) ...
Эта статья включает общедоступные материалы из Федерального стандарта 1037C. Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 года. Эта статья включает общедоступные материалы из Федерального стандарта 1037C. Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 года.