В волоконно-оптической связи одномодовое оптическое волокно ( SMF ), также известное как фундаментально- или мономодовое, [1] представляет собой оптическое волокно, предназначенное для передачи только одной моды света - поперечной моды . Моды являются возможными решениями уравнения Гельмгольца для волн, которое получается путем объединения уравнений Максвелла и граничных условий. Эти моды определяют способ распространения волны в пространстве, т. е. то, как волна распределяется в пространстве. Волны могут иметь одинаковую моду, но иметь разные частоты. Это имеет место в одномодовых волокнах, где у нас могут быть волны с разными частотами, но одной и той же моды, что означает, что они распределены 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 его теоретическую работу по одномодовому оптоволокну. [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 в журнале Journal of the Optical Society of America всеобъемлющее теоретическое описание одномодовых волокон . [4] [5]
На заводе Corning Glass Works (теперь 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 легирующих примесей, чтобы сделать показатель преломления сердцевины немного выше, чем у оболочки, без значительного увеличения затухания. В сентябре 1970 года они объявили, что изготовили одномодовые волокна с затуханием на 633-нанометровой гелий-неоновой линии ниже 20 дБ/км. [6]
В отличие от многомодового оптического волокна , одномодовое волокно не демонстрирует модовую дисперсию . Это связано с тем, что волокно имеет такое малое поперечное сечение, что транспортируется только первая мода. Поэтому 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 волокна дороже, чем оборудование для многомодового оптического волокна, но само одномодовое волокно обычно дешевле оптом. [ необходима 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 специальных свойств, таких как волокно со смещенной дисперсией и волокно с ненулевой смещенной дисперсией . Скорость передачи данных ограничена дисперсией моды поляризации и хроматической дисперсией . По состоянию на 2005 год [обновлять]скорость передачи данных до 10 гигабит в секунду была возможна на расстояниях более 80 км (50 миль) с коммерчески доступными трансиверами ( Xenpak ). Используя оптические усилители и устройства компенсации дисперсии, современные оптические системы DWDM могут охватывать тысячи километров при 10 Гбит/с и несколько сотен километров при 40 Гбит/с. [8]
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 моды низшего порядка допускает пару ортогонально поляризованных полей в волокне, и это обычный случай в волокне связи .
В направляющих с ступенчатым индексом одномодовый режим работы происходит, когда нормализованная частота , V , меньше или равна 2,405. Для профилей степенного закона одномодовый режим работы происходит для нормализованной частоты, V , меньше приблизительно
где g — параметр профиля.
На практике ортогональные поляризации могут не быть связаны с вырожденными модами.
OS1 и OS2 — это стандартные одномодовые оптические волокна, используемые 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 определен в ISO/IEC 11801 , [9] а OS2 определен в ISO/IEC 24702. [10]
Оптоволоконные разъемы используются для соединения оптических волокон, где требуется возможность соединения/разъединения. Базовым блоком разъема является узел разъема. Узел разъема состоит из адаптера и двух разъемов разъема. Из-за сложных процедур полировки и настройки, которые могут быть включены в производство оптических разъемов, разъемы обычно собираются на оптоволокне на производственном предприятии поставщика. Однако операции сборки и полировки могут выполняться в полевых условиях, например, для изготовления перемычек кросс-коммутации по размеру.
Оптоволоконные соединители используются в центральных офисах телефонных компаний, при установке на территории клиентов и в наружных заводских приложениях. Их применение включает:
Внешние применения на заводе могут включать размещение соединителей под землей в подземных корпусах, которые могут подвергаться затоплению, на наружных стенах или на опорах линий электропередач. Затворы, которые их закрывают, могут быть герметичными или могут быть «дышащими». Герметичные затворы предотвратят воздействие на соединители внутри перепадов температуры, если они не будут нарушены. Дышащие корпуса подвергнут их воздействию перепадов температуры и влажности, а также, возможно, конденсации и биологического воздействия со стороны бактерий, находящихся в воздухе, насекомых и т. д. Соединители на подземном заводе могут подвергаться погружению в грунтовые воды, если затворы, содержащие их, нарушены или неправильно собраны.
Последние отраслевые требования к оптоволоконным соединителям изложены в документе Telcordia GR-326 «Общие требования к одномодовым оптическим соединителям и соединительным узлам» .
Многоволоконный оптический соединитель предназначен для одновременного соединения нескольких оптических волокон, при этом каждое оптическое волокно соединяется только с одним другим оптическим волокном.
Последняя часть определения включена для того, чтобы не путать многоволоконные соединители с разветвляющим компонентом, таким как соединитель. Последний соединяет одно оптическое волокно с двумя или более другими оптическими волокнами.
Многоволоконные оптические разъемы предназначены для использования везде, где требуются быстрые и/или повторяющиеся соединения и разъединения группы волокон. Приложения включают центральные офисы (CO) телекоммуникационных компаний, установки на территории клиентов и приложения на внешних предприятиях (OSP).
Многоволоконный оптический разъем может использоваться для создания недорогого коммутатора для использования в оптоволоконном тестировании. Другое применение — кабели, поставляемые пользователю с предварительно установленными многоволоконными перемычками. Это уменьшит необходимость в полевом сращивании, что может значительно сократить количество часов, необходимых для размещения оптоволоконного кабеля в телекоммуникационной сети. Это, в свою очередь, приведет к экономии для установщика такого кабеля.
Отраслевые требования к многоволоконным оптическим соединителям изложены в документе GR-1435 « Общие требования к многоволоконным оптическим соединителям» .
Оптический переключатель — это компонент с двумя или более портами, который избирательно передает, перенаправляет или блокирует оптический сигнал в среде передачи. [11] Согласно Telcordia GR-1073, оптический переключатель должен быть активирован для выбора или изменения состояний. Сигнал активации (также называемый управляющим сигналом) обычно электрический, но в принципе может быть оптическим или механическим. (Формат управляющего сигнала может быть булевым и может быть независимым сигналом; или, в случае оптического срабатывания, управляющий сигнал может быть закодирован во входном сигнале данных. Производительность переключателя, как правило, не должна зависеть от длины волны в пределах полосы пропускания компонента.)
В волоконной оптике волокно с четырьмя оболочками — это 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 удаления от сердцевины следующие: самый низкий, самый высокий, самый низкий, самый высокий.
Четырехслойное волокно имеет преимущество в виде очень низких потерь на макроизгибе. Оно также имеет две точки нулевой дисперсии и умеренно низкую дисперсию в более широком диапазоне длин волн , чем однослойное волокно или двухслойное волокно .
Одномодовое волокно (также называемое основным или одномодовым волокном)...
В этой статье использованы материалы из Федерального стандарта 1037C, являющиеся общественным достоянием. Администрация общих служб . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г. В этой статье использованы материалы из общедоступного Федерального стандарта 1037C. Администрация общих служб . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г.