single-mode glasvezel
Optische vezelsdie slechts één modus kunnen verzenden, worden single-mode-vezels genoemd. Single{2}}vezels kunnen alleen de fundamentele modus overbrengen (laagste orde modus), en er is geen inter-vertragingsverschil tussen de modi. Daarom hebben ze een veel grotere bandbreedte dan multimode-vezels, wat cruciaal is voor hoge-datatransmissie. De bandbreedte van single{7}}-vezels ligt doorgaans in het bereik van tientallen GHz·km of hoger.
De structuur van een step-index single-mode-vezel wordt weergegeven in Figuur 2-13. Single-mode glasvezel heeft een kleine kerndiameter om single-mode transmissie te garanderen, maar de bekledingsdiameter is meer dan tien keer groter dan de kerndiameter om optisch verlies te voorkomen. De functies van elk deel van de single-mode vezelstructuur zijn vergelijkbaar met die van multimode glasvezel. Het verschil is dat de kerndiameter wordt uitgedrukt met behulp van de golflengteafhankelijke modusvelddiameter *w*. Dit type vezel wordt veel gebruikt in de moderne glasvezelcommunicatietechniek.
Figuur 2-13 toont de structuur van een stap-index single-mode optische vezel.
De dimensionale parameters van single{0}}mode optische vezels van de typen B1.1 en B4 worden weergegeven in Tabel 2-1 en Tabel 2-2.
| Naam | Parameter |
|---|---|
| Velddiameter in modus 1310 nm- | [(8.6 ~ 9.5) ± 0.7] µm |
| Diameter van de bekleding | (125 ± 1) µm |
| 1310 nm concentriciteitsfout van de vezel | Kleiner dan of gelijk aan 0,8 µm |
| Bekleding niet-circulariteit | Minder dan of gelijk aan 2% |
| Coatingdiameter (primaire kleur) | (245 ± 10) µm |
| Coatingdiameter (gekleurd) | (250 ± 15) µm |
| Concentriciteitsfout bekleding/coating | Kleiner dan of gelijk aan 12,5 µm |
Tabel 2-1 Grootteparameters van B1.1 Single-Mode glasvezel
| Naam | Parameter |
|---|---|
| Velddiameter in modus 1550 nm- | [(8.0 ~ 11.0) ± 0.7] µm |
| Diameter van de bekleding | (125 ± 1) µm |
| 1550 nm vezelconcentriciteitsfout | Kleiner dan of gelijk aan 0,8 µm |
| Bekleding niet-circulariteit | Minder dan of gelijk aan 2% |
| Coatingdiameter (primaire kleur) | (245 ± 10) µm |
| Coatingdiameter (gekleurd) | (250 ± 15) µm |
| Concentriciteitsfout bekleding/coating | Kleiner dan of gelijk aan 12,5 µm |
Tabel 2-2 Grootteparameters van B4 Single-Mode glasvezel
Normen en toepassingen van Single{0}}glasvezel
Single{0}}glasvezel, met zijn voordelen van lage verzwakking, grote bandbreedte, grote capaciteit, lage kosten en gemakkelijke uitbreiding, is een ideaal transmissiemedium voor optische communicatie en wordt wereldwijd veel gebruikt. Momenteel hebben onderzoekers, met de ontwikkeling van de informatiemaatschappij, vezelversterkers, tijd-division multiplexing (TDM), golflengte-division multiplexing (WDM) en frequentie-division multiplexing (FDM) technologieën ontwikkeld, waardoor de transmissieafstand, de communicatiecapaciteit en de transmissiesnelheid van single- glasvezel verder zijn verbeterd.
Het is vermeldenswaard dat terwijl glasvezelversterkers de transmissieafstanden vergroten en multiplextechnologieën zorgen voor signaaltransmissie met hoge-snelheid en hoge- capaciteit, ze ook de impact van spreiding en niet-lineaire effecten op de transmissiekwaliteit van het systeem vergroten. Daarom zijn verschillende soorten optische vezels specifiek onderzocht en ontwikkeld: dispersie-verschoven vezels, niet-nul-dispersie-verschoven vezels, dispersie-afgevlakte vezels en dispersie-gecompenseerde vezels, elk met zijn unieke voordelen bij het aanpakken van dispersie en niet-lineaire effecten.
Single{0}}optische vezels kunnen worden ingedeeld in vijf typen, op basis van het feit of ze een spreidingsgolflengte van nul- en een verschuiving van de afsnijgolflengte vertonen. De International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector (ITU-T) heeft in oktober 2000 aanbevelingen gedaan voor vier van deze typen: G.652-, G.653-, G.654- en G.655-vezels. De overeenkomst tussen de IEC (International Electrotechnical Commission) en ITU-T-naamgevingsconventies voor single- optische vezels wordt weergegeven in Figuur 2-14.
| Chinese naam | ITU-T | IEC |
|---|---|---|
| Single-glasvezel | ||
| Niet-dispersieverschoven single- glasvezel | G.652 A/B/C | B1.1 en B1.3 |
| Dispersie-verschoven single-mode glasvezel | G.653 | B2 |
| Afgesneden-golflengte verschoven single- glasvezel | G.654 | B1.2 |
| Niet-zero dispersion shifted single- glasvezel | G.655 A/B | B4 |
| Breedband non-zero dispersion shifted single- glasvezel | - | - |
| Buig-ongevoelige single- glasvezel | - | - |
Figuur 2-14 toont de overeenkomst tussen de verschillende single- optische vezels genoemd door IEC en ITU-T.
G.652 – Niet-dispersie-shifted single- glasvezel
De standaardtekst verdeelt G.652-vezels verder onder in G.652A, G.652B en G.652C op basis van de verzwakking, dispersie, spreiding van de polarisatiemodus, bedrijfsgolflengtebereik en toepassing in SDH-systemen met verschillende transmissiesnelheden. In wezen kunnen G.652-vezels worden onderverdeeld in twee typen: conventionele single{6}}mode-vezels (G.652A en G.652B) en lage-water-piek single-vezels (G.652C).
(1) Conventionele Single{1}}-vezel: conventionele single{2}}-vezel werd in 1983 voor commerciële doeleinden gebruikt. De prestatiekenmerken ervan zijn: geen dispersie bij een golflengte van 1310 nm; minimale verzwakkingscoëfficiënt bij een golflengte van 1550 nm, ongeveer 0,22 dB/km, maar maximale dispersiecoëfficiënt van 17 ps/(nm·km) bij 1550 nm; de werkgolflengte van deze vezel kan worden geselecteerd in het golflengtegebied van zowel 1310 nm als 1550 nm, met zijn optimale werkgolflengte in het gebied van 1310 nm. Deze vezel wordt vaak 'conventionele' of 'standaard' singlemode-vezel genoemd en is momenteel de meest gebruikte vezel. Tot op heden heeft de cumulatieve inzet wereldwijd 7 x 10⁻⁶ km bereikt.
(2) Laag-water-piek single-glasvezel: Om de uitdagingen aan te pakken waarmee stedelijke netwerken (MAN's) worden geconfronteerd, zoals complexe en variabele serviceomgevingen, een groot aantal direct ondersteunde gebruikers en korte transmissieafstanden (doorgaans slechts 50-80 km), is de gekozen oplossing het gebruik van hoge--technologie met golflengteverdelingsmultiplexing (HDWDM) met tientallen tot honderden multiplexgolflengten. Dit omvat het toewijzen van diensten met verschillende snelheden en kenmerken aan verschillende golflengten en het uitvoeren van routering en demultiplexing op het optische pad. Daarom is het noodzakelijk om laag-water-piek single-vezels (ITU-T G.652C) met een breder golflengtebereik te ontwikkelen om aan de behoeften van HDWDM MAN-ontwikkeling te voldoen.
G.653 Dispersie-Shifted Single-Modus glasvezel
Dispersie-shifted single-mode glasvezel (ITU-T G.653) werd in 1985 op de markt gebracht. Dispersion-shifted single-mode glasvezel bereikt dit door de structurele parameters en brekingsindexverdeling van de vezel te wijzigen om de golfgeleiderdispersie te vergroten, waardoor het minimale nul--dispersiepunt wordt verschoven van 1310 nm naar 1550 nm. Dit resulteert erin dat de laagste verzwakkingsgolflengte bij 1550 nm consistent is met de nul-dispersiegolflengte, en dat deze werkt binnen het golflengtebereik van 1530-1565 nm van geballaste vezelversterkers. Dit type vezel is bij uitstek geschikt voor lange-enkel-kanaals, hoge- optische versterkingssystemen; Op deze glasvezel kan bijvoorbeeld direct een 20 Gbit/s-systeem worden geïmplementeerd, zonder enige spreidingscompensatiemaatregelen.
De meest veelbelovende toepassing voor dispersie-shifted single- glasvezel is in onderzeese glasvezelcommunicatiesystemen voor lange-single- kanaalsignaaltransmissie. Bovendien is een bepaald aantal dispersie-verschoven single-vezels ook ingezet in terrestrische lange-bedrade communicatienetwerken.
G. 654-Cutoff-golflengte verschoven enkele--modus glasvezel
1550 nm afsnijgolflengte-verschoven single--vezel (ITU-T G.654) is een niet-dispersie-verschoven vezel met een- nul-dispersiegolflengte rond 1310 nm. De afsnijgolflengte wordt verschoven naar een langer golflengtebereik, wat resulteert in minimale verzwakking in het golflengtegebied van 1550 nm. Het optimale golflengtebereik bedraagt 1500-1600 nm.
De methode om vezels met een lage-verzwakking te verkrijgen, omvat het gebruik van een kern van zuiver silicaglas en een met fluor-gedoteerde verzonken bekleding; de lange afsnijgolflengte vermindert de gevoeligheid van de vezel voor door buiging-geïnduceerde verliezen.
Omdat dit type vezel bijzonder moeilijk te vervaardigen en erg duur is, wordt het zelden gebruikt. Het wordt voornamelijk gebruikt in repeaterloze onderzeese glasvezelcommunicatiesystemen met lange transmissieafstanden waar actieve apparaten niet kunnen worden geplaatst.
G.655-Niet-nuldispersie-verschoven single-mode glasvezel
Niet-zero dispersion-shifted single-mode fiber (ITU-T G.655) is een nieuw type optische vezel, ontworpen en vervaardigd in 1994 door Lucent Technologies en Corning Incorporated, specifiek voor de volgende- generatie golflengteverdelingsmultiplextransmissiesystemen met vezelversterkers. Deze vezel is gebaseerd op dispersie-verschoven single--vezel, en door de brekingsprofielstructuur te veranderen wordt de dispersie bij een golflengte van 1550 nm niet-nul gemaakt; vandaar de naam non-zero dispersion-shifted single-glasvezel.
Dispersie-platte single- glasvezel
In 1988 werd dispersie-platte single{2}}vezel op de markt gebracht. Deze vezel vertoont een lage dispersie in het golflengtebereik van 1310–1550 nm en bezit twee nul-dispersiegolflengten, namelijk 1310 nm en 1550 nm. Deze vezel kan worden gebruikt met lasers met een bredere middengolflengte en standaardlasers die werken bij 1310 nm en 1550 nm voor hoge-transmissie met LED's. Dispersie-vlakke single-vezel heeft echter een complex brekingsindexprofiel, waardoor het moeilijk te vervaardigen is, en de hoge demping beperkt de praktische toepassing ervan. De prestaties en toepassingen van dispersie-platte single-glasvezel worden weergegeven in Tabel 2-8.
| Prestatie | Modus Velddiameter (μm) | Bekledingsdiameter (nm) | Golflengte nul-dispersie (nm) | Bedrijfsgolflengte (nm) | Maximaal Macrobend-verlies (dB·km⁻¹) | Maximale polarisatiemodusspreiding (ps·√km)⁻¹ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Vereiste | 8 (1310 nm) 11 (1550 nm) | Kleiner dan of gelijk aan 125 | 1310 en 1550 | 1310 tot 1550 | Kleiner dan of gelijk aan 0,25 (1310 nm) Kleiner dan of gelijk aan 0,30 (1550 nm) | 0 (1310 nm) 0 (1550 nm) |
Toepassingsscenario: Dit type vezel is bijzonder geschikt voor omgevingen met een lage interne buigdispersie in het golflengtebereik van 1310–1550 nm.
Dispersie-gecompenseerde single- glasvezel
Met de toepassing van glasvezelversterkers is verzwakking niet langer een significante beperking van de afstand van glasvezelcommunicatiesystemen. Dispersie belemmert echter ernstig de upgrade en uitbreiding van conventionele single-mode-glasvezelgolflengten van 1310 nm naar 1550 nm. Om dit praktische probleem aan te pakken is dispersie-gecompenseerde single- glasvezel ontwikkeld.
Dispersie-gecompenseerde single--vezel is een type single--vezel met aanzienlijke negatieve spreiding bij een golflengte van 1550 nm. Uit huidige experimentele resultaten blijkt dat de dispersiecoëfficiënt van dispersie-gecompenseerde single--modevezels varieert van 50 tot -548 ps/(nm·km), en dat de verzwakking doorgaans 0,5 tot 1,0 dB/km bedraagt.
Wanneer de bedrijfsgolflengte van een conventioneel single{0}} glasvezelsysteem wordt opgewaardeerd van 1310 nm naar 1550 nm, is de totale spreiding ervan positief. Door een gedeelte negatieve dispersievezel aan het systeem toe te voegen, kan de positieve spreiding bij 1550 nm in tientallen kilometers conventionele single{5}} glasvezel worden opgeheven, waardoor de operationele golflengte van de geïnstalleerde conventionele single{6}} glasvezel wordt opgewaardeerd van 1310 nm naar 1550 nm, waardoor transmissie met hoge- snelheid, lange- afstanden en hoge - capaciteit wordt bereikt. De verzwakking die wordt geïntroduceerd door de toevoeging van dispersie-compenserende single-vezels kan volledig worden gecompenseerd door de vezelversterker.
Multimode glasvezel
Zoals de naam al doet vermoeden, is multimode glasvezel een optische vezel waarmee meerdere modi kunnen worden verzonden, of met andere woorden: er mogen meerdere afzonderlijke transmissiemodi bestaan in multimode glasvezel.
Normen en toepassingen van multimode glasvezel
Graded-mode multimode glasvezel
G.651-glasvezel is een multimode-glasvezel met graded{1}}index die voornamelijk wordt gebruikt voor analoge of digitale signaaloverdracht in de golflengtegebieden van 850 nm en 1310 nm. De kerndiameter is 50 µm en de manteldiameter is 125 µm. In het golflengtegebied van 850 nm is de verzwakkingscoëfficiënt minder dan 4 dB/km en de dispersiecoëfficiënt minder dan 120 ps/(nm·km); in het golflengtegebied van 1310 nm is de verzwakkingscoëfficiënt minder dan 2 dB/km en de dispersiecoëfficiënt minder dan 6 ps/(nm·km).
Multimode glasvezel met gradiënt-modus
De structuur van multimode glasvezel met graded{0}}index wordt weergegeven in Figuur 2-18. Dit type vezel omvat de typen Ala, Alb, Alc en Ald. Ze kunnen worden vervaardigd met behulp van meercomponentenglas of gedoteerd silicaglas. Om vezelverzwakking te verminderen, hebben de materialen die worden gebruikt om gegradeerde-index multimode vezels te vervaardigen een veel hogere zuiverheid dan de materialen die worden gebruikt in de meeste step-index multimode vezels. Het is juist vanwege de graduele brekingsindexverdeling en lagere verzwakking dat multimode vezels met graduele index beter presteren dan multimode vezels met stapindex.
Stap-index multimode glasvezel
De structuur van step{0}}index multimode glasvezel wordt weergegeven in Figuur 2-19. Dit type vezel is verkrijgbaar in drie categorieën (A2, A3 en A4) en negen varianten. Meercomponentenglas, gedoteerd glas of plastic kunnen worden gebruikt om de kern en de bekleding te vervaardigen. Vanwege hun grote kerngrootte en grote numerieke apertuur kunnen deze multimode-vezels effectiever worden gekoppeld aan incoherente lichtbronnen, zoals lichtemitterende diodes (LED's). Verbindingsverbindingen kunnen worden gemaakt met behulp van goedkope injectie-gegoten connectoren, waardoor de totale kosten voor netwerkconstructie worden verlaagd. Daarom speelt step-index multimode glasvezel, vooral A4-kunststofvezel, een belangrijke rol bij communicatie over korte afstand.
