ίνα μονής-λειτουργίας
Οπτικές ίνεςπου μπορούν να μεταδώσουν μόνο έναν τρόπο ονομάζονται ίνες μονής-λειτουργίας. Οι ίνες μονής-λειτουργίας μπορούν να μεταδώσουν μόνο τη βασική λειτουργία (λειτουργία χαμηλότερης τάξης) και δεν υπάρχει διαφορά καθυστέρησης μεταξύ-τρόπων λειτουργίας. Επομένως, έχουν πολύ μεγαλύτερο εύρος ζώνης από τις πολύτροπες ίνες, το οποίο είναι ζωτικής σημασίας για τη μετάδοση δεδομένων υψηλής-ταχύτητας. Το εύρος ζώνης των ινών μονής-λειτουργίας είναι συνήθως στην περιοχή δεκάδων GHz·km ή μεγαλύτερη.
Η δομή μιας ίνας μονής λειτουργίας-ευρετηρίου-βήματος φαίνεται στο Σχήμα 2-13. Η ίνα μονής-λειτουργίας έχει μικρή διάμετρο πυρήνα για τη διασφάλιση της μετάδοσης μονής-λειτουργίας, αλλά η διάμετρος επένδυσης είναι πάνω από δέκα φορές μεγαλύτερη από τη διάμετρο του πυρήνα για να αποφευχθεί η οπτική απώλεια. Οι λειτουργίες κάθε τμήματος της δομής ίνας μονής-λειτουργίας είναι παρόμοιες με εκείνες της πολύτροπης ίνας. Η διαφορά είναι ότι η διάμετρος του πυρήνα εκφράζεται χρησιμοποιώντας την εξαρτώμενη από το μήκος κύματος διάμετρο πεδίου λειτουργίας *w*. Αυτός ο τύπος ινών χρησιμοποιείται ευρέως στη σύγχρονη μηχανική επικοινωνίας οπτικών ινών.
Το σχήμα 2-13 δείχνει τη δομή μιας οπτικής ίνας μονής λειτουργίας βήματος-ευρετηρίου.
Οι παράμετροι διαστάσεων των οπτικών ινών μονής-λειτουργίας των τύπων B1.1 και B4 εμφανίζονται στον Πίνακα 2-1 και στον Πίνακα 2-2.
| Ονομα | Παράμετρος |
|---|---|
| Λειτουργία 1310 nm-διάμετρος πεδίου | [(8.6 ~ 9.5) ± 0.7] µm |
| Διάμετρος επένδυσης | (125 ± 1) µm |
| Σφάλμα ομόκεντρης ίνας 1310 nm | Μικρότερο ή ίσο με 0,8 μm |
| Η επένδυση δεν είναι-κυκλική | Λιγότερο ή ίσο με 2% |
| Διάμετρος επίστρωσης (κύριο χρώμα) | (245 ± 10) µm |
| Διάμετρος επίστρωσης (έγχρωμη) | (250 ± 15) µm |
| Σφάλμα συγκεντρότητας επένδυσης / επίστρωσης | Μικρότερο ή ίσο με 12,5 μm |
Πίνακας 2-1 Παράμετροι μεγέθους του B1.1 Single-Mode Fiber
| Ονομα | Παράμετρος |
|---|---|
| Λειτουργία 1550 nm-διάμετρος πεδίου | [(8.0 ~ 11.0) ± 0.7] µm |
| Διάμετρος επένδυσης | (125 ± 1) µm |
| Σφάλμα συγκέντρωσης ινών 1550 nm | Μικρότερο ή ίσο με 0,8 μm |
| Η επένδυση δεν είναι-κυκλική | Λιγότερο ή ίσο με 2% |
| Διάμετρος επίστρωσης (κύριο χρώμα) | (245 ± 10) µm |
| Διάμετρος επίστρωσης (έγχρωμη) | (250 ± 15) µm |
| Σφάλμα συγκεντρότητας επένδυσης / επίστρωσης | Μικρότερο ή ίσο με 12,5 μm |
Πίνακας 2-2 Παράμετροι μεγέθους του B4 Single-Mode Fiber
Πρότυπα και εφαρμογές της ίνας μονής-λειτουργίας
Η ίνα μονής-λειτουργίας, με τα πλεονεκτήματα της χαμηλής εξασθένησης, του μεγάλου εύρους ζώνης, της μεγάλης χωρητικότητας, του χαμηλού κόστους και της ευκολίας επέκτασης, είναι ένα ιδανικό μέσο μετάδοσης οπτικής επικοινωνίας και έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως παγκοσμίως. Επί του παρόντος, με την ανάπτυξη της κοινωνίας της πληροφορίας, οι ερευνητές έχουν αναπτύξει ενισχυτές ινών, τεχνολογίες-πολυπλέξης διαίρεσης χρόνου (TDM), μήκους κύματος-πολυπλέξης διαίρεσης (WDM) και συχνότητας{4}}πολυπλέξης διαίρεσης (FDM), βελτιώνοντας περαιτέρω την απόσταση μετάδοσης, τη χωρητικότητα επικοινωνίας και τον ρυθμό μετάδοσης του μονού fiber{5}.
Αξίζει να σημειωθεί ότι ενώ οι ενισχυτές οπτικών ινών επεκτείνουν τις αποστάσεις μετάδοσης και οι τεχνολογίες πολυπλεξίας προσφέρουν μετάδοση σήματος υψηλής-ταχύτητας και υψηλής{{1} χωρητικότητας, αυξάνουν επίσης τον αντίκτυπο της διασποράς και των μη γραμμικών επιδράσεων στην ποιότητα μετάδοσης του συστήματος. Ως εκ τούτου, έχουν ερευνηθεί και αναπτυχθεί ειδικά διάφοροι τύποι οπτικών ινών: διασπορά-μετατοπισμένη ίνα, μη{4}}μηδενική διασπορά-μετατοπισμένη ίνα, διασπορά{6}}επίπεδη ίνα και ίνα με αντιστάθμιση διασποράς{7}, καθεμία με τα μοναδικά της πλεονεκτήματα στη διασπορά και τη μη γραμμική διευθυνσιοδότηση.
Οι οπτικές ίνες μονής-λειτουργίας μπορούν να ταξινομηθούν σε πέντε τύπους με βάση το αν παρουσιάζουν μηδενικό μήκος κύματος-διασποράς και μετατόπιση μήκους κύματος αποκοπής. Ο Τομέας Τυποποίησης Τηλεπικοινωνιών της Διεθνούς Ένωσης Τηλεπικοινωνιών (ITU-T) εξέδωσε συστάσεις για τέσσερις από αυτούς τους τύπους τον Οκτώβριο του 2000: ίνες G.652, G.653, G.654 και G.655. Η αντιστοιχία μεταξύ των συμβάσεων ονομασίας IEC (Διεθνής Ηλεκτροτεχνική Επιτροπή) και ITU{10}}T για οπτικές ίνες μονής{11}}τρόπου λειτουργίας φαίνεται στο Σχήμα 2-14.
| Κινεζική ονομασία | ITU-Τ | IEC |
|---|---|---|
| Ίνα μονής-λειτουργίας | ||
| Ίνα μονής λειτουργίας χωρίς-μετατόπιση διασποράς | G.652 A/B/C | Β1.1 και Β1.3 |
| Ίνα απλής-λειτουργίας μετατοπισμένης διασποράς | G.653 | B2 |
| Αποκοπή-μετατοπισμένης ίνας μονής-λειτουργίας μήκους κύματος | G.654 | B1.2 |
| Ίνα μονής λειτουργίας χωρίς-μετατόπιση μηδενικής διασποράς | G.655 A/B | B4 |
| Ευρυζωνική ίνα χωρίς-μετατόπιση μηδενικής διασποράς μονής-λειτουργίας | - | - |
| Κάμψη-αναίσθητη ίνα μονής-λειτουργίας | - | - |
Το σχήμα 2-14 δείχνει την αντιστοιχία μεταξύ των διαφόρων οπτικών ινών μονής-λειτουργίας που ονομάζονται από το IEC και το ITU-T.
G.652 – Nodispersion-shifted single mode-fiber
Το τυπικό κείμενο υποδιαιρεί περαιτέρω την ίνα G.652 σε G.652A, G.652B και G.652C με βάση την εξασθένηση, τη διασπορά, τη διασπορά τρόπου πόλωσης, το εύρος μήκους κύματος λειτουργίας και την εφαρμογή σε συστήματα SDH σε διαφορετικούς ρυθμούς μετάδοσης. Ουσιαστικά, η ίνα G.652 μπορεί να χωριστεί σε δύο τύπους: συμβατική ίνα μονής-λειτουργίας (G.652A και G.652B) και ίνα χαμηλής{9}}νερού-αιχμής απλής-λειτουργίας (G.652C).
(1) Συμβατική ίνα απλής-λειτουργίας: Η συμβατική ίνα απλής-λειτουργίας άρχισε να χρησιμοποιείται εμπορικά το 1983. Τα χαρακτηριστικά απόδοσης της είναι: μηδενική διασπορά σε μήκος κύματος 1310 nm. ελάχιστος συντελεστής εξασθένησης κοντά σε μήκος κύματος 1550 nm, περίπου 0,22 dB/km, αλλά μέγιστος συντελεστής διασποράς 17 ps/(nm·km) κοντά στα 1550 nm. Το μήκος κύματος εργασίας αυτής της ίνας μπορεί να επιλεγεί και στις δύο περιοχές μήκους κύματος 1310 nm και 1550 nm, με το βέλτιστο μήκος κύματος εργασίας της στην περιοχή των 1310 nm. Αυτή η ίνα αποκαλείται συχνά "συμβατική" ή "τυπική" ίνα μονής-λειτουργίας και αυτή τη στιγμή είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη ίνα. Μέχρι σήμερα, η σωρευτική ανάπτυξή του σε όλο τον κόσμο έχει φτάσει τα 7 x 10-6 km.
(2) Χαμηλή-νερού-αιχμής μονής{3}}ίνας λειτουργίας: Για την αντιμετώπιση των προκλήσεων που αντιμετωπίζουν τα δίκτυα μητροπολιτικών περιοχών (MANs), όπως σύνθετα και μεταβλητά περιβάλλοντα εξυπηρέτησης, μεγάλος αριθμός άμεσα υποστηριζόμενων χρηστών και μικρές αποστάσεις μετάδοσης (συνήθως μόνο 50-80 km), η λύση που υιοθετείται είναι η χρήση της διαίρεσης{8} υψηλών Τεχνολογία (HDWDM) με δεκάδες έως εκατοντάδες πολυπλεγμένα μήκη κύματος. Αυτό περιλαμβάνει την κατανομή υπηρεσιών διαφορετικών ρυθμών και χαρακτηριστικών σε διαφορετικά μήκη κύματος και την εκτέλεση δρομολόγησης και αποπολυπλέξης στην οπτική διαδρομή. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να αναπτυχθεί ίνα χαμηλής-νερού-αιχμής μονής-λειτουργίας (ITU-T G.652C) με ευρύτερο εύρος μήκους κύματος λειτουργίας για να καλύψει τις ανάγκες της ανάπτυξης HDWDM MAN.
G.653 Dispersion-Shifted Single-Fiber Mode
Η ίνα διασποράς-μετατοπισμένη μονής-λειτουργίας (ITU-T G.653) κυκλοφόρησε στο εμπόριο το 1985. Η ίνα διασποράς-μετατοπισμένη μονής-λειτουργίας το επιτυγχάνει αυτό αλλάζοντας τις δομικές παραμέτρους της ίνας και αυξάνοντας την κατανομή του δείκτη διάθλασης στην ελάχιστη μετατόπιση. μηδενικό-σημείο διασποράς από 1310 nm έως 1550 nm. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το χαμηλότερο μήκος κύματος εξασθένησης στα 1550 nm να είναι συνεπές με το μηδενικό μήκος κύματος-διασποράς και λειτουργεί εντός του εύρους μήκους κύματος λειτουργίας 1530–1565 nm των ενισχυτών ινών με έρμα. Αυτός ο τύπος ίνας είναι ιδανικά κατάλληλος για συστήματα οπτικής ενίσχυσης μεγάλων-μεγάλων-καναλιών-μεγάλων{18}}ταχυτήτων. Για παράδειγμα, ένα σύστημα 20 Gbit/s μπορεί να εφαρμοστεί απευθείας σε αυτήν την ίνα χωρίς μέτρα αντιστάθμισης διασποράς.
Η πιο πολλά υποσχόμενη εφαρμογή για ίνα διασποράς-μετατόπισης μονής-λειτουργίας είναι στα υποθαλάσσια συστήματα επικοινωνίας οπτικών ινών για μετάδοση σήματος ενός καναλιού-μεγάλης απόστασης-. Επιπλέον, ένας ορισμένος αριθμός ινών διασποράς-μετατόπισης μονής-λειτουργίας έχουν επίσης αναπτυχθεί σε επίγεια δίκτυα ενσύρματης επικοινωνίας μεγάλων αποστάσεων.
G. 654-Αποκοπή μήκους κύματος μετατόπιση μονής-Ίνα λειτουργίας
1550 nm μήκους κύματος αποκοπής-μετατοπισμένη ίνα μονής-λειτουργίας (ITU-T G.654) είναι μια ίνα μη-διασποράς-με μετατόπιση με μηδενικό μήκος κύματος-διασποράς γύρω στα 1310 nm. Το μήκος κύματος αποκοπής μετατοπίζεται σε μεγαλύτερο εύρος μήκους κύματος, με αποτέλεσμα την ελάχιστη εξασθένηση στην περιοχή μήκους κύματος των 1550 nm. Το βέλτιστο εύρος μήκους κύματος λειτουργίας του είναι 1500–1600 nm.
Η μέθοδος για την απόκτηση ινών χαμηλής-εξασθένησης περιλαμβάνει τη χρήση ενός πυρήνα από καθαρό γυαλί πυριτίου και μιας εσοχής επένδυσης με πρόσμειξη με φθόριο-. το μεγάλο μήκος κύματος αποκοπής μειώνει την ευαισθησία της ίνας στις απώλειες που προκαλούνται από κάμψη-.
Επειδή αυτός ο τύπος ινών είναι ιδιαίτερα δύσκολος στην κατασκευή και πολύ ακριβός, χρησιμοποιείται σπάνια. Χρησιμοποιείται κυρίως σε υποβρύχια συστήματα επικοινωνίας οπτικών ινών χωρίς επαναλήπτη με μεγάλες αποστάσεις μετάδοσης όπου δεν μπορούν να εισαχθούν ενεργές συσκευές.
G.655-Μη-μηδενική διασπορά-μετατοπισμένη ίνα μονής λειτουργίας
Η ίνα χωρίς{0}}μηδενική διασπορά-μετατόπιση μονής-λειτουργίας (ITU-T G.655) είναι ένας νέος τύπος οπτικής ίνας που σχεδιάστηκε και κατασκευάστηκε το 1994 από την Lucent Technologies και την Corning, η οποία ενσωματώθηκε ειδικά για συστήματα επόμενης{6}γενιάς οπτικής ίνας πολλαπλών μήκων κύματος μετάδοσης. Αυτή η ίνα βασίζεται σε ίνα διασποράς-μετατοπισμένης μονής-λειτουργίας και αλλάζοντας τη δομή του διαθλαστικού προφίλ, η διασπορά σε μήκος κύματος 1550 nm γίνεται μη-μηδενική. εξ ου και η ονομασία non{12}}zero dispersion-shifted single mode-fiber.
Διασπορά-επίπεδη ίνα μονής λειτουργίας-
Το 1988, διατέθηκε στο εμπόριο η-επίπεδη ίνα μονής-διασποράς. Αυτή η ίνα παρουσιάζει χαμηλή διασπορά στο εύρος μήκους κύματος 1310–1550 nm και διαθέτει δύο μήκη κύματος μηδενικής-διασποράς, συγκεκριμένα 1310 nm και 1550 nm. Αυτή η ίνα μπορεί να χρησιμοποιηθεί με λέιζερ που έχουν μεγαλύτερο κεντρικό μήκος κύματος και τυπικά λέιζερ που λειτουργούν στα 1310 nm και 1550 nm για μετάδοση υψηλής ταχύτητας με LED. Ωστόσο, η ίνα διασποράς-επίπεδης μονής-λειτουργίας έχει πολύπλοκο προφίλ δείκτη διάθλασης, γεγονός που καθιστά δύσκολη την κατασκευή της και η υψηλή εξασθένησή της περιορίζει την πρακτική εφαρμογή της. Η απόδοση και οι εφαρμογές της ίνας διασποράς-επίπεδης μονής-λειτουργίας φαίνονται στον Πίνακα 2-8.
| Εκτέλεση | Διάμετρος πεδίου λειτουργίας (μm) | Διάμετρος επένδυσης (nm) | Μήκος κύματος μηδενικής διασποράς (nm) | Μήκος κύματος λειτουργίας (nm) | Μέγιστη απώλεια Macrobend (dB·km-1) | Μέγιστη διασπορά λειτουργίας πόλωσης (ps·√km)-1 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Απαίτηση | 8 (1310 nm) 11 (1550 nm) | Μικρότερο ή ίσο με 125 | 1310 και 1550 | 1310 έως 1550 | Μικρότερο ή ίσο με 0,25 (1310 nm) Μικρότερο ή ίσο με 0,30 (1550 nm) | 0 (1310 nm) 0 (1550 nm) |
Σενάριο Εφαρμογής: Αυτός ο τύπος ίνας είναι ιδιαίτερα κατάλληλος για περιβάλλοντα με χαμηλή εσωτερική διασπορά κάμψης στην περιοχή μήκους κύματος λειτουργίας 1310–1550 nm.
Ίνα μονής λειτουργίας με αντιστάθμιση-διασποράς
Με την εφαρμογή ενισχυτών οπτικών ινών, η εξασθένηση δεν αποτελεί πλέον σημαντικό περιορισμό στην απόσταση των συστημάτων επικοινωνίας οπτικών ινών. Ωστόσο, η διασπορά παρεμποδίζει σοβαρά την αναβάθμιση και την επέκταση συμβατικών μηκών κύματος ινών μονής-λειτουργίας από 1310 nm σε 1550 nm. Για να αντιμετωπιστεί αυτό το πρακτικό πρόβλημα, αναπτύχθηκε ίνα μονής λειτουργίας με αντιστάθμιση διασποράς-.
Η ίνα με αντιστάθμιση διασποράς-μονότροπου-είναι ένας τύπος ίνας μονής-λειτουργίας με σημαντική αρνητική διασπορά σε μήκος κύματος 1550 nm. Τα τρέχοντα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι ο συντελεστής διασποράς-αντισταθμιζόμενης ίνας μονής-διασποράς κυμαίνεται από 50 έως -548 ps/(nm·km) και η εξασθένηση είναι συνήθως 0,5 έως 1,0 dB/km.
Όταν το μήκος κύματος λειτουργίας ενός συμβατικού συστήματος ινών μονής-λειτουργίας αναβαθμίζεται από 1310nm σε 1550nm, η συνολική διασπορά του είναι θετική. Με την προσθήκη ενός τμήματος ίνας αρνητικής διασποράς στο σύστημα, μπορεί να ακυρωθεί η θετική διασπορά στα 1550nm σε δεκάδες χιλιόμετρα συμβατικής ίνας απλής-λειτουργίας, αναβαθμίζοντας έτσι το μήκος κύματος λειτουργίας της εγκατεστημένης συμβατικής ίνας απλής-λειτουργίας από 1310nm σε 1559} μετάδοση σε μεγάλες αποστάσεις και{11}}μεγάλη χωρητικότητα. Η εξασθένηση που εισάγεται με την προσθήκη ίνας αντιστάθμισης διασποράς-μονότροπου-μπορεί να αντισταθμιστεί πλήρως από τον ενισχυτή ινών.
Πολύτροπη ίνα
Όπως υποδηλώνει το όνομα, η πολύτροπη ίνα είναι μια οπτική ίνα που επιτρέπει τη μετάδοση πολλαπλών τρόπων λειτουργίας μέσα σε αυτήν, ή με άλλα λόγια, επιτρέπεται η ύπαρξη πολλαπλών ξεχωριστών τρόπων μετάδοσης στην πολυτροπική ίνα.
Πρότυπα και Εφαρμογές Multimode Fiber
Πολυλειτουργική ίνα διαβαθμισμένης-λειτουργίας
Η ίνα G.651 είναι μια διαβαθμισμένη-πολυτροπική ίνα ευρετηρίου που χρησιμοποιείται κυρίως για αναλογική ή ψηφιακή μετάδοση σήματος στις περιοχές μήκους κύματος 850nm και 1310nm. Η διάμετρος του πυρήνα του είναι 50μm και η διάμετρος επένδυσης του είναι 125μm. Στην περιοχή μήκους κύματος 850 nm, ο συντελεστής εξασθένησης είναι μικρότερος από 4dB/km και ο συντελεστής διασποράς είναι μικρότερος από 120ps/(nm·km). στην περιοχή μήκους κύματος 1310 nm, ο συντελεστής εξασθένησης είναι μικρότερος από 2dB/km και ο συντελεστής διασποράς είναι μικρότερος από 6ps/(nm·km).
Πολυτροπική ίνα-διαβάθμισης
Η δομή της διαβαθμισμένης-πολυτροπικής ίνας ευρετηρίου φαίνεται στο Σχήμα 2-18. Αυτός ο τύπος ινών περιλαμβάνει τους τύπους Ala, Alb, Alc και Ald. Μπορούν να κατασκευαστούν χρησιμοποιώντας γυαλί πολλαπλών συστατικών ή ντοπαρισμένο γυαλί πυριτίας. Για να μειωθεί η εξασθένηση των ινών, τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ινών πολλαπλών ινών με διαβαθμισμένη-δείκτη έχουν πολύ υψηλότερη καθαρότητα από εκείνα που χρησιμοποιούνται στις περισσότερες ίνες πολλαπλών λειτουργιών βαθμού-δείκτη. Ακριβώς λόγω της κατανομής διαβαθμισμένου δείκτη διάθλασης και της χαμηλότερης εξασθένησης οι ίνες πολλαπλών τρόπων διαβαθμισμένου-δείκτη υπερτερούν των πολύτροπων ινών βαθμιαίου δείκτη.
Βήμα-ευρετήριο πολυτροπικής ίνας
Η δομή της πολύτροπης ίνας βήματος-ευρετηρίου φαίνεται στο Σχήμα 2-19. Αυτός ο τύπος ινών διατίθεται σε τρεις κατηγορίες (Α2, Α3 και Α4) και εννέα ποικιλίες. Γυαλί πολλαπλών συστατικών, ντοπαρισμένο γυαλί ή πλαστικό μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή του πυρήνα και της επένδυσης. Λόγω του μεγάλου μεγέθους πυρήνα και του μεγάλου αριθμητικού διαφράγματος, αυτές οι πολύτροπες ίνες μπορούν να συνδεθούν πιο αποτελεσματικά με ασυνάρτητες πηγές φωτός, όπως δίοδοι εκπομπής φωτός (LED). Οι συνδέσεις σύνδεσης μπορούν να γίνουν χρησιμοποιώντας φθηνές υποδοχές έγχυσης{11}}χυτευμένες, μειώνοντας έτσι το συνολικό κόστος κατασκευής του δικτύου. Επομένως, η ίνα πολλαπλών λειτουργιών step-ευρετηρίου, ειδικά η πλαστική ίνα Α4, παίζει σημαντικό ρόλο στην επικοινωνία σε κοντινές αποστάσεις.
