Оптические волокна. Классификация. / Habr
Оптические волокно стандарт де-факто при построении магистральных сетей связи. Протяженность волоконно-оптических линий связи в России у крупных операторов связи достигает > 50 тыс.км.Благодаря волокну мы имеем все те преимущества в связи, которых не было раньше.
Вот и попробуем рассмотреть виновника торжества — оптическое волокно.
В статье попробую написать просто о оптических волокнах, без математических выкладок и с простыми человеческими объяснениями.
Статья чисто ознакомительная, т.е. не содержит уникальных знаний, всё что будет описано может быть найдено в куче книг, однако, это не копипаст, а выжимка из «кучи» информации только лишь сути.
Классификация
Чаще всего волокна подразделяют на 2 общих типа волокон
1. Многомодовые волокна
2. Одномодовые
дадим пояснение на «бытовом» уровне что есть одномод и многомод.
Представим гипотетическую систему передачи с волокном воткнутым в нее.
Нам надо передать двоичную информацию. Импульсы электричества в волокне не распространяются, ибо диэлектрик, поэтому мы будим передавать энергию света.
Для этого нам нужен источник световой энергии. Это могут быть светодиоды и лазеры.
Подумаем как свет вводится в волокно:
1) Световое излучение имеет свой спектр, поэтому если сердцевина волокна широкая (это в многомодовом волокне), то больше спектральных составляющих света попадет в сердцевину.
Например мы передаем свет на длине волны 1300нм (к примеру), сердцевина многомода широкая, то и путей распространения у волн больше. Каждый такой путь и есть моды
2) Если же сердцевина маленькая (одномодовое волокно), то путей распространения волн соотвественно уменьшается. И так как дополнительных мод гораздо меньше, то и не будет и модовой дисперсии (о ней ниже).
Это основное отличие многомодового и одномодового волокон.
Спасибо enjoint, tegger, hazanko за замечания.
Многомодовые в свою очередь делятся на волокна со ступенчатым показателем преломления (step index multi mode fiber) и с градиентным (graded index m/mode fiber).
Одномодовые делятся на ступенчатые, стандартные (standard fiber), со смещенной дисперсией (dispersion-shifted) и ненулевой смещенной дисперсией (non-zero dispersion-shifted)
Конструкция оптического волокна
Каждое волокно состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления.
Сердцевина (которая и является основной средой передачи энергии светового сигнала) изготавливается из оптически более плотного материала, оболочка — из менее.
Так, например, запись 50/125 говорит о том, что диаметр сердцевины равен 50 мкм, оболочки — 125мкм.
Диаметры сердцевины равные 50мкм и 62,5мкм являются признаками многомодовых оптических волокон, а 8-10мкм, соответственно, одномодовым.
Оболочка же, как правило, всегда имеет диаметр размером 125мкм.
Как видно диаметр сердцевины одномодового волокна имеет намного меньший размер, нежели диаметр многомодового. Меньший диаметр сердцевины позволяет уменьшить модовую дисперсию (о которой, возможно, будет написано в отдельной статье, а также вопросы распространения света в волокне), а соответственно увеличить дальность передачи. Однако, тогда бы одномодовые волокна вытеснили многомоды, благодаря более лучшим «транспортным» характеристикам, если бы не необходимость использовать дорогие лазеры с узким спектром излучения. В многомодовых волокнах используются светодиоды с более размазанным спектром.
Поэтому для недорогих оптических решений, таких как локальные сети интернет-провайдеров применения многомода случается.
Профиль показателя преломления
Вся пляска с бубном у волокна с целью увеличения скорости передачи была вокруг профиля показателя преломления. Так как основным сдерживающим фактором увеличения скорости является модовая дисперсия.
Кратко суть в следующем:
когда излучение лазера поступает в сердцевину волокна, то сигнал передается по ней в виде отдельных мод (грубо: лучей света. А на самом деле разные спектральные составляющие вводимого сигнала)
Причем входят «лучи» под разными углами, поэтому время распространения энергии отдельно взятых мод различается. Это проиллюстрировано на рисунке ниже.
Здесь отображены 3 профиля преломления:
ступенчатый и градиентный для многомодового волокна и ступенчатый для одномодового.
Видно, что в многомодовых волокнах моды света распространяются по различным путям, но, из-за постоянного коэффициента преломления сердцевины с ОДИНАКОВОЙ скоростью. Те моды, которые вынуждены идти по ломанной линии приходят позже, чем моды, идущие по прямой. Поэтому исходный сигнал растягивается во времени.
Другое дело с градиентным профилем, те моды которые раньше шли по центру — замедляются, а моды, которые шли по ломанному пути, наоборот, ускоряются. Это произошло оттого, что коэффициент преломления сердечника теперь непостоянен. Он увеличивается параболически от краев к центру.
Это позволяет увеличить скорость передачи и получить распознаваемый сигнал на приеме.
Области применения оптических волокон
| Многомодовое волокно | Одномодовое волокно | |
| MMF 50(62.5)/125 Градиентное |
SF 9/125 ступенчатое |
SF 9/125 со смещенной дисперсией (с ненулевой смещенной дисп.) |
| ЛВС(GigaEther,FDDI,ATM) | Протяженные ЛВС, магистрали SDH | Сверхпротяженные магистрали SDH |
К этому можно добавить, что магистральные кабели теперь все почти идут с ненулевой смещенной дисперсий, что позволяет использовать на этих кабелях спектральное волновое уплотнение (WDM) без нужды замены кабеля.
А при построении пассивных оптических сетей часто используют многомодовое волокно.
Спасибо тем, кто конструктивно критиковал.
PS
если будет интересно, то могут появиться статьи о
— дисперсии
— типах волоконно-оптических кабелей (не волокон)
— системах передачи, используемых для wdm/dwdm уплотнения.
Мода оптического волновода — это… Что такое Мода оптического волновода?
- Мода оптического волновода
- 1. Тип волны оптического излучения, распространяющегося по оптическому волноводу, характеризующийся определенным распределением поля в поперечном сечении и определенной фазовой скоростью
Употребляется в документе:
Приложение 1 ГОСТ 26599-85Системы передачи волоконно-оптические. Термины и определения
Телекоммуникационный словарь. 2013.
- Множитель антенной решетки
- Модифицированная полубезэховая камера
Смотреть что такое «Мода оптического волновода» в других словарях:
мода оптического волновода — мода Тип волны оптического излучения, распространяющегося по оптическому волноводу, характеризующийся определенным распределением поля в поперечном сечении и определенной фазовой скоростью. [ГОСТ 26599 85] Тематики волоконно оптические системы… … Справочник технического переводчика
Мода оптического волновода — 2. Мода оптического волновода Мода Тип волны оптического излучения, распространяющегося по оптическому волноводу, характеризующийся определенным распределением поля в поперечном сечении и определенной фазовой скоростью Источник: ГОСТ 26599 85:… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
мода — 1.17. мода Значение случайной величины, при котором функция распределения вероятностей масс или плотность распределения вероятностей имеет максимум. Примечание Если имеется единственная мода, то распределение вероятностей случайной величины… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 26599-85: Системы передачи волоконно-оптические. Термины и определения
— Терминология ГОСТ 26599 85: Системы передачи волоконно оптические. Термины и определения оригинал документа: 84. Акустооптический коммутационный прибор Оптический коммутационный прибор, в котором оптическая коммутация осуществляется за счет… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документацииФотонно-кристаллический волновод — (световод) (дырчатый волновод) класс оптических волноводов, в котором фотонные запрещенные зоны (ФЗЗ) реализованы путем создания структуры двумерного фотонного кристалла на основе композиции «кварцевое стекло воздух», формируемой в… … Википедия
волокно фотонно-кристаллическое — Термин волокно фотонно кристаллическое Термин на английском photonic crystal fiber Синонимы Аббревиатуры ФКВ, PCF Связанные термины волновод, фотоника Определение класс оптических волноводов, в котором фотонные запрещенные зоны (ФЗЗ) реализованы… … Энциклопедический словарь нанотехнологий
Каналы утечки информации, передаваемой по оптическим линиям связи — Проверить информацию. Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье. На странице обсуждения должны быть пояснения … Википедия
Оптический пинцет — Схема использования оптического пинцета в изучении РНК полимеразы Оптический пинцет (англ. … Википедия
Лазерные пинцеты — Схема использования оптического пинцета в изучении РНК полимеразы Оптический пинцет (англ. Optical tweezers), иногда «лазерный пинцет» или «оптическая ловушка» научный прибор, который позволяет манипулировать микроскопическими объектами с помощью … Википедия
Лазерные щипцы — Схема использования оптического пинцета в изучении РНК полимеразы Оптический пинцет (англ. Optical tweezers), иногда «лазерный пинцет» или «оптическая ловушка» научный прибор, который позволяет манипулировать микроскопическими объектами с помощью … Википедия
Разница между одномодовыми и многомодовыми оптическими волокнами
Дата публикации: .
Удивить кого-то в наше время оптоволокном у себя в доме, на работе или даже в квартире не так уж легко. Технологии передачи данных через волоконно-оптическую линию связи распространяется с огромной скоростью. Постоянно ведется монтаж, как и новых оптических кабелей, так и модернизация по замене существующих медных кабелей (устаревшая технология DSL), на оптические.
Часто приходится слышать вопросы на тему оптоволоконных линий связи. В этой статье хочу ответить на один из часто задаваемых вопросов о разнице между одномодовыми и многомодовыми оптическими кабелями простыми словами, понятными конечному пользователю.
Так что же такое мода и с чем ее едят? Модами называются типы электромагнитных колебаний, которые распространяются в оптоволокне. Каждая мода имеют свою фазовую и групповую скорость. Под групповой скоростью понимается скорость переноса энергии, а под фазовой скоростью – скорость перемещения фазы волны. Если будем брать пример обычных электромагнитных волн, то там и фазовая и групповая скорости равны скорости света, в оптоволоконном же кабеле скорости разнятся и зависят от частоты колебаний волн, от диаметра волокна, от материалов из которых произведен кабель. Именно из-за этих совокупностей свойств кабеля возникает рассеивание (модовая дисперсия).
Исходя из определения моды, многомодовое (MultiMode MM) оптоволокно позволяет подавать несколько световых сигналов. Одномодовое (SingleMode MM)- позволяет пропустить через себя лишь один сигнал.
Казалось бы многомодовое волокно имеет преимущество перед одномодовым, но это только на первый взгляд. У многомода есть важный недостаток высокая модовая дисперсия.
Диаметр сердечника волокна многомодового кабеля составляет 50 мкм и более. Такая ширина как раз и позволяет подавать несколько мод в одно волокно, но так же и увеличивает вероятность отражения света от внешней поверхности сердечника, что и вызывает затухание сигнала. Соответственно для подачи сигнала на дальние расстояния использование подобного кабеля возможно, только если увеличивать количество ретрансляторов, что значительно удорожает проект. Скорость передачи данных составляет 2,5 Гб/с
У одномодового кабеля, диаметр сердечника составляет 10 мкм и меньше. В волокне с таким диаметром вероятность дисперсии значительно снижается, что позволяет передавать данные на большие расстояния. Одномодовое оптоволокно позволяет передавать данные со скоростью 10 Гб/с. Но в то же время одномодовый кабель и коммутирующее оборудование к нему дороже. Так же сварные стыки у одномода более чувствительны к качеству сварки.
Где и какое волокно лучше применять? Чаще всего многомодовое оптоволокно используется для организации ЛВС (локально-вычислительной сети) и СКС (структурированной кабельной сети) небольших размеров в рамках одного здания или прилегающих строений (около 500 метров). Волоконно-оптические линии связи с одномодовыми волокнами используют для подключения удаленных зданий, например для организации системы видеонаблюдения в рамках района, города или даже магистрали (1000м и более).
Мода (оптика) — Википедия (с комментариями)
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Мода (оптика) — это стабильное состояние электромагнитного поля внутри световода. Представляет собой одно из решений уравнений Максвелла для определенной, заданной условиями структуры.
Условно моду световода иногда определяют и как траекторию, по которой распространяется свет. При V < 2,4 можно говорить, что в световоде распространяется только одна мода. Одномодовыми являются и световоды, в которых реализуется такой режим в ближней ИК-области. При V > 2,4 генерируются моды более высоких порядков. Число мод при большом значении нормированной частоты порядка V2/2.
Понятие «одномодовости» носит несколько условный характер, т.к. при уменьшении длины волны излучения одномодовый световод становится многомодовым.
Значение нормированной частоты, в частности, определяет модовый состав излучения в световоде[1].
Напишите отзыв о статье «Мода (оптика)»
Ссылки
Примечания
- ↑ [fiz.1september.ru/article.php?ID=200602314 Волоконная оптика]
Отрывок, характеризующий Мода (оптика)
Француз беспокойно оглянулся и, как будто преодолев сомнение, быстро скинул мундир и надел рубаху. Под мундиром на французе не было рубахи, а на голое, желтое, худое тело был надет длинный, засаленный, шелковый с цветочками жилет. Француз, видимо, боялся, чтобы пленные, смотревшие на него, не засмеялись, и поспешно сунул голову в рубашку. Никто из пленных не сказал ни слова.– Вишь, в самый раз, – приговаривал Платон, обдергивая рубаху. Француз, просунув голову и руки, не поднимая глаз, оглядывал на себе рубашку и рассматривал шов.
– Что ж, соколик, ведь это не швальня, и струмента настоящего нет; а сказано: без снасти и вша не убьешь, – говорил Платон, кругло улыбаясь и, видимо, сам радуясь на свою работу.
– C’est bien, c’est bien, merci, mais vous devez avoir de la toile de reste? [Хорошо, хорошо, спасибо, а полотно где, что осталось?] – сказал француз.
– Она еще ладнее будет, как ты на тело то наденешь, – говорил Каратаев, продолжая радоваться на свое произведение. – Вот и хорошо и приятно будет.
– Merci, merci, mon vieux, le reste?.. – повторил француз, улыбаясь, и, достав ассигнацию, дал Каратаеву, – mais le reste… [Спасибо, спасибо, любезный, а остаток то где?.. Остаток то давай.]