Основные параметры оптических волокон

Оптическое волокно состоит из сердцевины и оболочки. Эти элементы изготавливаются из кварцевого стекла. Для предохранения волокон от механических воздействий, а также с целью маркировки волокна покрывают различными защитными покрытиями.

Первичным, как правило, идет акриловое покрытие. В некоторых случаях волокна покрываются дополнительными слоями из ПВХ либо арамидных нитей. Диаметры элементов стандартизированы. Для сердцевины одномодового оптического волокна характерны величины 7−9 мкм, для многомодового используются величины 50 и 62,5 мкм. Оболочка для обоих типов оптических волокон имеет диаметр 125 мкм.

Первичное покрытие увеличивает диаметр волокна до 250 мкм. В таком виде волокна укладывают внутри оптических модулей в волоконно-оптических кабелях. На оптические пигтейлы наносится дополнительное покрытие из ПВХ диаметром 900 мкм. Оптические патч-корды, как правило, снабжаются покрытием из арамидных или кевларовых нитей и еще одного покрытия из LSZH материалов, в результате чего диаметр увеличивается до 3 мм.

Помимо защитных покрытий волокна обладают рядом параметров, которые необходимо знать для того, чтобы правильно подобрать режимы аппаратов для сварки оптических волокон и кабели к существующей инфраструктуре либо, наоборот, подобрать оборудование для готовой линии связи.

Затухание оптического сигнала обусловлено двумя факторами:

1. Поглощение энергии материалом волокна.

2. Рэлеевское рассеяние.

Рассеяние возникает из-за встречающихся на пути сигнала неоднородностей — различных примесей, в том числе придающих волокну заданные свойства. Затухание выражается в децибелах и указывается либо абсолютное — для патч-кордов и пигтейлов, либо километрическое — для волокон в составе кабеля.

1. Многомерные волокна
По многомодовым (от английского mode — режим) волокнам свет распространяется в нескольких режимах, что в общем упрощает условия ввода сигнала в волокно, позволяя использовать для этого светодиоды. Однако, ввиду явления межмодовой дисперсии, в таких волокнах ограничены расстояние и частота передаваемого сигнала. В основном подобные волокна используются во внутриобъектовых сетях, где расстояния не превышают нескольких километров.

2. Одномерные волокна
Одномодовые волокна имеют малый диаметр сердцевины — порядка 7−9 мкм. Это усложняет условия ввода сигнала: теперь для этого необходимы лазерные светодиоды. Но при таком диаметре распространение света в волокне ограничено одной модой — это устраняет межмодовую дисперсию. Надо заметить, что такой диаметр подобран для наиболее часто применяемых длин волн — 1310 и 1550 нм. Данный тип волокон позволяет передавать сигналы на расстояния порядка 20 и более километров, применяется на магистралях, хотя в последнее время, ввиду доступности аппаратуры, распространяется повсеместно.

Сердцевина и оболочка волокна выполнены из кварцевого стекла и различаются только величиной показателя преломления. Профиль показателя преломления показывает, как он изменяется в поперечном сечении волокна. Самый простой профиль — ступенчатый — применяется довольно редко. Градиентный профиль — используется чаще и позволяет частично компенсировать дисперсию. Для смещения нулевой дисперсии также применяются более сложные профили, образуя в том числе многослойные волокна.

Это параметр, который определяет условия ввода света в оптическое волокно. Проще говоря, он определяет конус на торце волокна, и лучи, попадающие в этот конус, будут передаваться через волокно. Все остальные лучи не смогут испытывать полное отражение от границы сердцевины и оболочки и будут быстро затухать, рассеиваясь в оболочке.

Дисперсия возникает из-за различия в скорости распространения составляющих спектра оптического сигнала. Это приводит к тому, что одни части импульса приходят к принимающей стороне немного раньше, чем другие. Выглядит это как расширение импульса, которое в определенный момент приведет к слиянию, и прием информации станет невозможным.

Основная действующая дисперсия в многомодовых волокнах — межмодовая. В одномодовых волокнах она отсутствует, но тем не менее спектр лазерного излучения обладает определенной шириной. И составляющие этого спектра также вызывают дисперсию, хотя и в значительно меньшей степени.

В основном производители рассчитывают минимальный уровень дисперсии в одномодовых волокнах на длине волны 1310 нм. Их называют просто SM или SMF (Single Mode Fiber). Волокна, где минимальный уровень дисперсии рассчитан на длину волны 1550 нм, называются волокнами со смещенной дисперсией — DSF или DS (Dispersion-Shifted Single Mode Fiber). В некоторых случаях применяются волокна с ненулевой смещенной дисперсией — NZDSF, NZDS или NZ (Non-Zero Dispersion-Shifted Single Mode Fiber). Это системы со спектральным уплотнением каналов (WDM), где определенный уровень дисперсии помогает разделять каналы.