Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Функціональні властивості одномодових волокон

З огляду на дисперсію, існуючі одномодові волокна, що часто використовуються в сучасних мережах, поділяються на три основні типи: волокна із незміщеною дисперсією SF (стандартне волокно зі східчастим профілем), волокна зі зміщеною дисперсією DSF і волокна з ненульовою зміщеною дисперсією NZDSF [12].

Всі три типи волокон дуже близькі за загасанням у вікнах одномодового передавання 1310 і 1550 нм, але відрізняються характеристиками хроматичної дисперсії. Оскільки дисперсія впливає на максимальну допустиму довжину безретрансляційних ділянок, то на перший погляд, природно, що виникає бажання вибрати волокно з найменшою можливою дисперсією. Це справедливо для випадку передавання однієї довжини хвилі при одноканальному передаванні. Багатоканальне хвильове мультиплексування (WDM) у вікні 1550 нм диктує інший раціоналізм. Дослідження показують, що, коли довжина хвилі нульової дисперсії попадає в зону мультиплексного сигналу, починають виявлятися небажані інтерференційні ефекти, що пришвидшують деградацію сигналу. Тому виробники пристроїв зв'язку повинні чітко бачити переваги і недоліки кожного волокна при еволюції традиційних мереж в бік повністю оптичних мереж.

Волокно SF. На початку 80-х років передавачі на довжину хвилі 1550 нм мали дуже високу ціну і низьку надійність і не могли конкурувати на ринку з передавачами на довжину хвилі 1300 нм. Тому стандартне східчасте волокно SF є першим комерційним волокном і на даний час найбільш поширене в телекомунікаційних мережах. Воно оптимізоване по дисперсії для роботи у вікні 1310 нм.

Волокно DSF. Внаслідок удосконалення систем передавання на довжині хвилі 1550 нм виникає потреба у розробці волокна з довжиною хвилі нульової дисперсії, що потрапляє в середину цього вікна. В результаті, в середині 80-х років створюється волокно зі зміщеною дисперсією DSF, яке повністю оптимізоване для роботи у вікні 1550 нм як за загасанням, так і за дисперсією. Протягом багатьох років волокно DSF вважалося найперспективнішим з волокон. З розвитком нових технологій передавання мультиплексного оптичного сигналу суттєвого значення набувають ербієві оптичні підсилювачі типу EFDA, які можуть підсилювати багатоканальний сигнал. На жаль, подальші дослідження на початку 90-х років показали, що саме довжина хвилі нульової дисперсії (1550 нм), яка потрапляє в середину робочого діапазону ербієвого підсилювача, є головним потенційним джерелом нелінійних ефектів (насамперед, чотирихвилевого змішування), завдяки чому різко зростає шум в умовах поширення багатоканального сигналу.

Подальші дослідження підтвердили обмежені можливості DSF при використанні в системах WDM. Щоб уникнути нелінійних ефектів при використанні DSF у WDM системах, доцільно вводити сигнал меншої потужності у волокно, збільшувати відстань між каналами й уникати передавання парних каналів (симетричних щодо l).

Чотирихвильове змішування – це ефект, який призводить до розсіювання двох хвиль з утворенням нових небажаних довжин хвиль. Нові хвилі можуть призводити до деградації оптичного сигналу в результаті інтерференції з ним, або відсмоктувати потужність із корисного хвилевого каналу. Саме через ефект чотирихвильового змішування стало очевидним, що треба розробити новий тип волокна, у якому l₀ розташувалася б за межами (по один бік – зліва або справа) усіх можливих каналів.

Волокно NZDSF створювалось на початку 90-х років з метою подолання недоліків волокна DSF, які виявляються при роботі з мультиплексним оптичним сигналом. Воно відоме також як l- зміщене волокно з довжиною хвилі нульової дисперсії, винесеної за межі смуги пропускання ербієвого підсилювача (рис. 2.30). Це зменшує нелінійні ефекти і покращує характеристики волокна при передаванні DWDM сигналу (Dense Wavelength Division Multiplexing – щільне хвильове мультиплексування).

Два типи l -зміщеного волокна, що з'явилися у 90-х роках 20-го ст., використовуються і сьогодні: волокно TrueWave фірми Lucent Technologies і волокно SMF-LS фірми Corning. Обидва мають ненульову дисперсію у всьому діапазоні смуги пропускання ербієвого підсилювача.

Рисунок 2.30 – Хроматична дисперсія одномодових волокон у вікні 1550 нм

Волокно TrueWave забезпечує додатню дисперсію, маючи точку нульової дисперсії близько 1523 нм, у той час як SMF-LS забезпечує від'ємну дисперсію, маючи точку нульової дисперсії дещо вище 1560 нм (рис. 2.30). На початку 1998 року фірма Corning випустила ще одну марку l- зміщеного волокна – LEAF™. Порівняльний аналіз основних характеристик волокон trueWave, SMF-LS і LEAF™ наведено у табл. 2.7.

Таблиця 2.7 – Порівняльні характеристики трьох NZDSF волокон: TrueWave, SMF-LS, LEAF™

За дисперсійними характеристиками волокно LEAF™ близьке до волокна TrueWave. Головною відмінною рисою цього волокна в порівнянні з двома попередніми є велика ефективна площа для світлового потоку – збільшений на 1 мкм діаметр модового поля. Величина цього параметра стає дуже важливою для оптимізації систем діапазону 1550 нм. Більший діаметр модового поля дозволяє збільшити рівень потужності випромінювання, що вводиться у волокно, на 2 дБ, залишаючи при цьому вплив деяких нелінійних ефектів, особливо чотирихвильового змішування, на попередньому рівні.

Сучасні тенденції розвитку засобів телекомунікаційного зв'язку свідчать про перспективність систем передавання по волокну, в яких суміщуються часове мультиплексування – TDM (STM-16 на 2,4 Гбіт/с та STM-64 на 10 Гбіт/с) в межах однієї довжини хвилі і хвильове мультиплексування технології WDM.

Інсталяція нових кабельних сегментів, або нарощування існуючих, з врахуванням переходу на швидкості передавання 2,4 і 10 Гбіт/с, може здійснюватися з використанням трьох розглянутих типів волокон. При виборі волокна варто враховувати такі чинники, як загальна вартість проекту, необхідні ємності каналів, надійність, складність системи та ін.

Для систем передачі DWDM, що використовують не тільки третє вікно прозорості (від 1530 до 1565 нм), але і четверте вікно (від 1565 до 1620 нм), фірмою Lucent Technologies було запропоноване волокно TrueWave RS зі зменшеним нахилом дисперсійної кривої. Це волокно має ненульову зміщену дисперсію NZDF, що дозволяє збільшити пропускну здатність.

Подальші розробки у галузі виробництва оптичних волокон дозволили [15] відкрити п'яте вікно прозорості 1350–1450 нм, яке було недоступне раніше через властиві йому великі загасання, що вносяться іонами (ОН). Фірма Lucent Technologies представила волокно All-Wave, у якому практично виключається наявність іонів ОН^-, що дозволяє використовувати його у всьому діапазоні довжин хвиль від 1280 до 1625 нм. Спектральні залежності загасання у волокнах TrueWave RS, AllWave наведені на рис. 2.31 і 2.32, відповідно.

Рисунок 2.31 – Спектральна залежність загасання в волокні TrueWave RS

У волокні All-Wave на відміну від стандартного одномодового волокна немає так званого «водяного піку», тобто збільшення поглинання на довжині хвилі 1,385 мкм, що відповідає спектру поглинання іонів ОН^-. На цій довжині хвилі поглинання складає 0,31 дБ/км. Даний тип ОВ пропонується використовувати в локальних і місцевих мережах зв'язку з невеликою довжиною регенераційних ділянок при одночасному використанні всього спектрального діапазону від 1,3 до 1,6 мкм. Поки, щоправда, немає повної ясності в питанні довгострокової стабільності характеристик даного ОВ. тобто не вирішено питання появи «водяного піку» в процесі експлуатації.

Рисунок 2.32 – Спектральна залежність загасання в волокні AllWave

Зовсім нещодавно фірма Corning запропонувала новий тип волокна MetroCor. У нього також, як і в AllWave, відсутній «водяний пік», а зміщена ненульова дисперсія у третьому і четвертому вікнах прозорості має негативний знак. Це волокно призначене, в основному, для місцевих і локальних мереж передачі з використанням других-п'ятих вікон прозорості.

Перераховані вище види волокон відносяться до групи волокон, що випускаються промисловістю. Останнім часом з розвитком оптичних підсилювачів систем з WDW з'явилися такі спеціальні види волокон, як:

1) з компенсацією дисперсії DCF (Dispersion Compensating Fiber), що використовується в спеціальних модулях для компенсації дисперсії;

2) леговане ербієм EDF (Erbium Doped Fiber), що використовується в оптичних підсилювачах типу EDFA;

3) леговане неодимом NDF (Neodim Doped Fiber), що використовується в оптичних підсилювачах типу NDFA;

4) зберігаюче поляризацію протягом усього шляху поширення випромінювання, відоме як PMF (Polarization Maintaining Fiber) чи hi-bi волокно;

5) з великою площею перетину серцевини – порядку 300–800 мкм для створення світлових потоків великої яскравості і потужності, що використовується для вимірів і спеціальних застосувань.

В табл. 2.8 наведено дані сучасних оптичних волокон по загасанню та дисперсії.

Таблиця 2.8 – Експериментальні параметри одномодових волокон сімейства Wave

Параметри	Од.виміру	True Wave	True Wave RS	All Wave
Спектральне вікно	нм	1530…1565	1530…1625	1280…1625
Затухання
Максимальне на: l=1310 нм l=1385 нм l=1550 нм l=1600 нм	дБ/км	- - 0,22…0,25	- - £0,22 £0,25	£0,35…0,40 £0,31 £0,21…0,25 -
Перепад в спектральній області: 1285…1330 нм1) 1525…1625 нм2)	дБ/км	- £0,05	- £0,05	£0,1 £0,05
На піку ОН- 1383±3 нм	дБ/км	£1,0	£1,0	£0,31
На макровигині: а)1 виток Æ32мм: l=1550 нм l=1600 нм б)100 витків Æ75мм: l=1310 нм l=1550 нм l=1600 нм	дБ	£0,5 -   - £0,05 -	£0,06 -   - £0,05 £0,05	£0,5 -   £0,05 £0,1 -
На сухому стику: l=1530 або 1565 нм l=1565 або 1620 нм	дБ	- £0,1	- £0,1	£0,1 -
Хроматична дисперсія
Максимальна:l=1530 чи 1565нм l=1565 чи 1620 нм	пс/ (нм2×км)	4,6 -	2,6…6,0 4,0…8,6	- -
Довжина хвилі нульової дисперсії (l0)	нм	£1540	£1540	1300…1322
Нахил нульової дисперсії (S0)	пс/ (нм2×км)	немає даних	£0,05	£0,092
Діаметр модового поля: l=1310 нм l=1550 нм l=1600 нм	мкм	- 8,4±0,6 -	- 8,4±0,6 8,7±0,6	9,3±0,5 10,5±0,5 -
Довжина хвилі відсічки lCCF	нм	£1260
Поляризаційна модова дисперсія	пс/	£0,50	£0,10	£0,10
Примітки: 1) відносно затухання на l=1310 нм; 2) відносно затухання на l=1550 нм.