Her türlü kurulum koşulu için tek modlu optik kablo. Fiber optik kablo. Çok Modlu ve Tek Modlu Fiber Optik Kablo

Anna Motush'un çevirisi

Tanım: belirli bir polarizasyon yönü için birden fazla modu destekleyen fiberler

Çok modlu fiberler, belirli bir optik frekans ve polarizasyon için birden fazla enine modu destekleyen optik fiberlerdir. Modların sayısı malzemenin dalga boyu ve kırılma indisine göre belirlenir. Çok modlu fiberler adım indeksli fiberler ve gradyan fiberler olarak ikiye ayrılır.

Fiberler için çekirdek yarıçapı ve sayısal açıklık değerleri belirlenerek V parametresinin belirlenmesine olanak sağlanır. V parametresinin büyük değerleri için mod sayısı V2 ile orantılıdır. Özellikle çekirdek çapı büyük olan fiberler için (Şekil 1'in sağ tarafı), modların sayısı çok fazla olabilir. Bu tür fiberler, düşük ışın kalitesine sahip ışık verebilir (yüksek güçlü diyotlar tarafından üretilenler gibi), ancak yüksek parlaklıktaki bir ışık kaynağından kaliteli bir ışın elde etmek için, daha küçük çekirdekli ve orta kalınlıkta bir fiber kullanmak daha iyi olacaktır. Sayısal açıklık, ancak radyasyonun fibere verimli enjeksiyonu daha karmaşık olabilir.

Standart tek modlu fiber ile karşılaştırıldığında, çok modlu fiber tipik olarak daha büyük bir çekirdeğe ve ayrıca 0,2-0,3 gibi yüksek bir sayısal açıklığa sahiptir. İkincisi, fiberi bükerken çalışmanıza izin verir, ancak aynı zamanda optik fiberin geometrik şeklinin ihlaliyle belirlenen daha yoğun saçılmaya da yol açar. Bu ihlallerin sonucu, ışınların bir kısmının optik fiberden ayrılmasıdır. Saçılmanın yoğunluğu yalnızca çekirdeğin yapıldığı malzemenin kalitesine değil, aynı zamanda optik sinyalin bir kısmı da onun içinde yayıldığı için kaplamanın kalitesine de bağlıdır. Kırılma indisi profili çoğunlukla dikdörtgen, ancak bazen paraboliktir. (Aşağıya bakınız).

Çok modlu fiber bir çekirdek ve bir kaplamadan oluşur. 50/125 ve 62,5/125 çok modlu fiberleri temel alan yaygın fiber optik iletişim hatlarında (aşağıya bakın), çekirdek çapı sırasıyla 50 ve 62,5 mikron ve kaplama çapı 125 mikrondur. Bu tür fiberler yüzlerce modu destekler.

Çok modlu fibere ışık enjekte etmek oldukça basittir, çünkü Kirişin açısını ve konumunu ayarlamanın doğruluğunu korumaya yönelik gereksinimler çok katı değildir. Öte yandan, çok modlu fiberlerin çıkışındaki uzaysal tutarlılık düşüktür ve aşağıda açıklanan nedenlerden dolayı çıkış yoğunluğu dağılımının kontrol edilmesi zordur.

Şekil 2, belirli bir dalga boyu için hesaplanan, fiber kırılma aralığına sahip modlardaki elektrik alanı profillerini göstermektedir. Bu, Gaussian'a yakın bir yoğunluk dağılımına sahip ana moddur (LP 01) ve daha karmaşık uzaysal profillere sahip birkaç yüksek dereceli moddur. Her modun farklı bir yayılma sabiti vardır. Herhangi bir alan dağılımı modların süperpozisyonu olarak düşünülebilir.

Çok modlu bir fiberde dağıtılan toplam elektrik alanı, çeşitli modların süperpozisyonudur. Yoğunluk yalnızca tüm modlardaki optik güce değil, aynı zamanda farklı modların girişiminden dolayı maksimum veya minimumun ortaya çıkabileceği göreceli faza da bağlıdır.

Hem güç hem de faz, başlangıç koşulları tarafından belirlenir ve yayılma sabitlerine bağımlılık nedeniyle bağıl fazlar, fiber boyunca sürekli olarak değişir. Bu nedenle, zaman içindeki karmaşık yoğunluk modeli, 1 mm'nin oldukça altındaki bir yayılma uzunluğu boyunca sürekli olarak değişir.

Şekil 3, 2 µm aralıklarla meydana gelen yoğunluk dağılımlarını gösteren animasyonlu bir örneği göstermektedir. Bu girişim deseni, sıcaklığa olduğu kadar, liflerin bükülmesi veya gerilmesindeki herhangi bir değişikliğe de büyük ölçüde bağlıdır.

Geniş bir optik bant genişliğine sahip ışık için (beyaz ışık gibi), yoğunluk grafiği her dalga boyu için farklı olduğundan bu tür karmaşık yoğunluk dağılımlarının gözlemlenmediğini, dolayısıyla farklı dalga boylarından gelen katkıların ortalamasının alındığını unutmayın. Fiber ne kadar uzun olursa, bu ortalama alma için gereken optik frekans aralığı da o kadar düşük olur.

Bir uzak noktadan diğerine giderek geleneksel bakır tel yerine müteahhitler tarafından müşteriye döşeme hizmeti sunuluyor.Bugün bu ilginç teknolojiden bahsedeceğiz.

Işık dalgasının özellikle saf kuvars camdan yapılmış özel bir kanal aracılığıyla iletilmesi prensibiyle çalışırlar. Elektronik ekipmandan gelen elektriksel darbeler, bir ışık akışı akışı oluşturur ve bunları kabloya iletir. Diğer uçta, alıcı ışık akışını alır ve onu tekrar kodlar. Tüm süreç elektronik olarak kontrol edildiğinden ve dijital bir dönüşüm olduğundan, bozulma minimum düzeydedir.

Bu tür fiber optik hatları oluşturmak için özel malzemeler kullanılır - tek modlu fiber ve çok modlu.

Optik hatlar, yalnızca sinyal iletimi sırasında parazitin olmaması nedeniyle bu kadar yaygın hale geldi. Bu teknolojinin yadsınamaz avantajları arasında geniş bir bant, çok düşük sinyal zayıflaması, elektromanyetik nitelikteki herhangi bir girişime karşı eşsiz direnç ve onlarca kilometrelik devasa bir iletim aralığı bulunmaktadır. Önemli bir avantaj, fiber optik hatlar kullanılarak kurulan iletişimin en az 25 yıl olan uzun hizmet ömrüdür.

Optik fiber türleri

Fiber optik bağlantılar kullanarak iletişim hatları kurarken çok modlu veya tek modlu fiber seçilir.

Bu kablo nelerden oluşuyor? Optik fiberin çekirdeği, içinden ışık akısını ileten kuvars, ultra saf camdır. Ancak kaplamanın kırılma indeksi çekirdeğin kırılma indeksinden daha düşük olduğu için saçılma meydana gelmez, bu nedenle ışık huzmesi fiberin içindeki duvarlardan tamamen yansıtılır.

Çok modlu optik fiber iyidir çünkü farklı açılardan sunulan yüzlerce ışık modunu aynı anda taşıyabilir. Bu tür modların her birinin kendi yörüngesi ve bunun sonucunda da benzersiz bir yayılma süresi vardır.

Bu tip fiberin ana dezavantajı, maksimum hat uzunluğunu daraltan ve sınırlayan mod dağılımıdır. Çok modlu iletişim hatlarına yönelik vericilerin maksimum menzili genellikle yaklaşık 5 kilometredir.

Azaltma modu dağılımı sorunu, çekirdeğin gradyan kırılma profiline sahip bir kabloyla çözülür. Böyle bir optik fiberde, standart seçeneklerden farklı olarak, kırılma parametreleri çekirdeğin merkezinden kaplamaya doğru azalır ve bu da iletilen sinyalin parametrelerinde önemli bir iyileşme sağlar.

Tek modlu fiber, yalnızca bir moddan (ana mod) geçme görevi esas alınarak tasarlanmıştır. Bu yaklaşımın birçok faydası vardır. Tek modlu teknoloji kullanılarak yapılan bir kablonun bazı özellikleri, çok modlu teknoloji kullanılarak yapılanlardan çok daha iyidir. Bu, yeni fiber optik hatların döşenmesinde mühendislerin ilk tercihi tercih etmesini etkileyen belirleyici faktördür. Sonuçta, tek modlu fiber kilometre başına 0,25 db'lik bir sinyal zayıflaması sağlar, içindeki dağılım değeri çok küçüktür ve geniş bant genişliği, büyük miktarda verinin bozulma olmadan net ve hızlı iletimini sağlar.

Ama bu bal fıçısındaki merhemde bir sinek var. Bu tip çok modlu fiberlerden çok daha pahalıdır. Tek modlu bir kablodaki fiber çekirdeğin boyutu çok küçük olduğundan, böyle bir kabloya radyasyon vermek kolay bir iş değildir ve ekleme sırasında çok dikkatli kontrol gerektirir. Bu hatların sonlandırma konnektörleri de çok modlu hatların sonlandırmalarından çok daha pahalıdır. Ek olarak, ikincisi, bir ışık ışınını geniş bir çekirdeğe sokmanın kolaylığı nedeniyle, çok sayıda rakip şirket tarafından da üretilen çok basit ve ucuz yayıcılara sahiptir.

Tarihlerini ilk lazerin icat edildiği 1960 yılına kadar sürüyorlar. Aynı zamanda, optik fiberin kendisi de yalnızca 10 yıl sonra ortaya çıktı ve bugün modern İnternetin fiziksel temelidir.

Veri iletimi için kullanılan optik fiberler temelde benzer bir yapıya sahiptir. Fiberin ışık ileten kısmı (çekirdek, çekirdek veya çekirdek) merkezdedir ve çevresinde bir sönümleyici (bazen kaplama olarak adlandırılır) bulunur. Damperin işlevi ortamlar arasında bir arayüz oluşturmak ve radyasyonun çekirdekten ayrılmasını önlemektir.

Hem çekirdek hem de damper kuvars camdan yapılmıştır ve çekirdeğin kırılma indisi, toplam iç yansıma olgusunu gerçekleştirmek için damperin kırılma indeksinden biraz daha yüksektir. Bunun için yüzde birlik bir fark yeterlidir - örneğin, çekirdeğin kırılma indeksi n 1 = 1,468 olabilir ve sönümleyicinin değeri n 2 = 1,453 olabilir.

Tek modlu fiberlerin çekirdek çapı 9 mikron, çok modlu - 50 veya 62,5 mikron, tüm fiberler için damperin çapı aynı ve 125 mikrondur. Işık kılavuzlarının ölçeğe göre yapısı şekilde gösterilmiştir:

Kademeli kırılma indisi profili (adım- dizin lif) - ışık kılavuzlarının üretimi için en basit olanı. Geleneksel olarak yalnızca bir "mod" (çekirdekteki ışık yayılma yolu) olduğunun varsayıldığı tek modlu fiberler için kabul edilebilir. Bununla birlikte, adım indeksli çok modlu fiberler, çok sayıda modun varlığından kaynaklanan yüksek dağılımla karakterize edilir; bu, sinyal saçılımına yol açar ve sonuçta uygulamaların çalışabileceği aralığı sınırlar. Gradyan kırılma indisi, mod dağılımının en aza indirilmesine olanak tanır. Çok modlu sistemler için kademeli indeksli fiberler şiddetle tavsiye edilir. (kademeli- dizin lif) çekirdekten dampere geçişin bir "adım" olmadığı, ancak kademeli olarak gerçekleştiği.

Dağılımı ve buna bağlı olarak bir fiberin belirli mesafelerdeki uygulamaları destekleme yeteneğini karakterize eden ana parametre, geniş bant katsayısıdır. Şu anda, çok modlu fiberler bu göstergeye göre OM1'den (yeni sistemlerde kullanılması tavsiye edilmeyen) en verimli sınıf OM4'e kadar dört sınıfa ayrılmaktadır.

Elyaf sınıfı	Damar/damper boyutu, µm	Geniş bant faktörü, OFL modu, MHz km		Not
Elyaf sınıfı	Damar/damper boyutu, µm	850 deniz mili	1300 deniz mili	Not
				Daha önce kurulmuş sistemleri genişletmek için kullanılır. Yeni sistemlerde kullanılması önerilmez.
				550 m'ye kadar mesafelerde 1 Gbps'ye kadar performansa sahip uygulamaları desteklemek için kullanılır.
				Fiber, lazer kaynaklarının kullanımı için optimize edilmiştir. RML modunda 850 nm'deki bant genişliği 2000 MHz km'dir. Fiber, 300 m'ye kadar mesafelerde 10 Gbps'ye kadar performansa sahip uygulamaları desteklemek için kullanılır.
				Fiber, lazer kaynaklarının kullanımı için optimize edilmiştir. RML modunda 850 nm'deki bant genişliği 4700 MHz km'dir. Fiber, 550 m'ye kadar mesafelerde 10 Gbps'ye kadar performansa sahip uygulamaları desteklemek için kullanılır.

Tek modlu fiberler, OS1 sınıflarına (1310 nm veya 1550 nm dalga boylarında iletim için kullanılan geleneksel fiberler) ve 1310 nm ila 1550 nm arasındaki tüm aralıkta geniş bant iletimi için kullanılabilen OS2 sınıflarına bölünmüştür ve iletim kanallarına bölünmüştür veya hatta daha geniş bir spektrum, örneğin 1280'den 1625 nm'ye kadar. Üretimin ilk aşamasında OS2 fiberleri LWP olarak etiketlendi (Düşük su Doruğa ulaşmak) şeffaflık pencereleri arasındaki emilim zirvelerini en aza indirdiklerini vurgulamak için. En yüksek performanslı tek modlu fiberlerdeki geniş bant iletimi, 10 Gbps'yi aşan iletim hızları sağlar.

Tek modlu ve çok modlu fiber optik kablo: seçim kuralları

Çok modlu ve tek modlu fiberlerin açıklanan özellikleri göz önüne alındığında, uygulamanın performansına ve çalışması gereken mesafeye bağlı olarak fiber tipini seçmek için bazı yönergeler aşağıda verilmiştir:

10 Gbps'nin üzerindeki hızlar için mesafeye bakılmaksızın tek modlu fiberi seçin

10 Gigabit uygulamalar ve 550 m'nin üzerindeki mesafeler için tek modlu fiber de tercihtir

10 Gigabit uygulamalar ve 550 m'ye kadar mesafeler için OM4 çok modlu fiber de mümkündür

10 Gigabit uygulamalar ve 300 m'ye kadar mesafeler için OM3 çok modlu fiber de mümkündür

1-Gigabit uygulamalar ve 600-1100 m'ye kadar mesafeler için OM4 multimode fiber kullanılabilir

1-Gigabit uygulamalar ve 600-900 m'ye kadar mesafeler için OM3 multimode fiber kullanılabilir

1 Gigabit uygulamalar ve 550 m'ye kadar mesafeler için OM2 multimode fiber mümkündür

Bir optik fiberin maliyeti büyük ölçüde çekirdek çapına göre belirlenir, bu nedenle çok modlu bir kablo, diğer her şey eşit olduğunda, tek modlu bir kablodan daha pahalıdır. Aynı zamanda, yüksek güçlü lazer kaynaklarının (örneğin Fabry-Perot lazeri) kullanılması nedeniyle tek modlu sistemler için aktif ekipman, nispeten ucuz olan çok modlu sistemler için aktif ekipmandan önemli ölçüde daha pahalıdır. VCSEL yüzey yayan lazerler ve hatta daha ucuz LED kaynakları. Bir sistemin maliyetini tahmin ederken hem kablolama altyapısının hem de aktif ekipmanın maliyetlerini hesaba katmak gerekir ve ikincisi önemli ölçüde daha yüksek olabilir.

Günümüzde kullanım kapsamına göre optik kablo seçimi uygulaması bulunmaktadır. Tek modlu fiber kullanılır:

deniz ve okyanus ötesi kablolu iletişim hatlarında;

kara tabanlı uzun mesafe ana hatlarda;

sağlayıcı hatlarında, şehir düğümleri arasındaki iletişim hatlarında, özel uzun mesafeli optik kanallarda, otoyollarda mobil operatörlerin ekipmanlarına;

kablolu televizyon sistemlerinde (öncelikle OS2, geniş bant iletimi);

son kullanıcıda bulunan bir optik modeme fiber dağıtımlı GPON sistemlerinde;

550 m'den uzun otoyollarda (genellikle binalar arasında) SCS'de;

mesafeye bakılmaksızın veri merkezlerine hizmet veren SCS'de.

Çok modlu fiber esas olarak kullanılır:

SCS'de bir binanın içindeki otoyollarda (kural olarak mesafelerin 300 m olduğu yerlerde) ve mesafe 300-550 m'yi geçmiyorsa binalar arasındaki otoyollarda;

SCS'nin yatay segmentlerinde ve FTTD sistemlerinde ( lif- ile- the- çalışma masası), kullanıcıların çok modlu optik ağ kartlarına sahip iş istasyonları kurduğu yer;

veri merkezlerinde tek modlu fibere ek olarak;

Mesafenin çok modlu kabloların kullanımına izin verdiği her durumda. Kabloların kendisi daha pahalı olsa da aktif ekipmandan sağlanan tasarruf bu maliyetleri dengeliyor.

Önümüzdeki yıllarda OS2 fiberin kademeli olarak OS1'in yerini alması (üretilmiyor) ve çok modlu sistemlerde 62,5/125 µm fiberlerin tamamen ortadan kalkması beklenebilir, zira bunların yerini tamamen 50 µm fiberler (muhtemelen OM3) alacaktır. -OM4 sınıfları.

Tek modlu ve çok modlu optik kabloların testi

Kurulumdan sonra kurulu tüm optik segmentler teste tabi tutulur. Yalnızca özel ekipmanlarla yapılan ölçümler, kurulu hatların ve kanalların özelliklerini garanti edebilir. SCS sertifikasyonu için hattın bir ucunda nitelikli radyasyon kaynağına sahip cihazlar, diğer ucunda ise sayaçlar kullanılır. Bu tür ekipmanlar Fluke Networks, JDSU, Psiber tarafından üretilmektedir; bu tür cihazların tümü, telekomünikasyon standartları TIA/EIA, ISO/IEC ve diğerlerine uygun olarak önceden belirlenmiş izin verilen optik kayıp tabanlarına sahiptir. Daha uzun optik hatlar kullanılarak kontrol edilir optik reflektometreler, uygun dinamik aralığa ve çözünürlüğe sahip.

İşletme aşamasında, kurulu tüm optik segmentlerin dikkatli bir şekilde işlenmesi ve düzenli olarak özel temizlik mendilleri, çubukları ve diğer temizlik ürünleri.

Örneğin hendek kazarken veya binaların içinde onarım çalışmaları yaparken döşenen kabloların hasar gördüğü durumlar sıklıkla vardır. Bu durumda, arızanın yerini bulmak için, reflektometri prensiplerine dayanan ve arıza noktasına olan mesafeyi gösteren bir reflektometreye veya başka bir teşhis cihazına ihtiyacınız vardır (Fluke Networks, EXFO, JDSU, NOYES (FOD) gibi üreticiler) , Greenlee Communication ve diğerlerinin benzer modelleri vardır).

Piyasada bulunan bütçe modelleri esas olarak hasarların (kötü kaynaklar, kırılmalar, makro bükülmeler vb.) yerelleştirilmesi için tasarlanmıştır. Çoğu zaman optik hattın ayrıntılı teşhisini yapamaz, tüm homojensizliklerini belirleyemez ve profesyonel bir rapor oluşturamazlar. Ayrıca daha az güvenilir ve dayanıklıdırlar.

Yüksek kaliteli ekipman tam tersine güvenilirdir ve teşhis koyma yeteneğine sahiptir. ODAK En küçük ayrıntıya kadar doğru bir olay tablosu oluşturun, düzenlenebilir bir rapor oluşturun. İkincisi, optik hatların sertifikasyonu için son derece önemlidir, çünkü bazen reflektometrenin böyle bir bağlantıyı belirleyemeyeceği kadar düşük kayıplara sahip kaynaklı bağlantılar olabilir. Ama hala kaynak var ve bunun raporda gösterilmesi gerekiyor. Bu durumda yazılım, reflektogram üzerinde zorla bir olay ayarlamanıza ve üzerindeki kayıpları manuel olarak ölçmenize olanak tanır.

Birçok profesyonel cihaz aynı zamanda seçenekler ekleyerek işlevselliği genişletme yeteneğine de sahiptir: fiber uçlarını incelemek için bir video mikroskobu, bir lazer kaynağı ve güç ölçer, bir optik telefon vb.

Elyaf sınıfı	Damar/damper boyutu, µm	Geniş bant faktörü, OFL modu, MHz km		Not
Elyaf sınıfı	Damar/damper boyutu, µm	850 deniz mili	1300 deniz mili	Not
				Daha önce kurulmuş sistemleri genişletmek için kullanılır. Yeni sistemlerde kullanılması önerilmez.
				550 m'ye kadar mesafelerde 1 Gbps'ye kadar performansa sahip uygulamaları desteklemek için kullanılır.
				Fiber, lazer kaynaklarının kullanımı için optimize edilmiştir. RML modunda 850 nm'deki bant genişliği 2000 MHz km'dir. Fiber, 300 m'ye kadar mesafelerde 10 Gbps'ye kadar performansa sahip uygulamaları desteklemek için kullanılır.
				Fiber, lazer kaynaklarının kullanımı için optimize edilmiştir. RML modunda 850 nm'deki bant genişliği 4700 MHz km'dir. Fiber, 550 m'ye kadar mesafelerde 10 Gbps'ye kadar performansa sahip uygulamaları desteklemek için kullanılır.