Die Grundstruktur von Glasfasern

Die blanke Faser optischer Fasern ist üblicherweise in drei Schichten unterteilt: Kern, Mantel und Beschichtung.

Der Faserkern und die Ummantelung bestehen aus Glas mit unterschiedlichen Brechungsindizes, die Mitte ist ein Glaskern mit hohem Brechungsindex (mit Germanium dotiertes Siliziumdioxid) und die Mitte ist eine Quarzglasummantelung mit niedrigem Brechungsindex (reines Siliziumdioxid). Licht tritt in einem bestimmten Einfallswinkel in die Faser ein und die Gesamtemission erfolgt zwischen der Faser und dem Mantel (da der Brechungsindex des Mantels etwas niedriger ist als der des Kerns), sodass es sich in der Faser ausbreiten kann.

Die Hauptfunktion der Beschichtung besteht darin, die optische Faser vor äußeren Beschädigungen zu schützen und gleichzeitig die Flexibilität der optischen Faser zu erhöhen. Wie bereits erwähnt bestehen der Kern und die Ummantelung aus Glas und können nicht verbogen und zerbrechlich werden. Die Verwendung der Beschichtungsschicht schützt und verlängert die Lebensdauer der Faser.

Der nicht blanken Faser wird eine Außenmantelschicht hinzugefügt. Neben dem Schutz kann der Außenmantel in verschiedenen Farben auch zur Unterscheidung verschiedener Lichtwellenleiter verwendet werden.

Glasfasern werden je nach Übertragungsmodus in Singlemode-Fasern (Single Mode Fiber) und Multimode-Fasern (Multi Mode Fiber) unterteilt. Licht tritt in einem bestimmten Einfallswinkel in die Faser ein und es erfolgt eine vollständige Emission zwischen der Faser und dem Mantel. Wenn der Durchmesser klein ist, kann nur eine Richtung des Lichts durchgelassen werden, d. h. eine Singlemode-Faser; Wenn der Faserdurchmesser groß ist, kann Licht zugelassen werden. Injiziert und breitet sich in mehreren Einfallswinkeln aus, dieses Mal wird es als Multimode-Faser bezeichnet.

Eigenschaften der Glasfaserübertragung

Optische Fasern haben zwei Hauptübertragungseigenschaften: Verlust und Dispersion. Der Verlust einer optischen Faser bezieht sich auf die Dämpfung pro Längeneinheit der optischen Faser in dB/km. Die Höhe des Glasfaserverlusts wirkt sich direkt auf die Übertragungsentfernung des Glasfaserkommunikationssystems oder die Entfernung zwischen den Relaisstationen aus. Faserdispersion bezieht sich auf die Tatsache, dass das von der Faser übertragene Signal von unterschiedlichen Frequenzkomponenten und unterschiedlichen Modenkomponenten getragen wird und die Übertragungsgeschwindigkeiten verschiedener Frequenzkomponenten und unterschiedlicher Modenkomponenten unterschiedlich sind, was zu Signalverzerrungen führt.

Die Faserdispersion wird in Materialdispersion, Wellenleiterdispersion und Modaldispersion unterteilt. Die ersten beiden Arten der Streuung werden dadurch verursacht, dass das Signal keine einzelne Frequenz aufweist, und die zweite Art der Streuung wird dadurch verursacht, dass das Signal keine einzelne Frequenz aufweist. Das Signal ist kein einzelner Modus, was zu einer Modendispersion führt.

Singlemode-Fasern haben nur einen Grundmodus, daher gibt es nur Materialdispersion und Wellenleiterdispersion und keine Modendispersion. Die Multimode-Faser verfügt über eine Intermode-Dispersion. Die Dispersion der Glasfaser beeinflusst nicht nur die Übertragungskapazität der Glasfaser, sondern begrenzt auch die Übertragungsentfernung des Glasfaser-Kommunikationssystems.

Singlemode-Faser

Bei der Singlemode-Faser (Single Mode Fiber) tritt Licht in einem bestimmten Einfallswinkel in die Faser ein und es erfolgt eine vollständige Emission zwischen der Faser und der Ummantelung. Wenn der Durchmesser verkürzt wird, kann nur eine Lichtrichtung durchgelassen werden, d. h. eine Singlemode-Faser; Der zentrale Glaskern der Modenfaser ist sehr dünn, der Kerndurchmesser beträgt im Allgemeinen 8,5 oder 9,5 μm und sie funktioniert bei Wellenlängen von 1310 und 1550 nm.

Multimode-Faser

Multimode-Faser (Multimode-Faser) ist eine Faser, die eine Übertragung mehrerer geführter Moden ermöglicht. Der Kerndurchmesser einer Multimode-Faser beträgt im Allgemeinen 50 μm/62,5 μm. Da der Kerndurchmesser einer Multimode-Faser relativ groß ist, können verschiedene Lichtmodi auf einer Faser übertragen werden. Die Standardwellenlängen von Multimode betragen 850 nm bzw. 1300 nm. Es gibt auch einen neuen Multimode-Faserstandard namens WBMMF (Wideband Multimode Fiber), der Wellenlängen zwischen 850 nm und 953 nm verwendet.

Sowohl Singlemode-Fasern als auch Multimode-Fasern haben einen Manteldurchmesser von 125 μm.

Singlemode-Faser oder Multimode-Faser?

Übertragungsentfernung

Der kleinere Durchmesser der Singlemode-Faser sorgt für eine engere Reflexion, sodass sich nur ein Lichtmodus ausbreiten kann, sodass sich das optische Signal weiter ausbreiten kann. Wenn das Licht den Kern passiert, nimmt die Menge der Lichtreflexionen ab, was zu einer geringeren Dämpfung und einer weiteren Signalausbreitung führt. Da es keine oder nur eine geringe Intermode-Dispersion gibt, können Singlemode-Fasern 40 Kilometer oder mehr übertragen, ohne das Signal zu beeinträchtigen. Daher wird Singlemode-Glasfaser im Allgemeinen für die Datenübertragung über große Entfernungen verwendet und ist in Telekommunikationsunternehmen, Kabelfernsehanbietern, Universitäten usw. weit verbreitet.

Multimode-Fasern haben einen größeren Kerndurchmesser und können Licht in mehreren Modi übertragen. Bei der Multimode-Übertragung ist aufgrund der größeren Kerngröße die Intermode-Dispersion größer, d. h. das optische Signal „verbreitet“ sich schneller. Bei der Übertragung über große Entfernungen nimmt die Signalqualität ab, daher werden Multimode-Fasern normalerweise für Kurzstrecken-, Audio-/Videoanwendungen und lokale Netzwerke (LANs) verwendet, und OM3/OM4/OM5-Multimode-Fasern können hohe Übertragungsraten unterstützen -schnelle Datenübertragung.

Bandbreite, Kapazität

Unter Bandbreite versteht man die Fähigkeit, Informationen zu übertragen. Der Hauptfaktor, der die Breite des Glasfaserübertragungsbands beeinflusst, sind verschiedene Dispersionen, von denen die Modaldispersion die wichtigste ist. Die Streuung von Singlemode-Fasern ist gering, sodass sie Licht in einem breiten Frequenzband über große Entfernungen übertragen können. Da Multimode-Fasern Störungen, Interferenzen und andere komplexe Probleme verursachen, ist sie in Bezug auf Bandbreite und Kapazität nicht so gut wie Singlemode-Fasern. Die neueste Generation der Multimode-Faserbandbreite OM5 ist auf 28000 MHz/km eingestellt, während die Singlemode-Faserbandbreite viel größer ist.