Az optikai szál alapszerkezete
Az optikai szál csupasz szálát általában három rétegre osztják: mag, burkolat és bevonat.
A rostmag és a burkolat különböző törésmutatójú üvegből készül, a középső nagy törésmutatójú üvegmag (germániummal adalékolt szilícium-dioxid), a középső pedig alacsony törésmutatójú szilícium-dioxid üvegburkolat (tiszta szilícium-dioxid). A fény meghatározott beesési szögben jut be a szálba, és a teljes emisszió a szál és a burkolat között jön létre (mivel a burkolat törésmutatója valamivel kisebb, mint a magé), így a szálban terjedhet.
A bevonat fő funkciója, hogy megvédje az optikai szálat a külső sérülésektől, miközben növeli az optikai szál rugalmasságát. Mint korábban említettük, a mag és a burkolat üvegből készül, és nem hajlítható meg és nem törékeny. A bevonóréteg használata védi és meghosszabbítja a szál élettartamát.
A nem csupasz szálhoz külső burkolatot adnak. A különböző színű külső burkolat védelme mellett a különféle optikai szálak megkülönböztetésére is használható.
Az optikai szál az átviteli mód szerint egymódusú szálra (Single Mode Fiber) és többmódusú szálra (Multi Mode Fiber) van felosztva. A fény meghatározott beesési szögben jut be a szálba, és a teljes emisszió a szál és a burkolat között történik. Ha az átmérő kicsi, csak egyirányú fény engedhető át, azaz egymódusú szál; ha a szál átmérője nagy, megengedhető a fény. Több beesési szögben injektálja és terjessze, ezúttal többmódusú szálnak nevezik.
Az optikai szál átviteli jellemzői
Az optikai szálnak két fő átviteli jellemzője van: veszteség és diszperzió. Az optikai szál vesztesége az optikai szál egységnyi hosszonkénti csillapítására vonatkozik, dB/km-ben. Az optikai szál veszteség szintje közvetlenül befolyásolja az optikai szálas kommunikációs rendszer átviteli távolságát vagy a közvetítőállomások közötti távolságot. A szálas diszperzió azt jelenti, hogy a szál által továbbított jelet különböző frekvenciakomponensek és különböző üzemmódú komponensek hordozzák, valamint a különböző frekvenciakomponensek és a különböző módusú összetevők átviteli sebessége eltérő, ami jeltorzuláshoz vezet.
A szálas diszperziót anyagdiszperzióra, hullámvezető diszperzióra és modális diszperzióra osztják. Az első két fajta szóródást az okozza, hogy a jel nem egyfrekvenciás, az utóbbi pedig az, hogy a jel nem egymódusú. A jel nem egymódusú, mód diszperziót okoz.
Az egymódusú szálnak csak egy alapmódja van, tehát csak anyagszórás és hullámvezető diszperzió létezik, modális diszperzió nincs. A többmódusú szál inter-módusú diszperzióval rendelkezik. Az optikai szál diszperziója nemcsak az optikai szál átviteli kapacitását befolyásolja, hanem korlátozza az optikai szál kommunikációs rendszerének továbbítási távolságát is.
Egymódusú optikai szál
Egymódusú szál (Single Mode Fiber), a fény meghatározott beesési szögben jut be a szálba, és teljes emisszió történik a szál és a burkolat között. Ha az átmérőt lerövidítjük, akkor csak egyirányú fényt engedünk át, azaz egymódusú szálon; A módusszál központi üvegmagja nagyon vékony, a mag átmérője általában 8,5 vagy 9,5 μm, és 1310 és 1550 nm hullámhosszon működik.
Multimódusú szál
Többmódusú szál (Több módú Fiber) egy olyan szál, amely több irányított módú átvitelt tesz lehetővé. A többmódusú szálak magátmérője általában 50 μm/62,5 μm. Mivel a többmódusú szál magátmérője viszonylag nagy, lehetővé teszi különböző fénymódok átvitelét egy szálon. A multimódusú szabványos hullámhossz 850 nm, illetve 1300 nm. Létezik egy új multimódusú szálszabvány, a WBMMF (Wideband Multimode Fiber), amely 850 és 953 nm közötti hullámhosszokat használ.
Mind az egymódusú, mind a többmódusú szál burkolatátmérője 125 μm.
Egymódusú vagy többmódusú optikai szál?
Átviteli távolság
Az egymódusú szál kisebb átmérője szorosabbá teszi a visszaverődést, így csak egy módú fényt tesz lehetővé, így az optikai jel messzebbre juthat. Ahogy a fény áthalad a magon, a fényvisszaverődések mennyisége csökken, ami csökkenti a csillapítást és további jelterjedést okoz. Az egymódusú optikai szál 40 kilométert vagy többet képes továbbítani anélkül, hogy a jelet befolyásolná, mivel nincs módközi vagy kicsi az inter-mode diszperziója. Ezért az egymódusú optikai szálat általában nagy távolságú adatátvitelre használják, és széles körben használják a távközlési vállalatoknál, kábeltelevízió-szolgáltatóknál, egyetemeken stb.
A többmódusú szál nagyobb átmérőjű maggal rendelkezik, és több módban képes továbbítani a fényt. A többmódusú átvitelnél a nagyobb magméret miatt nagyobb a módok közötti diszperzió, vagyis gyorsabban „terjed” az optikai jel. A jelminőség romlik a nagy távolságú átvitel során, ezért a többmódusú optikai szálat általában rövid távú, audio/video alkalmazásokhoz és helyi hálózatokhoz (LAN) használják, az OM3/OM4/OM5 többmódusú optikai szál pedig támogatja a magas szintű átvitelt. - adatátviteli sebesség.
Sávszélesség, kapacitás
A sávszélesség az információ átvitelének képessége. Az optikai szál átviteli sávjának szélességét befolyásoló fő tényező a különféle diszperziók, amelyek közül a legfontosabb a modális diszperzió. Az egymódusú szálak szórása kicsi, így széles frekvenciasávban képes nagy távolságra átadni a fényt. Mivel a többmódusú optikai szál interferenciát, interferenciát és más összetett problémákat okoz, sávszélességében és kapacitásában nem olyan jó, mint az egymódusú optikai szál. A többmódusú optikai szálas sávszélesség legújabb generációja, az OM5 28000 MHz/km-re van beállítva, míg az egymódusú optikai szál sávszélessége sokkal nagyobb.