Основная структура оптического волокна
Голое волокно оптического волокна обычно делится на три слоя: сердцевину, оболочку и покрытие.
Сердцевина и оболочка волокна состоят из стекла с разными показателями преломления, центральная часть представляет собой стеклянную сердцевину с высоким показателем преломления (диоксид кремния, легированный германием), а середина представляет собой оболочку из кварцевого стекла с низким показателем преломления (чистый кварц). Свет входит в волокно под определенным углом падения, и полное излучение происходит между волокном и оболочкой (поскольку показатель преломления оболочки немного ниже, чем у сердцевины), поэтому он может распространяться в волокне.
Основная функция покрытия – защита оптического волокна от внешних повреждений, одновременно увеличивая гибкость оптического волокна. Как упоминалось ранее, сердцевина и оболочка изготовлены из стекла и не могут быть согнуты и хрупки. Использование слоя покрытия защищает и продлевает срок службы волокна.
К неоголенному волокну добавляется слой внешней оболочки. Внешняя оболочка разного цвета не только защищает его, но и позволяет различать различные оптические волокна.
Оптическое волокно делится на одномодовое волокно (одномодовое волокно) и многомодовое волокно (многомодовое волокно) в зависимости от режима передачи. Свет входит в волокно под определенным углом падения, и полное излучение происходит между волокном и оболочкой. Когда диаметр мал, свет может проходить только в одном направлении, то есть через одномодовое волокно; когда диаметр волокна большой, можно допускать свет. Вводят и распространяются под разными углами падения, на этот раз это называется многомодовым волокном.
Характеристики передачи оптического волокна
Оптическое волокно имеет две основные характеристики передачи: потери и дисперсию. Потери в оптическом волокне относятся к затуханию на единицу длины оптического волокна в дБ/км. Уровень потерь в оптоволокне напрямую влияет на дальность передачи волоконно-оптической системы связи или расстояние между ретрансляционными станциями. Дисперсия волокна относится к тому факту, что сигнал, передаваемый по волокну, переносится разными частотными компонентами и разными модовыми компонентами, а скорости передачи разных частотных компонентов и разных модовых компонентов различны, что приводит к искажению сигнала.
Дисперсия волокна делится на дисперсию материала, дисперсию волновода и модовую дисперсию. Первые два вида дисперсии вызваны тем, что сигнал не является одночастотным, а последний вид дисперсии вызван тем, что сигнал не является одномодовым. Сигнал, не являющийся одной модой, вызовет модовую дисперсию.
Одномодовое волокно имеет только одну основную моду, поэтому существует только дисперсия материала и дисперсия волновода, а не модовая дисперсия. Многомодовое волокно имеет межмодовую дисперсию. Дисперсия оптического волокна не только влияет на пропускную способность оптического волокна, но также ограничивает расстояние ретрансляции оптоволоконной системы связи.
Одномодовое волокно
Одномодовое волокно (Single Mode Fiber), свет проникает в волокно под определенным углом падения, и полное излучение происходит между волокном и оболочкой. Когда диаметр уменьшается, свет может проходить только в одном направлении, то есть через одномодовое волокно; Центральная стеклянная сердцевина модового волокна очень тонкая, диаметр сердцевины обычно составляет 8,5 или 9,5 мкм и работает на длинах волн 1310 и 1550 нм.
Многомодовое волокно
Многомодовое волокно (Многомодовое волокно) — это волокно, которое обеспечивает передачу в нескольких управляемых режимах. Диаметр сердцевины многомодового волокна обычно составляет 50/62,5 мкм. Поскольку диаметр сердцевины многомодового волокна относительно велик, оно позволяет передавать разные моды света по одному волокну. Стандартные длины волн многомодовых сигналов составляют 850 нм и 1300 нм соответственно. Существует также новый стандарт многомодового волокна под названием WBMMF (широкополосное многомодовое волокно), в котором используются длины волн от 850 до 953 нм.
Как одномодовое, так и многомодовое волокно имеют диаметр оболочки 125 мкм.
Одномодовое волокно или многомодовое волокно?
Расстояние передачи
Меньший диаметр одномодового волокна делает отражение более плотным, позволяя распространяться только одной моде света, поэтому оптический сигнал может распространяться дальше. Когда свет проходит через ядро, количество отражений света уменьшается, уменьшая затухание и вызывая дальнейшее распространение сигнала. Поскольку одномодовое волокно не имеет межмодовой дисперсии или имеет небольшую межмодовую дисперсию, оно может передавать сигнал на расстояние 40 и более километров, не влияя на него. Поэтому одномодовое волокно обычно используется для передачи данных на большие расстояния и широко используется в телекоммуникационных компаниях, провайдерах кабельного телевидения, университетах и т. д.
Многомодовое волокно имеет сердцевину большего диаметра и может передавать свет в нескольких модах. При многомодовой передаче из-за большего размера ядра межмодовая дисперсия больше, то есть оптический сигнал «расплывается» быстрее. Качество сигнала снижается при передаче на большие расстояния, поэтому многомодовое волокно обычно используется для передачи аудио/видео на короткие расстояния и в локальных сетях (LAN), а многомодовое волокно OM3/OM4/OM5 может поддерживать высокие -скорость передачи данных.
Пропускная способность, емкость
Пропускная способность определяется как способность передавать информацию. Основным фактором, влияющим на ширину полосы пропускания оптоволокна, являются различные дисперсии, из которых наиболее важной является модовая дисперсия. Дисперсия одномодового волокна невелика, поэтому оно может передавать свет в широком диапазоне частот на большие расстояния. Поскольку многомодовое волокно будет создавать помехи, интерференцию и другие сложные проблемы, оно не так хорошо, как одномодовое волокно, по полосе пропускания и емкости. Полоса пропускания многомодового волокна последнего поколения OM5 установлена на уровне 28000 МГц/км, тогда как полоса пропускания одномодового волокна намного больше.