Многомодовое оптическое волокно (версия Миг)

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Волновод (оптика)
Многомодовые волокна

Многомодовое оптическое волокно — тип оптического волокна с большим диаметром сердцевины, проводящей лучи света благодаря эффекту полного внутреннего отражения (в стандартном многомодовом волокне со ступенчатым профилем).

Введение[править]

Оборудование, используемое для сетей построенных на базе многомодового оптического волокна (МОВ) намного дешевле, чем аналогичное оборудование для одномодового оптического волокна.[1] Типичные характеристики (скорости/расстояния) передачи - 100 Mbit/s для расстояний до 2 км (100BASE-FX), 1 Gbit/s для расстояний до 220/550 м. (1000BASE-SX), и 10 Gbit/s для расстояний до 300 м. (10GBASE-эсер).

Благодаря высокой производительности и надежности, многомодовые оптические волокна (МОВ) используются для создания основых сетевых магистралей в зданиях. Удобная стандартная архитектура, типа "Многолучевая звезда" и "Магистраль", даёт возможность, благодаря оптическим сегментам, увеличиить протяжённость сетей передачи данных на достаточные расстояния, доведя соединение центрального телекоммуникационного оборудования непосредственно до каждого конечного пользователя, без использования промежуточных коммуникационных узлов.

Типы[править]

МОВ-G 62,5/125мкм

МОВ состоят из сердцевины и оболочки. Снаружи волокна имеют до нескольких защитных буферных покрытий (оболочек).

Структура стандартного многомодового оптического волокна G 50/125 (G 62,5/125) мкм в соответствии со Стандарт EN 188200; Стандарт VDE 0888, часть 105; Рекомендация МСЭ-Т (ITU-T) G.651; Стандарт МЭК “IEC 60793-2”:

  1. диаметр светопроводящего ядра (сердцевины) 50 (62,5) ± 3 мкм;
  2. допуск на некруглость 3 мкм;
  3. внешний диаметр оптического волокна 125 ± 2 мкм;
  4. допуск на некруглость 2,5 мкм;
  5. допуск на эксцентриситет между сердцевиной и внешним диаметром волокна 3 мкм;
  6. внешний диаметр первичной защитной оболочки 250 ± 10 мкм;
  7. внешний диаметр вторичной защитной оболочки 900 ± 10 мкм

Многомодовые волокна описаны, с использованием системы классификации, определенной Международной Организацией по Стандартизации 11801 и определены стандартами:

  • OM1,
  • OM2,
  • OM3,
  • OM4.

Эти стандарты основаны на ширине полосы пропускания многомодового оптического волокна (МОВ). Стандарт OM4 (определенный в TIA-492-AAAD) для работы на скоростях до 100 Gbit/s был завершен в августе 2009, [2] и ждёт заключительной публикации в TIA.

Типичные многомодовые оптические волокна (МОВ) нормализованы с характеристиками передачи информации в диапазоне: от 10 Mbit/s до 1 Gbit/s.

Для отличия многомодовых волокон от одномодовых принято использовать различные цвета окраски внешней оболочки кабеля для изготовления патчкордов. Но это не является обязательным условием окраски оболочки кабеля для изготовителей, поэтому не стоит полагаться только на цвет оболочки кабеля, при его идентификации.

TIA-598C — рекомендует, для гражданских целей следующие цвета для окраса оболочек волокна:

  • Цвет желтый — для 9,5/125 мкм — для волокна одномодового,
  • Цвет оранжевый — для 50/125 мкм — для многомодовых волокон,
  • Цвет серый — для 62.5/125 мкм — для многомодовых волокон,
  • Цвет бирюзовый — рекомендуется для 50/125 мкм «лазер оптимизированных» многомодовых волокон по стандартам (OM3) и (ОМ4).

Материалы[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Кварцевое стекло
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Органическое стекло
Рис.2. Прохождение лазерного луча в оптическом (акриловый прут из полиметилметакрилата (ПMMA)) световоде квадратного сечения при эффекте полного внутреннего отражения.

(ПMMA)) волноводе квадратного сечения при эффекте полного внутреннего отражения.]]Стеклянные оптические волокна делаются из чистейшего кварцевого стекла, но для дальнего инфракрасного диапазона могут использоваться другие материалы, такие как фторцирконат, фторалюминат и халькогенидные стекла. Как и другие стекла, эти имеют показатель преломления около 1,5.

В настоящее время развивается применение пластиковых оптических волокон. Сердечник в таком волокне изготовляют из полиметилметакрилата (ПMMA), а оболочку из фторированных ПMMA (фторполимеров).

Принципы работы многомодового оптического волокна[править]

Рис.1, Типы оптического волокна.
Распространение света через многомодовое оптическое волокно

Многомодовое волокно — волокно как диэлектрический волновод с большим диаметром сердцевины по которой проходит свет. Такое название объясняется спецификой прохождения электромагнитной волны по сердечнику волокна (см. ниже). В стандартном многомодовом волокне со ступенчатым профилем преломления, лучи света распространяются по сердцевине волокна благодаря эффекту полного внутреннего отражения. При этом, лучи света встречающие границу (торец оптического волокна) под острым углом (измеренным относительно осевой линии), входя во внутрь волокна, полностью отражаются, двигаясь в сердцевине волокна. Критический угол (максимальный угол для полного внутреннего отражения) определяется средой преломления между материалами оболочки и сердцевины волокна. Лучи, которые сталкиваются с границей под углом большим, чем критический, преломляются, проходя из сердцевины в оболочку, и не передают свет, т. е. информацию вдоль волокна. Критический угол равен максимальному углу входящего в волокно излучения и зависит от величины диаметра сердцевины волокна. Высокая числовая апертура (диаметр сердцевины) вынуждают свет проходящий под различными углами, подвергаться эффекту дисперсии, при этом происходит существенное наложение лучей света в сердцевине. Большой диаметр сердцевины увеличивает дисперсию, поскольку лучи под различными углами имеют различные длины траекторий и поэтому затрачивают различное время на прохождение всей длины волокна.

Виды многомодовых волокон[править]

Многомодовые волокна со ступенчатым профилем[править]

Первые волокна для передачи данных были многомодовыми со ступенчатым профилем показателя преломления. Для распространения света благодаря полному внутреннему отражению, необходимо иметь показатель преломления стекла сердцевины n1, немного большим, чем показатель преломления стекла оболочки n2. На границе раздела двух стеклянных сред должно выполняться условие: n1 > n2. Если показатель преломления сердцевины оптического волокна n1 одинаков по всему поперечному сечению, то тогда говорят, что волокно имеет ступенчатый профиль. Такой волоконный световод является многомодовым. Импульс света, распространяющийся в нем, состоит из многих составляющих, направляемых в отдельных модах световода. Каждая из этих мод возбуждается на входе волокна под своим определённым углом ввода в световод и направляется по нему вдоль сердцевины, проходя с различным траекториями движения луча. Каждая мода проходит разное расстояние оптического пути и поэтому проходит всю длину световода за разное время. При этом, если мы подадим на вход световода короткий (прямоугольный) импульс света, то на выходе многомодового световода получим «размытый» по времени импульс. Эти искажения, обусловленные дисперсией времени задержки отдельных мод, называются модовой дисперсией.

Многомодовые волокна с градиентным профилем[править]

В многомодовом оптическом волокне со ступенчатом профилем, моды распространяются по оптическим путям разной длинны и поэтому приходят к концу световода в разное время. Эта дисперсия может быть значительно уменьшена, если показатель преломления стекла сердцевины уменьшается параболически от максимальной величины n1 у оси световода, до величины показателя преломления n2 на поверхности границы раздела с оболочкой. Оптический волновод с таким профилем, (когда показатель преломления плавно изменяется) называется градиентным волоконным световодом. Лучи света проходят по такому волокну по волно- или винтообразным спиралям. Чем дальше отклоняется луч света от оси световода, тем сильнее он заворачивается обратно к оси. При этом, так как показатель преломления от оси к краю сердцевины уменьшается, то увеличивается скорость распространения света в среде. Благодаря этому более «длинные» оптические пути компенсируются меньшим временем прохождения. В результате различие временных задержек различных лучей почти полностью исчезает.[3]

Применение многомодовых оптических волокон[править]

В настоящее время сфера применения многомодовых оптических волокон, главным образом используемых для сетей телекоммуникаций, ограничена приложениями для коротких расстояний, например в пределах одного здания или реже в группе зданий, например сеть уровня кампуса.

См. также[править]

Примечания[править]

  1. Telecommunications Industry Association. "Multimode Fiber for Enterprise Networks". http://www.fols.org/technology/. Retrieved Jun. 4, 2008.
  2. "Meeting Report #14" (PDF). Telecommunications Industry Association. http://www.tiaonline.org/standards/committees/files/tr-42/tr4212-aug09-280809115115.pdf.
  3. Fiber Optic Cables by G. Mahlke., P. Gossing, 1993 by Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich.

Литература[править]

  • Fiber Optic Cables by G. Mahlke., P. Gossing, 1993 by Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich.
  • Гюнтер Мальке, Петер Гёссинг «Волоконно-оптические кабели», 2001 Новосибирск, Издательский дом «Вояж».