Włókno jednomodowe
Światłowód jednomodowy z ang. Single Mode Fiber, w skrócie SM Fiber – jest włóknem optycznym zaprojektowanym do przenoszenia tylko pojedynczego modu świetlnego o różnych częstotliwościach, biegnącego niemalże równolegle do osi światłowodu. Charakteryzuje się skokową zmianą współczynnika załamania światła.
Dzięki temu rozwiązaniu wyeliminowane zostało zjawisko dyspersji modowej, przez co światłowody jednomodowe w odróżnieniu od wielomodowych dysponują większą szerokością pasma przenoszenia i umożliwiają przesyłanie danych na duże odległości.
Jednak podczas transmisji o dużej przepływności na dalekie odległości pojawia się inne negatywne zjawisko zwane dyspersją chromatyczną, na które składają się dwa składowe zjawiska dyspersji falowodowej i materiałowej.
Dyspersja falowodowa związana jest z nieuniknionym zjawiskiem przechodzenia światła przez płaszcz. Ten rozkład mocy pomiędzy rdzeniem a płaszczem jest różny i zależny od długości fali.
Dyspersja materiałowa pojawia się, ponieważ każda wiązka światła nie jest monochromatyczna, tzn. składa się z fal składowych o różnych częstotliwościach, rozchodzących się z różnymi prędkościami o różnych współczynnikach załamania światła. Docierający do celu mod jest rozmyty w czasie.
Zjawisko dyspersji chromatycznej nie jest jednak tak znacząco ograniczające dla transmisji jak dyspersja modowa w światłowodach wielomodowych.
Używane w telekomunikacji standardowe światłowody jednomodowe mają średnicę rdzenia od 8 do 10 µm i płaszcz o średnicy 125µm. Oprócz standardowych włókien jednomodowych typu G.652 produkowane są również zmodyfikowane chemicznie lub fizycznie włókna o specjalnych właściwościach zmniejszających skutki zjawiska dyspersji chromatycznej. Są to np. włókna z przesuniętą dyspersją i niezerową dyspersją.
Dyspersja falowodowa związana jest z nieuniknionym zjawiskiem przechodzenia światła przez płaszcz. Ten rozkład mocy pomiędzy rdzeniem a płaszczem jest różny i zależny od długości fali.
Dyspersja materiałowa pojawia się, ponieważ każda wiązka światła nie jest monochromatyczna, tzn. składa się z fal składowych o różnych częstotliwościach, rozchodzących się z różnymi prędkościami o różnych współczynnikach załamania światła. Docierający do celu mod jest rozmyty w czasie.
Zjawisko dyspersji chromatycznej nie jest jednak tak znacząco ograniczające dla transmisji jak dyspersja modowa w światłowodach wielomodowych.
Używane w telekomunikacji standardowe światłowody jednomodowe mają średnicę rdzenia od 8 do 10 µm i płaszcz o średnicy 125µm. Oprócz standardowych włókien jednomodowych typu G.652 produkowane są również zmodyfikowane chemicznie lub fizycznie włókna o specjalnych właściwościach zmniejszających skutki zjawiska dyspersji chromatycznej. Są to np. włókna z przesuniętą dyspersją i niezerową dyspersją.
Rodzaje światłowodowych włókien jednomodowych:
-włókno o nieprzesuniętej dyspersji G.652 A,B,C,D
jest to standardowe najbardziej popularne włókno jednomodowe, zoptymalizowane do pracy na fali o długości 1310nm, gdzie charakteryzuje się zerową dyspersją. Praca w paśmie 1550nm jest możliwa, ale wiąże się z wysoką dyspersją na poziomie 17 ps/nm-km.
Nowsze wersje oznaczone jako C i D ograniczyły negatywne zjawisko tzw. Piku wodnego, czyli zwiększonego tłumienia w paśmie od 1360nm do 1460nm.
-włókno z przesuniętą dyspersją DS SMF dispersion shifted G.653
zostało zaprojektowane do dalekich transmisji w trzecim oknie optycznym 1500-1600nm, gdzie standardowe włókno G.652D generowało dużą dyspersję. Włókno G.653 charakteryzuje się zerową dyspersją na długości fali ok. 1550nm, umożliwia zastosowanie wzmacniaczy EDFA oraz minimalizuje szkodliwe zjawisko mieszania czterofalowego (FWM).
-włókno z przesuniętym odcięciem cut-off G.654
włókno to zostało zoptymalizowane do pracy w paśmie od 1500 nm do 1600 nm. Rdzeń wykonany z czystego krzemu powoduje niskie tłumienie w paśmie 1550 nm przy dość wysokiej dyspersji chromatycznej. Włókna G.654 charakteryzują się większym przekrojem rdzenia i możliwością obsłużenia wyższych poziomów mocy. Zaprojektowane zostały to do systemów transmisji dalekiego zasięgu np. w kablach podmorskich.
-włókno z przesuniętą niezerową dyspersją – NZDS SMF non zero dispersion shifted G.655
zostało zaprojektowane w celu zminimalizowania niekorzystnych zjawisk nieliniowych takich jak FWM, SPM, XPM występujących w poprzednich generacjach włókien używanych w systemach dalekich transmisji o dużej mocy, np. w technologii WDM, gdzie blisko siebie położone kanały transmisyjne sięgają 10Gb/s i więcej. Udało się to osiągnąć przez przesunięcie zerowej dyspersji poza pasmo 1550nm, co poskutkowało małą i ograniczoną dyspersją chromatyczną w paśmie 1550nm.
Są dwa rodzaje włókna z przesuniętą niezerową dyspersją, NZD+ i NZD- w zależności czy wartość zerowej dyspersji przypada przed czy po paśmie 1550nm.
-włókno z przesuniętą niezerową dyspersją – NZDS SMF non zero dispersion shifted G.656
nowa generacja włókien NZDS poszerza zakres pasma wykorzystywanego do gigabitowych transmisji informacji w technologiach zwielokrotnienia falowego WDM. Nowy standard definiuje wartość dyspersji w szerszym zakresie niż 1530-1565nm, jak to miało miejsce w G.655. Rozszerzony zakres to 1460-1625nm, w którym wartość dyspersji powinna mieścić się w przedziale 2-14 ps/nm*km. Rozszerzony zakres obejmuje trzy sąsiadujące ze sobą pasma optyczne włókna światłowodowego: pasmo S (Short Band), pasmo C (Conventional) oraz L (Long). Włókna klasy G.656 umożliwiają operatorom stosowanie systemów optycznych CWDM I DWDM bez konieczności używania układów do kompensacji dyspersji.
-włókna o małym promieniu gięcia – Low bend fiber G.657 A1,A2,B2,B3
kolejna generacja włókna jednomodowego została stworzona do budowy światłowodowych sieci abonenckich, które to wymagają małych promieni gięcia kabla.
Norma ITU G.657 definiuje dwie kategorie włókien typu G.657:
Kategoria A, podkategorie A1 i A2 dedykowane są do transmisji w paśmie 1260-1625nm i kompatybilne są z standardowym włóknem jednomodowym typu G.652.D. Minimalna średnica gięcia dla A1 to 10mm, dla A2 to 7,5mm.
Kategoria B, podkategorie B2 i B3 dedykowane są do krótkich transmisji (do 1km) w paśmie 1260-1625nm i ze względu na znacznie mniejszą średnicę pola modu (6,3-9,5um) nie są kompatybilne z G.652.D. Minimalna średnica gięcia dla B2 to 7,5mm, dla B3 to 5mm.
Źródło: ITU-T International Telecommunication Union
-włókno o nieprzesuniętej dyspersji G.652 A,B,C,D
jest to standardowe najbardziej popularne włókno jednomodowe, zoptymalizowane do pracy na fali o długości 1310nm, gdzie charakteryzuje się zerową dyspersją. Praca w paśmie 1550nm jest możliwa, ale wiąże się z wysoką dyspersją na poziomie 17 ps/nm-km.
Nowsze wersje oznaczone jako C i D ograniczyły negatywne zjawisko tzw. Piku wodnego, czyli zwiększonego tłumienia w paśmie od 1360nm do 1460nm.
-włókno z przesuniętą dyspersją DS SMF dispersion shifted G.653
zostało zaprojektowane do dalekich transmisji w trzecim oknie optycznym 1500-1600nm, gdzie standardowe włókno G.652D generowało dużą dyspersję. Włókno G.653 charakteryzuje się zerową dyspersją na długości fali ok. 1550nm, umożliwia zastosowanie wzmacniaczy EDFA oraz minimalizuje szkodliwe zjawisko mieszania czterofalowego (FWM).
-włókno z przesuniętym odcięciem cut-off G.654
włókno to zostało zoptymalizowane do pracy w paśmie od 1500 nm do 1600 nm. Rdzeń wykonany z czystego krzemu powoduje niskie tłumienie w paśmie 1550 nm przy dość wysokiej dyspersji chromatycznej. Włókna G.654 charakteryzują się większym przekrojem rdzenia i możliwością obsłużenia wyższych poziomów mocy. Zaprojektowane zostały to do systemów transmisji dalekiego zasięgu np. w kablach podmorskich.
-włókno z przesuniętą niezerową dyspersją – NZDS SMF non zero dispersion shifted G.655
zostało zaprojektowane w celu zminimalizowania niekorzystnych zjawisk nieliniowych takich jak FWM, SPM, XPM występujących w poprzednich generacjach włókien używanych w systemach dalekich transmisji o dużej mocy, np. w technologii WDM, gdzie blisko siebie położone kanały transmisyjne sięgają 10Gb/s i więcej. Udało się to osiągnąć przez przesunięcie zerowej dyspersji poza pasmo 1550nm, co poskutkowało małą i ograniczoną dyspersją chromatyczną w paśmie 1550nm.
Są dwa rodzaje włókna z przesuniętą niezerową dyspersją, NZD+ i NZD- w zależności czy wartość zerowej dyspersji przypada przed czy po paśmie 1550nm.
-włókno z przesuniętą niezerową dyspersją – NZDS SMF non zero dispersion shifted G.656
nowa generacja włókien NZDS poszerza zakres pasma wykorzystywanego do gigabitowych transmisji informacji w technologiach zwielokrotnienia falowego WDM. Nowy standard definiuje wartość dyspersji w szerszym zakresie niż 1530-1565nm, jak to miało miejsce w G.655. Rozszerzony zakres to 1460-1625nm, w którym wartość dyspersji powinna mieścić się w przedziale 2-14 ps/nm*km. Rozszerzony zakres obejmuje trzy sąsiadujące ze sobą pasma optyczne włókna światłowodowego: pasmo S (Short Band), pasmo C (Conventional) oraz L (Long). Włókna klasy G.656 umożliwiają operatorom stosowanie systemów optycznych CWDM I DWDM bez konieczności używania układów do kompensacji dyspersji.
-włókna o małym promieniu gięcia – Low bend fiber G.657 A1,A2,B2,B3
kolejna generacja włókna jednomodowego została stworzona do budowy światłowodowych sieci abonenckich, które to wymagają małych promieni gięcia kabla.
Norma ITU G.657 definiuje dwie kategorie włókien typu G.657:
Kategoria A, podkategorie A1 i A2 dedykowane są do transmisji w paśmie 1260-1625nm i kompatybilne są z standardowym włóknem jednomodowym typu G.652.D. Minimalna średnica gięcia dla A1 to 10mm, dla A2 to 7,5mm.
Kategoria B, podkategorie B2 i B3 dedykowane są do krótkich transmisji (do 1km) w paśmie 1260-1625nm i ze względu na znacznie mniejszą średnicę pola modu (6,3-9,5um) nie są kompatybilne z G.652.D. Minimalna średnica gięcia dla B2 to 7,5mm, dla B3 to 5mm.
Źródło: ITU-T International Telecommunication Union