sợi đơn chế độ
Sợi quangchỉ có thể truyền một chế độ được gọi là sợi-chế độ đơn. Các sợi quang-chế độ đơn chỉ có thể truyền chế độ cơ bản (chế độ bậc thấp nhất) và không có sự khác biệt về độ trễ giữa các chế độ. Do đó, chúng có băng thông lớn hơn nhiều so với cáp quang đa mode, điều này rất quan trọng để truyền dữ liệu tốc độ cao. Băng thông của sợi quang đơn mode thường ở phạm vi hàng chục GHz·km trở lên.
Cấu trúc của sợi chế độ đơn{0}}chỉ mục{1}}bước được hiển thị trong Hình 2-13. Sợi quang đơn mode có đường kính lõi nhỏ để đảm bảo truyền dẫn một chế độ, nhưng đường kính lớp bọc của nó lớn hơn đường kính lõi hơn mười lần để tránh mất quang. Chức năng của từng bộ phận của cấu trúc sợi đơn mode tương tự như chức năng của sợi đa mode. Sự khác biệt là đường kính lõi được biểu thị bằng đường kính trường chế độ phụ thuộc bước sóng *w*. Loại sợi này được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật truyền thông cáp quang hiện đại.
Hình 2-13 cho thấy cấu trúc của sợi quang đơn chế độ chỉ mục-bước.
Các thông số chiều của sợi quang đơn mode thuộc loại B1.1 và B4 được trình bày trong Bảng 2-1 và Bảng 2-2.
| Tên | tham số |
|---|---|
| đường kính trường-chế độ 1310 nm | [(8.6 ~ 9.5) ± 0.7] µm |
| Đường kính ốp | (125 ± 1) µm |
| Lỗi đồng tâm sợi 1310 nm | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,8 µm |
| Lớp phủ không-hình tròn | Nhỏ hơn hoặc bằng 2% |
| Đường kính lớp phủ (màu cơ bản) | (245 ± 10) µm |
| Đường kính lớp phủ (màu) | (250 ± 15) µm |
| Lỗi đồng tâm lớp phủ/lớp phủ | Nhỏ hơn hoặc bằng 12,5 µm |
Bảng 2-1 Thông số kích thước của sợi quang đơn mode B1.1
| Tên | tham số |
|---|---|
| đường kính trường-chế độ 1550 nm | [(8.0 ~ 11.0) ± 0.7] µm |
| Đường kính ốp | (125 ± 1) µm |
| Lỗi đồng tâm sợi 1550 nm | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,8 µm |
| Lớp phủ không-hình tròn | Nhỏ hơn hoặc bằng 2% |
| Đường kính lớp phủ (màu cơ bản) | (245 ± 10) µm |
| Đường kính lớp phủ (màu) | (250 ± 15) µm |
| Lỗi đồng tâm lớp phủ/lớp phủ | Nhỏ hơn hoặc bằng 12,5 µm |
Bảng 2-2 thông số kích thước của sợi quang đơn mode B4
Tiêu chuẩn và ứng dụng của sợi quang-chế độ đơn
Sợi quang đơn mode, với ưu điểm là độ suy giảm thấp, băng thông rộng, dung lượng lớn, chi phí thấp và dễ mở rộng, là phương tiện truyền thông quang học lý tưởng và đã được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Hiện nay, với sự phát triển của xã hội thông tin, các nhà nghiên cứu đã phát triển các bộ khuếch đại sợi quang, công nghệ ghép kênh phân chia theo thời gian (TDM), ghép kênh phân chia theo bước sóng (WDM) và ghép kênh phân chia theo tần số (FDM), cải thiện hơn nữa khoảng cách truyền, khả năng liên lạc và tốc độ truyền của sợi quang đơn mode.
Điều đáng lưu ý là mặc dù bộ khuếch đại sợi quang mở rộng khoảng cách truyền và công nghệ ghép kênh mang lại khả năng truyền tín hiệu-tốc độ cao, công suất{1} cao, nhưng chúng cũng làm tăng tác động của hiệu ứng phân tán và phi tuyến đến chất lượng truyền dẫn của hệ thống. Do đó, một số loại sợi quang đã được nghiên cứu và phát triển cụ thể: sợi quang dịch chuyển-phân tán, sợi quang dịch chuyển không-tán sắc bằng 0-, sợi phân tán-sợi dẹt và sợi bù tán sắc-, mỗi loại đều có ưu điểm riêng trong việc giải quyết các hiệu ứng tán sắc và phi tuyến.
Sợi quang chế độ đơn có thể được phân loại thành năm loại dựa trên việc chúng có biểu hiện bước sóng phân tán bằng 0 và sự dịch chuyển bước sóng cắt hay không. Ban Tiêu chuẩn Viễn thông của Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU-T) đã đưa ra khuyến nghị cho bốn loại này vào tháng 10 năm 2000: sợi G.652, G.653, G.654 và G.655. Sự tương ứng giữa các quy ước đặt tên của IEC (Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế) và ITU{10}}T cho sợi quang đơn{11}}chế độ được thể hiện trong Hình 2-14.
| Tên Trung Quốc | ITU-T | IEC |
|---|---|---|
| Sợi quang đơn chế độ | ||
| Sợi quang chế độ đơn-không phân tán đã dịch chuyển | G.652 A/B/C | B1.1 và B1.3 |
| Sự phân tán đã chuyển đổi sợi quang-chế độ đơn | G.653 | B2 |
| Cắt sợi quang chế độ đơn -đã dịch chuyển bước sóng | G.654 | B1.2 |
| Sợi quang chế độ đơn-không phân tán bằng 0 đã dịch chuyển | G.655 A/B | B4 |
| Sợi quang chế độ đơn-băng rộng không phân tán bằng 0 | - | - |
| Uốn sợi quang đơn mode-không nhạy cảm | - | - |
Hình 2-14 cho thấy sự tương ứng giữa các sợi quang-chế độ đơn khác nhau được đặt tên theo IEC và ITU-T.
G.652 – Sợi quang chế độ đơn-chuyển dịch đơn-không phân tán
Văn bản tiêu chuẩn còn chia sợi G.652 thành G.652A, G.652B và G.652C dựa trên độ suy giảm, độ phân tán, độ phân tán chế độ phân cực, phạm vi bước sóng hoạt động và ứng dụng trong các hệ thống SDH ở các tốc độ truyền khác nhau. Về bản chất, sợi G.652 có thể được chia thành hai loại: sợi chế độ đơn-thông thường (G.652A và G.652B) và sợi chế độ đơn-nước{10}}đỉnh{11}}thấp (G.652C).
(1) Sợi quang đơn mode{1}}thông thường: Sợi quang đơn mode{2}}thông thường bắt đầu được sử dụng thương mại vào năm 1983. Đặc tính hiệu suất của nó là: độ phân tán bằng 0 ở bước sóng 1310 nm; hệ số suy giảm tối thiểu gần bước sóng 1550 nm, xấp xỉ 0,22 dB/km, nhưng hệ số tán sắc tối đa 17 ps/(nm·km) gần 1550 nm; bước sóng làm việc của sợi này có thể được chọn ở cả vùng bước sóng 1310 nm và 1550 nm, với bước sóng làm việc tối ưu ở vùng 1310 nm. Sợi này thường được gọi là sợi quang đơn chế độ "thông thường" hoặc "tiêu chuẩn" và hiện là sợi được sử dụng rộng rãi nhất. Đến nay, phạm vi triển khai tích lũy của nó trên toàn thế giới đã đạt 7 x 10⁻⁶ km.
(2) Sợi quang chế độ đơn-nước{2}}đỉnh-thấp: Để giải quyết những thách thức mà các mạng khu vực đô thị (MAN) phải đối mặt, chẳng hạn như môi trường dịch vụ phức tạp và đa dạng, một số lượng lớn người dùng được hỗ trợ trực tiếp và khoảng cách truyền dẫn ngắn (thường chỉ 50-80 km), giải pháp được áp dụng là sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia bước sóng mật độ cao- (HDWDM) với hàng chục đến hàng trăm bước sóng ghép kênh. Điều này liên quan đến việc phân bổ các dịch vụ có tốc độ và đặc tính khác nhau cho các bước sóng khác nhau và thực hiện định tuyến và phân kênh trên đường dẫn quang. Do đó, cần phát triển sợi quang chế độ đơn-nước{10}}đỉnh đơn{11}}thấp (ITU-T G.652C) với dải bước sóng hoạt động rộng hơn để đáp ứng nhu cầu phát triển HDWDM MAN.
G.653 Phân tán-Sợi đơn chế độ chuyển đổi-
Sợi phân tán-sợi đơn chế độ-chuyển đổi (ITU-T G.653) đã được thương mại hóa vào năm 1985. Sợi phân tán-chuyển đổi đơn-chế độ đạt được điều này bằng cách thay đổi các thông số cấu trúc của sợi và phân bố chỉ số khúc xạ để tăng độ phân tán ống dẫn sóng, nhờ đó chuyển điểm phân tán 0-tối thiểu từ 1310 nm sang 1550 nm. Điều này dẫn đến bước sóng suy giảm thấp nhất ở 1550 nm phù hợp với bước sóng phân tán bằng 0 và hoạt động trong phạm vi bước sóng hoạt động 1530–1565 nm của bộ khuếch đại sợi có chấn lưu. Loại cáp quang này phù hợp lý tưởng cho các hệ thống khuếch đại quang-đường dài,{17}}kênh đơn, tốc độ cao; ví dụ: hệ thống 20 Gbit/s có thể được triển khai trực tiếp trên sợi quang này mà không cần bất kỳ biện pháp bù tán sắc nào.
Ứng dụng hứa hẹn nhất cho sợi quang chế độ đơn{0}}chuyển đổi{1}}phân tán là trong các hệ thống thông tin cáp quang dưới biển để truyền tín hiệu kênh đơn-khoảng cách dài. Ngoài ra, một số sợi quang chế độ đơn-chuyển đổi{6}}phân tán nhất định cũng đã được triển khai trong các mạng truyền thông có dây khoảng cách dài-trên mặt đất.
Chế độ G. 654-Ngắt chuyển đổi bước sóng đơn{1}}Sợi chế độ
Bước sóng cắt 1550nm-sợi quang chế độ đơn{2}}đã dịch chuyển (ITU-T G.654) là sợi quang dịch chuyển-phân tán-không phân tán có bước sóng phân tán bằng 0-khoảng 1310nm. Bước sóng cắt được dịch chuyển sang dải bước sóng dài hơn, dẫn đến sự suy giảm tối thiểu ở vùng bước sóng 1550nm. Phạm vi bước sóng hoạt động tối ưu của nó là 1500–1600nm.
Phương pháp để thu được sợi suy giảm-thấp bao gồm việc sử dụng lõi thủy tinh silic nguyên chất và lớp bọc lõm pha tạp flo-; bước sóng cắt dài làm giảm độ nhạy của sợi đối với tổn hao do uốn cong-gây ra.
Bởi vì loại sợi này đặc biệt khó sản xuất và rất đắt tiền nên hiếm khi được sử dụng. Nó chủ yếu được sử dụng trong các hệ thống thông tin cáp quang tàu ngầm không lặp lại với khoảng cách truyền dài, nơi không thể lắp các thiết bị hoạt động.
G.655-Không-phân tán bằng 0-sợi quang đơn mode dịch chuyển
Sợi quang chế độ đơn-không phân tán bằng 0 (ITU-T G.655) là một loại sợi quang mới được thiết kế và sản xuất vào năm 1994 bởi Lucent Technologies và Corning Incorporated dành riêng cho các hệ thống truyền dẫn ghép kênh phân chia bước sóng thế hệ tiếp theo có bộ khuếch đại sợi quang. Sợi này dựa trên sợi quang chế độ đơn-dịch chuyển-phân tán và bằng cách thay đổi cấu trúc cấu hình khúc xạ, sự phân tán ở bước sóng 1550 nm được làm cho khác{11}}không; do đó có tên là sợi quang chế độ đơn{12}}không phân tán bằng 0{13}}chuyển đổi{14}}.
Sợi quang chế độ đơn{1}}phân tán-phẳng
Năm 1988, sợi quang chế độ đơn phẳng-phân tán đã được thương mại hóa. Sợi này có độ phân tán thấp trong phạm vi bước sóng 1310–1550 nm và có hai bước sóng phân tán bằng 0{6}}, cụ thể là 1310 nm và 1550 nm. Bạn có thể sử dụng sợi này với các tia laser có bước sóng trung tâm rộng hơn và các tia laser tiêu chuẩn hoạt động ở bước sóng 1310 nm và 1550 nm để truyền tốc độ cao bằng đèn LED. Tuy nhiên, sợi quang chế độ đơn phẳng phân tán{15}}có cấu hình chiết suất phức tạp, gây khó khăn cho việc sản xuất và độ suy giảm cao làm hạn chế ứng dụng thực tế của nó. Hiệu suất và các ứng dụng của sợi quang chế độ đơn phẳng{17}}phân tán được trình bày trong Bảng 2-8.
| Hiệu suất | Đường kính trường chế độ (μm) | Đường kính ốp (nm) | Bước sóng phân tán bằng không (nm) | Bước sóng hoạt động (nm) | Tổn thất Macrobend tối đa (dB·km⁻¹) | Phân tán chế độ phân cực tối đa (ps·√km)⁻¹ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Yêu cầu | 8 (1310nm) 11 (1550nm) | Nhỏ hơn hoặc bằng 125 | 1310 và 1550 | 1310 đến 1550 | Nhỏ hơn hoặc bằng 0,25 (1310 nm) Nhỏ hơn hoặc bằng 0,30 (1550 nm) | 0 (1310nm) 0 (1550nm) |
Kịch bản ứng dụng: Loại sợi này đặc biệt phù hợp với môi trường có độ phân tán uốn bên trong thấp trong phạm vi bước sóng hoạt động 1310–1550 nm.
Sợi quang đơn chế độ-bù phân tán
Với việc ứng dụng các bộ khuếch đại sợi quang, sự suy giảm không còn là hạn chế đáng kể về khoảng cách của hệ thống thông tin sợi quang. Tuy nhiên, sự phân tán cản trở nghiêm trọng việc nâng cấp và mở rộng các bước sóng hoạt động của sợi quang đơn mode{1}}thông thường từ 1310nm đến 1550nm. Để giải quyết vấn đề thực tế này, sợi quang chế độ đơn-bù phân tán đã được phát triển.
Sợi quang chế độ đơn -bù phân tán là một loại sợi-chế độ đơn có độ phân tán âm đáng kể ở bước sóng 1550nm. Các kết quả thử nghiệm hiện tại cho thấy hệ số phân tán của sợi quang chế độ đơn -được bù tán sắc nằm trong khoảng từ 50 đến -548 ps/(nm·km) và độ suy giảm thường là 0,5 đến 1,0 dB/km.
Khi bước sóng hoạt động của hệ thống sợi quang đơn mode thông thường được nâng cấp từ 1310nm lên 1550nm, tổng độ phân tán của nó là dương. Bằng cách thêm một phần sợi phân tán âm vào hệ thống, có thể hủy bỏ sự phân tán dương ở 1550nm trong hàng chục km của sợi quang đơn chế độ thông thường, do đó nâng cấp bước sóng hoạt động của sợi quang đơn chế độ thông thường đã cài đặt từ 1310nm lên 1550nm, nhờ đó đạt được tốc độ truyền cao, khoảng cách{10}dài và công suất cao. Sự suy giảm do việc bổ sung sợi quang chế độ đơn -bù phân tán có thể được bù hoàn toàn bằng bộ khuếch đại sợi.
Sợi đa mode
Đúng như tên gọi, sợi đa mode là một sợi quang cho phép truyền nhiều chế độ bên trong nó, hay nói cách khác, nhiều chế độ truyền riêng biệt được phép tồn tại trong sợi đa mode.
Tiêu chuẩn và ứng dụng của sợi quang đa mode
Sợi quang đa mode chế độ được phân cấp-
Sợi G.651 là sợi đa mode chỉ mục-được phân loại chủ yếu được sử dụng để truyền tín hiệu tương tự hoặc kỹ thuật số ở vùng bước sóng 850nm và 1310nm. Đường kính lõi của nó là 50µm và đường kính lớp bọc của nó là 125µm. Ở vùng bước sóng 850nm, hệ số suy giảm nhỏ hơn 4dB/km và hệ số phân tán nhỏ hơn 120ps/(nm·km); ở vùng bước sóng 1310nm, hệ số suy giảm nhỏ hơn 2dB/km và hệ số phân tán nhỏ hơn 6ps/(nm·km).
Sợi đa mode chế độ chuyển màu-
Cấu trúc của sợi đa mode chỉ mục-được phân loại được hiển thị trong Hình 2-18. Loại chất xơ này bao gồm các loại Ala, Alb, Alc và Ald. Chúng có thể được chế tạo bằng thủy tinh đa thành phần hoặc thủy tinh silic pha tạp. Để giảm sự suy giảm sợi, vật liệu được sử dụng để chế tạo sợi đa mode chỉ mục-được phân loại có độ tinh khiết cao hơn nhiều so với vật liệu được sử dụng trong hầu hết các sợi đa mode chỉ số bước-. Chính vì sự phân bố chỉ số khúc xạ được phân loại và độ suy giảm thấp hơn mà sợi đa mode chỉ số được phân loại tốt hơn sợi đa mode chỉ số bước.
Bước-lập chỉ mục sợi đa mode
Cấu trúc của sợi đa mode chỉ mục bước-được hiển thị trong Hình 2-19. Loại sợi này có ba loại (A2, A3 và A4) và chín loại. Kính đa thành phần, kính pha tạp hoặc nhựa có thể được sử dụng để chế tạo lõi và lớp bọc. Do kích thước lõi lớn và khẩu độ số lớn, các sợi đa mode này có thể được ghép nối hiệu quả hơn với các nguồn sáng không mạch lạc, chẳng hạn như điốt phát quang (LED). Bạn có thể thực hiện kết nối liên kết bằng cách sử dụng các đầu nối đúc khuôn rẻ tiền, nhờ đó giảm chi phí xây dựng mạng tổng thể. Do đó, sợi quang đa mode chỉ mục bước, đặc biệt là sợi nhựa A4, đóng vai trò quan trọng trong giao tiếp khoảng cách ngắn.
