Волоконно оптический кабель окна прозрачности
Волоконно оптический кабель окна прозрачности

Волоконно оптический кабель окна прозрачности



Волоконно-оптическая связь

Передача информации на большие расстояния с высокой скоростью стала возможной благодаря использованию волоконно-оптических линий связи (ВОЛС), в которых данные передаются в инфракрасном диапазоне. Мы используем ВОЛС для передачи больших объемов информации в светодиодных графических видео экранах.

Короткий ликбез по теории оптоволоконной связи

Современное оптоволокно, применяемое в оптоволоконных линях связи, это прозрачные стеклянные нити, свет по которым распространяется от одного конца до другого практически без потерь благодаря эффекту полного внутреннего отражения от поверхности такой нити. Затухание сигнала происходит в основном в результате рассеяния в материале волокна. Оптоволокно состоит из ядра, оптической и защитной оболочки. Ядро и оптическая оболочка обычно выполнены из стекла или из пластика, защитная оболочка — из пластика. Ядро проводит световой сигнал, а оптическая оболочка обеспечивает полное внутреннее отражение света на границе ядра и оболочки. Защитная оболочка требуется для защиты волокна от механических повреждений и воздействия окружающей среды. Диаметр ядра обычно составляет 125 мкм.

Многомодовое и одномодовое оптоволокно

Сегодня на рынке предлагается два вида оптоволокна: одномодовое (имеет одну траекторию распространения света) и многомодовое (траекторий несколько). Многомодовое волокно имеет большее затухание сигнала и используется на небольшие расстояния. Одномодовое волокно стоит дороже, но обеспечивает значительно большую дальность передачи.

Окна прозрачности оптического волокна

Окно прозрачности волокна — это область длин волн светового излучения, в котором волокно имеет наименьшее затухание сигнала.

  • Первое окно прозрачности 800-900 нм. Лазерные диоды и светодиоды на основе GaAs / AlGaAs используются для передачи, кремниевые фотодиоды — для приема. Потери в этом окне достаточно высоки и оно подходит для связи на короткие расстояния.
  • Второе окно прозрачности — 1,3 мкм. Потери гораздо ниже и это окно используется для передачи на большие расстояния.
  • Третье окно прозрачности — 1,5 мкм, которое широко используется. Потери в этой области самые низкие.

Второе и третье окна прозрачности используются чаще и классифицированы следующим образом:

Обозначение
Русское наименование
Английское наименование
Диапазон длин волн

O
основной
Original
1260–1360 nm

E
Расширенный
Extended
1360–1460 nm

S
Коротковолновый
Short wavelength
1460–1530 nm

C
Стандартный
Conventional
1530–1565 nm

L
Длинноволновый
Long wavelength
1565–1625 nm

U
Сверхдлинноволновый
Ultra-long wavelengh
1625–1675 nm

Передатчики и приемники ВОЛС

В качестве передатчиков в системах волоконно-оптической связ используются полупроводниковые твердотельные излучатели, излучающие в ближнем или среднем диапазонах ИК излучения, также используется красная область видимого света. Используются светодиоды поверхностного и торцевого излучения, обычные лазеры и лазеры поверхностного излучения с вертикальным резонатором (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser — VCSEL), лазеры с резонатором Фабри — Перо и распределенной обратной связью.

В качестве приемников сигнала используются твердотельные InGaAs, GaAs фотодиоды — высокоскоростные пин фотодиоды. Приемник кроме фотодиода содержит усилитель с АРУ.

Формат передачи информации в оптической линии связи

В технологии 100BaseFX, применяется кодирование данных по методу NRZI, при котором один бит передается за 1 такт, и каждые 4 бита полезной информации кодируются 5-битным символом, передаваемым за 5 тактов. Пятый символ добавляется для принудительной синхронизации канала, поскольку при передаче большой последовательности нулей (потенциальные коды) в линии отсутствуют перепады.

Источник

Окно прозрачности оптического волокна

Окно прозрачности оптического волокна – это длина волны, распространяясь на которой сигнал затухает меньше чем на других длинах волн. Для простоты понимания сути процесса, рекомендую обратить внимание на обычное оконное стекло: если оно чистое (прозрачное) то свет в него проходит легко.

На самом деле оптическое волокно имеет не одно, а несколько окон прозрачности, основные и самые используемые из них находятся на длинах волн 850 нм, 1300 нм, 1550 нм.

Читайте также:  Что делать если пластиковые окна пропускают холод

Окно прозрачности оптического волокна

Рисунок 1 – окна прозрачности ступенчатого оптического волокна

Реже используются волокна с четвертым (1580 нм) и пятым (1400 нм) окнами прозрачности. А для построения систем волнового уплотнения на магистральных ВОЛС все чаще используются волокна имеющие хорошую прозрачность во всём ближнем инфракрасном диапазоне.

Рисунок 2 – спектральные диапазоны оптического волокна

На сегодня утверждены следующие спектральные диапазоны в интервале 1260…1675 нм

Говоря про длины волн и окна прозрачности сам собой напрашивается вопрос: – где вообще находятся эти длины волн, как это представить визуально? Для начала обозначим, что длина волны – это величина обратная к частоте. λ = 1/F. Единица измерения длины волны – нм (нано метр), что равно 10−9 метра. Весь частотный диапазон можно разделить на: спектр низких частот (телефонные аппараты), высоких частот (радио, телевидение), микроволновый диапазон (микроволновые печи, мобильные телефоны, WiFi), оптический диапазон, спектр рентгеновского излучения.

Окно прозрачности оптического волокна - распределение частотного диапазона

Рисунок 3 – распределение частотного диапазона

Рассмотрим оптический диапазон более детально. Он разделяется на ультрафиолетовый, видимый и инфра красный. Известно, что белый солнечный свет при помощи дифракционной решетки легко разделяется на 7 цветов. Тепло же, которое мы ощущаем находясь под солнцем – это поток излучения в инфра красном диапазоне, называемый еще “тепловым”. Все рабочие длины волн, на которых осуществляется передача информации в оптическом волокне, находятся как раз в инфра красном диапазоне. Такое излучение не безопасно для человека, поэтому при работе с оборудованием ВОЛС требуется тщательное соблюдение правил техники безопасности.

Рисунок 4 – распределение длин волн оптического диапазона

Видео обзор спектров излучения “Пределы света. Что такое свет и цвет?”

Видео запись вебинара “Теоретические основы передачи информации в ВОЛС”

Источник

Волоконно оптический кабель окна прозрачности

Говоря об окнах прозрачности оптического волокна, обычно рисуют такую картинку в виде зависимости затухания от длины волны.

в книге «Справочник по
тестированию оптоволокна» на стр.
→ Передача света. Затухание
окна прозрачности названы
телекоммуникационными окнами

Здесь голубым цветом выделены те самые окна прозрачности ОВ. Все они, находятся в инфракрасном диапазоне.

Образовывалась такая характеристика оптических волокон из природной прозрачности кварца и примесей присутствующих в стекле сердцевины оптоволокна. Соответственно под эти окна проектировалась приёмо-передающая аппаратура.

В современных волокнах большой пик между вторым и третьим окном прозрачности, обусловленный присутствием гидроксильной группы в материале оптоволокна отсутствует.

Ниже приведён график зависимости затухания в оптоволокне от длины волны инфракрасного излучения. Здесь очень хорошо видно, как с годами улучшалась технология производства оптических волокон, и как из двух окон прозрачности 1310 нм и 1550 нм образовалось не окно, а целый «проём прозрачности» в диапазоне от 1300 до 1600 нм

Зависимость затухания от длины волны в оптоволокне G.652

Аббревиатура G.652, G.652D это Рекомендации ITU-T. На отдельной странице есть краткие выписки из рекомендаций (стандартов) оптоволокна ITU-T G.651-G.657

Вообще говоря, о частотных и спектральных характеристиках оптоволокна чаще выделяют не только окна прозрачности, а ещё и шесть диапазонов.

Источник

Окна прозрачности оптоволокна

Окно прозрачности — диапазон длин волн оптического излучения, в котором имеет место меньшее, по сравнению с другими диапазонами, затухание излучения в среде, в частности — в оптическом волокне. Стандартное ступенчатое оптическое волокно SMF имеет три окна прозрачности: 850 нм, 1310 нм и 1550 нм. К настоящему времени разработаны четвёртое (1580 нм) и пятое (1400 нм) окна прозрачности, а так же оптические волокна, имеющие относительно хорошую прозрачность во всём ближнем инфракрасном диапазоне.

Неоднородность затухания света в оптическом волокне в разных диапазонах длин волн обусловлено не идеальностью среды,наличием примесей, резонирующих на разных частотах.

Читайте также:  Правильная установка подокоников

Затухание в разных окнах прозрачности неодинаково: наименьшая его величина— 0,22 дБ/км наблюдается на длине волны1550 нм, поэтому третье окно прозрачности используется для организации связи на большие расстояния. Во втором окне прозрачности (1310 нм) затухание выше,однако для этой длины волны характерна нулевая дисперсия, поэтому второе окно используется на городских и зоновых сетях небольшой протяжённости. Первое окно прозрачности используется в офисных оптических сетях.

Первоначально, в 70-х годах, системы волоконно-оптической связи использовали первое окно прозрачности, поскольку выпускаемые в то время GaAs-лазеры работали на длине волны 850 нм. В настоящее время этот диапазон из-за большого затухания используется только в локальных сетях.

В 80-х годах были разработаны лазеры на тройных и четверных гетероструктурах, способные работать на длине волны 1310 нми второе окно прозрачности стало использоваться для дальней связи.Преимуществом данного диапазона явилась нулевая дисперсия на данной длине волны, что существенно уменьшало искажение оптических импульсов.

Рисунок 71 . Окна прозрачности оптоволокна.

Третье окно прозрачности было освоено вначале 90-х годов. Преимуществом третьего окна является не только минимум потерь, но и тот факт, что на длину волны 1550 нм приходится рабочий диапазон волоконно-оптических эрбиевых усилители (EDFA). Данный тип усилителей, имеяспособность усиливать все частоты рабочей области, предопределил использование третьего окна прозрачности для систем со спектральным уплотнением (WDM).

Четвёртое окно прозрачности простирается до длины волны 1620 нм, увеличивая рабочий диапазон систем WDM.

Пятое окно прозрачности появилось в результате тщательной очистки оптического волокна от посторонних примесей.Таким образом, было получено оптическое волокно AllWave, имеющее малые потери во всей области от 1280 нм до 1650 нм.

Рисунок 72. Окна прозрачности оптоволокна.

Данный тип оптического волокна,производимый фирмой Lucent является достаточно интересным усовершенствованием стандартного одномодового волокна. В отличие от стандартного одномодового волокна данное оптическое волокно не имеет так называемого «водяного пика», т. е. увеличения поглощения на длине волны1,385 мкм, соответствующей спектру поглощения ионов OH. На этой длине волны поглощение составляет 0,31 дБ/км. Данный тип оптического волокна предлагается использовать в локальных и местных сетях связи с небольшой протяженностью регенерационных участков, но с одновременным использованием всего спектрального диапазона от 1,3 до 1,6 мкм.

В связи с расширением рабочего диапазона оптических волокон Международным союзом электросвязи были утверждены новые спектральные диапазоны в интервале 1260…1675 нм:

Таблица 3 . Спектральные диапазоны

Обозначение Диапазон, нм Русское название Английское название
O 1260…1360 Основной Original
E 1360…1460 Расширенный Extended
S 1460…1530 Коротковолновый Short wavelength
C 1530…1565 Стандартный Conventional
L 1565…1625 Длинноволновый Long wavelength
U 1625…1675 Сверхдлинноволновый Ultra-long wavelengh

Международный союз электросвязисокращённо МСЭ(англ. International Telecommunication Union, ITU) —международная организация, определяющая рекомендации в области телекоммуникаций и радио, а также регулирующая вопросы международного использования радиочастот(распределение радиочастот по назначениям и по странам).

В качестве источников излучения света в волоконно-оптических кабелях применяются:

Для передачи информации применяется свет с длиной волны 1550 нм (1,55 мкм), 1300 нм (1,3 мкм) и 850 нм (0,85 мкм).Светодиоды могут излучать свет с длиной волны 850 нм и 1300 нм. Излучатели сдлиной волны 850 нм существенно дешевле, чем излучатели с длиной волны 1300 нм,но полоса пропускания кабеля для волн 850 нм уже, например 200 МГц/км вместо500 МГц/км.

Лазерные излучатели работают на длинах волн 1300 и 1550 нм. Быстродействие современных лазеров позволяет модулировать световой поток с частотами 10 ГГц и выше. Лазерные излучатели создают когерентный поток света, за счет чего потери в оптических волокнах становятся меньше, чем при использовании не когерентного потока светодиодов.

Читайте также:  Надежность работы окна в надежности фурнитуры

Использование только нескольких длин волн для передачи информации в оптических волокнах связанно с особенностью их амплитудно-частотной характеристики. Именно для этих дискретных длин волн наблюдаются ярко выраженные максимумы передачи мощности сигнала, а для других волн затухание в волокнах существенно выше.

Волоконно-оптические кабели присоединяют к оборудованию разъемами MTRJ, ST, FC ,SC.

Источник

Окна прозрачности

Попытки использовать свет, для передачи информации уходят к временам, когда человек только научился сохранять огонь. Всевозможные сигналы, с помощью костров, фонарей, маяков человечество использовало тысячелетия.

В 1790 году, во Франции, Колд Шапп построил систему оптического телеграфа состоящую из цепи семафорных башен с сигнальными рычагами. Следующий большой шаг сделал в 1880 году американец Александр Грэхем Белл. Он изобрёл фотофон, в котором речевые сигналы передавались с помощью света. Позднее были попытки передавать свет в потоке воды с использованием принципа ПВО, который используется в современных волноводах.

По настоящему воплотить идею передачи данных с помощью света по волокну удалось лишь через десятилетие после изобретения лазера(1958г), когда компанией Corning было получено оптическое волокно со ступенчатым профилем показателя преломления и с коэффициентом затухания на длине волны 633нм менее 20дБ/км.

В 1958 году американцы Артур Шавлов и Чарльз Г. Таунс, и независимо советские физики Прохоров и Басов разработали лазер. Первые лазеры начали работать в 1960 году. Позже, в 1962 году советский учёный Ж. Алфёров предсказал возможность создания гетеропереходов и построение на их основе полупроводниковых лазерных излучателей. Позже были созданы полупроводниковые светодиодные и лазерные излучатели. К этому времени уже были разработаны полупроводниковые фотодиоды. Но для построения эффективных сетей передачи данных необходимо было иметь световоды с коэффициентом затухания не более 20 дБ/км. Лучшие на то время световоды использующиеся в медицине для прямой передачи изображения на короткие расстояния составляло порядка 1000 дБ/км.

Первые волоконно-оптические кабели были пущены в эксплуатацию для телефонной связи на кораблях военно-морского флота США в 1973 году. Позже они стали активно использоваться в авиации, позволяя полностью исключить помехи в каналах передачи данных и при этом существенно уменьшить вес оборудования.

Первый стандартный подводный волоконно-оптический кабель (ТАТ-8) был успешно проложен через Атлантический океан в 1988 году

Окно прозрачности — диапазон длин волн оптического излучения, в котором имеет место меньшее, по сравнению с другими диапазонами, затухание излучения в среде, в частности — в оптическом волокне. Стандартное ступенчатое оптическое волокно имеет три окна прозрачности: 850 нм, 1310 нм и 1550 нм. К настоящему времени разработаны четвёртое (1580 нм) и пятое (1400 нм) окна прозрачности, а также оптические волокна с сердечником из селенида цинка имеющие относительно хорошую прозрачность во всём ближнем инфракрасном диапазоне. Атомы селенида цинка более упорядочены, чем атомы кварца, следовательно такая упорядоченность позволяет перемещаться по среде свету большей длины волны.

Неоднородность затухания света в оптическом волокне в разных диапазонах длин волн обусловлено неидеальностью среды, наличием примесей, резонирующих на разных частотах.

Затухание в разных окнах прозрачности неодинаково: наименьшая его величина — 0,22 дБ/км наблюдается на длине волны 1550 нм, поэтому третье окно прозрачности используется для организации связи на большие расстояния. Во втором окне прозрачности (1310 нм) затухание выше, однако для этой длины волны характерна нулевая дисперсия, поэтому второе окно используется на городских и зоновых сетях небольшой протяжённости. Первое окно прозрачности используется в офисных оптических сетях; использование этого окна прозрачности незначительно.

Источник

Adblock
detector