Волокно оптический кабель со смещенной дисперсии

Что такое оптические волокна со смещенной дисперсией?

Длина регенерационного участка имеет определяющее значение для работы линий связи, имеющих большую протяженность. Данный показатель должен иметь максимальное значение, однако когда осуществляетсяпрокладка волоконно-оптического кабеля, его дисперсионные характеристики ограничивают возможность увеличения длины участка регенерации. Расчетное значение обычно больше реального из-за искажения формы импульсов, вследствие чего, производя монтаж ВОЛС, требуется уменьшить интервалы установки промежуточных регенераторов и увеличить их число. Для решения этой проблемы используются волокна с нулевой смещенной дисперсией, что позволяет избежать искажения формы импульсов.

Свойства оптических волокон со смещенной дисперсией

Такие оптические волокна были получены благодаря добавлению легирующих веществ и изменению геометрии оболочки и сердцевины. Получившийся в результате волоконно-оптический кабель связи с волокнами, сердцевина которых равна 7,8-8,5 мкм, имеет совпадающие области минимальной хроматической дисперсии и минимальных оптических потерь. При этом на такой кабель связи, в т.ч. и на оптический кабель аудио ценапрактически не изменилась.

Выполняется сварка волоконно-оптического кабеля с волокнами со смещенной дисперсией при создании высокоскоростных линий связи, имеющих большую длину регенерационного участка, при этом применение оптического уплотнения не требуется. Используется такое волокно также в системах, в которых предусмотрено спектральное уплотнение, однако при этом снижается мощность передаваемого сигнала и ограничивается протяженность регенерационного участка и плотность спектральных компонентов.

Параметры, которыми должны обладать оптические волокна со смещенной дисперсией, регламентируются Рекомендацией ITU-T G.653 в редакции 2003 года. В соответствие с этой рекомендацией по значению коэффициента поляризационной модовой дисперсии различают оптические волокна с нулевой смещенной дисперсией двух категорий – А и В. Оптимальные значения затухания и дисперсии такого оптического волокна происходят в диапазоне волн, совпадающим с полосой наибольшего усиления оптических усилителей на легированном ионами эрбия волокне. Реализуется это путем совмещения данных видов волокон с оптическими усилителями, для чего используется аппарат для сварки оптоволокна цена которого сегодня вполне доступна.

Источник

Оптоволокно со смещенной дисперсией

Стандартное телекоммуникационное волокно проявляет нулевую хроматическую дисперсию в 1,3-мкм длинноволновой области. Это было удобно для ранних оптических волоконных систем связи, которые зачастую работают на 1310 нм.

Тем не менее, 1,5-мкм область позже стала более важной, так как в ней потери волокна ниже, и оптические усилители на волокнах, легированных эрбием (EDFA) работают в данной области (в то время как 1,3-мкм усилители не реализуют сопоставимой производительности).
В этой области длин волн, однако, стандартные одномодовые волокна (в настоящее время называются волокнами с несмещенной дисперсией), обладают значительной аномальной дисперсией.

Для передачи сигнала по длинным оптоволоконным линиям это может быть проблемой, потому что это приводит к значительным дисперсионным уширениям импульса, к ограничению достижимой скорости передачи данных или к ограничению расстояния. Таким образом, так называемые волокна со смещенной дисперсией были разработаны таким образом, чтобы их измененная волноводная дисперсия обеспечивала сдвиг длины волны нулевой дисперсии в 1,5-мкм область. Это достигается путем изменения профиля показателя преломления сердцевины.

Общие профили показателей преломления волокна со смещенной дисперсией имеют треугольную, трапециевидную, Гауссову или иную форму.

Нулевая хроматическая дисперсия не обязательно идеально подходит для передачи данных. В частности, для передачи нескольких каналов (см спектральное разделение каналов), четырехволновые эффекты могут быть согласованными по фазе и, следовательно, могут привести к существенным искажениям, если дисперсия слишком слабая. Таким образом, может быть выгоднее использовать волокна со смещенной дисперсией, у которых малая дисперсию в диапазоне длин волн передачи данных, с длиной волны нулевой дисперсии, находящейся за пределами этого диапазона. Альтернативой является использование волокна с несмещенной дисперсией (то есть, стандартного) с большей дисперсией в 1,5 мкм, в сочетании с каким-либо видом компенсации дисперсии.

Есть также волокна с уплощенной дисперсией с относительно постоянной дисперсией групповой задержки в некотором диапазоне длин волн, то есть, малой дисперсией высшего порядка. Они могут, например, проявлять приблизительно нулевую дисперсию в телекоммуникационном диапазоне C. Такие волокна очень важны для передачи данных со спектральным разделением каналов и для адиабатического сжатия солитонов. Они часто имеют W-образный профиль показателя преломления (см. Рис.), хотя профили с градуированными показателями преломления и многоступенчатые профили также были разработаны.

Источник

Волокна со смещенной дисперсией

В 1985г. был создано волокно со смещенной дисперсией (G.653). Длина вонны нулевой дисперсией у этого волокна смещена в область третьего окна прозрачности (=1550 нм) , которому соответствует минимальный коэффициент затухания. Смещение дисперсии достигается путем формирования профиля показателя преломления специальной формы

При спектральном уплотнении в области =1550 нм применение этих волокон приводит к существенным искажениям передаваемых сигналов. По этой причине их использование с аппаратурой WDM неприемлемо.

Волокна с ненулевой смещенной дисперсией (G.655)

Волокна с ненулевой смещенной дисперсией появились на рынке телекоммуникаций в 1993г.

Данный тип волокон характеризуется минимальным значением хроматической дисперсии в спектральной области третьего окнапрозрачности : 0,1. 6 пс/(нм’км) в диапазоне волн 1530. 1565 нм. Управление дисперсией также осуществляется путем формирования W-образной формы профиля ОВ (их еще называют волокнами с двойной оболочкой).

Эти волокна были специально разработаны для применения на оптических сетях DWDM систем с оптическими усилителями. Отрицательное значение хроматической дисперсии достаточно велико, чтобы минимизировать нелинейный эффект четырехволнового смешения, и достаточно мало, чтобы выделить для каждого оптического канала скорось передачи в 10 Гбит/с на 250 км без установки компенсаторов дисперсии.

Волокна с ненулевой дисперсией для широкополосной передачи данных (G.656)

Оптические волокна, соответствующие Рекомендации ITU-T G.656, предназначены для передачи широкополосного оптического сигнала на базе CWDM(Coarse Wavelength Division Multiplexing — разреженное спектральное уплотнение или спектральное уплотнение с низкой плотностью) и DWDM . Первая редакция Рекомендации ITU-T была утверждена в 2006 г. и действует до настоящего времени.

Эти волокна функционируют в широком диапазоне волн — от 1460 до 1625 нм. Величина затухания нормируется для различных диапазонов. Так, для длин волн 1460-1530 нм типичное значение составляет 0,35 дБ/км, для диапазона 1530-1565 нм -0,275 дБ/км, а для диапазона 1565-1625 нм — 0,35 дБ/км. Диаметр модового поля волокон для широкополосного оптического переноса у различных производителей варьируется от 7 до 11 мкм.

Волокна с уменьшенными потерями на малых радиусах изгиба (G.657)

Мировые тенденции развития волоконно-оптических технологий, обусловленные ростом информационных потоков не только от единичных пользователей, но и от пользовательских групп, привели к разработке одномодовых оптических волокон, характеризующихся малым уровнем потерь на изгибах. Преимущества таких световодов особенно очевидны при использовании в кабелях, предназначенных для прокладки внутри зданий и сооружений. Такие волокна описаны в Рекомендации ITU-T G.657. Первая редакция утверждена в 2006 году.

Оптические волокна, удовлетворяющие требованиям Рекомендации, делятся на две категории: A и B, которые различаются диаметром сердцевины. Для волокон типа A он составляет от 8,6 до 9,5 мкм, а для волокон типа B — от 6,3 до 9,5 мкм. Нормы потерь на макроизгибах существенно ужесточены, поскольку этот параметр для G.657 является определяющим. Так, 10 витков волокна категории A, намотанного на оправку радиусом 15 мм, не должны увеличивать затухание более чем на 0,25 дБ при длине волны 1550 нм. Один виток того же волокна, намотанного на оправку диаметром 10 мм, при условии, что остальные параметры не изменены, не должен увеличивать затухание более чем на 0,75 дБ. Не допускается также увеличение волокнами категории B затухания на длине волны 1550 нм: 10 витков на оправке диаметром 15 мм — более чем на 0,03 дБ, один виток на оправке диаметром 10 мм — более чем на 0,1 дБ, один виток на оправке диаметром 7,5 мм — более чем на 0,5 дБ.

Для сравнения, согласно Рекомендации ITU-T G.652 приращение затухания в стандартных одномодовых волокнах на 100 витках волокна, намотанного на оправку диаметром 600 мм, не должно превышать 0,5 дБ на рабочей длине волны (1550 и 1625 нм), а изгиб с радиусом 7,5 мм может привести к сколу волокна.

Такую возможность предоставляет принципиально новая конструкция с уменьшенными потерями на изгибах — микроструктурированные волокна типа HAF (holed assisted fiber). Уже рассмотренная выше идея создания двойного защитного барьера здесь исполнена методами нанотехнологий. Вокруг кварцевой сердцевины по периметру условного шестиугольника располагаются два кольца из полых воздушных сквозных отверстий, обеспечивающих полное внутреннее отражение на границе раздела кварц/воздух (рис. 1е, 2б). Второй слой нужен для отражения излучения, частично проникающего за пределы первой периодической структуры. Исследования показали, что при оптимальном подборе диаметра отверстий d и шага размещения первого и второго слоя L1, L2 можно получить потери менее 0,1 дБ на изгибе с радиусом до 5 мм!

Рис. 2.Конструкция и принцип действия микроструктурированных волокон типа HAF:

а — общая конструкция; б — поперечное сечение

Рис. 3.Действие стандартных одномодовых волокон и микроструктурированных

волокон типа HAF на изгибе: а — выход излучения на изгибах волокон G.652;

б — удержание излучения на изгибах волокон G.657

На рис. 3показан механизм удержания излучения на изгибах в микроструктурированных волокнах. К сожалению, невозможно производить такие конструкции традиционными методами. Достаточно сложно обеспечить требуемое взаимное расположение всех структурных элементов и точно соблюсти их размеры. Несоблюдение внутренней геометрии может даже привести к нарушению одномодового режима. Все это значительно увеличивает удельную стоимость таких конструкций. Также существует серьезная проблема стыковки таких волокон (с диаметром модового поля около 6,4 мкм) как со стандартными волокнами G.652, так и между собой. Именно в месте сварного соединения наверняка будет нарушена структура воздушных отверстий в оболочке, хотя сохранится положение кварцевой сердцевины. И это важно, так как в месте сварки изгибов не будет (из-за наличия 60-милиметровой защитной гильзы), а в оставшейся части структура волокна останется прежней — с отверстиями.

9. Конструкция, характеристики и параметры оптических кабелей связи для прокладки в грунте, в канализации, для подвески на ВЛ

Источник

Обзор оптических волокон

Одномодовые оптические волокна

С точки зрения дисперсии, существующие одномодовые волокна, которые сегодня широко используются в оптических сетях, разделяются на три основных типа:

• Стандартное оптическое волокно или волокно с несмещенной дисперсией SF (стандартные волокна со ступенчатым профилем)
• Волокно со смещенной дисперсией DSF
• Оптическое волокно с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF

Все три типа волокон очень близки по затуханию в окнах одномодовой передачи 1310 и 1550 нм, но отличаются характеристиками хроматической дисперсии. Поскольку дисперсия влияет на максимальную допустимую длину безретрансляционных участков, то на первый взгляд, естественно, возникает желание выбрать волокно с наименьшим возможным значением дисперсии применительно к конкретной задаче, к конкретной длине волны. Это справедливо для случая передачи одной длины волны — одноканальной передачи. Многоканальное волновое мультиплексирование (WDM) в окне 1550 нм диктует иной рационализм. Исследования показывают, что, когда длина волны нулевой дисперсии попадает в зону мультиплексного сигнала, начинают проявляться нежелательные интерференционные эффекты, приводящие к более быстрой деградации сигнала. Поэтому, поставщики средств связи должны отчетливо представлять себе преимущества и недостатки каждого волокна в аспекте эволюции традиционных сетей к полностью оптическим сетям.

Стандартное ступенчатое одномодовое волокно с несмещенной дисперсией (G.652)

В начале 80-х годов передатчики на длину волны 1550 нм имели очень высокую цену и низкую надежность и не могли конкурировать на рынке с передатчиками на длине волны 1300 нм. Поэтому cтандартное ступенчатое одномодовое волокно с несмещенной дисперсией классифицируемое стандартом G652, стало первым коммерческим волокном и сейчас наиболее широко распространенно в телекоммуникационных сетях. Его параметры оптимизированы для диапазона длин волн 1,31 мкм, в котором волокно имеет нулевую хроматическую дисперсию и небольшое значение затуханий. Диаметр световедущей жилы волокна — G.652 равен 9 мкм, а оболочки — 125±2 мкм. Это волокно используется для одноволновой и многоволновой передачи (спектральное уплотнение), в том числе в диапазоне длин волн 1,55 мкм и обеспечивает передачу информации со скоростями до 10 Гбит/с на средние расстояния (до 50 км).

Одномодовый режим в одномодовом волокне реализуется в окнах прозрачности 1310 и 1550 нм. Распространение только одной моды устраняет межмодовую дисперсию и обеспечивает очень высокую пропускную способность одномодового волокна в этих окнах прозрачности. Наилучший режим распространения с точки зрения дисперсии достигается в окрестности длины волны 1310 нм, когда хроматическая дисперсия обращается в ноль. С точки зрения потерь это не самое лучшее окно прозрачности. В этом окне потери составляют 0,3-0,4 дБ/км, в то время как наименьшее затухание 0,2-0,25 дБ/км достигается в окне 1550 нм.

Одномодовое волокно со смешенной дисперсией (G.653)

Стандарт G.653 распространяется на одномодовое волокно со смещенной нулевой дисперсией в области l=1,55 мкм. Это волокно имеет нулевую дисперсию в области минимальных потерь волокна, что достигается за счет более сложной структуры световедущей жилы, а именно специально заданному распределению коэффициента преломления по диаметру жилы. Волокно типа G.653 используется в протяженных магистральных широкополосных линиях и сетях связи. Оно обеспечивает передачу информации на несколько сотен километров со скоростями до 40 Гбит/с. Однако, по нему можно передавать только один спектральный канал информации, то есть оно не может быть использовано в волоконно-оптических системах и сетях, в которых применяются волоконно-оптические усилители и плотное оптическое спектральное мультиплексирование (DWDM-технологии). Причина этого заключается в высоких уровнях световой мощности в волокне после усиления и высокой плотности спектрального уплотнения, т. е. необходимости одновременной передачи большого числа независимых спектральных каналов по одному волокну. Высокая концентрация световой мощности в волокне — G.653 из-за особенностей структуры жилы приводит к проявлению нелинейных эффектов и, в частности, четырехволновому смешению, которое проявляется при нулевой хроматической дисперсии и приводит, в свою очередь, к перекрестным помехам в линии.

По мере совершенствования систем передачи на длине волны 1550 нм встает задача разработки волокна с длиной волны нулевой дисперсии, попадающей внутрь этого окна. В итоге в середине 80-х годов создается волокно со смещенной дисперсией, классифицируемое стандартом G.653, полностью оптимизированное для работы в окне 1550 нм, как по затуханию, так и по дисперсии. Это волокно имеет нулевую дисперсию в области минимальных потерь волокна, что достигается за счет более сложной структуры световедущей жилы, а именно специально заданному распределению коэффициента преломления по диаметру жилы.

На протяжении многих лет волокно DSF считается самым перспективным волокном. Волокно типа G.653 используется в протяженных магистральных широкополосных линиях и сетях связи. Оно обеспечивает передачу информации на несколько сотен километров со скоростями до 40 Гбит/с. С приходом более новых технологий передачи мультиплексного оптического сигнала, большую роль начинают играть эрбиевые оптические усилители типа EDFA, способные усиливать многоканальный сигнал.

В одномодовом волокне со смещенной дисперсией (DSF) длина волны, на которой результирующая дисперсия обращается в ноль, — длина волны нулевой дисперсии l₀ — смещена в окно 1550 нм. Такое смещение достигается благодаря специальному профилю показателя преломления волокна. Таким образом, в волокне со смещенной дисперсией реализуются наилучшие характеристики как по минимуму дисперсии, так и по минимуму потерь. Поэтому такое волокно лучше подходит для строительства протяженных сегментов с расстоянием между ретрансляторами до 100 и более километров. Разумеется, единственная рабочая длина волны берется близкой к 1550 нм.

Оптическое волокно с ненулевой смещенной дисперсией (G.655)

Стандарт G.655 относится к волокну со смещенной ненулевой дисперсией — NZDSF (Non-Zero Dispersion Shifted Fiber). Волокно NZDSF создается в начале 90-х годов с целью преодолеть недостатки DSF, проявляющиеся при работе с многочастотным оптическим сигналом.

Одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF в отличие от DSF оптимизировано для передачи не одной длины волны, а сразу нескольких длин волн (мультиплексного волнового сигнала). Это волокно предназначено для применения в магистральных волоконно-оптических линиях и глобальных сетях связи, использующих DWDM-технологии в диапазоне длин волн 1,55 мкм. Длина волны нулевой дисперсии l0 — смещена за пределы рабочей зоны оптического усилителя EDFA (эрбиевого оптического усилителя), так чтобы слабая ненулевая дисперсия на длинах волн усиливаемого сигнала приводила к ослаблению нелинейностей усилителя (в частности, четырехволнового смешивания).

Источник