Презентация Параметры оптических волокон (v3)

Содержание
3. ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО
3.1 Структура оптического волокна
3.2 Типы оптических волокон
3.3 Основы передачи электромагнитной энергии по световодам
3.4 Параметры и характеристики оптических волокон
2.4.1 Числовая апертура, Numerical Aperture (NA)
2.4.2 Нормированная частота
)
2.4.4 Затухание (Attenuation)
2.4.5 Дисперсия. Полоса пропускания ОВ

Оптическое волокно (ОВ)
1 - сердцевина ОВ (стекло);
2 - оболочка ОВ (стекло);
3 – защитное покрытие (лаковое и или полимерное)
Оптоволокно в лаковом покрытии (250 мкм) и, жёлтое, в полимерном (900 мкм)
Лаковое покрытие защищает ОВ и придаёт дополнительную устойчивость ОВ к изгибам. Лак используется разноцветный. Цвет волокна определяет его условный номер в оптическом кабеле.
900 мкм оптоволокно в буферном полимерном покрытии. используется при изготовлении шнуров и подключения оптоволоконных кроссов. Цвет покрытия определяет тип оптоволокна

Оптическое волокно (ОВ)
1 - сердцевина ОВ (стекло);
2 - оболочка ОВ (стекло);
3 – защитное покрытие (лаковое и или полимерное)

Стандарты оптических волокон
и области их применения
MMF – Multi Mode Fiber
SMF – Single Mode Fiber
SF – Standard Fiber
DSF – Dispersion-Shifted single mode Fiber
NZDSF – Non-Zero Dispersion-shifted single mode Fiber

Структура ОВ
Х
Примеры обозначений ОВ: MMF 50/125; MMF 62,5/125; SF 8/125; DSF 8,3/125

Типы ММF
Cтандарт ISO/IEC 11801 определяет 4 категории многомодовых волокон. Они обозначаются латинскими буквами OM (Optical Multimode) и цифрой, обозначающей класс волокна:
OM1 – стандартное многомодовое волокно 62,5/125 мкм;
OM2 – стандартное многомодовое волокно 50/125 мкм;
OM3 – многомодовое волокно 50/125 мкм, оптимизированное для работы с лазером;
OM4 – многомодовое волокно 50/125 мкм, оптимизированное для работы с лазером, с улучшенными характеристиками.
Особенности кабелей ОМ3 и ОМ4
Патч-корды OM3 и OM4 также похожи между собой и оба используются для лазерных источников VCSEL.Как правило, они представлены в виде кабеля с оболочкой цвета морской волны (aqua), но последний в зависимости от производителя может быть представлен в пурпурном цвете (magenta). Размер сердечника у обоих также составляет 50 µm, а поддержка 10 Gb Ethernet возможна на расстояние до 300 метров и 550 метров соответственно. В случае использования 100GbEthernet максимально возможное расстояние составляет 100 метров для OM3 и 150 метров для OM4.

OFL − overfilled launch − при возбуждении от СД
RML restricted mode launch − при возбуждении от лазера

RML
Restricted Mode Launch – режим с ограничением (мод). В этом режиме работы в сердцевину оптического волокна подается ограниченное количество мод (в идеальном представлении – одна). Переполнения сердцевины модами, в отличие от режима OFL, не происходит, что позволяет существенно увеличить расстояние и скорость передачи в многомодовой среде.
Для реализации режима RML необходимо использовать лазерные источники излучения, например, VCSEL. На режиме RML основана реализация мультигигабитных приложений в многомодовых оптических системах.
https://ru.au1lib.org/book/2887405/f196ee

Цветовая кодировка буферного покрытия различных видов патч-кордов
Цвет оболочки патч-корда позволяет отличить тип применяемого волокна.
Окраска оболочки должна соответствовать стандарту TIA-598C: желтым цветом обозначается одномод 9/125 мкм, серым – многомод 62.5/125 мкм, оранжевым – многомод 50/125 мкм ОМ2 и бирюзовым – многомод 50/125 мкм ОМ3, ОМ4

MM-патч-корды категории OM2
Патч-корды OM3 и OM4 похожи между собой и оба используются для лазерных источников VCSEL. Как правило, они представлены в виде кабеля с оболочкой цвета морской волны (aqua), но последний в зависимости от производителя может быть представлен в пурпурном цвете (magenta). Размер сердечника у обоих также составляет 50 мкм, а поддержка 10 Gb Ethernet возможна на расстояние до 300 метров и 550 метров соответственно. В случае использования 100Gb Ethernet максимально возможное расстояние составляет 100 метров для OM3 и 150 метров для OM4.
Также оба этих типа патч-кордов имеют поддержку 40G Ethernet. Однако, OM3 всё же чаще используется для развёртывания 10 Gigabit Ethernet, а OM4 больше применяется в поддержке высокоскоростных сетей (например, ЦОД, финансовые центры и корпоративные кампусы).
MM-патч-корды категории OM4 MM-патч-корды категории OM3

SM патч-корды (желтые)

Передача электромагнитной энергии по световодам
Передача оптического сигнала по ОВ осуществляется на основе эффекта
полного внутреннего отражения

Полное внутреннее отражение
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b0/Laser_in_fibre.jpg

Параметры и характеристики ОВ
1. Относительная разность показателей преломления

Параметры и характеристики ОВ
2. Числовая апертура NA
излучатель
оптическое волокно
n0=1
n1>1
n1>n2
n2

Параметры и характеристики ОВ
3. Диаметр модового поля W0
Рис. 3 К определению диаметра модового поля W0

Параметры и характеристики ОВ
3. Длина волны отсечки

Номенклатура мод низких порядков
Параметры и характеристики ОВ

Параметры и характеристики ОВ
1
102
1
7
1045
341
? 4

Потери в оптических волокнах
Собственные потери в ОВ характеризуются коэффициентом удельных километрических потерь αс (размерность дБ/км). Параметр измеряется для прямолинейного волокна и характеризует само волокно.
В процессе изготовления, инсталляции и эксплуатации волоконно-оптических кабелей возникают дополнительные кабельные потери.

График потерь в ОВ
Собственные потери в оптических волокнах

Рис. 4 График зависимости собственных потерь в оптическом волокне
Собственные потери в оптических волокнах
Одним из понятий в ВОЛС является понятие окна прозрачности. Это область в спектре частот светового излучения, в которой затухание в оптическом волокне минимально. Именно на эти длины волн светового излучения ориентируются при производстве приемо-передатчиков ВОЛС. Первое окно прозрачности наблюдается на длине волны 850 нм, второе соответствует длине волны 1310 нм, третье – на длине волны 1550 нм, на которой затухание ОВ минимально.

Микроизгибы (случайные небольшие изгибы оптического волокна с размахом менее 1 мкм) могут возникать в процессе наложении защитного покрытия и изготовления волоконно-оптических кабелей.
Макроизгибы – изгибы оптического волокна в результате монтажа кабельной линии.
Кабельные потери

Потери на макроизгибах обусловлены изменением геометрии луча при изгибах волоконно-оптического кабеля. На изгибе волокна угол падения луча на границу раздела сред сердцевина–оболочка уменьшается и становится меньше критического.
Нарушается условие полного внутреннего отражения, при этом возникает преломленный луч, который поступает в оболочку. В результате этого значительная часть распространяемого по волокну света не только выходит за пределы сердцевины, но и вовсе выходит из волокна.
Кабельные потери
Рис. 5 Выход луча света из оптического волокна при макроизибе

Диагностика макроизгиба
В связи с тем, что рабочие длины волн 850 нм – 1550 нм лежат в невидимом человеческому глазу диапазоне, то зафиксировать визуально макроизгиб на работающей сети невозможно. Диагностируют макроизгибы путем подачи в волокно сигнала в видимом диапазоне (650 нм – красный свет). В этом случае в месте макроизгиба наблюдается красное пятно, которое свидетельствует о выходе части излучения за пределы оптического волокна.
Потери на макроизгибе могут достигать 2 дБ и более, причем они разные на разных длинах волн.
Чем на большей длине волны идет передача, тем больше потери на макроизгибе. К примеру, при одинаковом изгибе, на длине волны 1550 нм будут наблюдаться большие потери, чем на длине волны 1310 нм.
ВИДЕО Как отличить надлом оптического волокна от макроизгиба? (2:21)

На фото видно, что даже при изгибе с радиусом 3 – 4 см оптическое волокно светится, а это означает, что имеют место потери на макроизгибе ОВ.
Проверка оптического сплиттера с помощью источника красного излучения
Рис.6 Пример проявления потерь на макроизгибе
Волокно с большим радиусом изгиба не светится, а это означает, что нет потерь на изгибе ОВ.
В спецификации на оптический кабель (ОК) всегда указывается предельно допустимый радиус изгиба кабеля – обычно это 10 – 20 диаметров ОК, а также минимально допустимый радиус изгиба волокон при монтаже и эксплуатации.

Рис. 7 Макроизгиб волокна в сплайс кассете
Чаще всего макроизгиб наблюдается в сплайс кассетах оптических кроссов и муфт, а также при прокладке абонентского кабеля (drop cabel), когда он прокладывается с нарушением технологии и жестко изгибается. Макроизгибы также возникают при укладке запасов кабеля в телекоммуникационные шкафы, когда пренебрегают минимально рекомендованным радиусом изгиба оптического кабеля.

Кабельные потери
Воздействие радиации приводит к постепенной деградации оптического волокна и росту потерь. При высоких уровнях ионизирующих излучений волокно мутнеет. Отечественная промышленность выпускает специальное радиационно-стойкое волокно (пример).
Воздействие низких температур также негативно сказывается на потерях в ОВ. Деформации оболочки оптического кабеля и других его конструктивных элементов при температурах ниже -400С приводят к заметному росту потерь в ОВ.

Расчет полных потерь в оптических волокнах

Расчет мощности, введенной в ОВ
Рис. 8 - К расчету мощности, введенной в оптическое волокно

Рис. 9 - Типовые диаграммы направленности СИД и ЛД

Рнс. 10 - Приемо-передаюший оптический модуль SFP+

Рис. 11 - График изменения оптической мощности вдоль ОВ
(графики подобного типа удобно строить на ресурсе http://www.votx.ru/)