Мировые тенденции развития волоконно-оптических технологий, обусловленные ростом информационных потоков не только от единичных пользователей, но и от пользовательских групп, привели к разработке одномодовых ОВ, 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.
ОВ, 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.
Характеристики передачи
|
|
Коэффициент затухания. Интуитивно понятно, что ослабление электрических (оптических) сигналов после прохождения вдоль НС можно оценить отношением мощности сигнала на входе и выходе направляющей системы. Чем это отношение больше, тем ослабление меньше.
Однако в любой НС, независимо от ее вида, например, ОВ или витая пара, потери при распространении электромагнитной энергии вдоль НС принято оценивать не просто отношением мощности синусоидального сигнала на ее входе к мощности на выходе, а десятичным логарифмом этого отношения, которое принято называть затуханием. Это объясняется тем, что тракт передачи оптических сигналов состоит не только из волокна, но может содержать коннекторы, механические соединители и другие компоненты, вносящие потери в тракт передачи. Введение понятия затухания позволяет определить суммарные потери в тракте как сумму потерь отдельных его элементов. Затухание в цепях связи принято указывать в зависимости от частоты колебаний, в ОВ же — в зависимости от длины волны, которая однозначно определяется через частоту колебаний, как отношение скорости распространения волны к частоте.
Затухание (а), дБ, ОВ длиной L рассчитывается по формуле:
(5.1)
где Ро — мощность света, направляемых мод, введенная в начале волокна; Рl — мощность света, оставшаяся в волокне на расстоянии L от его начала.
Качество волокна с точки зрения величины потерь передаваемой нему энергии принято оценивать коэффициентом затухания α, т.е. величиной затухания волокна на длине в 1 км, которое может быть определено из выражения:
|
|
, (5.2)
где а - затухание ОВ длиной L, дБ; L - длина ОВ, км.
Таким образом, коэффициентом затухания ОВ, называется величина, характеризующая уменьшение мощности оптического излучения при его прохождении по ОВ, выраженная в дБ, отнесенная к длине ОВ. Максимальное значение коэффициента затухания ОВ в ОК называется коэффициентом затухания ОК.
Одномодовые ВОК по рек. G. 652 должны иметь, как правило, коэффициенты затухания ниже 1,0 дБ/км в диапазоне 1310 нм и ниже 0,5 дБ/км в диапазоне 1550 нм. Изготавливаемые в настоящее время ОК имеют в диапазоне 1310 нм значения коэффициентов затухания в зависимости от технологии изготовления волокна, его состава и конструкции волокна и кабеля в диапазоне 1310 нм а = 0,3....0,4 дБ/км, а в диапазоне 1550 нм а = 0,15....0,25 дБ/км.
ОК в процессе прокладки получает многочисленные изгибы, а в муфте делается запас длины ОВ в виде колец, что обуславливает дополнительные потери на изгибах. Так как эти потери возрастают с увеличением длины волны, то они нормируются для наиболее длинной из используемых рабочих волн. Контроль качества выполнения строительно-монтажных работ желательно выполнять на более длинной волне, чем верхняя рабочая.
Для оценки качества одномодового волокна, кроме параметров регламентированных рек. G. 652, полезен опыт нормирования ведущими производителями некоторых дополнительных характеристик, имеющих важное значение для оценки качества ОВ:
— изменение затухания в зависимости от длины волны: увеличение затухания в области длин волн 1,285-1,330 мкм может превышать затухание на длине λ = 1,31 мкм не более чем на 0,1 дБ/км, а в области длин волн 1,525-1,575 мкм — не более чем на 0,05 дБ/км;
|
|
— затухание на длине волны пика поглощения гидроксильной группы (λ. = 1,383 ± 0,003 мкм) не более 42,0 дБ/км;
— коэффициент обратного рэлеевского рассеяния при длительности импульса 1 мкс на длине волны λ = 1,31 мкм (-49 дБ), а на λ = 1,55 мкм (-52 дБ).
- радиус кривизны (R) собственного изгиба волокна R 
4 м.
Полоса пропускания и хроматическая дисперсия. Дисперсионные характеристики многомодовых волокон принято оценивать полосой пропускания и дополнительно, при необходимости коэффициентом хроматической дисперсии, а одномодовых волокон — коэффициентом хроматической и ПМД. Ширина полосы пропускания ОВ определяется по его передаточной функции, а именно как интервал частот, в котором величина передаточной функции G(f) уменьшается вдвое по сравнению с величиной при нулевой частоте. Передаточная функция определяется как отношение при любой частоте между амплитудой синусоидальной модуляции оптической мощности на входе волокна и амплитудой синусоидальной модуляции оптической мощности на выходе волокна. С увеличением частоты модуляции передаточная функция уменьшается, это происходит за счет переноса оптической мощности из боковых полос частот к несущей частоте, суммарная же оптическая мощность при этом остается неизменной.
Хотя полоса пропускания, как частотная характеристика дисперсионных свойств волокна, используется производителями волокна только для многомодовых волокон, она может быть определена также и для одномодовых волокон по временным дисперсионным характеристикам волокна с учетом формы передаваемых импульсов и спектральной ширины источника излучения. Другими словами полоса пропускания — это интегральный параметр, учитывающий свойства как ОВ, так и источника оптического излучения. Поэтому, если производители указывают полосу пропускания ОВ, то необходимо обязательно запрашивать у них характеристики использованных при измерениях источников излучения.
Полоса пропускания. МСЭ-Т ввел в рек. G. 651 для многомодовых волокон понятие основной полосы частот и полосы пропускания по модовым искажениям.
Характеристика основной полосы частот учитывает влияние как модовых искажений, так и хроматической дисперсии. Характеристика основной полосы частот отнесена к одному километру длины ОВ.
Полоса пропускания по модовым искажениям определяется по АЧХ, построенной по модовым искажениям и скорректированной с учетом хроматической дисперсии, на уровне 3 дБ оптической мощности.
Так как полоса пропускания по модовым искажениям в сильной степени изменяется в зависимости от точности реализации показателя профиля в процессе изготовления волокна, то изготовители волокна выполняют измерения полосы пропускания для каждой катушки многомодового волокна и пересчитывают ее значение для длины в 1 км, полоса пропускания имеет размерность МГц·км. Минимальное значение полосы пропускания ОВ в кабеле называется полосой пропускания ОК.
Измерения полосы пропускания производители выполняют с применением лазерных источников излучения на длинах волн в первом (вблизи 850 нм) и/или втором (вблизи 1300 нм) окнах на стадии намотки волокна на катушки в процессе производства, перед их покрытием защитной оболочкой или размещением в элементах кабеля.
Реально выпускаемые волокна имеют значительно большую полосу пропускания, особенно в диапазоне 1300 нм.
Полоса пропускания по модовым искажениям, измеренная производителями, может значительно отличаться от полосы пропускания проложенной оптической линии, за счет использования источников излучения с разными спектральными характеристиками. Если рабочая длина волны и спектральная ширина источника излучения пользователя (лазера или CHD) такие же как у производителя волокна, то полоса пропускания линии может быть рассчитана по полосе пропускания волокна на катушке.
Многомодовые волокна направляют сотни мод и каждая имеет свои собственные потери, скорость и длину волны нулевой дисперсии.
Существует оптимальный параметр формы профиля gорt,, при котором теоретически достигается наибольшая полоса пропускания для определенной длины волны. В результате полоса пропускания волокна может быть оптимизирована только на одной длине волны, названной пиковой длиной волны волокна λр. При использовании длины волны отличной от λр полоса пропускания многомодового волокна будет уменьшаться.
Расположение пиковой длины волны волокна может изменяться при помощи изменения параметра формы профиля gорt и здесь имеется различие между волокнами первого и второго окна. Высококачественные волокна первого окна имеют пиковую длину волны 850 нм, тогда как волокна второго окна — 1300 нм. Двухоконные волокна представляют собой компромисс между этими двумя типами и имеют пиковую длину волны около 1100 нм. Хотя этот компромисс обеспечивает приемлемую полосу пропускания в первом и втором окнах одновременно, широкополосность при λ = 850 и 1300 нм никогда не будет выше той, которая может быть достигнута в однооконных волокнах хорошего качества.
Основная полоса частот многомодового волокна. Основная полоса частот (F) учитывает совместное влияние как модовых искажений, так и хроматической дисперсии. Она может быть рассчитана по формуле:
, (5.3)
где Fмод — полоса пропускания по модовым искажениям; F хром — полоса пропускания по хроматической дисперсии.
Хроматическая дисперсия одномодовых волокон по рек. G.652. Производители одномодовых волокон указывают численное значение коэффициента хроматической дисперсии для длины волны λ =1,31 мкм и λ =1,55 мкм, а также приводят некоторые дополнительные характеристики, которые будут рассмотрены ниже, позволяющие потребителю оценить качество волокна с точки зрения величины дисперсии оптического сигнала. Реальная дисперсия сигнала зависит не только от качества, присущего собственно ОВ, но и от ряда технических решений, принимаемых пользователем ОВ. Эта ситуация аналогична той, которая имеет место при оценке качества связи по симметричному кабелю. Как известно, качество связи по последнему зависит от качества собственно кабельной продукции, оцениваемой через понятие переходного затухания, а также от технических решений пользователей, например, длины усилительного участка. В целом качество связи по симметричному кабелю оценивается через понятие защищенности цепи, численное значение которого зависит как от величины переходного затухания, так и длины усилительного участка. Хроматическая дисперсия одномодовых волокон может быть также выражена в виде ширины полосы пропускания, если известны характеристики источников излучения, использованных потребителями волокон. В общем случае, производители волокна не знают какие источники будут применять пользователи и поэтому не могут указать хроматическую полосу пропускания своих волокон. Вместо этого они указывают область минимального и максимального значения длины волны нулевой дисперсии λ0 и приводят значения коэффициентов максимального наклона дисперсии S0, которые могут быть использованы для расчета расплывания импульса (или полосы пропускания) при использовании волокна с любым источником.
Максимальный коэффициент хроматической дисперсии в рек. G. 652 задается:
— допустимым диапазоном длин волн с нулевой дисперсией между λ0min=1300 нм и λ0mах=1324 нм;
— максимальной величиной крутизны нулевой дисперсии
S0mах - 0,093 пс(нм2·км).
Предельные величины коэффициента хроматической дисперсии для любой длины волны λ в диапазоне 1260-1360 нм рассчитываются по следующим формулам:
, (5.4)
. (5.5)
Коэффициент ПМД (Т). В рекомендации G. 652 отсутствуют нормативы по этому коэффициенту. Ведущие производители волокон нормируют значение Т=0,5 пс 
, для его обеспечения разработана специальная технология вытягивания волокна. При обычной технологии значения Т примерно на порядок больше, что может вызвать значительные дополнительные затраты при скорости передачи информации 2,5 Гбит/с и выше.