Ответим на вопросы (звонок бесплатный)
8 800 775-58-55

Оптоволокно (ВОЛС)

В данной статье хотелось бы рассмотреть принципы передачи сигнала по оптоволокну и его основные типы.

Оптические волокна являются основным компонентом ВОЛС. Они являют собой особую комбинацию материалов, которые имеют различные механические и оптические свойства. Волокно состоит из внешней и основной части. Внешняя часть в основном изготовлена из высокопрочных эпоксидных композиций или пластмасс. Эта часть оптоволокна служит защитой световода и обеспечивает его  устойчивость по отношению к воздействию внешних источников оптического излучения. Вторая – основная часть включает в себя две составляющие: сердцевину и оболочку. Сердцевина выполнена из сверхчистого кварцевого стекла, которое и имеет свойство передачи оптических сигналов. За счёт разного коэффициента преломления( у материала из которого сделана сердцевина он выше чем у оболочки) световой луч полностью отражается внутрь сердцевины. В основном значения коэффициента преломления материала сердцевины колеблются от 1,45-1,55.

Чтобы передать сигнал по волноводам, обязательно нужен источник только когерентного света, и чем меньше будет ширина спектра передатчика, тем дальше будет возможность передать сигнал. Поэтому здесь, больше всего подходят лазеры, ведь они могут поддерживать одну и ту же разность фаз, несмотря на одинаковую длину волн, благодаря индуцированному излучению света. Явление интерференции возникает в световоде, так как длина волны оптического   излучения сравнима с диаметром сердечника волокна. Это доказывается тем, что в сверхчистом стекле сердцевины, свет распространяется именно в тех направлениях, в которых при наложении волн друг на друга, они усиливаются, то есть только под определёнными углами. Моды(собственные волны)  – это разрешённые световые волны, распространяющиеся в оптоволокне. А теперь рассмотрим основные параметры оптических волокон.

Затухание, дисперсия и полоса пропускания – вот основные параметры для описания того как распространяется свет в оптических волокнах. Ослабление светового потока в оптоволокне и есть затухание, оно может быть вызвано, например, поглощением света. Поглощения бывают внутренние и внешние. Первые связаны с молекулярным резонансом и свойствами материала, из которого состоит волокно, а вторые – определяются количеством примесей в его материале. Новейшие оптические волокна отличаются маленьким количеством микропримесей, вследствие чего внешнее поглощение может не браться в расчёт.

Причиной затухания света так же может быть – рассеивание излучения, которое, кстати, и является основным фактором затухания в оптоволокне. Дефектами сердцевины и наличием примесей в волокне обуславливается этот тип затухания. Посторонние вкрапления сильно влияют на прохождение света по его правильной траектории и из-за превышения угла преломления, часть светового луча выходит через оболочку. Существует так же и обратное рассеивание.

Следующие факторы затухания - это изгибы, различают 2 типа – макро- и микроизгибы. Макроизгибы – это превышающий допустимый радиус, большой изгиб, который заставляет часть  светового потока, покинуть сердечник оптического волокна. Микроизгиб, в свою очередь представляет малейшие изменения геометрии сердцевины волокна, которые возникли ещё при его производстве. Чтобы определить полный коэффициент затухания оптического волокна, нужно учитывать все вышеперечисленные факторы.

Дисперсия является одним из факторов, которые сильно влияют на качество передачи сигнала, так как она растягивает световой импульс, в момент его передачи по оптоволокну. Дисперсия резко снижает граничную полосу пропускания, которую мы рассмотрим чуть позже, тем самым скорость работы оптических систем заметно снижается. Существует два типа дисперсии – хроматическая и модовая. Первая в первую очередь связана с зависимостью скорости распространения светового потока от размера волны источника излучения. Вторая – с разным временем прохождения какого-либо участка световых мод, которые двигаются в разных направлениях. Теперь, как и обещали ,рассмотрим полосу пропускания световода.

При передаче высокоскоростных цифровых сигналов, она является одним из важнейших параметров оптического волокна и в большинстве своём определяется его дисперсионными свойствами.

Ну и в заключении рассмотрим основные типы  оптического волокна

В зависимости от структуры волокна выделяются одномодовые и многомодовые оптические волокна. Рассмотрим каждые из них по отдельности. В сердечнике одномодового оптоволокна может распространяться только основная и единственная мода. Вследствие этого именно данные волокна активнее других используются при строительстве ВОЛС, потому что именно они имеют отменные характеристики. Из наиболее важнейших преимуществ можно выделить:

  • Минимальную величину модовой дисперсии.
  • Малое затухание.
  • Наиболее широкая полоса пропускания.

Многомодовые оптические волокна отличает очень не маловажный недостаток – они обладают большой величиной модовой дисперсии, которая ограничивает дальность работы цифровой системы передачи , а также полосу пропускания. Однако, это не мешает активно применять оптоволокно такого типа , при строительстве коротких ВОЛС, это можно объяснить тем, что производство такого волокна и источников излучения, отличается сравнительно низкой ценой. Для того, чтобы компенсировать модовую дисперсию применяют оптоволокно, с переменным профилем показателя преломления сердечника кабеля. Так, широкое распространение получили градиентные оптоволокна. От стандартных – многомодовых, они отличаются наличием постоянного профиля преломления материала сердцевины, вследствие чего, показатель преломления постепенно уменьшается от сердечника к оболочке. Так компенсируется задержка распространения различных световых мод. Таким образом, градиентное оптическое волокно имеет значительно меньшую дисперсию, а значит и увеличивается полоса пропускания. Недостатком вышеописанного волокна является высокая цена, а также сложное производство.