1550 нм какой диапазон

1550 нм

Про инфракрасную фотографию на Хабре уже писали (например, здесь и здесь). Напомню, что диапазон видимого света — от 0.4 до 0.7 мкм, инфракрасный диапазон начинается с 0.7 мкм и продолжается до миллиметровых волн. Обычная цифровая камера (даже с удалённым ИК-поглощающим фильтром) работает, в лучшем случае, до длины волны 1.05 микрона. Диапазон работы тепловизоров (тоже ИК-камеры) гораздо дальше — примерно 7-14 мкм. А что между ними?

Сразу за 1.1 мкм идут широкие полосы поглощения света водяным паром:

Окно прозрачности между ними (1.2-1.3 мкм) занято военными, не знаю, зачем. Вторая полоса поглощения заканчивается примерно на 1.5 мкм, после чего начинается ещё одно окно прозрачности. И самой популярной в нём оказался свет с длиной волны 1.55 мкм: для него выпускаются и лазеры, и фотоприёмники, которые, к тому же, не запрещаются военными. И этим не преминули воспользоваться производители лазерных сканеров.

Конечно, основная задача 3D-сканера — измерить расстояние до точек объекта и получить его геометрическую форму. Но, поскольку измерение происходит средствами оптики, в качестве побочного эффекта получается изображение. В случае лазерных сканеров, изображение получается на той длине волны, на которой работает лазер. Поэтому, никаких цветов в нём нет — результат можно считать чёрно-белым.

Между фотографией (даже с использованием фильтра) и изображением, полученным с лазерного сканера, есть существенная разница. Фотоаппарат активно использует внешнее освещение. Сканер его полностью игнорирует, и пользуется только теми фотонами, которые излучил сам. Результат получается таким, как если бы фотоаппарат работал в абсолютной темноте, используя точечную вспышку. Далёкие объекты выходят тёмными, поверхности, повёрнутые под углом — тоже. Но в остальном, можно рассматривать эти изображения, как грубое приближение к тому, как выглядел бы мир для тех, чьи глаза настроены на эту волну.

Сильнее всего изменились люди. Если на 0.8-0.9 мкм у людей на фотографиях только заглаживались дефекты кожи, то на 1.55 мкм изменилось всё — кожа почему-то стала чёрной, а волосы — белыми:

Одежда — и хлопчатобумажная, и шерстяная — побелела. Хотя это наблюдалось ещё на ближнем ИК.

Совершенно непрозрачной оказалась вода — выглядит, как чернила:

И это очень хорошо. Значит, глаз не только не увидит эти фотоны, так они ещё и не дойдут до сетчатки вообще. Поэтому требования к максимальной допустимой мощности лазера на несколько порядков слабее, чем для видимого света и для ближнего ИК.

Апельсиновый сок стал таким же чёрным, как вода. Кружка из тёмного стекла прозрачной не стала, и сахар в ней остался белым:

Катушка матового скотча потемнела.

Иллюстрация на обложке книги изменилась, но как-то избирательно:

На чёрном кожаном рюкзаке кожа осталась чёрной, а тканевые вставки с молниями стали белыми. Посветлели и сумка и ремешок для фотоаппарата (тоже из ткани). А вот металлические чёрно-белые мишени изменились очень странно: одна стала однородно серой, другая осталась прежней, хотя контраст уменьшился, а у третьей вообще тёмные и светлые области поменялись ролями. Но это зависит от угла падения луча: на снимке с книжкой луч падал не перпендикулярно, и соотношение яркости областей на третьей мишени восстановилось.

Вот ещё несколько ИК изображений — но парных цветных фотографий для них, к сожалению, нет.

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.

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.

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”

Чтобы задать вопрос докладчику вебинара отправьте письмо на адрес: info@fibertop.ru

Стенограмма вебинара "Механизмы возникновения потерь и отражений сигнала в оптическом волокне"

Может быть, вы помните из курса школы или института, что оптическое волокно или частицы оптического волокна иногда проявляют свои свойства как частица, а иногда как волна. Это так называемый корпускулярно-волновой дуализм. Как волна, свет проявляет себя. Собственно, как и все другие электромагнитные волны, они состоят из электрической магнитной составляющей, которая имеет все те же параметры: частота, период. Электрическая магнитная составляющая находится в ортогональных проекциях относительно друг друга. Рассмотрение в таком виде достаточно сложно, поэтому далее мы будем использовать представление частицы света фотона как частицы. Это не повлияет на наше понимание, но зато облегчит существенно.

Начнём с того, в каком же диапазоне частот передаётся информация в оптическом волокне. Если рассмотреть, в общем, все частоты, то

1. Низкочастотный спектр, в котором работают обычные телефонные аппараты 0,3-3,4 кГц.
2. Высокочастотный спектр: телевидение, радио.
3. Микроволновый диапазон: микроволновые печи, мобильные телефоны, Wi-Fi тоже в этом диапазоне работает.
4. Оптический диапазон
5. Спектр рентгеновского излучения.

Рассмотрим более подробно оптический диапазон. Он включает ультрафиолет, видимые длины волн (видимые цвета) и инфракрасный диапазон. Хочу привести небольшой пример. Вспомните, как летом на солнце мы чувствуем такие эффекты: во-первых, нам тепло, во-вторых, мы загораем. Ну и светло.

1. Светло нам потому, что если все видимые цвета смешать, то получается белый свет, от которых нам и светло.
2. Загораем из-за действия на нас ультрафиолетового света
3. Тепло нам от воздействия света в инфракрасном сдиапазоне.

Поэтому я хочу, чтобы вы запомнили: инфракрасный свет или все длины волн, которые находятся в инфракрасном диапазоне, очень тёплые.

Поэтому если посмотреть в источник света, то это лазерный поток попадает на сетчатку глаза и может пережечь её. Очень жаркий такой поток. Поэтому не рекомендую и по технике безопасности всегда объясняю, что смотреть в источник нельзя и направлять его нельзя на отражающие предметы, на зеркало, металлические, глянцевые поверхности, чтобы оно не отразилось и не попало никому в глаза.

Чем же отличается одномодовое волокно от многомодового?

• Диаметр сердцевины. Одномодовое волокно имеет диаметр сердцевины — 9 мкм чаще всего, но иногда пишут 8 мкм, вообще 9 ± 2 мкм. У многомодового волокна диаметр сердцевины равен 50 мкм (новый стандарт) и 62,5 мкм (старый стандарт). Сейчас используются и те, и те, но 62,5 мкм как-то медленно уходит. Оболочка, что у одномодового, что и у многомодового волокна одинакового диаметра – 125 мкм.
• Рабочие длины волн, которые чаще всего используются. В одномодовом волокне: 1310-1550 нм, у многомодового: 850-1300 нм. Хотя если говорить про одномодовое волокно, которое используется, например, в пассивных оптических сетях, то там используют и другие длины волн – например, 1490 нм или 1625 нм.
• Тип источника: в одномодовом волокне используется лазер, на следующем слайде поймём почему, в многомодовом используется светодиод.
• Затухание в одномодовом волокне составляет 0,2-0,5 дБ/км, у одномодового – 1-3 дБ/км.
• Область применения: в телекоммуникациях в основном используется одномодовое волокно, а многомодовое чаще всего используется в локальных сетях, центрах обработки данных и т. д., в тех сетях, которые имеют небольшую протяжённость.

Здесь хочу немножко разобрать понятие моды оптического волокна. Наверняка вы слышали фразы "Одномодовое волокно", "Многомодовое волокно". Что же такое мода? Если говорить простыми словами, то мода оптического волокна – это путь распространения одного из сигналов. Многомодовое волокно имеет диаметр сердцевины, как мы ранее говорили, 50 мкм или 62,5 мкм. Сердцевина одномодового – 8 мкм. Намного уже. Если светить светодиодом и в одномодовое и многомодовое волокно, ты мы видим, что в многомодовое волокно попадает несколько лучей и каждый из них имеет свою траекторию распространения, свой путь. Так как их здесь много, то это и есть многомодовое волокно. В одномодовом сердцевина очень узкая, поэтому туда попадает только один лучик. И такое волокно называется одномодовым.

Конечно, если таким образом светить, то мощность сигнала, который передаётся в данном случае по многомодовому кабелю или волокну, намного больше, чем мощность сигнала, который передаётся по одномодовому волокну. Поэтому в качестве источника света в одномодовых системах передач используется не светодиод, как здесь указано, а лазер. Он имеет более плотный спектр передачи.

Сейчас мы видим спектральную характеристику. О мощности передачи говорит площадь участка импульса. Площади характеристик для светодиода и лазера примерно равны, отличается только их форма. Поэтому, за счёт разности диаметров сердцевин, в качестве источника света для многомодового волокна можно использовать даже светодиод. А в одномодовых ВОЛС — пользоваться только источником лазерного света.

Поэтому и применение таким образом распределилось. Многомодовые кабели связи используются, как я говорил, в локальных сетях и центрах обработки данных, в тех местах, где расстояния очень маленькие. По стандартам, где-то до 2 км, хотя можно и чуть больше. В таких случаях хоть потери и больше 1,3 дБ/км, но зато сама система стоит дешевле. Потому что лазер – устройство дорогое, а если вместо лазера использовать светодиод, то общая стоимость системы значительно удешевляется. Поэтому если говорить про передачу информации на маленьких дистанциях, то это очень выгодное предложение. Тем более что никакие виды электромагнитных помех не влияют на это волокно. Соответственно, даже вопрос возникает: передать на 10 м или использовать высоко экранированный кабель 7-й категории или использовать оптическое волокно без всяких экранов? Всё равно информация передастся в очень хорошем качестве.

Окна прозрачности – это тоже очень важный параметр. Попытаюсь объяснить его тоже простыми словами. Что такое окно прозрачности? Это длина волны, на которой происходит минимальное затухание. Если окно прозрачное, то света проходит больше. Если окно непрозрачное, грязное, то света проходит меньше. То же самое и здесь. (Окна прозрачности на диаграмме находятся на длинах волн 850 нм (I), 1300 нм (II), 1550 нм (III).

Это характеристика для обычного оконного стекла. Если говорить про многомодовый кабель, то у многомодового кабеля затухание начинает повышаться примерно здесь (с длины волны 1300 нм) и примерно таким образом (презентатор показывает курсором мышки).

В одномодовом затухание распределяется таким образом. (презентатор показывает курсором мышки).

Поэтому в одномодовом используется 1310 нм, 1550 нм и выше – до 1650 нм. У одномодового – 850-1300 нм.

Особенности технологий передачи на 1310 нм и 1550 нм в кабельном телевидении.

Особенности технологий передачи на 1310 нм и 1550 нм в кабельном телевидении.
В последнее время на Украине началась модернизация первых оптических сетей, построенных по технологии HFC. Время подтвердило правильность перехода на оптические технологии передачи сигнала, которые в настоящее время становятся с каждым днем значительно дешевле, а пропускная возможность, надежность и простота эксплуатации которых во многом превосходит традиционные коаксиальные сети. Наблюдается тенденция перехода от технологии передачи на длине волны 1310 нм к передаче на 1550 нм. Фактически же разница в технологиях не ограничивается разницей только в окнах прозрачности. Для крупных сетей целесообразнее использовать передатчик с длиной волны 1550 нм. Благодаря меньшему затуханию в волокне, высоким параметрам передатчиков с внешней модуляцией (модуляция полем), и возможности использования прямого оптического усиления в этом оптическом диапазоне, данная технология может обеспечить значительно большую зону охвата. Считается также, что оборудование для таких сетей все еще очень дорогое. И правда, передатчик с лазером 1550 нм и внешней модуляцией стоит в несколько раз дороже, чем лазеры с внутренней модуляцией. Но при большой зоне охвата, там, где будет достаточно одного передатчика и пары усилителей на 1550 нм, передача на длине волны 1310 нм становится экономически невыгодной из-за резкого увеличения числа передатчиков. Это связано с тем, что еще не разработаны подходящие усилители в этом диапазоне. Существующие усилители, работающие в диапазоне 1310 нм, являются полупроводниковыми (SOA), а они непригодны для усиления аналогового сигнала. К недостаткам таких полупроводниковых усилителей можно отнести:

• большой уровень шума по сравнению с эрбиевыми (EDFA) или рамановскими усилителями;
• низкая выходная мощность;
• большие перекрестные помехи между каналами;
• чувствительность к поляризации входящего света;
• большие вносимые потери;
• трудности соединения SOA с передающим оборудованием.

В силу ограниченного динамического диапазона системы передачи, при увеличении количества абонентов и зоны охвата необходимо увеличивать как количество передатчиков, так и точек усиления или переприема. Конечно же, для длины волны 1310 нм можно организовать переприем сигнала (преобразование из светового в электрический и обратно). Но даже с переприемом возможности технологии 1310 нм по зоне охвата для крупных сетей существенно уступают технологии 1550 нм. Причиной тому – снижение качественных параметров сигнала при организации переприема (уже первый переприем снижает соотношение сигнал/шум (CNR), как минимум на 3 дБ). После нескольких переприемов ВОСП уже не будет отвечать техническим требованиям по качеству сигнала. Для 1550 нм количество каскадов усиления в ОТС, при определенных условиях, может быть порядка 5…7, что позволяет разворачивать оптическую сеть с одной ГС в мегаполисах.
Опыт и практика показывают, что в большинстве сетей, выстроенных по архитектуре FTTB/FTTH, уже при достижении 15000 абонентов, выгоднее использовать системы передачи оптического сигнала СКТ на длине волны 1550нм.

Необходимо отметить, что технология 1550 нм имеет два существенных недостатка по сравнению с технологией 1310нм. Первый – это стоимость. Передатчик 1550 нм с внешним модулятором дороже в несколько раз такого же передатчика 1550 нм, но с прямой модуляцией. Как следствие, требуются более высокие инвестиции на начальном этапе строительства ВОСП. Второй – это значительная хроматическая дисперсия сигнала, что приводит к резкому снижению предельно допустимых скоростей передачи цифровых потоков и искажению аналоговых сигналов при передаче на большие расстояния.

Традиционно сети на Украине построены на стандартном волокне SSMF. Хроматическая дисперсия данного волокна на длине волны 1310 нм (зона нулевой дисперсии) в 8 раз ниже дисперсии на длине волны 1550 нм (17 пс/нм.км). По этой причине сигнал с передатчика с прямой модуляцией на длине волны 1310 нм накапливает меньше искажений 2-го порядка (CSO) при передаче через длинную (несколько км) линию ВОЛС. Качество сигнала передатчика с прямой модуляцией на длине волны 1310 нм страдает меньше, чем качество сигнала на 1550 нм с прямой модуляцией на протяженной линии. По этой причине во многих случаях целесообразно использовать оптическое волокно со смещенной дисперсией (DSF). Однако следует помнить, что на коротких магистралях хроматическая дисперсия играет незначительную роль. Для уменьшения хроматической дисперсии в передатчиках на 1550нм используется внешняя модуляция, что позволяет получить более узкополосный и стабильный сигнал. Необходимость внешней модуляции обуславливается еще и тем, что технология 1550 нм используется в основном для передачи сигнала на большие расстояния. Собственно, именно внешний модулятор и делает передатчики на 1550нм значительно дороже.
Прямая модуляция осуществляется изменением тока полупроводникового лазера под действием внешнего модулирующего ВЧ сигнала (сигнал КТВ). При такой модуляции неизбежно меняется не только мощность излучения лазера, но и длина волны лазера (оптическая частота).
Внешняя модуляция производится изменением амплитуды света в устройстве, стоящем между лазером и оптическим выходом лазера. При этом ток лазера не изменяется, и излучатель работает в стационарном установившемся режиме. Сам принцип внешней модуляции предполагает расщепление модулируемого луча на 2 пучка. Оптические передатчики с внешней модуляцией, как правило, имеют 2 оптических выхода с сигналами, сдвинутыми друг относительно друга по фазе на 180?. При передаче сигнала на большие расстояния эти два сигнала передаются по двум оптическим волокнам на приемники, где они конвертируются в традиционные ВЧ сигналы. Выходные ВЧ сигналы от этих оптических приемников поступают на входы линейного ретранслятора, где они, после фазовой балансировки суммируются, что влечет за собой увеличение выходного уровня на 3дБ и повышение C/N также на 3дБ по сравнению с традиционной передачей сигнала по одному волокну. Точно так же, как и в балансных усилителях, улучшается и показатель по искажениям второго порядка (CSO), т.к. все четные гармоники суммируются в противофазе с равными амплитудами. Как правило, такое улучшение CSO составляет 6дБ. Эти свойства используют в ретрансляторах (экстендерах), что значительно улучшает качество передачи аналоговых сигналов в супертранковых оптических магистралях.
Оптический передатчик с внешней модуляцией обеспечивает передачу сигнала через оптоволокно без ухудшения нелинейных искажений (CSO и CTB). Независимо от длины волокна искажения 2-го и 3-го порядка остаются на том же уровне, что и непосредственно на входе в оптическую линию. В общем же композитные искажения 2-го порядка (CSO) зависят от числа передаваемых ТВ каналов, индекса оптической модуляции, от качества оптического передатчика, от нелинейных искажений в оптическом приемнике. Основные зависимости таковы:
• чем больше число каналов, тем хуже CSO (линейная зависимость);
• чем выше уровень оптической модуляции, тем CSO хуже (квадратичная зависимость);
• CSO передатчика и приемника дают прямой вклад в суммарный CSO.

При использовании передатчиков с прямой модуляцией CSO зависит уже и от длины линии, по которой передается сигнал. Сигнал, поданный в волокно из оптического передатчика с прямой модуляцией, теряет свое качество тем сильнее, чем больше длина линии ВОЛС. Эффект ухудшения параметров сигнала обусловлен неизбежным изменением длины волны лазера в процессе модуляции (Chirp) и дисперсией волокна. Лазер все время работает в нестационарном переходном режиме и происходит уширениие линии спектра излучения. При использовании передатчиков с прямой модуляцией лазера искажения CSO, вносимые оптоволокном, ухудшаются пропорционально квадрату длины волокна. Так при увеличении длины в 2 раза CSO от волокна ухудшаются на 6 dB.
Передача на длине волны 1550 нм позволяет использовать эрбиевые волоконные усилители оптического сигнала (EDFA). Оптические усилители практически не вносят нелинейных искажений в ВЧ сигнал КТВ. Использование EDFA дает возможность создавать древовидную структуру ВОЛС, а также увеличивать дальность передачи. Потери мощности сигнала на длине волны 1550 нм почти в 2 раза меньше потерь на длине волны 1310 нм.

При архитектуре HFC динамический диапазон входных мощностей на оптический приемник порядка -2…+1 дБм, а при архитектуре FTTB -10…-5 дБм. В силу того, что уровень выходного ВЧ сигнала понижается с удвоенным значением снижения уровня входной оптической мощности, коэффициент усиления оптического приемника для архитектуры FTTH должен быть на 10…20 дБ выше, чем для архитектуры НFC. Отношение несущая/шум (C/N) на выходе оптического приемника прямо пропорционально зависит от уровня входной оптической мощности. В силу этой особенности, отношение C/N архитектуры FTTH (43…48 дБ) много ниже, чем при архитектуре HFC (50…54 дБ), при том же уровне индекса оптической модуляции OMI.

Необходимо помнить, что в реальных рабочих условиях всякое увеличение уровня оптической мощности, поступающей на вход оптического приемника на 1 дБ вызывает ухудшение CSO на 2 дБ, СТВ на 4 дБ и увеличение выходного уровня ВЧ на 2 дБ. При сохранении неизменным выходной уровень ВЧ сигнала (например, за счет изменения аттенюатора), интермодуляционные искажения практически не изменятся. Это свидетельствует о предпочтении использования жесткой АРУ в приемных модулях головной станции или в самих оптических приемниках. Использование АРУ на конечном участке всегда выгодно с технической точки зрения, но экономически не оправдано. Большему устанавливаемому выходному ВЧ уровню оптического приемника соответствуют большие значения искажений.
При работе оптического приемника в режиме максимального уровня выходного сигнала (что характерно для FTTH, поскольку оптический приемник является конечным активным устройством, вносящим искажения), его выходные значения CSO и СТВ фактически не зависят от уровня входной оптической мощности, а зависят лишь от выбранного выходного уровня ВЧ с помощью аттенюатора.
При архитектуре FTTH необходимо обязательно использовать оптический приемник со встроенным эквалайзером. Его применение дает возможность не только понизить вводимые искажения, но и доставить до абонентских розеток более равномерный сигнал (с наименьшими амплитудными искажениями – АЧХ).

Таким образом, при построении СКТ с глубоким проникновением оптики приемник целесообразно использовать в режиме максимального усиления при минимальном уровне входной оптической мощности (с точки зрения минимизации финансовых затрат за счет увеличения числа оптических приемников, приходящихся на один оптический передатчик), с установленным предварительным эквалайзированием и при максимально возможном индексе оптической модуляции (за счет улучшения C/N и повышения уровня выходного сигнала оптического приемника при нехватке его усилительного потенциала).

Действительно, для FTTH характерна замена любого из домовых усилителей на оптический приемник. Так, если при топологии НFС один оптический передатчик нагружается на 4–6 оптических узлов (ОУ), то при FTTH нагрузка достигает до 20…30 ОУ. Отсюда следует, что входная мощность ОУ понижается на 7…8 dB. Для компенсации снижения C/N при понижении уровня входной оптической мощности Рвх, вполне логично увеличить уровень входного модулирующего сигнала на ? децибел, что вызовет увеличение C/N также на ? децибел. Однако следует помнить, что с увеличением уровня входного сигнала на ? дБ, понижается CSO на те же ? дБ, а СТВ – на 2? дБ. Поэтому величина индекса оптической модуляции ОМІ, зависящая от уровня входного модулирующего напряжения Uвх, должна быть оптимальной для каждого конкретного случая. Более того, увеличение индекса модуляции приводит и к увеличению уровня выходного сигнала ОУ.
В настоящее время на рынке Украины уже широко представлено оборудование, предназначенное для построения FTTH сетей. Так, в качестве передатчиков на 1550 нм с внешней модуляцией предлагается оборудование фирмы HARMONIC. За последний год более 20 бюджетных передатчиков типа HLT7806R, специально оптимизированные для трансляции каналов в системе PAL, проданы и успешно работают в наших кабельных сетях. Их цена за последнее время стала сравнима с продукцией китайских производителей, поскольку основные элементы – внешние модуляторы, производятся только несколькими фирмами и являются покупными в китайских изделиях. Еще одной из новинок является оптический усилитель EDFA фирмы HARMONIC с суммарной выходной мощностью 1000 мВт (30 дБм). Предлагается две модификации – с 6 или 8 оптическими выходами (22 и 21 дБм) соответственно. Один такой усилитель заменяет около 20 традиционных усилителей на 17 дБм и значительно экономит кроссовое оборудование и стоечное пространство. По цене он значительно дешевле, чем аналогичный по функциональным возможностям набор из более маломощных усилителей того же производителя.

Для операторов, модернизирующих сети HFC, построенных на оборудовании данной фирмы с использованием оптических узлов PWRBlazer II, предлагаются модули оптических усилителей на 1550 нм NOA 7014GF, которые просто монтируются в эти узлы. Это дает возможность использование простого оптического узла дополнительно еще и как узел переприема без каких либо изменений. Подведя лишь оптические линии к данной точке, получается уже целый сегмент сети. Сеть из HFC трансформируется в FTTH.

Одним из конкурентных продуктов в данном сегменте может стать оптический приемник
RAY- 50 производства фирмы Rayvert из Китая. К его достоинствам можно отнести хорошее соотношение цена / качество, высокий выходной уровень ВЧ при низких искажениях, возможность гибкого выбора конфигурации выхода. В приемнике используются стандартные дискретные аттенюаторы, которые являются универсальными и используются также и в цепи эквалайзера.

• Вновь стоящиеся большие СКТ целесообразно сразу строить по технологии FTTH на 1550 нм с последующим использованием свободных волокон для организации параллельной Ethernet сети.
• Операторам HFC сетей, которые планируют модернизацию своих сетей под технологии FTTH, рекомендуется действовать поэтапно, подтягивать оптику ближе к абоненту, постепенно сегментируя зоны обслуживания ОУ, но при этом сразу закладывать волокна для интеграции других технологий и дальнейшего продвижения оптики до технологий FTTH
• Учитывая жесткие ограничения бюджета строительства, построение комбинированных FTTH сетей имеет свои особенности, в связи с чем их расчет и проектирование лучше поручать уже зарекомендовавшей себя проектной организации, особенно в области проектирования ВОЛС.

Оптоволокно: типы оптического волокна, применяемого в телекоммуникационных сетях

Современные тенденции развития телекоммуникационных и компьютерных сетей все больше склоняются к использованию оптических волоконных коммуникаций связи вместо традиционных медных кабелей. Если до недавнего времени подобные волокна использовали только для глобальных сетей, то сейчас она начинает составлять конкуренцию традиционным кабельным коммуникациям связи с металлическими (медными) токопроводящими сердечниками, а также технологиям беспроводной передачи данных. Учитывая, что ежегодно внедряются новые технологии, снижающие производственные затраты, волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) начинают применяться всё ближе к конечному пользователю. Основой кабелей, используемых в ВОЛС, является оптоволокно разных видов, о котором и пойдет речь в этой статье.

Принцип действия и основные рабочие параметры оптоволокна

Оптическое волокно (optical fiber) представляет собой светопрозрачный материал в виде нитей небольшого размера круглого сечения. Оно функционирует, как волновод, по которому осуществляется передача фотонов в видимом или инфракрасном диапазоне спектра со скоростью света. Альтернативные названия: стекловолокно, оптоволокно, оптика.

Принципиальная конструкция любого оптического кабеля состоит из двух основных элементов: сердцевины и оболочки. Одно или несколько таких волокон, объединенных в одну структуру и покрытых различными защитными материалами, является волоконно-оптическим кабелем.

Следует заметить, что в зависимости от области применения и внешних эксплуатационных характеристик материалы самого оптоволокна и структура защитной оболочки различных марок оптоволоконного кабеля могут варьироваться в широком диапазоне. Поэтому при его выборе следует обращать внимание не только на тип центрального элемента кабеля.

Передача данных по ВОЛС производится в виде импульса с определённой модуляцией. Луч света многократно отражается от оптической оболочки и распространяется по центральной части оптоволоконного кабеля с высокой скоростью и на значительные удаления. При этом в зависимости от изначального угла, под которым колебания света попадают в сердцевину, возможна отправка нескольких потоков информации одновременно.

Одним из ключевых параметров, определяющих эффективность передачи информации, является показатель преломления в защитных слоях центральной части. Однако не менее важен профиль параметра преломления сердцевины — он описывает зависимость величины коэффициента преломления от величины поперечного сечения оптоволокна. Если профиль преломление остаётся стабильным на всей протяженности оптоволоконного кабеля, то он называется ступенчатым. Если этот показатель изменяемый, кроме того он уменьшается, от центральной оси к периферии провода, то он получает название градиентный. Встречаются марки волоконно-оптического кабеля, у которых профиль показателя преломления сердцевины описывается более сложными формулами.

Среди главных рабочих, параметров, описывающих эксплуатационные характеристики оптического волокна специалисты выделяют следующие:

• Затухание. Эффект постепенного снижения мощности оптического импульса в волоконном проводе по мере его прохождения по волноводу. Это явление вызывается сочетанием разных физических процессов, среди которых ключевыми являются длина волны электромагнитного излучения видимого спектра. Коэффициент затухания измеряется в децибелах на километр и определяет фактическую дальность отправки сигнала (без ретранслятора) по волоконно-оптическому кабелю разных типов.
• Дисперсия. Характеризуется увеличением диапазона частоты импульса света в нм. Такое явление получило наименование оптического уширения. Негативный эффект заключается в перекрывании диапазона соседних импульсов, передаваемых одновременно, что проявляется в возникновении ошибок при приеме и расшифровке данных. Эффект негативно влияет как на скорость передачи данных, так и на максимально допустимое расстояние трансляции.

Классификация оптических волокон по материалу изготовления

На данный момент для коммерческого использования доступна довольно широкая номенклатура оптоволоконных линий. Условно их можно классифицировать по следующим характеристикам:

• Активное оптоволокно — усиливают излучение света. Имеют ряд существенных отличий по сравнению с обычными (пассивными) оптическими волокнами.
• Конструкция — особый размер и форма светопрозрачной центральной части.
• Химический состав — легированы тулием, неодимом, эрбием, иттербием.
• Имеют особый вид покрытия оболочки с повышенными характеристиками отражения.
• С повышенной фоторефрактивностью — отличаются высоким содержанием диоксида германия в качестве легирующего элемента световедущей сердцевины. Применяют как основной элемент отражателя (резонатора) в лазерных установках, как чувствительный сенсор и т.п.
• Фоточувствительные — внутренность оптоволокна легирована бромом и/или германием.
• Устойчивые к агрессивным средам — граничным температурам, парам кислот, высококонцентрированному водороду и т.п. Подобные волокна и световоды самую разнообразную область применения, к примеру, нефтяные скважины и т.п.

Однако наибольшее распространение получили кабели, которые используются в телекоммуникационной сфере, для передачи больших объемов данных на значительные удаления, например, сеть Интернет. Основными параметрами, по которым выполняется деление телекоммуникационного оптоволокна на виды, являются:

• Материал изготовления центральной части оболочки кабеля связи — кварцевое стекло (стеклянные) и полимеры с добавками (легированием).
• Геометрическая форма и габариты световода, определяющие параметры преломления волн. В зависимости от этого появляется возможность одновременной передачи по кабелю связи нескольких импульсов света (мод) направленных под различными углами. В зависимости от их количества производится дополнительное отделение оптоволоконных кабелей на одно- и многомодовые.

Зависимости от сочетания перечисленных характеристик можно выделить четыре основных группы оптоволоконных кабелей, выпускаемых Москабель-Фуджикура и другими производителями:

• кварцевые одномодовые;
• кварцевые многомодовые;
• полимерные — POF;
• оптоволокно с кварцевым сердечником и полимерной оболочкой — HCS.

В связи с более широкой областью применения и востребованностью коммуникационных оптоволоконных кабелей более подробно опишем перечисленные виды оптоволокна.

Кварцевое многомодовое оптическое волокно

Кварцевое многомодовое волокно (MM — Multi-mode) является одним из первых видов телекоммуникационных кабелей и световодов для систем внутренней передачи данных. В соответствии с названием и сердцевина, и оболочка изготавливаются из стекла. При этом такой показатель преломления может быть, как ступенчатым, так и градиентным. В телекоммуникациях чаще всего используется второй вариант, т. к. он способствует минимизации межмодового распыления, что позволяет значительно увеличить дальность передачи данных.

Многомодовая система передаёт световые импульсы (моды) по разным траекториям, что отображается во времени распространения импульса и приводит к его уширению. Оптоволокно с градиентной разновидностью профиля, в отличие от ступенчатого, сокращает временной промежуток передачи различных мод. Плавное изменение параметров преломления, характерное для градиента, обеспечивает большую скорость передачи мод высшего порядка, которые входят в оптическую сердцевину под острым углом по отношению к оболочке. Моды, передающиеся по траектории системы приближенной к сердцевине, распространяются медленнее. Это приводит к возникновению межмодовой дисперсии, которая снижает скорость и дальность передачи оптического светового сигнала по сравнению с одномодовыми.

Подобные волоконно-оптические кабели применяется для передачи электромагнитных волн в диапазоне 850 и 1310 нм. Для них характерны показатели затухания 3,5 и 1,5 дБ/км. Оно производится в двух типоразмерах: 62,5 / 125 мкм и 50/125 мкм, где первый показатель диаметр сердцевины, а второй оболочки. Рабочие характеристики волокон должны соответствовать международному стандарту ISO/IEC 11801. В соответствии с этим нормативом многомоды делят на 4 класса, которые отличаются шириной пропускной полосы:

1. ОМ1 — стандарт 62,5 / 125 мкм;
2. ОМ2 — стандарт 50/125 мкм;
3. ОМ3 — волокно модернизировано для лучшей совместимости с лазером, 50/125 мкм;
4. ОМ4 — оптимизированное оптоволокно с улучшенными характеристиками, предназначенное для работы с лазером, 50/125 мкм.

Причина, почему более поздние варианты систем оптоволокна адаптируются под работу с лазером, заключается в следующем. Первоначально для подачи данных использовались точечные LED лампы (светодиоды повышенной интенсивности). Позднее после разработки полупроводниковых лазеров структуру оптических волокон оптимизировали для работы с ними.

Варианты подобного оптоволокна от «Москабель Фуджикура», и иных брендов имеют свою специфику применения:

• ОМ2-4 — применяется для подачи данных на небольших и средних расстояниях, которые, как правило, не превышают несколько сотен метров. При этом основными объектами применения продукции являются ЦОД и подобные объекты;
• ОМ1 — имеет ту же специфику использования, однако применяется чаще на промышленных объектах;
• Ом3-4 — используется для создания на базе стекловолокна гигабитных каналов.

Несмотря на то, что подобные волоконно-оптические кабели при внутренней и наружной прокладке обладает значительно лучшими эксплуатационными характеристиками, чем одномодовые, оно всё ещё сохраняет свою актуальность на телекоммуникационных объектах любого уровня. Причина заключается в широком ассортименте соединительных элементов, конвекционного и другого оборудования в подобной системе. Кроме того, стоимость аксессуаров и периферийного оборудования для толстых оптических кабелей значительно ниже за счёт меньших требований к допускам.

Кварцевое одномодовое оптоволокно

Одномодовые оптические волокна SM (Single-mode), имеют небольшой диаметр сердцевины, составляющий при этом диаметр оптической прокладки остается прежним — 125 мкм. Такое строение может транслировать только один световой поток — мод. Отсутствие других потоков излучения существенно улучшает рабочие характеристики оптического кабеля, так как полностью отсутствует такое явление как внутренняя межмодовая дисперсия. В свою очередь, это позволяет существенно увеличить дальность передачи сигнала почти без затухания, который доходит до нескольких сотен километров при скорости 10-40T Гбит/сек. При этом, такие показатели достигаются без применения ретрансляторов и усилителей сигнала.

На высокое качество передачи данных также влияет чрезвычайно низкий показатель затухания, составляющий менее 0,4 децибела на километр прокладки. При этом диапазон электромагнитного излучения одномодового оптоволокна, которое применяют в коммуникационных сетях, может составлять При производстве одномодового оптического кабеля для ВОЛС могут использоваться покрытия и технологии спектрального уплотнения, что позволяет транслировать колебания света в других рабочих диапазонах.

Кварцевые одномодовые оптические волокна из стекла делят на два основных класса волоконно-оптических сетей: OS1 и OS2.

1. в соответствии с нормативами (ISO/IEC 11801 — международный стандарт, EN 50173 — европейский стандарт),
2. 2. по аналогии с многомодовым.

Однако многие специалисты отмечают довольно запутанные параметры, определяющие разделение по этой классификации подобного оптоволоконного кабеля. Поэтому, рекомендуется ориентироваться на норматив ITU-T G.652-657, который оперирует широким ассортиментом видов для прокладки одномодовой оптики.

Следует отметить, что отсутствие межмодовой дисперсии в одномодовом волокне кабеля для организации ВОЛС заменяется хроматической, которая также является причиной уширения оптического импульса. Суть подобного явления заключается в том, что невозможно создать идеальную монохроматическую световую волну, даже лазером. Однако существует такая длина одного колебания для каждого конкретного вида одномодового оптоволокна кабеля, когда хроматический неприятный эффект приближается к нулю.

Область максимально эффективного затухания потока данных по стеклу линии связи называется «водным пиком».

Тип одномодового волокна

Показатель длина волны при нулевой хроматической дисперсии

Рекомендуемая область использования

G.652 С несмещенной дисперсией

1300 нм (при нулевой дисперсии)

1383 нм (частота «водного пика»)

Стандартные и магистральные телекоммуникационные сети

G.653 С нулевой дисперсией

Используются для трансляции волн при длине 1550 нм

G.654 Со смещением длиной волны отсечки

В магистральных телекоммуникационных сетях

G.655 С ненулевой дисперсией

1530-1565 нм – дисперсия существует, но незначительная

Телекоммуникационные линии со спектральным уплотнением

Каналы типа DWDM

G.656 С ненулевой смещенной дисперсией и широкополосной передачи

Телекоммуникационные линии со спектральным уплотнением

Каналы типа DWDM/CWDM

G.657 С отсутствующими потерями при макроизгибе

Имеет уменьшенный радиус изгиба с минимизацией потерь на нем

Используется для прокладки в стесненных условиях ограниченного пространства

Кроме того, по оптической оболочке и дополнительным материалам, входящим в состав сердцевины, можно выделит следующие марки кабелей с одномодовыми волокнами:

• Изотропные кабели, для отправки электромагнитного импульса ИК диапазоне. С длиной в диапазоне имеют диаметр сердечника в диапазоне 2.8 мкм до 9.9 при размере оболочки от 50 до 125 МК.
• Оптоволоконные кабели производства с покрытием из высокотемпературного акрилата — рабочий диапазон 1520 — 1650 нм. Диаметр сердечника (модовое поле) мкм при размере оптической оболочки 80 до 125 микрон. Выдерживает температуры до 150С.
• С полиамидным покрытием — рабочий диапазон составляет 1260 — 1650 нм. размер сердечника, микрон при размере оптической оболочки 50 до 125 мкм. Выдерживает температуры до 300С.
• С карбоновым покрытием (карбон полиамидное или карбон акрилатное) — рабочий диапазон составляет 1260 — 1650 нм. Размер оптической оболочки кабеля составляет 125 мкм.

Пластиковое оптоволокно (POF)

Пластиковая или полимерная оптика — это кабель, который разрабатывался, как бюджетная альтернатива предыдущему типу волокна, к тому же обладающая целым перечнем физико-механических преимуществ. Как правило POF представлены в виде волокон с большой сердцевиной. Размеры марок могут немного варьироваться, но наиболее часто встречается типоразмер 980/1000 мкм сердцевина и оболочка соответственно.

Полимерные волокна, которые содержит волоконная оптика, производятся из оргстекла — полиметилметакрилата. Они имеют ступенчатый показатель преломления светового импульса. И по сравнению даже с многомодовым оптоволокном характеризуется очень высокими потерями, доходящими до в зависимости от типа. Поэтому наиболее целесообразно использовать в сочетании с оптическим оборудованием, работающим в видимом диапазоне спектра света, на который приходится минимальный показатель потерь: 520, 560 и 650 нм. Это позволяет использовать бюджетное оборудование, где в качестве источников импульса выступает не лазер, а светодиоды.

Дополнительным преимуществом для оптического кабеля большой площади сечения является существенное упрощение монтажных работ. Изготовление патч-кордов не требует высокой точности и особых профессиональных навыков, допуская большие отклонения. Все приспособления для работы с POF оптоволоконным кабелем имеют доступную цену.

Преимущества и технические ограничения пластикового волокна обуславливают область его использования. Это внутренние и внешние коммуникационные линии, к которым предъявляются высокие требования по устойчивости к внешним воздействиям и эксплуатационной простоты. При этом коммуникационные параметры не являются ключевыми, так как информация здесь может передаваться на небольшие удаления. Это могут быть детали приборов и детекторов, медицинского и инженерного оборудования, локальные корпоративные и даже домашние сетки передачи данных.

Кварцевое с полимерной оболочкой (HCS)

Последний вариант оптических волокон — это провод, который объединяет кварц и полимеры в одном устройстве, чтобы получить преимущества обоих материалов. У этого типа волоконных коммуникаций сердцевина изготовлена из чистого или модифицированного добавками кварца, а ее оболочка состоит из жестких полимеров — H(P)CS.

Наиболее распространённым форм-фактором для HCS является соотношение размеров сердцевины и оболочки 200/230 мкм. Однако в некоторых устройствах, особенно медицинском оборудовании могут встречаться кварц-полимерные волокна с размером сердцевины Соответственно, такой тип проводника является многомодовым волокном.

По своим эксплуатационным характеристикам HCS демонстрирует средние параметры между пластиковыми кварцевыми волокнами. Минимальная потеря сигнала наблюдается при передаче колебаний света с частотой 850 нм и не превышает Оборудование, которое может быть использовано для работы с HCS, полностью совместимо с POF волокнами, использующими длину 650 нм. При этом, также подходит активное оборудование, используемое для кабелей с длиной 850 нм.

Благодаря значительно меньшим потерям при ослаблении уровня сигнала, телекоммуникационные оптоволоконные HCS кабели могут использоваться для передачи данных на большие расстояния без потерь, что невозможно для таких аналогов, как витая пара.

Заключение

Как видно из предоставленной информации наибольшей популярностью в коммерческих структурах пользуются не самые «быстрые», а более дешёвые и удобные в использовании волокна производства. При достаточно широком ассортименте оптоволокна, который предлагает современный рынок, наибольшей востребованностью во внутренних устройствах пользуется «пластик» для создания высокопродуктивных локальных сетей и «пластиковый композит» при необходимости создания более продолжительных коммуникаций. Конкретный выбор идет с учётом специфики объекта (внутри помещений, под землёй или по воздуху); какая необходима пропускная способность и дальность; какое будет использоваться оконечное оборудование (роутер); какая нужна степень физической защищённости и защищённости от помех; количество световодов и другие параметры — это определяет ТЗ на тип кабеля.

Обращайтесь к специалистам АО «Москабель-Фуджикура» — мы подберём оптимальный вид кабеля исходя из особенностей спецификации и ваших потребностей.