Optické vlákno
Trochu teórie
Optické štandardy
S veľkou popularitu optických spojov v posledných niekoľkých rokoch je hlavná časť z nich v súčasnosti založená na moderných single-mode vláknach. Avšak, aj single-mode a aj multimode vlákna sa delia do mnohých kategórií, ktoré sa zhodujú s normami a továrenskými špecifikáciami. Základné problémy spojené s dvoma druhmi optických vlákien boli uvedené v článku Multimode and single mode fiber-optic cables.
Špecifikácie jednotlivých typov a kategórií vlákien sú obsiahnuté v normách stanovených medzinárodnými organizáciami. Navyše existujú početné výrobné normy / špecifikácie používané na lokálnych trhoch.
Terminológia a klasifikácia
Organizácia zodpovedná za medzinárodnú normalizáciu v oblasti optických komunikácií je International Electrotechnical Commission Technical Committee 86 (IEC TC86), ktorá definovala nasledujúci rad typov:
- Multimode vlákna, napr. A1a, A1b, A1d..., ďalej deliace sa do skupín (napr. A1a.1...),
- Single-mode vlákna, napr. B1, B4, B6...
Avšak, populárnejšie značenia sú založené na skratkách druhov vlákien:
- OM - Optical Multimode
- OS - Optical Singlemode
Príkladom sú: OM1, OM2, OM3, OM4, OS1, OS2. Špecifikácie definujúce špecifické prenosové parametre vlákien budú predstavené neskôr v texte.
OM značenie bolo prijaté širokou verejnosťou, na rozdiel od OS. V prípade single-mode optických vlákien sú najpoužívanejšie názvy tie, používané druhou medzinárodnou organizáciou, ITU (International Telecommunication Union), konkrétne v oddelení venovanom normalizačným telekomunikačným riešeniam (ITU-T).
ITU-T odporúčania sú všeobecne známe a používané.
"Prenosové médiá a charakteristiky optických systémov" sú kryté sériou G.600-G.699, optické vlákna sú popísané v rozsahu G.650-G659. Každé odporúčanie je pre určitý typ vlákna.
Vybrané štandardy a odporúčania
Nižšie je uvedený prehľad vybraných štandardov pre vláknovú optiku.
ISO/IEC štandardy:
- IEC 60793 parametre optických vlákien a káblov:
- IEC 60793-2-10 -použiteľné pre multimode optické typy vlákien A1a, A1b, and A1d
- IEC 60793-2-50 - použiteľné pre single-mode 9/125 optické vlákna typu B1.1, B1.2, B1.3, B2, B4, B5
- IEC 60794-2 - požiadavky pre vnútorné káble
- IEC 60794-3 - požiadavky pre vonkajšie káble
- ISO/IEC 11801 - špecifikuje všeobecné účely telekomunikačných káblových systémov (štruktúrovaná kabeláž), vrátane niekoľkých tried prepojení optických vlákien (OM1 - OM4, s minimálnou modálnou šírkou pásma špecifikovanou v 850 nm, a OS1, s maximálnym útlmom 1 dB/km)
Nižšie uvedená tabuľka obsahuje zjednodušený prehľad typov multimode vlákien definovaný normami IEC
Kategória | priemer jadra | Šírka pásma [MHz • km] | ||
OFL | EMB | |||
850nm | 1300nm | 850nm | ||
OM1 | 50 lub 62.5 | 200 | 500 | - |
OM2 | 50 | 500 | 500 | - |
OM3 | 50 | 1500 | 500 | 2000 |
OM4 | 50 | 3500 | 500 | 4700 |
OFL* – OverFilled Launch - štandardizovaná metóda merania šírky pásma vlákien, kedy zdroj rozmiestni svetlo rovnomerne do všetkých režimov multimode vlákna (LED zdroj).
EMB** - Effective Modal Bandwidth - efektívne modálne pásmo centra/offset (laserový zdroj osvetľuje malú časť jadra vlákna).
EMB** - Effective Modal Bandwidth - efektívne modálne pásmo centra/offset (laserový zdroj osvetľuje malú časť jadra vlákna).
Vývoj multimode vlákien sa jasne pohybuje v smere vlákien, ktoré dokážu prenášať stále viac a viac dát. OM1 Umožňuje 10 Gb rýchlosť prenosu dát na veľmi krátke vzdialenosti (do 33 m), zatiaľ čo OM4 Umožňuje prenos 100 Gb dátového toku na vzdialenosť až 150 metrov. Keď sa avšak pozrieme na dočasné rozšírenie single-mode vlákien, tak dokonca aj OM3 a OM4 typy budú použité len zriedka.
ITU-T odporúčania:
- ITU-T G.650.1 a G.650.2 - definície a skúšobné metódy pre lineárne, deterministické atribúty single-mode vlákien a káblov,
- ITU-T G.651.1 - charakteristiky 50/125 µm multimode optického kábla...,
- ITU-T G.652 - charakteristiky single-mode optického vlákna a kábla (9/125 μm, štyri verzie: A, B, C, D),
- ITU-T G.653 - charakteristiky single-mode optického vlákna a kábla (DS-SMF),
- ITU-T G.654 - charakteristiky cut-off shifted single-mode optického vlákna a kábla (CS-SMF),
- ITU-T G.655 - charakteristiky non-zero dispersion-shifted single-mode optického vlákna a kábla (NZDS-SMF),
- ITU-T G.656 - charakteristiky vlákien a káblov s Non-Zero Dispersion pre Wideband Optical Transport,
- ITU-T G.657 - charakteristiky ohybových strát necitlivých single mode optických vlákien a káblov pre prístup k sieti.
Takýto veľký počet dokumentov je výsledkom rýchleho rozvoja optickej komunikácie vzhľadom k vysokému dopytu po rýchlych, diaľkových spojoch. Dnes sú single-mode vlákna zvyčajne lacnejšie ako multimode. Budúcnosť patrí tomuto druhu vlákien a niektoré výnimky môžu existovať iba v lokálnych systémoch, pretože zariadenia pracujúce so single-mode optickými vláknami sú trochu drahšie.
ITU-T odporúčania sú oveľa prísnejšie (alebo presnejšie) ako prenosové kategórie výkonnosti definované IEC (OS1 a OS2). Napríklad špecifikácie požadované OS2 sú splnené vláknom G.652.C, čo znamená, že vlákno G.652D má ešte lepšie vlastnosti.
Najužitočnejšie Single-mode vlákna pre typické aplikácie sú kompatibilné s nasledujúcimi normami:
G.652 - definuje 4 verzie (A, B, C, D). Varianty G.652.C a G652.D charakterizuje zredukovaný water peak (ZWP - Zero Water Peak), ktorý umožňuje, aby boli použité v rozsahu vlnových oblasti medzi 1310 nm a 1550 nm podporujúcich Coarse Wavelength Division Multiplexed (CWDM) prenos. G.652.D je štandardné Single Mode vlákno (SSMF) určené pre 10 Gb a 40 Gb systémy (vďaka zníženiu disperzie polarizačného režimu - PMD). V súčasnej dobe je to najobľúbenejší typ optických vlákien.
G.655 - definuje optické vlákno s výkonom uvedeným od 1550 nm a 1625 nm s nenulovú chromatickým
disperzným svahom v tejto oblastí vlnovej dĺžky. Tento druh optického vlákna môže podporovať diaľkové systémov pomocou Dense Wavelength Division Multiplexed (DWDM) prenosu v okne vlnovej dĺžky 1530 nm až 1625 nm.
disperzným svahom v tejto oblastí vlnovej dĺžky. Tento druh optického vlákna môže podporovať diaľkové systémov pomocou Dense Wavelength Division Multiplexed (DWDM) prenosu v okne vlnovej dĺžky 1530 nm až 1625 nm.
G.656 - optické vlákno určené pre použitie v širokopásmových systémoch využívajúcich ako DWDM a CWDM, určené pre prevádzku vo vlnových dĺžkach 1460 nm až 1625.
G.657 - definuje optické vlákna, ktoré produkujú nižšie úrovne útlmu spôsobené ohnutím. Minimálny polomer ohybu bol znížený na 15-5 mm (v závislosti od verzie). Vlákno G.657A je kompatibilné s vláknom G.652 , verzie G.657.B neposkytujú 100% kompatibilitu s ostatnými vláknami, aj keď majú jedinečné mechanické vlastnosti vhodné pre najnáročnejšie zariadenia.
Ako porovnať všetky existujúce štandardy a odporúčania?
ITU-T odporúčania sú založené na normách IEC, môžu však existovať malé rozdiely v niektorých verziách.
Za zmienku stojí aj iná organizácia, ktorá združuje značnú časť telekomunikačného priemyslu - Telecommunications Industry Association (TIA). Činnosť a dokumenty organizácie sú najlepšie známe v USA, niektoré normy sú uverejnené skôr než v Európe.
Niektoré porovnania:
Multimode vlákna:
OM1 – 62,5/125 – IEC60793-2-10 A1b – TIA 492-AAAA
OM2 – 50/125 – IEC60793-2-10 A1a.1 – G.651.1 – TIA 492-AAAB
OM3 – 50/125 – IEC60793-2-10 A1a.2 – G.651.1 – TIA 492-AAAC
OM4 – 50/125 – IEC60793-2-10 A1a.3 – TIA 492-AAAD
Single-mode vlákna:
G.652A, B – 9/125 – IEC60793-2-50 B1.1
G.652C, D – 9/125 – IEC60793-2-50 B1.3
G.655 – 9/125 – IEC60793-2-50 B4
G.657A – 9/125 – IEC60793-2-50 B6_a1
G.657B – 9/125 – IEC60793-2-50 B6_a2
Parametre vybraných single-mode vlákien
Typ vlákna | G.652.C | G.652.D | G.655 | G.657.A (1) | |
Parameter | Vlastnosť | Hodnota | |||
Priemer vlákna | Vlnová dĺžka | 1310 nm | 1310 nm | 1550 nm | 1310 nm |
Rozsah nominálnych hodnôt | 8.6-9.5 μm | 8.6-9.5 μm | 7-11 μm | 8.6-9.5 μm | |
Toelerancia | ±0.6 μm | ±0.6 μm | ±0.7 μm | ±0.4 μm | |
Priemer plášťa | Nominálna | 125.0 μm | 125.0 μm | 125.0 μm | 125.0 μm |
Toelerancia | ±0.1 μm | ±0.1 μm | ±0.1 μm | ±0.7 μm | |
Core concentricity error | Maximum | 0.6 μm | 0.6 μm | 0.8 μm | 0.5 μm |
Cladding noncircularity | Maximum | 1.0% | 1.0% | 1.0% | 1.0% |
Cable cut-off wavelength | Maximum | 1260 nm | 1260 nm | 1450 nm | 1260 nm |
Macrobend loss | Radius | 30 mm | 30 mm | 30 mm | 30 mm |
Počet odbočiek | 100 | 100 | 100 | 10 | |
Maximálne pri 1550nm | 0.1dB | 0.1dB | 0.1dB | 0.1 dB | |
Maximálne pri 1625nm | - | - | - | 1.0 dB | |
Preťaženie | Minimalna | 0.69 GPa | 0.69 GPa | 0.69 GPa | 0.69 GPa |
Koeficient chromatickej disperzie | λ0min | 1300 nm | 1300 nm | - | 1300 nm |
λ0max | 1324 nm | 1324 nm | - | 1324 nm | |
S0max | 0.092ps/nm2• km | 0.092ps/nm2• km | - | 0.092ps/nm2• km | |
Koeficient útlmu* | Maximálne pri 1310 - 1625nm | 0.4 dB/km | 0.4 dB/km | - | 0.4 dB/km |
Maximálne pri 1383 ±3nm | 0.4 dB/km | 0.4 dB/km | 0.4 dB/km | - | |
Maximálne pri 1550nm | 0.3 dB/km | 0.3 dB/km | 0.35 dB/km | 0.3 dB/km | |
Maximálne pri 1625nm | - | - | 0.4 dB/km | - | |
PMD koeficient | M | 20 sekcií | 20 sekcií | 20 sekcií | 20 sekcií |
Q | 0.01% | 0.01% | 0.01% | 0.01% | |
Maximum PMDQ | 0.5 ps/√km | 0.20 ps/√km | 0.20 ps/√km | 0.20 ps/√km |
*Útlmový koeficient by mal byť meraný iba pre dlhšie úseky vlákien (nemal by byť meraný použitím napr. prepojovacích káblov).
Najviac bežne používané vlákno v dnešných systémoch je G.652.D, vďaka svojej univerzálnosti a cene. Niektoré štandardy, ako G.653, sa rýchlo prestali používať vzhľadom na aplikačné náklady a obmedzeniam fyzikálnych vlastností týchto vlákien.