fibra mono-modale
Fibre otticheche possono trasmettere solo una modalità sono chiamate fibre monomodali-. Le fibre mono-modali possono trasmettere solo la modalità fondamentale (modalità di ordine più basso) e non vi è alcuna differenza di ritardo tra le-modalità. Pertanto, hanno una larghezza di banda molto più ampia rispetto alle fibre multimodali, il che è fondamentale per la trasmissione dei dati ad alta-velocità. La larghezza di banda delle fibre monomodali- è generalmente dell'ordine delle decine di GHz·km o superiore.
La struttura di una fibra a gradini-indice monomodale- è mostrata nella Figura 2-13. La fibra monomodale- ha un diametro del nucleo piccolo per garantire la trasmissione monomodale-, ma il diametro del rivestimento è più di dieci volte maggiore del diametro del nucleo per evitare perdite ottiche. Le funzioni di ciascuna parte della struttura della fibra monomodale- sono simili a quelle della fibra multimodale. La differenza è che il diametro del nucleo è espresso utilizzando il diametro del campo modale dipendente dalla lunghezza d'onda *w*. Questo tipo di fibra è ampiamente utilizzato nella moderna ingegneria delle comunicazioni in fibra ottica.
La Figura 2-13 mostra la struttura di una fibra ottica monomodale a gradini-indice.
I parametri dimensionali delle fibre ottiche mono-modali di tipo B1.1 e B4 sono mostrati nella Tabella 2-1 e nella Tabella 2-2.
| Nome | Parametro |
|---|---|
| Diametro del campo in modalità 1310 nm- | [(8.6 ~ 9.5) ± 0.7] µm |
| Diametro del rivestimento | (125 ± 1) µm |
| Errore di concentricità della fibra di 1310 nm | Inferiore o uguale a 0,8 µm |
| Non-circolarità del rivestimento | Inferiore o uguale al 2% |
| Diametro del rivestimento (colore primario) | (245 ± 10) µm |
| Diametro rivestimento (colorato) | (250 ± 15) µm |
| Errore di concentricità del rivestimento/rivestimento | Inferiore o uguale a 12,5 µm |
Tabella 2-1 Parametri dimensionali della fibra monomodale B1.1
| Nome | Parametro |
|---|---|
| Diametro del campo in modalità 1550 nm- | [(8.0 ~ 11.0) ± 0.7] µm |
| Diametro del rivestimento | (125 ± 1) µm |
| Errore di concentricità della fibra di 1550 nm | Inferiore o uguale a 0,8 µm |
| Non-circolarità del rivestimento | Inferiore o uguale al 2% |
| Diametro del rivestimento (colore primario) | (245 ± 10) µm |
| Diametro rivestimento (colorato) | (250 ± 15) µm |
| Errore di concentricità del rivestimento/rivestimento | Inferiore o uguale a 12,5 µm |
Tabella 2-2 Parametri dimensionali della fibra monomodale B4
Standard e applicazioni della fibra-monomodale
La fibra monomodale-, con i suoi vantaggi di bassa attenuazione, ampia larghezza di banda, grande capacità, basso costo e facilità di espansione, è un mezzo di trasmissione di comunicazione ottica ideale ed è stata ampiamente utilizzata in tutto il mondo. Attualmente, con lo sviluppo della società dell'informazione, i ricercatori hanno sviluppato amplificatori in fibra, tecnologie di multiplexing a divisione di tempo (TDM), multiplexing a divisione di lunghezza d'onda (WDM) e multiplexing a divisione di frequenza (FDM), migliorando ulteriormente la distanza di trasmissione, la capacità di comunicazione e la velocità di trasmissione della fibra monomodale.
Vale la pena notare che, sebbene gli amplificatori in fibra estendano le distanze di trasmissione e le tecnologie di multiplexing consentano una trasmissione del segnale ad alta-velocità e-capacità elevata, aumentano anche l'impatto della dispersione e degli effetti non lineari sulla qualità di trasmissione del sistema. Pertanto, diversi tipi di fibre ottiche sono stati specificamente studiati e sviluppati: fibra a dispersione-spostata, fibra a dispersione-dispersione zero-fibra spostata, fibra a dispersione-appiattita e fibra a dispersione-compensata, ciascuna con i suoi vantaggi unici nell'affrontare la dispersione e gli effetti non lineari.
Le fibre ottiche mono-modali possono essere classificate in cinque tipi a seconda che presentino o meno una lunghezza d'onda a dispersione-zero e uno spostamento della lunghezza d'onda di taglio. Il settore della standardizzazione delle telecomunicazioni dell'Unione internazionale delle telecomunicazioni (ITU-T) ha emesso raccomandazioni per quattro di questi tipi nell'ottobre 2000: fibre G.652, G.653, G.654 e G.655. La corrispondenza tra le convenzioni di denominazione IEC (Commissione elettrotecnica internazionale) e ITU-T per le fibre ottiche mono-modalità è mostrata nella Figura 2-14.
| Nome cinese | ITU-T | CEI |
|---|---|---|
| Fibra mono-modale | ||
| Fibra monomodale-non spostata a dispersione | G.652 A/B/C | B1.1 e B1.3 |
| Fibra monomodale-a dispersione spostata | G.653 | B2 |
| Taglia-la fibra monomodale-con lunghezza d'onda spostata | G.654 | B1.2 |
| Fibra monomodale spostata a dispersione-non zero- | G.655 A/B | B4 |
| Fibra monomodale spostata a banda larga non{0}}dispersione zero- | - | - |
| Piegare la fibra-monomodale insensibile- | - | - |
La Figura 2-14 mostra la corrispondenza tra le varie fibre ottiche monomodali-denominate da IEC e ITU-T.
G.652 – Fibra monomodale-spostata non dispersa
Il testo standard suddivide ulteriormente la fibra G.652 in G.652A, G.652B e G.652C in base alla sua attenuazione, dispersione, dispersione della modalità di polarizzazione, intervallo di lunghezze d'onda operative e applicazione nei sistemi SDH a diverse velocità di trasmissione. In sostanza, la fibra G.652 può essere divisa in due tipi: fibra monomodale-convenzionale (G.652A e G.652B) e fibra monomodale-water-picco-basso (G.652C).
(1) Fibra monomodale-convenzionale: la fibra monomodale-convenzionale ha iniziato l'uso commerciale nel 1983. Le sue caratteristiche prestazionali sono: dispersione zero a una lunghezza d'onda di 1310 nm; coefficiente di attenuazione minimo vicino ad una lunghezza d'onda di 1550 nm, circa 0,22 dB/km, ma coefficiente di dispersione massimo di 17 ps/(nm·km) vicino a 1550 nm; la lunghezza d'onda di lavoro di questa fibra può essere selezionata nelle regioni di lunghezza d'onda di 1310 nm e 1550 nm, con la sua lunghezza d'onda di lavoro ottimale nella regione di 1310 nm. Questa fibra è spesso chiamata fibra monomodale "convenzionale" o "standard"-ed è attualmente la fibra più utilizzata. Ad oggi, il suo dispiegamento cumulativo in tutto il mondo ha raggiunto 7 x 10⁻⁶ km.
(2) Fibra monomodale-a basso-water-peak: per affrontare le sfide affrontate dalle reti metropolitane (MAN), quali ambienti di servizio complessi e variabili, un gran numero di utenti direttamente supportati e brevi distanze di trasmissione (in genere solo 50-80 km), la soluzione adottata consiste nell'utilizzare la tecnologia HDWDM (High Density Wavelength Division Multiplexing) con decine o centinaia di lunghezze d'onda multiplexate. Ciò comporta l'assegnazione di servizi con velocità e caratteristiche diverse a diverse lunghezze d'onda e l'esecuzione di instradamento e demultiplexing sul percorso ottico. Pertanto, è necessario sviluppare una fibra monomodale-water-peak-a basso livello (ITU-T G.652C) con un intervallo di lunghezze d'onda operative più ampio per soddisfare le esigenze dello sviluppo MAN HDWDM.
Fibra G.653 a dispersione-singola modalità-spostata
La fibra monomodale-a dispersione{0}}spostata (ITU-T G.653) è stata commercializzata nel 1985. La fibra monomodale-a dispersione{5}}spostata ottiene questo risultato alterando i parametri strutturali della fibra e la distribuzione dell'indice di rifrazione per aumentare la dispersione della guida d'onda, spostando così il punto minimo di dispersione-zero da 1310 nm a 1550 nm. Ciò fa sì che la lunghezza d'onda di attenuazione più bassa a 1550 nm sia coerente con la lunghezza d'onda a dispersione zero-e funzioni nell'intervallo di lunghezze d'onda operative di 1530-1565 nm degli amplificatori in fibra zavorrati. Questo tipo di fibra è ideale per sistemi di amplificazione ottica a lunga-distanza, a canale singolo, ad alta-velocità; su questa fibra si può ad esempio realizzare direttamente un sistema a 20 Gbit/s senza alcuna misura di compensazione della dispersione.
L'applicazione più promettente per la fibra monomodale-a dispersione spostata-è nei sistemi di comunicazione sottomarini in fibra ottica per la trasmissione di segnali a canale singolo-a lunga distanza. Inoltre, un certo numero di fibre monomodali-spostate-a dispersione sono state implementate anche nelle reti di comunicazione cablate terrestri a lunga-distanza.
G. 654-Fibra monomodale spostata con lunghezza d'onda di taglio-
La fibra monomodale-con lunghezza d'onda di taglio di 1550 nm (ITU-T G.654) è una fibra non a-dispersione-spostata con una lunghezza d'onda a dispersione pari a zero intorno a 1310 nm. La lunghezza d'onda di taglio viene spostata su un intervallo di lunghezze d'onda più lungo, con conseguente attenuazione minima nella regione della lunghezza d'onda di 1550 nm. La sua gamma di lunghezze d'onda operative ottimali è 1500–1600 nm.
Il metodo per ottenere una fibra a bassa-attenuazione prevede l'utilizzo di un nucleo di vetro di silice pura e un rivestimento incassato drogato con fluoro-; la lunga lunghezza d'onda di taglio riduce la sensibilità della fibra alle perdite indotte dalla flessione-.
Poiché questo tipo di fibra è particolarmente difficile da produrre e molto costosa, viene utilizzata raramente. Viene utilizzato principalmente nei sistemi di comunicazione sottomarini in fibra ottica senza ripetitore con lunghe distanze di trasmissione dove non è possibile inserire dispositivi attivi.
Fibra monomodale spostata G.655-non-dispersione zero-
La fibra monomodale non a-dispersione zero-spostata-(ITU-T G.655) è un nuovo tipo di fibra ottica progettata e prodotta nel 1994 da Lucent Technologies e Corning Incorporated specificatamente per i sistemi di trasmissione multiplexing a divisione di lunghezza d'onda di prossima-generazione con amplificatori in fibra. Questa fibra si basa su una fibra monomodale a dispersione-spostata-e, modificando la struttura del profilo di rifrazione, la dispersione a una lunghezza d'onda di 1550 nm viene resa diversa da-zero; da qui il nome fibra monomodale-dispersione zero-spostata.
Fibra a dispersione-piatta monomodale-
Nel 1988 fu commercializzata la fibra a dispersione-piatta monomodale-. Questa fibra presenta una bassa dispersione nell'intervallo di lunghezze d'onda 1310-1550 nm e possiede due lunghezze d'onda a dispersione zero-, vale a dire 1310 nm e 1550 nm. Questa fibra può essere utilizzata con laser con una lunghezza d'onda centrale più ampia e laser standard che operano a 1310 nm e 1550 nm per la trasmissione ad alta-velocità con LED. Tuttavia, la fibra a dispersione-piatta monomodale-ha un profilo di indice di rifrazione complesso, che ne rende difficile la produzione, e la sua elevata attenuazione ne limita l'applicazione pratica. Le prestazioni e le applicazioni della fibra a dispersione-piatta monomodale- sono mostrate nella Tabella 2-8.
| Prestazione | Diametro del campo modalità (μm) | Diametro del rivestimento (nm) | Lunghezza d'onda a dispersione zero (nm) | Lunghezza d'onda operativa (nm) | Perdita massima di macrobend (dB·km⁻¹) | Dispersione massima della modalità di polarizzazione (ps·√km)⁻¹ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Requisito | 8 (1310 nm) 11 (1550 nm) | Inferiore o uguale a 125 | 1310 e 1550 | 1310-1550 | Inferiore o uguale a 0,25 (1310 nm) Inferiore o uguale a 0,30 (1550 nm) | 0 (1310 nm) 0 (1550 nm) |
Scenario applicativo: questo tipo di fibra è particolarmente adatto per ambienti con bassa dispersione di flessione interna nell'intervallo di lunghezze d'onda operative 1310–1550 nm.
Fibra monomodale-con compensazione della dispersione
Con l'applicazione degli amplificatori in fibra ottica, l'attenuazione non rappresenta più una limitazione significativa alla distanza dei sistemi di comunicazione in fibra ottica. Tuttavia, la dispersione ostacola gravemente l'aggiornamento e l'espansione delle lunghezze d'onda operative della fibra monomodale convenzionale-da 1310 nm a 1550 nm. Per risolvere questo problema pratico, è stata sviluppata la fibra monomodale-con compensazione della dispersione.
La fibra monomodale-compensata in dispersione- è un tipo di fibra monomodale-con una dispersione negativa significativa a una lunghezza d'onda di 1550 nm. Gli attuali risultati sperimentali mostrano che il coefficiente di dispersione della fibra monomodale-compensata con dispersione varia da 50 a -548 ps/(nm·km) e l'attenuazione è tipicamente da 0,5 a 1,0 dB/km.
Quando la lunghezza d'onda operativa di un sistema in fibra monomodale convenzionale- viene aggiornata da 1.310 nm a 1.550 nm, la sua dispersione totale è positiva. Aggiungendo una sezione di fibra a dispersione negativa al sistema, è possibile annullare la dispersione positiva a 1550 nm in decine di chilometri di fibra monomodale convenzionale-, aggiornando così la lunghezza d'onda operativa della fibra monomodale convenzionale installata da 1310 nm a 1550 nm, ottenendo così una trasmissione ad alta-velocità, lunga-distanza e ad alta-capacità. L'attenuazione introdotta dall'aggiunta della fibra monomodale-con compensazione della dispersione-può essere completamente compensata dall'amplificatore in fibra.
Fibra multimodale
Come suggerisce il nome, la fibra multimodale è una fibra ottica che consente la trasmissione di più modalità al suo interno o, in altre parole, è consentita l'esistenza di più modalità di trasmissione separate nella fibra multimodale.
Standard e applicazioni della fibra multimodale
Fibra multimodale-modalità graduata
La fibra G.651 è una fibra multimodale con indice graduato- utilizzata principalmente per la trasmissione di segnali analogici o digitali nelle regioni con lunghezza d'onda di 850 nm e 1310 nm. Il diametro del suo nucleo è di 50 µm e il diametro del rivestimento è di 125 µm. Nella regione della lunghezza d'onda di 850 nm, il coefficiente di attenuazione è inferiore a 4 dB/km e il coefficiente di dispersione è inferiore a 120 ps/(nm·km); nella regione della lunghezza d'onda di 1310 nm, il coefficiente di attenuazione è inferiore a 2 dB/km e il coefficiente di dispersione è inferiore a 6ps/(nm·km).
Fibra multimodale-modalità gradiente
La struttura della fibra multimodale con indice graduale- è mostrata nella Figura 2-18. Questo tipo di fibra comprende i tipi Ala, Alb, Alc e Ald. Possono essere fabbricati utilizzando vetro multicomponente o vetro di silice drogata. Per ridurre l'attenuazione della fibra, i materiali utilizzati per fabbricare le fibre multimodali con indice graduale- hanno una purezza molto più elevata rispetto a quelli utilizzati nella maggior parte delle fibre multimodali con indice a gradini-. È proprio a causa della distribuzione graduata dell'indice di rifrazione e della minore attenuazione che le fibre multimodali con indice graduato-superano le prestazioni delle fibre multimodali con indice a gradini.
Passo-indice fibra multimodale
La struttura della fibra multimodale step-index è mostrata nella Figura 2-19. Questo tipo di fibra è disponibile in tre categorie (A2, A3 e A4) e nove varietà. Per fabbricare il nucleo e il rivestimento è possibile utilizzare vetro multicomponente, vetro drogato o plastica. Grazie alle grandi dimensioni del nucleo e all'ampia apertura numerica, queste fibre multimodali possono essere accoppiate in modo più efficace a sorgenti luminose incoerenti, come i diodi emettitori di luce (LED). Le connessioni di collegamento possono essere realizzate utilizzando connettori stampati a iniezione-economici, riducendo così il costo complessivo di costruzione della rete. Pertanto, la fibra multimodale step-index, in particolare la fibra di plastica A4, svolge un ruolo importante nelle comunicazioni a breve distanza.
