Jednovidové optické vlákno

Jednovidové optické vlákno (anglicky Single-mode optical fiber, SMF, SM) je v informatice typ optického vlákna, který je používán pro přenos dat na větší vzdálenosti (mezi městy, státy, kontinenty). Obecně našla optická vlákna uplatnění v telekomunikacích a pro vysokorychlostní přenosy v Internetu. Na kratší vzdálenosti se používají levnější vícevidová nebo gradientní optická vlákna.

Obecně

Jednovidová vlákna vykazují nejlepší parametry optické přenosové cesty. Mají nejmenší průměr jádra, do 10 mikrometrů. Takto malé jádro má za následek velký úhel odrazu ve vlákně, to vede k menšímu prodloužení dráhy paprsku. Nemůže být použito u geometrických optik. Místo toho musí být analyzováno jako elektromagnetická struktura (podle rozhodnutí Maxwellovy rovnice = elektromagnetická vlnová rovnice). Elektromagnetické analýzy mohou být také vyžadovány k porozumění chování, například když se vyskytne tečka při koherentním světle šířeném v mnohovidovém vláknu. Jako optický vlnovod vlákno podporuje jeden nebo více omezených příčných vidů, které se šíří vláknem. Vlákno podporující pouze jeden vid je nazýváno single-mode (= jednovidový režim kmitů), vlákno podporující více vidů se nazývá multi-mode (vícevidový režim kmitů). Chování většího jádra vícevidového režimu může být také použito u vlnové rovnice, jež ukazuje, která vlákna podporují více než jeden typ šíření. Výsledek takového jednání vícevidového vlákna přibližně souhlasí s geometrickou optikou pouze v tom případě, že jádro vlákna je dostatečně velké, aby podpořilo patřičné množství vidů.

Analýza vlnovodů ukazuje, že světelná energie ve vlákně není úplně uzavřená v jádře. Místo toho, hlavně u jednovidového vlákna, je výrazný podíl energie i v obalu okolo jádra (je to například i u tlumených vln).

Nejběžnější typ jednovidových vláken má průměr jádra 8–10 mikrometrů a je navrhován hlavně pro užití v průmyslu, kde se používá infračervené světlo. Vidová struktura závisí na vlnové délce použitého světla. Pro srovnání – mnohovidové vlákno se vyrábí s průměrem jádra asi 50 mikrometrů až stovky mikrometrů. Normalizovaný kmitočet V pro toto vlákno by měl být menší než nula Bessels function=Jnula (přibližně 2,405).

Jednovidové vlákno – struktura
1. Core (jádro) 8 µm
2. Cladding (plášť) 125 µm
3. Buffer (ochranná vrstva) 250 µm
4. Jacket (obal) 400 µm

Základními parametry SM vláken jsou: optický útlum, chromatické disperze, polarizační vidová disperze, průměr vidového pole a geometrické parametry (důležité pro spojování vláken).

Vidy

• vidy optických vláken jsou velmi náchylné na ohyby
• dochází při tom k disperzi (rozptylu)
  • vidová disperze – různé vidy mají různé rychlosti šíření signálu vláknem
  • chromatická disperze – spektrální složky téhož vidu se šíří různou rychlostí
• vidová disperze má větší hodnotu než disperze chromatická

Vlastnosti jednovidového vlákna

• velký význam v páteřních sítích, kde jsou použita pro přenos signálu a pro nasazení systémů s vlnovým multiplexem DWDM
• vykazují nejlepší parametry optické přenosové cesty
• používají se především v telekomunikacích, kde díky svým vlastnostem odstraňují vidové disperze
• vedou pouze jeden jediný paprsek
• nejčastěji se řídí standardizovaným doporučením ITU-T G.652
• nevyskytuje se u nich vidová disperze, pouze chromatická a polarizační vidová disperze
• v jednovidovém vlákně se mohou vyskytnout dvě různé polarizace vidu, a to vede na polarizační vidovou disperzi (PMD - Polarisation Mode Dispersion) – vyvolává mezisymbolovou interferenci a je těžce odstranitelná
• lze dosáhnout nejvyšších přenosových rychlostí (v současnosti až 26 Tbit/s) na vzdálenosti do 50 km
• pro své buzení vyžadují laserové diody
• vyrábí se z homogenní skloviny

Jednovidový přenos

• zmenšováním rozdílu optických vlastností dvou prostředí, na jejichž rozhraní dochází k odrazům
• zmenšováním průměru jádra optického vlákna (malé jádro má za následek velký úhel odrazu ve vlákně, což vede k menšímu prodloužení dráhy paprsku)

Technické parametry

• průměr vidového pole na 1310 nm = (8,6 – 9,5) µm ± 0,9 µm
• průměr pláště = 125 µm ± 2,0 µm
• nekruhovost pláště = max. 2,0 %
• odchylka středu vidového pole od středu pláště vlákna = max. 1,0 µm
• index lomu (ve spektrální oblasti 1300 nm – 1600 nm) = 1,46 – 1,49
• rozdíl hodnoty indexu lomu v jádře a v plášti = řádově 0,01

Skoková změna indexu lomu:

Měrný útlum:

• 0,35 dB/km při vlnové délce 1300 nm
• 0,2 dB/km pro l = 1550 nm

šířka pásma: při l = 1300 nm je mnohem větší než 100 GHz.km

Další parametry

Samotné jednovidové vlákno je výrazně levnější než vlákno mnohovidové. Výhoda mnohovidových vláken je pouze ve snazším navázáním optického výkonu do vlákna.

Související články

• Vícevidové optické vlákno
• Optické vlákno

Externí odkazy

• OSEL.CZ: Nový rekord v rychlosti přenesených dat