Багатомодове волокно
У багатомодовому ОВ може поширюватися одночасно велике число мод – променів, введених в світлопровід під різними кутами [7]. Багатомодове ОВ володіє відносно великим діаметром серцевини (стандартні значення 50 і 62,5 мкм) і, відповідно, великою числовою апертурою. Більший діаметр серцевини багатомодового волокна спрощує введення оптичного випромінювання у волокно, а м'якші вимоги до допустимих відхилень для багатомодового волокна дозволяють зменшити вартість оптичних приемо-передатчиков. Таким чином, багатомодове волокно переважає в локальних і домашніх мережах невеликої протяжності. Основним недоліком багатомодового ОВ є наявність міжмодової дисперсії, що виникає через те, що різні моди проробляють у волокні різну оптичну дорогу. Для зменшення впливу цього явища було розроблено багатомодове волокно з градієнтним показником заломлення, завдяки чому моди у волокні поширюються по параболічних траєкторіях, і різниця їх оптичних доріг, а, отже, і міжмодова дисперсія істотно менша. Проте наскільки не були б збалансовані градієнтні багатомодові волокна, їх пропускна спроможність не порівняється з одномодовими технологіями.
Розділ 3. Волоконно-оптичні лінії зв'язку
3.1 Волоконно-оптичний кабель
На сьогодні в світі декілька десятків фірм, що виробляють оптичні кабелі різного призначення [ 2 ]. Найбільш відомі з них: AT&T, General Cable Company (США); Siecor (ФРН); BICC Cable (Великобританія); Les cables de Lion (Франція); Nokia (Фінляндія); NTT, Sumitomo (Японія), Pirelli(Італія).
Визначальними параметрами при виробництві ВОК є умови експлуатації і пропускна спроможність лінії зв'язку. За умовами експлуатації кабелі підрозділяють на:
монтажні
станційні
зонові
магістральні.
Перших двох типів кабелів призначено для прокладки усередині будівель і споруд. Вони компактні, легкі і, як правило, мають невелику будівельну довжину. Кабелі останніх двох типів призначені для прокладки в колодязях кабельних комунікацій, в ґрунті, на опорах уподовж ЛЕП, під водою. Ці кабелі мають захист від зовнішніх дій і будівельну довжину більше двох кілометрів . Для забезпечення великої пропускної спроможності лінії зв'язку виробляються ВОК, що містять невелике число (до 8) одномодових волокон з малим загасанням, а кабелі для розподільних мереж можуть містити до 144 волокон як одномодових, так і багатомодових, залежно від відстаней між сегментами мережі.
При виготовленні ВОК в основному використовуються два підходи:
конструкції з вільним переміщенням елементів
конструкції з жорстким зв'язком між елементами.
По видах конструкцій розрізняють кабелі повивной скручування, пучкового скручування, з профільним сердечником, стрічкові кабелі. Існують багаточисельні комбінації конструкцій ВОК, які у поєднанні з великим асортиментом вживаних матеріалів дозволяють вибрати виконання кабелю, що щонайкраще задовольняє всім умовам проекту, у тому числі – вартісним.
Окремо розглянемо способи зрощення будівельних довжин кабелів
Зрощення будівельних довжин оптичних кабелів виробляється з використанням кабельних муфт спеціальної конструкції. Ці муфти мають два або більш кабельних введення, пристосування для кріплення силових елементів кабелів і одну або декілька сплайс-пластин. Сплайс-пластина - це конструкція для укладання і закріплення волокон різних кабелів, що зрощуються [ 6 ].
Після того, як оптичний кабель прокладений, необхідно з'єднати його з приймально-передавальною апаратурою. Зробити це можна за допомогою оптичних комутаторів (з'єднувачів). У системах зв'язку використовуються комутатори багатьох видів.
3.2 Електронні компоненти систем оптичного зв'язку
Перше покоління передавачів сигналів по оптичному волокну було упроваджене в 1975 році. Основу передавача складав світо діод, що працює на довжині хвилі 0.85 мкм в багатомодовому режимі.
Протягом подальших трьох років з'явилося друге покоління – одномодові передавачі, що працюють на довжині хвилі 1.3 мкм.
У 1982 році народилося третє покоління передавачів - діодні лазери, що працюють на довжині хвилі 1.55 мкм. Дослідження продовжувалися, і ось з'явилося четверте покоління оптичних передавачів, що дало початок когерентним системам зв'язку, - тобто системам, в яких інформація передається модуляцією частоти або фази випромінювання. Такі системи зв'язку забезпечують набагато більшу дальність поширення сигналів по оптичному волокну. Фахівці фірми NTT побудували без регенераторну когерентну волоконно-оптичну лінію зв'язку STM-16 на швидкість передачі 2.48832 Гбіт/с протяжністю в 300 км., а в лабораторіях NTT на початку 1990 року учені вперше створили систему зв'язку із застосуванням оптичних підсилювачів на швидкість 2.5 Гбіт/с на відстань 2223 км.
Поява оптичних підсилювачів на основі світлопроводів здатних підсилювати сигнали, дало початок п'ятому поколінню систем оптичного зв'язку. В даний час швидкими темпами розвиваються системи оптичної телекомунікації на відстані в тисячі кілометрів. Успішно експлуатуються трансатлантичні лінії зв'язку США-Європа ТАТ-8 і ТАТ9, ТИХООКЕАНСЬКА лінія Гавайські для США Острови-Японія ТРС-3. Ведуться роботи по завершенню будівництва глобального оптичного кільця зв'язку Японія – Сінгапур – Індія - Саудівська Аравія-Єгипет-Італія [ 8 ].
Останніми роками разом з когерентними системами зв'язку розвивається альтернативний напрям: солітонові системи зв'язку. Солітон - це світловий імпульс з незвичайними властивостями: він зберігає свою форму і теоретично може поширюватися по "ідеальному" світлопроводу нескінченно далеко. Солітони є ідеальними світловими імпульсами для зв'язку. Тривалість солітона складає приблизно 10 триліонних долий секунди (10 пс). Солітонові системи, в яких окремий біт інформації кодується наявністю або відсутністю солітона, можуть мати пропускну спроможність не менше 5 Гбіт/с на відстані 10 000 км. Таку систему зв'язку передбачається використовувати на вже побудованій трансатлантичній лінії ТАТ-8. Для цього доведеться підняти підводний ВОК, демонтувати всі регенератори і зростити всі волокна безпосередньо. В результаті на підводній магістралі не буде жодного проміжного регенератора.
3.3 Перспективи розвитку оптоволоконної технології
Що стосується перспектив оптоволоконних провідників, то дослідники шукають відповіді на декілька питань: як протистояти нелінійним ефектам, звести до мінімуму бітові збої, підвищити підсумкову потужність, а заразом і розширити зону дії підсилювача. Деякі попередні рішення вже відомі. Наприклад, збільшити ефективну площу оптоволоконного провідника можна змінивши коефіцієнт заломлення серцевини і зовнішніх кілець оптоволокна. Добитися цього удасться, якщо створити центральну трикутну зону і зовнішнє кільце з матеріалу з високим коефіцієнтом заломлення. Інший варіант – змінити коефіцієнт заломлення за допомогою двох зовнішніх кілець серцевини волокна. У обох випадках зовнішнє кільце забезпечує розподіл світла з центральної зони і розсіює його на більшій площі, строго направляючи промені по радіусу потрібної довжини. В результаті зменшується пікова потужність серцевини, підвищується гнучкість оптоволокна і при цьому зберігається світлонепроникність зовнішньої оболонки.
Ще один спосіб управління дисперсією – використання погоджених з керованою дисперсією пар волокон (NDSF-волокон). Їх переваги очевидні: швидкість передачі даних подвоюється в порівнянні з волокном, що не має зрушення дисперсії (NZDF-волокном). Підтвердити це можна на простому прикладі. Якщо швидкість NZDF-волокна складає один Тбіт/с при максимальній відстані передачі даних в 6 тис. км., то швидкість пари волокон з керованою дисперсією дозволяє збільшити дистанцію трансляції сигналу до 7,2 тис. км., при цьому швидкість передачі даних підтримується на рівні 2,1 Тбіт/с. Проте подібного роду технології знаходяться на стадії доопрацювання і доки не отримали широкого вживання [ 5 ].
Оптоволоконні «горизонти»
Навряд чи варто сумніватися в тому, що високі вимоги до пропускної спроможності і стабільності передачі інформації, що пред'являються у сфері телекомунікацій, приведуть з часом до широкого використання новітніх оптоволоконних провідників. Оператори зв'язку і виробники телекомунікаційного устаткування всього світу виявляють велику цікавість до оптоволоконних технологій. І хоча в 2001–2003 роках темпи зростання ринку оптичного волокна у ряді розвинених країн сповільнилися, підвищений попит на такий вигляд дротяної передачі даних наголошується в регіонах, що розвиваються. Якщо в 2000 році на Північну Америку доводилося 40% оптоволокна, що існувало в світі, на Європу – 27, Японію – 11, країни Азії – 16, Африку, Близький Схід і Латинську Америку – 6, то до початку 2008 прогнозується кардинальна зміна структури його розподілу. Експерти вважають, що доля Північної Америки складе 19%, Європи – 24, Японії – 14, країн Азії – 22, Африки, Близького Сходу і Латинської Америки – 21. Отже, загальна протяжність оптоволокна до наступного року збільшиться в порівнянні з 2002 з 156,2 до 457,4 гигаметров. Приведені цифри дозволяють говорити про технологічний потенціал оптоволоконних мереж і про конкурентоспроможність цих технологій на сучасному ринку телекомунікацій.