Что такое окно прозрачности
Окно прозрачности оптического волокна
Неоднородность затухания света в оптическом волокне в разных диапазонах длин волн обусловлено неидеальностью среды, наличием примесей, резонирующих на разных частотах.
Затухание в разных окнах прозрачности неодинаково: наименьшая его величина — 0,22 дБ/км наблюдается на длине волны 1550 нм, поэтому третье окно прозрачности используется для организации связи на большие расстояния. Во втором окне прозрачности (1310 нм) затухание выше, однако для этой длины волны характерна нулевая дисперсия, поэтому второе окно используется на городских и зоновых сетях небольшой протяжённости. Первое окно прозрачности используется в офисных оптических сетях; использование этого окна прозрачности незначительно.
Содержание
Физическая основа явления
Коэффициент рэлеевского рассеяния зависит от режима тепловой обработки заготовки для оптического волокна и уменьшается с понижением температуры. Так, при уменьшении температуры вытяжки волокна до 1800 °C и скорости вытяжки до 1 м/с величину потерь удалось уменьшить до 0,16 дБ/км в третьем окне и до 0,29 дБ/км во втором окне прозрачности.
История разработки и использования окон прозрачности
Первоначально, в 1970-х годах, системы волоконно-оптической связи использовали первое окно прозрачности, поскольку выпускаемые в то время GaAs-лазерные диоды и светодиоды работали на длине волны 850 нм. В настоящее время этот диапазон из-за большого затухания используется только в локальных сетях.
В 1980-х годах были разработаны лазеры на тройных и четверных гетероструктурах, способные работать на длине волны 1310 нм и второе окно прозрачности стало использоваться для дальней связи. Преимуществом данного диапазона явилась нулевая дисперсия на данной длине волны, что существенно уменьшало искажение оптических импульсов.
Третье окно прозрачности было освоено в начале 1990-х годов. Преимуществом третьего окна является не только минимум потерь, но и тот факт, что на длину волны 1550 нм приходится рабочий диапазон волоконно-оптических эрбиевых усилителей (EDFA). Данный тип усилителей, имея способность усиливать все частоты рабочей области, предопределил использование третьего окна прозрачности для систем со спектральным уплотнением (WDM).
Четвёртое окно прозрачности простирается до длины волны 1620 нм, увеличивая рабочий диапазон систем WDM.
Пятое окно прозрачности появилось в результате тщательной очистки оптического волокна от посторонних примесей. Таким образом было получено оптическое волокно AllWave, имеющее малые потери во всей области от 1280 нм до 1650 нм.
В связи с расширением рабочего диапазона оптических волокон Международным союзом электросвязи были утверждены новые спектральные диапазоны в интервале 1260…1675 нм [2] [3] :
Пропускная способность и окно прозрачности оптического волокна
Moris
Пропускная способность и окно прозрачности оптического волокна
Говоря теоретически, пропускная способность оптического волокна бесконечно высока, пропускная способность передачи бесконечно велика, а расстояние передачи бесконечно далеко. Кроме того, оптическое волокно также имеет небольшой вес, и все эти функции делают его идеальной средой для передачи данных, который может передавать неограниченный телефонный и телевизионный сигнал. Тем не менее, в настоящее время применение оптического волокна, результат далек от теории. Независимо от хрупких физических свойств кремния, пропускная способность передачи оптического волокна открыла несколько окон прозрачности.
Что такое пропускная способность и окно прозрачности оптического волокна?
| Диапазон частот | окно прозрачности | Диапазон длин волн (nm) | Частотный диапазон(THz) |
|---|---|---|---|
| / | 1 | 850(770-910) | / |
| Оригинальный | 2 | 1260-1360 | 237.9-220.4 |
| Расширенный | 5 | 1360-1460 | 220.4-205.3 |
| Коротковолновый | / | 1460-1530 | 205.3-195.9 |
| Стандартный | 3 | 1530-1565 | 195.9-191.6 |
| Длинноволновый | 4 | 1565-1625 | 191.6-184.5 |
| Сверхдлинноволновый | / | 1625-1675 | 184.5-179.0 |
Частотный диапазон в приведенной выше таблице относится к частоте света. По формуле скорость = длина волны х частота, мы можем легко определить частоту света. Его отношение к потерям при передаче по оптоволоконному кабелю и длине волны было показано следующим образом:
В первые дни волоконно-оптической связи, светодиод использовался в качестве источника света из-за его низкой цены. Многомодовые волокна работают на 850нм и 1300нм, которые стали первым выбором для построения небольшой сети, в то время как одномодовые волокна работают на 1310нм и 1550нм с лазером в качестве источника света, которые являются фундаментом для построения большой сети. Если бы было доступно больше окон прозрачности для одномодового оптического волокна, один оптическое волокно достиг бы сверхвысокой скорости передачи, передавая сигналы на разных длинах волны одновременно путём использования технологии WDM (мультиплексирование с разделением по длине волны), таким образом максимизация потенциала одномодового волокна. Телефон и сеть и одновременно используются через модем ADSL (асимметричная цифровая абонентская линия). Это потому, что голос и данные используют разные частоты. И этот принцип похож на технологии WDM и ADSL, которые обычно применяются в основных сетях, которым требуется более высокая пропускная способность.
Пропускная способность и окно прозрачности оптического волокна в приложенииn
В приложениях интеллектуальных зданий, оптическое волокно часто близок к поддержке многомодового кабеля, например, многомодовое волокно с длиной волны излучения LED источника света 850нм или 1300нм или длиной волны лазера VCSEL 850нм. Одномод используеется в системных зданиях на дальнем расстоянии, Одномодовое волокно с длиной волны излучения 1310нм или 1550нм FP или DFB лазером означает, что большая часть оптического волокна имеет только открытые окна прозрачности. Одномодовое волокно работает совместно с FP или DFB, которые передают волны длиной 1310нм или 1550нм. То есть большинство оптических волокон открывают только одно окно прозрачности.
Заключение
Могут ли быть открыты передачи окна прозрачности оптического волокна или нет, и сколько окон можно открыть, будет зависеть от нескольких факторов, таких как дисперсия, потери, WDM, а также источник света и сетевое оборудование. В долгосрочной перспективе, оптическое волокно поддерживают несколько окон прозрачности, должны обладать большей практичностью, совместимостью и масштабируемостью.
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
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.
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?
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.
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.
Окно прозрачности оптического волокна
Неоднородность затухания света в оптическом волокне в разных диапазонах длин волн обусловлена неидеальностью среды, наличием примесей, резонирующих на разных частотах.
Затухание в разных окнах прозрачности неодинаково: наименьшая его величина — 0,22 дБ/км наблюдается на длине волны 1550 нм, поэтому третье окно прозрачности используется для организации связи на большие расстояния. Во втором окне прозрачности (1310 нм) затухание выше, однако для этой длины волны характерна нулевая дисперсия, поэтому второе окно используется на городских и зоновых сетях небольшой протяжённости. Первое окно прозрачности используется в офисных оптических сетях; использование этого окна прозрачности незначительно.
Связанные понятия
Интерфере́нция в тóнких плёнках – явление, которое возникает в результате разделения луча света при отражении от верхней и нижней границ тонкой плёнки. В результате возникают две световые волны, которые могут интерферировать. Тонкоплёночная интерференция объясняет цветовую палитру, видимую в свете, отраженном от мыльных пузырей и масляных плёнок на воде. Это явление также является основополагающим механизмом, используемым в объективах камер, зеркалах, оптических фильтрах и антибликовых покрытиях.
Микрокана́льные пласти́ны (МКП) — вид изделий вакуумной микроэлектроники. Предназначены для работы в вакууме в качестве многоканальных детекторов, преобразователей и вторично-электронных усилителей пространственно-организованных потоков заряженных частиц и излучений. Основное применение — преобразователь и усилитель яркости изображения индивидуальных приборов ночного видения.
Кориолисовы расходомеры — приборы, использующие эффект Кориолиса для измерения массового расхода жидкостей, газов. Принцип действия основан на изменениях фаз механических колебаний U-образных трубок, по которым движется среда. Сдвиг фаз пропорционален величине массового расхода. Поток с определенной массой, движущийся через входные ветви расходомерных трубок, создает кориолисову силу, которая сопротивляется колебаниям расходомерных трубок. Наглядно это сопротивление чувствуется, когда гибкий шланг.
Что такое окно прозрачности
Говоря об окнах прозрачности оптического волокна, обычно рисуют такую картинку в виде зависимости затухания от длины волны.
в книге «Справочник по
тестированию оптоволокна» на стр.
→ Передача света. Затухание
окна прозрачности названы
телекоммуникационными окнами
Здесь голубым цветом выделены те самые окна прозрачности ОВ. Все они, находятся в инфракрасном диапазоне.
Образовывалась такая характеристика оптических волокон из природной прозрачности кварца и примесей присутствующих в стекле сердцевины оптоволокна. Соответственно под эти окна проектировалась приёмо-передающая аппаратура.
В современных волокнах большой пик между вторым и третьим окном прозрачности, обусловленный присутствием гидроксильной группы в материале оптоволокна отсутствует.
Ниже приведён график зависимости затухания в оптоволокне от длины волны инфракрасного излучения. Здесь очень хорошо видно, как с годами улучшалась технология производства оптических волокон, и как из двух окон прозрачности 1310 нм и 1550 нм образовалось не окно, а целый «проём прозрачности» в диапазоне от 1300 до 1600 нм
Зависимость затухания от длины волны в оптоволокне G.652
Аббревиатура G.652, G.652D это Рекомендации ITU-T. На отдельной странице есть краткие выписки из рекомендаций (стандартов) оптоволокна ITU-T G.651-G.657
Вообще говоря, о частотных и спектральных характеристиках оптоволокна чаще выделяют не только окна прозрачности, а ещё и шесть диапазонов.