Многомодовые градиентные ОВ. Рекомендации МСЭ G-651

Рис. 3.17. Параметры градиентных многомодовых ОВ:
а ‑ профили показателей преломления волокон 50/125 и 62.5/125;
б ‑ характерные кривые спектральных потерь мощности.

В линейных трактах ВОСП продолжают использовать многомодовые ОВ. Они находят применение на зоновых и местных сетях для передачи сигналов с относительно низкими скоростями до 8 Мбит/с (в PDH). Рекомедации МСЭ G651 посвящены градиентным ОВ. Волокна с диаметром сердцевины 50 мкм используются в системах дальней связи (более 2 км), а для локальных вычислительных сетей (ЛВС) используют наряду с этими ОВ также ОВ с сердцевиной 62.5 мкм (до 2 км).

Таблица 3.1.

Параметры	Градиентное многомодовое ОВ
50/125	62.5/125
Номинальное затухание на длине волны 850/1300 нм (дБ/км)	£ 2.4 / £ 0.5	£ 2.8 / £ 0.6
Максимальное затухание на длине волны 850/1300 нм (дБ/км)	£ 2.5 / £ 0.8	£ 3.0 / £ 0.7
Полоса пропускания на длине волны 850/1300 нм (МГц×км)	³ 400 / ³ 800	³ 200 / ³ 400
Длина волны нулевой дисперсии λ0 (нм)	1297-1316	1332-1354
Наклон нулевой дисперсии S 0 (пс/(нм2×км))	£ 0.101	£ 0.097
Диаметр сердцевины d (мкм)	50.0 ± 3.0	62.5 ± 3.0
Числовая апертура NA	0.200 ± 0.015	0.275 ± 0.015
Рабочий диапазон температур	-600С - +850С	-600С- +850С
Дополнительное вносимое затухание в температурных пределах -600С … +850С на длинах волн 850 нм и 1300 нм (дБ/км)	£ 0.2	£ 0.2
Дополнительное вносимое затухание в температурных пределах -100С … +850С, влажности до 98% на длинах волн 850 и 1300 нм (дБ/км)	£ 0.2	£ 0.2
Стандартная длина ОВ, поставляемого на катушке (м)	1100-4400	1100-8800
Диаметр оболочки (мкм)	125.0 ± 2.0	125.0 ± 2.0
Радиальное отклонение сердцевины относительно оболочки (мкм)	£ 3.0	£ 3.0
Диаметр защитного покрытия (мкм)	245 ± 10	245 ± 10
Отклонение сердцевины от окружности	£ 5%	£ 5%
Тестовое усилие на разрыв (ГН/м2)	³ 0.7	³ 0.7
Эффективный показатель преломления neff на длине волны 850/1300 нм	1.4897 / 1.4856	1.5014 / 1.4966

На рис. 3.17 показаны профили показателя преломления для этих ОВ. Видно, что ОВ для ЛВС отличается большей разницей показателей преломления, а значит, большей числовой апертурой (и дисперсией). В ЛВС, где используется множество соединений, очень важно минимизировать потери в разъемных соединениях, поэтому идут на увеличение диаметра сердцевины. Это приводит к ухудшению широкополосности, но для ЛВС это часто не имеет значения, так как там расстояния не превышают 2 км.

Рекомендуемые параметры ММ ОВ показаны в табл. 3.1, из которой следует, что числовая апертура ОВ с сердцевиной 62.5 мкм существенно больше, а широкополосность существенно меньше, чем у ОВ с сердцевиной 50 мкм.

Рис. 3.18. Ввод излучения в волокно от различных источников

Приведенные характеристики многомодовых волокон позволяют обеспечить необходимой полосой пропускания на расстояниях до 2 км все технологии, которые до недавнего времени доминировали в локальных сетях и структурированных кабельных системах. Это технологии FDDI, ATM, Fast Ethernet и др. со скоростями до 622 Мбит/с. Однако с внедрением более высокоскоростных технологий Gigabit Ethernet и 10-Gigabit Ethernet полоса пропускания перестала быть достаточной.

Ограничение оказалось связано не только с недостаточной широкополосностью этих волокон, но и со спецификой новых источников излучения, используемых в высокоскоростных системах. В них вместо светоизлучающих диодов применяются более быстродействующие недорогие многомодовые лазеры типа VCSEL или обычные одномодовые лазеры. Существенно, что эти излучатели имеют различную ширину диаграммы направленности (рис. 3.18).

Светоизлучающий диод из-за широкой диаграммы направленности дает самое большое световое пятно, которое засвечивает сразу всю сердцевину ОВ, часто захватывая также и оболочку. Такой ввод светового сигнала в ОВ называется насыщающим возбуждением ОВ.

Лазер VCSEL формирует значительно меньшее пятно, засвечивая только центральную часть сердцевины ОВ. Одномодовый лазер генерирует самый узкий пучок света, направляя его точно по центру сердцевины вдоль оптической оси ОВ. Такой ввод светового излучения в ОВ называется лазерным возбуждением ОВ.

Основная проблема при лазерном возбуждении ОВ связана с тем, что профиль показателя преломления обычного многомодового ОВ имеет провал вблизи оси, обусловленный технологией его производства (рис. 3.19). Этот немонотонность находится именно там, где распространяется основная часть энергии лазерного луча. Изменение показателя преломления в зоне распространения лазерного луча приводит к возникновению мод высокого порядка и увеличению межмодовой дисперсии, а значит уменьшению полосы пропускания.

Рис. 3.19. Использование светоизлучающего диода и лазера с многомодовым волокном.

Для радикального решения этой проблемы недавно было начато производство многомодовых ОВ нового поколения (Laser Grade Multimode Fiber) со сглаженным профилем показателя преломления. Сейчас готовится новый стандарт, в котором описаны три класса этих ОВ. Класс OM1 - обычные многомодовые ОВ, соответствующие рекомендации G.651, класс OM2 - многомодовые ОВ для скорости передачи до 1 Гбит/с, класс OM3 - многомодовые ОВ для скорости передачи до 10 Гбит/с. В табл. 3.2 приведены параметры этих ОВ и максимальные расстояния, на которых обеспечивается необходимая пропускная способность.

Таблица 3.2

Класс волокна	OM1	OM2	OM3
Диаметр сердцевины ОВ, мкм		62.5
Коэффициент затухания на длине волны 850/1300 нм, дБ/км	3.5 / 1.5	3.5 / 1.5	3.5 / 1.5
Полоса пропускания при насыщающем возбуждении на длине волны 850/1300 нм, МГц	200 / 500	600 / 1200	1500 /500
Полоса пропускания при лазерном возбуждении на длине волны 850 нм, МГц	-	-
Максимальное расстояние для Gigabit Ethernet / 10 Gigabit Ethernet, м	850 нм	550/-	275/-	750/110	/300
1300 нм	550/-	550/-	2000/110	-

Альтернативным использованию дорогих многомодовых ОВ классов OM2 и OM3 решением является создание специальных условий ввода луча в сердцевину ОВ путем смещения точки ввода оптического излучения относительно оси ВС. При этом большая часть оптической энергии распространяется по ОВ, минуя “дефектную” сердцевину обычного ОВ, позволяет реализовать потенциально достижимую полосу пропускания.

Этот способ реализован в виде соединительного шнура с так называемым модовым преобразованием (Offset Launch Mode Conditioning Cable Assembly). Шнур предназначен для подключения гигабитных портов активного сетевого оборудования к кабельным линиям с ОВ 62,5/125 мкм. Он представляет собой кабель, с одной стороны оконцованный многомодовым дуплексным соединителем SC, а с противоположного конца - многомодовым SC-соединителем и одномодовым SC –соединителем (рис. 3.20).

Рис. 3.20. Смещенный ввод светового луча и схема и внешний вид соединительного шнура для смещенного ввода

В разрыв волоконной линии, соединяющей передающий порт (Tx) и многомодовый SC –коннектор, включено пассивное устройство, обеспечивающее смещенный ввод оптического сигнала из одномодового отрезка волокна в многомодовое волокно.

Номинальное осевое смещение для волокна 62,5/125 мкм составляет 20 мкм, а для волокна 50/125 мкм – 13 мкм. Эти значения должно выдерживаться с точностью порядка долей микрона. Даже незначительное отклонение от оптимального сдвига приводит к резкому ухудшению функциональных параметров. Поэтому рекомендуется приобретать эти недешевые изделия от производителя, который имеет стабильную прецизионную технологию производства. Шнуры для смещенного ввода оптического излучения предназначены для применения в уже смонтированных многомодовых магистралях. С их помощью можно реализовать полосу пропускания, необходимую для Gigabit Ethernet (1000 Base LX) на длинах до 550 м.

[1] Первая часть этого неравенства получается из условия , вторая из -

[2] Особенно сильно могут различаться потери в «водяных» пиках на длинах волн 1290 и 1383 нм. Так, в новых моделях стандартных (?) волокон AllWave (Lucent Technologies), SMF-28e (Corning), SMR (Pirelli) – отсутствует пик на длине волны 1383 нм и снижена чувствительность к воздействию водорода.