סיב אחד במצב-
סיבים אופטייםשיכולים לשדר רק מצב אחד נקראים סיבים -יחידים. סיבים במצב-יחיד יכולים לשדר רק את המצב הבסיסי (מצב הסדר הנמוך ביותר), ואין הבדל של השהיה בין-מצבים. לכן, יש להם רוחב פס גדול בהרבה מאשר סיבים מולטי-מודים, וזה חיוני להעברת נתונים- במהירות גבוהה. רוחב הפס של סיבים במצב יחיד- הוא בדרך כלל בטווח של עשרות גיגה-הרץ·ק"מ ומעלה.
המבנה של סיב שלב-במצב יחיד- מוצג באיור 2-13. לסיב-מצב יחיד יש קוטר ליבה קטן כדי להבטיח שידור-מצב יחיד, אך קוטר החיפוי שלו גדול יותר מפי עשרה מקוטר הליבה כדי למנוע אובדן אופטי. הפונקציות של כל חלק במבנה הסיב-יחיד דומות לאלו של סיבים מולטי-מודים. ההבדל הוא שקוטר הליבה מתבטא באמצעות קוטר השדה התלוי באורך גל *w*. סוג זה של סיבים נמצא בשימוש נרחב בהנדסת תקשורת סיבים אופטיים מודרניים.
איור 2-13 מציג את המבנה של סיב אופטי עם אינדקס צעד-.
הפרמטרים הממדיים של סיבים אופטיים יחידים- מסוג B1.1 ו-B4 מוצגים בטבלה 2-1 ובטבלה 2-2.
| שֵׁם | פָּרָמֶטֶר |
|---|---|
| קוטר שדה 1310 ננומטר- | [(8.6 ~ 9.5) ± 0.7] µm |
| קוטר חיפוי | (125 ± 1) µm |
| שגיאת ריכוז סיבים של 1310 ננומטר | פחות או שווה ל-0.8 מיקרומטר |
| חיפוי אי-מעגליות | פחות או שווה ל-2% |
| קוטר ציפוי (צבע ראשוני) | (245 ± 10) µm |
| קוטר ציפוי (צבעוני) | (250 ± 15) µm |
| שגיאת ריכוזיות חיפוי/ציפוי | פחות או שווה ל-12.5 מיקרומטר |
טבלה 2-1 פרמטרים של גודל של סיבים B1.1 מצב יחיד
| שֵׁם | פָּרָמֶטֶר |
|---|---|
| קוטר שדה- במצב 1550 ננומטר | [(8.0 ~ 11.0) ± 0.7] µm |
| קוטר חיפוי | (125 ± 1) µm |
| שגיאת ריכוז סיבים של 1550 ננומטר | פחות או שווה ל-0.8 מיקרומטר |
| חיפוי אי-מעגליות | פחות או שווה ל-2% |
| קוטר ציפוי (צבע ראשוני) | (245 ± 10) µm |
| קוטר ציפוי (צבעוני) | (250 ± 15) µm |
| שגיאת ריכוזיות חיפוי/ציפוי | פחות או שווה ל-12.5 מיקרומטר |
טבלה 2-2 פרמטרי גודל של סיבי B4 מצב יחיד
סטנדרטים ויישומים של סיבים-יחידים
סיב במצב יחיד-, עם יתרונותיו של הנחתה נמוכה, רוחב פס רחב, קיבולת גדולה, עלות נמוכה וקלות הרחבה, הוא אמצעי שידור תקשורת אופטי אידיאלי ונמצא בשימוש נרחב ברחבי העולם. נכון לעכשיו, עם התפתחותה של חברת המידע, חוקרים פיתחו מגברי סיבים, טכנולוגיות-חלוקת זמן (TDM), ריבוי חלוקה באורך גל-(WDM) ותדר-ריבוי חלוקה (FDM), תוך שיפור נוסף של מרחק השידור, קיבולת התקשורת וקצב השידור של סיב יחיד{.5}
ראוי לציין שאמנם מגברי סיבים מאריכים את מרחקי השידור וטכנולוגיות ריבוי מביאות להעברת אותות-במהירות-גבוהה, אך הם גם מגבירים את ההשפעה של פיזור והשפעות לא ליניאריות על איכות השידור של המערכת. לכן, מספר סוגים של סיבים אופטיים נחקרו ופותחו במיוחד: פיזור-סיב מוזז, סיב שאינו-אפס פיזור-סיב, פיזור-סיב משוטח וסיב מפוצה-, כל אחד עם היתרונות הייחודיים שלו בטיפול בהשפעות פיזור ולא ליניארי.
ניתן לסווג סיבים אופטיים במצב-יחיד לחמישה סוגים על סמך האם הם מציגים אורך גל אפס-פיזור ושינוי אורך גל חיתוך. ה-International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector (ITU-T) פרסם המלצות עבור ארבעה מסוגים אלה באוקטובר 2000: סיבים G.652, G.653, G.654 ו-G.655. ההתכתבות בין IEC (הוועדה הבינלאומית לאלקטרוטכניקה) ו-ITU-T של מתן שמות לסיבים אופטיים-יחידים מוצגת באיור 2-14.
| שם סיני | ITU-T | חברת החשמל |
|---|---|---|
| סיב במצב יחיד- | ||
| סיב במצב יחיד ללא-פיזור הוסט- | G.652 A/B/C | B1.1 ו-B1.3 |
| פיזור הוסט במצב יחיד-סיב | G.653 | B2 |
| חותך-סיב במצב יחיד המוזז באורך גל- | G.654 | B1.2 |
| סיב במצב יחיד ללא-אפס פיזור הוסט- | G.655 A/B | B4 |
| פס רחב שאינו-אפס פיזור הוסט במצב יחיד-סיב | - | - |
| לכופף-סיב במצב יחיד-לא רגיש | - | - |
איור 2-14 מציג את ההתאמה בין הסיבים האופטיים היחידים-שנקראים על ידי IEC ו-ITU-T.
G.652 – סיב במצב יחיד- ללא התפשטות-
הטקסט הסטנדרטי מחלק עוד יותר את סיב G.652 ל-G.652A, G.652B ו-G.652C בהתבסס על הנחתה, פיזור, פיזור מצבי קיטוב, טווח אורכי גל פעולה ויישום במערכות SDH בקצבי שידור שונים. למעשה, ניתן לחלק את סיב G.652 לשני סוגים: סיבים חד- רגילים (G.652A ו-G.652B) וסיבים -נמוכים במים-שיא יחיד- במצב (G.652C).
(1) סיבים יחידים-קונבנציונליים: סיבים יחידים-קונבנציונליים החלו בשימוש מסחרי בשנת 1983. מאפייני הביצועים שלו הם: אפס פיזור באורך גל של 1310 ננומטר; מקדם הנחתה מינימלי ליד אורך גל של 1550 ננומטר, כ-0.22 dB/km, אך מקדם פיזור מרבי של 17 ps/(nm·km) ליד 1550 ננומטר; ניתן לבחור את אורך הגל העבודה של סיב זה גם באזורי אורך הגל של 1310 ננומטר וגם באזורי אורך הגל של 1550 ננומטר, כאשר אורך הגל האופטימלי שלו נמצא באזור 1310 ננומטר. סיב זה נקרא לעתים קרובות "רגיל" או "סטנדרטי" סיב יחיד-, והוא כיום הסיב הנפוץ ביותר. עד כה, הפריסה המצטברת שלו ברחבי העולם הגיעה ל-7 x 10⁻⁶ ק"מ.
(2) סיב נמוך-מים-שיא יחיד-: כדי להתמודד עם האתגרים העומדים בפני רשתות מטרופולין אזוריות (MANs) כגון סביבות שירות מורכבות ומשתנות, מספר רב של משתמשים נתמכים ישירות ומרחקי שידור קצרים (בדרך כלל רק 50-80 ק"מ), הפתרון שאומץ הוא להשתמש בטכנולוגיית ריבוי ואורך DM עם טכנולוגיית חלוקה מרובת ורב-HD (רב-HD) מאות אורכי גל מרובבים. זה כרוך בהקצאת שירותים בקצבים ומאפיינים שונים לאורכי גל שונים וביצוע ניתוב ו-demultiplexing בנתיב האופטי. לכן, יש צורך לפתח סיבים-נמוכים של-שיא חד- במצב (ITU-T G.652C) עם טווח אורכי גל הפעלה רחב יותר כדי לענות על הצרכים של פיתוח HDWDM MAN.
G.653 Dispersion-Shifted Single-Mode Fiber
פיזור-מוד יחיד-סיב (ITU-T G.653) הופץ למסחר בשנת 1985. פיזור-מוזז יחיד-סיב משיג זאת על ידי שינוי הפרמטרים המבניים של הסיב והתפלגות אינדקס השבירה כדי להגדיל את פיזור המוליך{7} המינימלי מנקודת האפס של המוליך הגלים. 1310 ננומטר עד 1550 ננומטר. זה גורם לכך שאורך הגל הנמוך ביותר ב-1550 ננומטר עולה בקנה אחד עם אורך גל הפיזור האפס-, והוא פועל בטווח אורך הגל ההפעלה של 1530-1565 ננומטר של מגברי סיבים בעלי נטל. סוג זה של סיבים מתאים באופן אידיאלי למערכות הגברה אופטית-למרחקים ארוכים,-חד ערוצית,-גבוהה; לדוגמה, מערכת 20 Gbit/s יכולה להיות מיושמת ישירות על סיב זה ללא כל אמצעי פיצוי פיזור.
האפליקציה המבטיחה ביותר לפיזור-מצב יחיד-סיב הוא במערכות תקשורת סיבים אופטיים תת-ימיים להעברת אותות-למרחקים ארוכים-. בנוסף, מספר מסוים של פיזור-סיבים במצב יחיד- נפרס גם ברשתות תקשורת קוויות למרחקים ארוכים-.
G. 654-Cutoff Wavelength Shifted Single-מצב סיב
אורך גל חיתוך של 1550nm-סיב יחיד-מוד (ITU-T G.654) הוא סיב לא-פיזור-עם אורך גל פיזור אפס- בסביבות 1310nm. אורך הגל הניתוק מוסט לטווח אורך גל ארוך יותר, וכתוצאה מכך הנחתה מינימלית באזור אורך הגל של 1550 ננומטר. טווח אורכי הגל האופטימלי שלו הוא 1500-1600nm.
השיטה להשגת סיבים- מופחתים כרוכה בשימוש בליבת זכוכית סיליקה טהורה ובחיפוי שקוע עם סימום פלואור-; אורך הגל החיתוך הארוך מפחית את רגישות הסיב להפסדים שנגרמו-של כיפוף.
מכיוון שסוג זה של סיבים קשה במיוחד לייצור ויקר מאוד, משתמשים בו לעתים רחוקות. הוא משמש בעיקר במערכות תקשורת סיבים אופטיים תת ימיים ללא ריפרטר עם מרחקי שידור ארוכים שבהם לא ניתן להכניס מכשירים פעילים.
G.655-לא-פיזור אפס-סיב במצב יחיד
סיב אופטי (ITU-T G.655) שאינו -אפס פיזור-הוסט יחיד- הוא סוג חדש של סיב אופטי שתוכנן ויוצר בשנת 1994 על ידי Lucent Technologies ו-Corning Incorporated במיוחד עבור הדור הבא של-הדור הבא של מערכות תמסורת מגוברת בחלוקת אורכי גל עם מערכות תמסורת מרובות סיבים. סיב זה מבוסס על פיזור-מוד יחיד-סיב, ועל ידי שינוי מבנה פרופיל השבירה, הפיזור באורך גל של 1550 ננומטר נעשה ללא-אפס; מכאן השם שאינו-אפס פיזור-סיב במצב יחיד-.
פיזור-סיב יחיד-שטוח
בשנת 1988, סיבי פיזור-שטוח יחיד- הופץ למסחור. סיב זה מפגין פיזור נמוך בטווח אורכי גל 1310-1550 ננומטר ויש לו שני אורכי גל אפס- פיזור, כלומר 1310 ננומטר ו-1550 ננומטר. ניתן להשתמש בסיב זה עם לייזרים בעלי אורך גל מרכזי רחב יותר ולייזרים סטנדרטיים הפועלים ב-1310 ננומטר ו-1550 ננומטר לשידור מהיר{12}}עם נוריות LED. עם זאת, לסיבים -יחידים שטוחים- יש פרופיל אינדקס שבירה מורכב, המקשה על ייצורו, וההנחתה הגבוהה שלו מגבילה את היישום המעשי שלו. הביצועים והיישומים של פיזור -סיב יחיד- שטוח מוצגים בטבלה 2-8.
| ביצועים | קוטר שדה מצב (מיקרומטר) | קוטר חיפוי (ננומטר) | אורך גל אפס פיזור (ננומטר) | אורך גל פעולה (ננומטר) | אובדן מאקרובנד מרבי (dB·km⁻¹) | פיזור מצב קיטוב מרבי (ps·√km)⁻¹ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| דְרִישָׁה | 8 (1310 ננומטר) 11 (1550 ננומטר) | פחות או שווה ל-125 | 1310 ו-1550 | 1310 עד 1550 | פחות או שווה ל-0.25 (1310 ננומטר) פחות או שווה ל-0.30 (1550 ננומטר) | 0 (1310 ננומטר) 0 (1550 ננומטר) |
תרחיש יישום: סוג זה של סיבים מתאים במיוחד לסביבות עם פיזור כיפוף פנימי נמוך בטווח אורכי גל פעולה של 1310-1550 ננומטר.
פיזור-מתוגמל סיב יחיד- במצב יחיד
עם היישום של מגברים סיבים אופטיים, הנחתה אינה עוד מגבלה משמעותית על המרחק של מערכות תקשורת סיבים אופטיים. עם זאת, פיזור מעכב מאוד את השדרוג וההתרחבות של אורכי גל הפעלה של סיבים- יחידים מ-1310 ננומטר ל-1550 ננומטר. כדי לטפל בבעיה מעשית זו, פותח סיב במצב יחיד-מתומך לפיזור.
פיזור-סיב במצב יחיד-מתוגמל הוא סוג של סיב יחיד-עם פיזור שלילי משמעותי באורך גל של 1550nm. תוצאות הניסוי הנוכחיות מראות שמקדם הפיזור של פיזור-סיב במצב יחיד- נע בין 50 ל-548 ps/(nm·km), וההנחתה היא בדרך כלל 0.5 עד 1.0 dB/km.
כאשר אורך הגל ההפעלה של מערכת סיבים- רגילה משודרג מ-1310nm ל-1550nm, הפיזור הכולל שלה חיובי. על ידי הוספת קטע של סיב פיזור שלילי למערכת, ניתן לבטל את הפיזור החיובי ב-1,550 ננומטר בעשרות קילומטרים של סיב רגיל- במצב יחיד, ובכך לשדרג את אורך הגל ההפעלה של סיב המצב הבודד- המותקן מ-1310 ננומטר ל-1550 ננומטר, במהירות גבוהה-במהירות-גבוהה, שידור למרחקים-ארוכים ובקיבולת-גבוהה. ניתן לפצות לחלוטין את ההנחתה המוכנסת על ידי הוספת פיזור-מפצה במצב יחיד- על ידי מגבר הסיבים.
סיבים מולטי-מודים
כפי שהשם מרמז, סיב רב-מודים הוא סיב אופטי המאפשר להעביר מספר מצבים בתוכו, או במילים אחרות, מותר להתקיים מספר מצבי שידור נפרדים בסיבים מולטי-מודים.
תקנים ויישומים של Multimode Fiber
סיב רב-מצבי מדורג-
סיב G.651 הוא סיב רב-מודים מדורג- המשמש בעיקר להעברת אותות אנלוגיים או דיגיטליים באזורי אורך גל של 850 ננומטר ו-1310 ננומטר. קוטר הליבה שלו הוא 50 מיקרומטר וקוטר החיפוי שלו הוא 125 מיקרון. באזור אורך הגל של 850 ננומטר, מקדם הנחתה נמוך מ-4dB/km ומקדם הפיזור קטן מ-120ps/(nm·km); באזור אורך הגל של 1310nm, מקדם הנחתה הוא פחות מ-2dB/km ומקדם הפיזור קטן מ-6ps/(nm·km).
סיב רב-מודים במצב-הדרגה
המבנה של סיב רב-מצבי מדורג-מוצג באיור 2-18. סוג זה של סיבים כולל סוגי Ala, Alb, Alc ו-Ald. ניתן לייצר אותם באמצעות זכוכית מרובה רכיבים או זכוכית סיליקה מסוממת. כדי להפחית את הנחתה של הסיבים, החומרים המשמשים לייצור סיבים מרובי מצבי אינדקס מדורגים הם בעלי טוהר גבוה בהרבה מאלה המשמשים ברוב הסיבים הרב-מודדים של אינדקס-. בדיוק בגלל התפלגות אינדקס השבירה המדורג והנחתה נמוכה יותר, סיבי מולטי-מודים מדורגים -מתעלים בביצועים גבוהים יותר מסיבי מולטי-מודים עם אינדקס צעד.
סיב רב-מצבי אינדקס-שלב
המבנה של סיב רב-מצבי אינדקס-מוצג באיור 2-19. סוג זה של סיבים מגיע בשלוש קטגוריות (A2, A3 ו-A4) ותשעה זנים. ניתן להשתמש בזכוכית מרובת רכיבים, זכוכית מסוממת או פלסטיק לייצור הליבה והחיפוי. בשל גודל הליבה הגדול והצמצם המספרי הגדול שלהם, ניתן לחבר סיבים מולטי-מודים אלו בצורה יעילה יותר למקורות אור לא קוהרנטיים, כגון דיודות פולטות אור (LED). ניתן ליצור חיבורי קישור באמצעות מחברים{11}}מהזרקה זולים, ובכך להפחית את עלות בניית הרשת הכוללת. לכן, סיב רב-מצבי אינדקס-שלב, במיוחד סיבים פלסטיים A4, ממלאים תפקיד חשוב בתקשורת למרחקים קצרים.
