Типы оптического волокна

Оптические волокна (ОВ), уложенные в оптический кабель (ОК), уже более 40 лет применяются для передачи сигналов в системах связи. За это время было разработано множество разновидностей волокон с разными характеристиками, что дает возможность использовать их для решения самых разнообразных задач. В этой статье рассмотрим основные параметры и типы оптических волокон, а также сферы их применения.

Общие сведения о типах оптических волокон

Оптическое волокно (световод) — это гибкий и прозрачный цилиндрический стержень, состоящий из трех слоев: сердцевины, оболочки и покрытия. Диаметр сердцевины может варьироваться от 6 до 62,5 мкм (зависит от типа волокна), а оболочки — 125 мкм. Для передачи сигнала (модулированной световой волны) используется явление полного внутреннего отражения.

Существуют несколько классификационных признаков волокон:

1. Число мод: одномодовые (Single-Mode, SM) и многомодовые (Multi-Mode, MM).
2. Профиль показателя преломления: ступенчатый, градиентный, специальные профили.
3. Характеристика дисперсионного параметра: стандартные (SF), со сдвигом нулевой дисперсии (DSF), ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF) и с низким водяным пиком (ZWP).
4. Знак дисперсионного параметра: положительная или отрицательная дисперсия (в специальных волокнах для компенсации).

Кроме того, существуют и волокна специального назначения (для компенсации дисперсии, легированные эрбием и др.), применяемые в узкоспециализированных задачах.

Многомодовые волокна

Основные характеристики

• Диаметр сердцевины/оболочки: 50/125 мкм или 62,5/125 мкм (наиболее распространенные типоразмеры).
• Профиль показателя преломления: ступенчатый (простое решение) или градиентный (уменьшает межмодовую дисперсию, повышая качество сигнала).
• Стандарты ISO/IEC 11801: OM1, OM2, OM3, OM4 (и OM5), где OM3 и OM4 оптимизированы для работы с лазерами, поддерживают высокие скорости передачи данных (до 10 Гбит/с и выше) на ограниченном расстоянии.

Области применения

Многомодовые волокна, обладающие более простыми условиями стыковки (за счет большой сердцевины), но меньшей дальностью передачи, используются в основном:

• В локальных сетях (LAN), дата-центрах, системах видеонаблюдения.
• На коротких и средних расстояниях (до нескольких сотен метров или 1–2 км).
• Там, где требуется сэкономить на активном оборудовании (лазеры для MM дешевле по сравнению с SM-решениями).

Одномодовые волокна

Основные характеристики

• Диаметр сердцевины: ~9 мкм, оболочки — 125 мкм.
• Низкое затухание и отсутствие межмодовой дисперсии, что позволяет передавать данные на большие расстояния (сотни километров) на высоких скоростях.
• Стандарты ITU-T (G.652–G.657): определяют различные типы и модификации одномодовых волокон — от классических (G.652.D) до специальных (NZDSF G.655, G.656, волокна с «нулевым водяным пиком» и т. д.).

Области применения

Одномодовые волокна являются основой магистральных сетей связи и применяются:

• В глобальных системах передачи (междугородные и международные линии).
• В трансокеанских линиях (особые варианты G.654).
• В современных сетях доступа (GPON, FTTH), а также в локальных сетях, если требуются высокие скорости и большие расстояния.

Специальные волокна

Для ряда задач создаются особые типы волокон:

• DCF (Dispersion Compensation Fiber): для компенсации хроматической дисперсии (устанавливаются в DCM-модулях).
• EDF (Erbium Dropped Fiber): легированное эрбием, используется в оптических усилителях EDFA.
• PMF (Polarization Maintaining Fiber): волокно, сохраняющее состояние поляризации (для волоконных датчиков).
• OWP (Zero Water Peak Fiber): с нулевым водяным пиком, позволяющим расширить рабочий диапазон длин волн (популярно при использовании CWDM).

Рекомендации по выбору волокна

1. Многомодовые волокна (OM1–OM5)

   • Применяются при ограниченной длине трассы (как правило, до 300–550 м).
   • Популярны в офисных и кампусных сетях, дата-центрах.

2. Одномодовые волокна (G.652–G.657)

   • Универсальное решение для дальних расстояний и высоких скоростей.
   • Подходят для магистральных, региональных и внутренних сетей (в том числе GPON, FTTH).
   • Новейшие варианты G.657 позволяют уменьшить радиусы изгиба, что особенно важно при прокладке внутри помещений.

3. Волокна со смещенной нулевой дисперсией (G.653, G.655, G.656)

   • Оптимизированы для работы в 1550 нм, подходят для современных систем WDM.
   • Рекомендуются при необходимости минимизации нелинейных эффектов на больших скоростях.

Заключение

Выбор оптического волокна определяется дальностью передачи, скоростными требованиями, бюджетом и особенностями сетевой архитектуры. Многомодовые волокна (OM-серии) экономичны и просты в применении на коротких расстояниях. Одномодовые (G.652–G.657) — универсальны и используются в магистральных и распределительных сетях, включая системы WDM и высокоскоростные соединения.

Понимание основных характеристик и возможностей разных типов оптического волокна позволяет проектировщикам и специалистам принимать взвешенные решения, обеспечивая эффективную и надежную передачу данных в современных телекоммуникационных системах.