단일-모드 광섬유
광섬유한 가지 모드만 전송할 수 있는 광섬유를 단일-모드 광섬유라고 합니다. 단일-모드 광섬유는 기본 모드(최저차 모드)만 전송할 수 있으며 모드 간 지연 차이는 없습니다.- 따라서 다중 모드 광섬유보다 대역폭이 훨씬 더 크며 이는 고속-데이터 전송에 중요합니다. 단일-모드 광섬유의 대역폭은 일반적으로 수십 GHz·km 범위 이상입니다.
스텝-인덱스 단일-모드 광섬유의 구조는 그림 2-13에 나와 있습니다. 싱글-모드 광섬유는 싱글-모드 전송을 보장하기 위해 코어 직경이 작지만 광 손실을 방지하기 위해 클래딩 직경이 코어 직경보다 10배 이상 큽니다. 싱글-모드 광섬유 구조의 각 부분의 기능은 멀티모드 광섬유의 기능과 유사합니다. 차이점은 코어 직경이 파장 의존 모드 필드 직경 *w*를 사용하여 표현된다는 것입니다. 이러한 유형의 광섬유는 현대 광섬유 통신 공학에 널리 사용됩니다.
그림 2-13은 스텝-인덱스 단일 모드 광섬유의 구조를 보여줍니다.
B1.1 및 B4 유형의 단일{0}}모드 광섬유의 치수 매개변수는 표 2-1 및 표 2-2에 나와 있습니다.
| 이름 | 매개변수 |
|---|---|
| 1310nm 모드-필드 직경 | [(8.6 ~ 9.5) ± 0.7] µm |
| 클래딩 직경 | (125 ± 1) µm |
| 1310nm 광섬유 동심도 오류 | 0.8μm 이하 |
| 클래딩 비{0}}원형성 | 2% 이하 |
| 코팅 직경(원색) | (245 ± 10) µm |
| 코팅 직경(컬러) | (250 ± 15) µm |
| 클래딩/코팅 동심도 오류 | 12.5μm 이하 |
표 2-1 B1.1 단일 모드 광섬유의 크기 매개변수
| 이름 | 매개변수 |
|---|---|
| 1550nm 모드-필드 직경 | [(8.0 ~ 11.0) ± 0.7] µm |
| 클래딩 직경 | (125 ± 1) µm |
| 1550nm 광섬유 동심도 오류 | 0.8μm 이하 |
| 클래딩 비{0}}원형성 | 2% 이하 |
| 코팅 직경(원색) | (245 ± 10) µm |
| 코팅 직경(컬러) | (250 ± 15) µm |
| 클래딩/코팅 동심도 오류 | 12.5μm 이하 |
표 2-B4 단일 모드 광섬유의 2개 크기 매개변수
단일-모드 광섬유의 표준 및 응용
낮은 감쇠, 넓은 대역폭, 대용량, 저렴한 비용 및 확장 용이성의 장점을 지닌 단일{0}}모드 광섬유는 이상적인 광통신 전송 매체이며 전 세계적으로 널리 사용되어 왔습니다. 현재 정보사회의 발전과 함께 연구자들은 광섬유 증폭기, 시분할 다중화(TDM), 파장-분할 다중화(WDM) 및 주파수-분할 다중화(FDM) 기술을 개발하여 단일-모드 광섬유의 전송 거리, 통신 용량 및 전송 속도를 더욱 향상시켰습니다.
광섬유 증폭기는 전송 거리를 연장하고 멀티플렉싱 기술은 고속, 고용량- 신호 전송을 제공하는 동시에 시스템 전송 품질에 대한 분산 및 비선형 효과의 영향도 증가시킨다는 점에 주목할 가치가 있습니다. 따라서 분산-이동 광섬유, 비-제로 분산-이동 광섬유, 분산-평탄화된 광섬유 및 분산{7}}보상 광섬유 등 여러 유형의 광섬유가 특별히 연구 및 개발되었으며, 각각은 분산 및 비선형 효과를 해결하는 데 고유한 장점이 있습니다.
단일{0}}모드 광섬유는 분산 파장이 0인지 여부와 차단 파장 이동이 있는지 여부에 따라 5가지 유형으로 분류될 수 있습니다. ITU{3}}T(International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector)는 2000년 10월에 G.652, G.653, G.654 및 G.655 광섬유의 네 가지 유형에 대한 권장 사항을 발표했습니다. 단일 모드 광섬유에 대한 IEC(국제전기기술위원회)와 ITU{10}T 명명 규칙 간의 대응 관계는 그림 2-14에 나와 있습니다.
| 중국어 이름 | ITU-T | IEC |
|---|---|---|
| 단일-모드 광섬유 | ||
| 비-분산 이동 단일-모드 광섬유 | G.652 A/B/C | B1.1 및 B1.3 |
| 분산 이동 단일{0}}모드 광섬유 | G.653 | B2 |
| 차단-파장 이동 단일-모드 광섬유 | G.654 | B1.2 |
| 0이 아닌-분산 이동 단일-모드 광섬유 | G.655 A/B | B4 |
| 광대역 비-제로 분산 이동 단일{1}}모드 광섬유 | - | - |
| 굴곡-무감각 단일-모드 광섬유 | - | - |
그림 2-14는 IEC와 ITU-T에서 명명한 다양한 단일{2}}모드 광섬유 간의 대응 관계를 보여줍니다.
G.652 – 비분산-이동 단일-모드 광섬유
표준 텍스트는 감쇠, 분산, 편광 모드 분산, 작동 파장 범위 및 다양한 전송 속도의 SDH 시스템 적용을 기준으로 G.652 광섬유를 G.652A, G.652B 및 G.652C로 세분화합니다. 본질적으로 G.652 광섬유는 기존 단일{6}}모드 광섬유(G.652A 및 G.652B)와 저-수분-피크 단일{11}}모드 광섬유(G.652C)의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
(1) 기존 단일{1}}모드 광섬유: 기존 단일{2}}모드 광섬유는 1983년에 상업적으로 사용되기 시작했습니다. 성능 특성은 다음과 같습니다. 1310nm 파장에서 분산이 0이고; 1550nm 파장 근처의 최소 감쇠 계수는 약 0.22dB/km이지만, 1550nm 근처에서는 최대 분산 계수가 17ps/(nm·km)입니다. 이 광섬유의 작동 파장은 1310nm 및 1550nm 파장 영역 모두에서 선택할 수 있으며 최적의 작동 파장은 1310nm 영역에서 선택됩니다. 이 광섬유는 종종 "기존" 또는 "표준" 단일{13}}모드 광섬유라고 불리며 현재 가장 널리 사용되는 광섬유입니다. 현재까지 전 세계 누적 배치는 7 x 10⁻⁶km에 도달했습니다.
(2) 저-수-피크 단일{3}}모드 광섬유: 복잡하고 가변적인 서비스 환경, 직접 지원되는 다수의 사용자, 짧은 전송 거리(일반적으로 50{5}}80km)와 같은 대도시 지역 네트워크(MAN)가 직면한 문제를 해결하기 위해 채택된 솔루션은 수십에서 수백 개의 다중화 파장을 사용하는 고밀도 파장 분할 다중화(HDWDM) 기술을 사용하는 것입니다. 여기에는 다양한 속도와 특성의 서비스를 다양한 파장에 할당하고 광 경로에서 라우팅 및 역다중화를 수행하는 작업이 포함됩니다. 따라서 HDWDM MAN 개발 요구 사항을 충족하려면 더 넓은 작동 파장 범위를 갖춘 낮은{9}}수피크-단일{11}}모드 광섬유(ITU-T G.652C)를 개발해야 합니다.
G.653 분산-단일-모드 광섬유 이동
분산-전환 단일-모드 광섬유(ITU-T G.653)는 1985년에 상용화되었습니다. 분산-전환 단일-모드 광섬유는 광섬유의 구조 매개변수와 굴절률 분포를 변경하여 도파관 분산을 증가시켜 최소 영{7}}분산점을 1310nm에서 1550nm로 이동함으로써 이를 달성합니다. 이로 인해 1550nm에서 가장 낮은 감쇠 파장이 영{12}분산 파장과 일치하게 되며 안정기 광섬유 증폭기의 1530~1565nm 작동 파장 범위 내에서 작동합니다. 이러한 유형의 광섬유는 장거리,-단일-채널, 고속-광 증폭 시스템에 이상적으로 적합합니다. 예를 들어, 분산 보상 조치 없이 이 광섬유에 20Gbit/s 시스템을 직접 구현할 수 있습니다.
분산-변이 단일-모드 광섬유의 가장 유망한 응용 분야는 장거리-단일-채널 신호 전송을 위한 해저 광섬유 통신 시스템입니다. 또한 특정 수의 분산-이동 단일-모드 광섬유도 지상 장거리-유선 통신 네트워크에 배포되었습니다.
G. 654-컷오프 파장 이동 단일-모드 광섬유
1550nm 차단 파장-이동 단일{2}}모드 광섬유(ITU-T G.654)는 약 1310nm의 제로 분산 파장을 갖는 비-분산-이동 광섬유입니다.- 차단 파장은 더 긴 파장 범위로 이동되어 1550nm 파장 영역에서 감쇠가 최소화됩니다. 최적의 작동 파장 범위는 1500~1600nm입니다.
감쇠가 낮은-섬유를 얻는 방법에는 순수 실리카 유리 코어와 불소가 도핑된{1}}함몰 클래딩을 사용하는 방법이 포함됩니다. 긴 차단 파장은 굽힘-으로 인한 손실에 대한 광섬유의 민감도를 감소시킵니다.
이러한 유형의 섬유는 특히 제조하기가 어렵고 매우 비싸기 때문에 거의 사용되지 않습니다. 능동 장치를 삽입할 수 없는 장거리 전송 거리를 갖는 중계기 없는 해저 광섬유 통신 시스템에 주로 사용됩니다.
G.655-비-제로 분산-이동 단일 모드 광섬유
비-제로 분산-이동 단일{2}}모드 광섬유(ITU-T G.655)는 Lucent Technologies와 Corning Incorporated가 1994년에 광섬유 증폭기를 갖춘 차세대 파장 분할 다중 전송 시스템용으로 특별히 설계 및 제조한 새로운 유형의 광섬유입니다.- 이 광섬유는 분산-이동 단일-모드 광섬유를 기반으로 하며 굴절 프로필 구조를 변경하여 1550 nm 파장에서의 분산이 0이 아닌-으로 만들어집니다. 따라서 비-제로 분산-이동 단일-모드 광섬유라는 이름이 붙었습니다.
분산-플랫 단일-모드 광섬유
1988년에는 분산-플랫 싱글-모드 광섬유가 상용화되었습니다. 이 섬유는 1310~1550nm 파장 범위에서 낮은 분산을 나타내며 2개의 제로-분산 파장, 즉 1310nm와 1550nm를 보유합니다. 이 광섬유는 더 넓은 중심 파장을 갖는 레이저와 LED를 통한 고속 전송을 위해 1310nm 및 1550nm에서 작동하는 표준 레이저와 함께 사용할 수 있습니다.{12}} 그러나 분산-플랫 단일-모드 광섬유는 굴절률 프로파일이 복잡하여 제조가 어렵고 감쇠가 높아 실제 적용이 제한됩니다. 분산-플랫 단일-모드 광섬유의 성능과 응용은 표 2-8에 나와 있습니다.
| 성능 | 모드 필드 직경(μm) | 클래딩 직경(nm) | 영분산 파장(nm) | 작동 파장(nm) | 최대 매크로벤드 손실(dB·km⁻¹) | 최대 편광 모드 분산(ps·√km)⁻¹ |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 요구 사항 | 8(1310nm) 11(1550nm) | 125 이하 | 1310년과 1550년 | 1310년부터 1550년까지 | 0.25(1310nm) 이하 0.30(1550nm) 이하 | 0(1310nm) 0(1550nm) |
적용 시나리오: 이 유형의 광섬유는 1310~1550nm 작동 파장 범위에서 내부 굽힘 분산이 낮은 환경에 특히 적합합니다.
분산-보상형 단일-모드 광섬유
광섬유 증폭기를 적용하면 감쇠는 더 이상 광섬유 통신 시스템의 거리에 대한 중요한 제한이 되지 않습니다. 그러나 분산은 기존 단일 모드 광섬유 작동 파장을 1310nm에서 1550nm로 업그레이드하고 확장하는 것을 심각하게 방해합니다. 이러한 실질적인 문제를 해결하기 위해 분산-보상된 단일-모드 광섬유가 개발되었습니다.
분산-보상된 단일-모드 광섬유는 1550nm의 파장에서 상당한 음의 분산을 갖는 단일{2}}모드 광섬유 유형입니다. 현재 실험 결과에 따르면 분산-보상된 단일-모드 광섬유의 분산 계수는 50~-548ps/(nm·km)이고 감쇠는 일반적으로 0.5~1.0dB/km입니다.
기존 단일{0}}모드 광섬유 시스템의 작동 파장이 1310nm에서 1550nm로 업그레이드되면 전체 분산이 양수입니다. 시스템에 네거티브 분산 광섬유 섹션을 추가하면 기존 단일{5}}모드 광섬유의 수십 킬로미터에서 1550nm의 포지티브 분산이 취소될 수 있으므로 설치된 기존 단일{6}}모드 광섬유의 작동 파장이 1310nm에서 1550nm로 업그레이드되어 고속, 장거리{10} 및 고용량 전송이 가능해집니다. 분산-보상 단일-모드 광섬유를 추가하여 발생하는 감쇠는 광섬유 증폭기에 의해 완전히 보상될 수 있습니다.
다중모드 광섬유
이름에서 알 수 있듯이 다중 모드 광섬유는 여러 모드를 전송할 수 있는 광섬유입니다. 즉, 다중 모드 광섬유에는 여러 개의 개별 전송 모드가 존재할 수 있습니다.
다중 모드 광섬유의 표준 및 응용
등급-모드 다중 모드 광섬유
G.651 광섬유는 850nm 및 1310nm 파장 영역에서 아날로그 또는 디지털 신호 전송에 주로 사용되는 등급-인덱스 다중 모드 광섬유입니다. 코어 직경은 50μm이고 클래딩 직경은 125μm입니다. 850nm 파장 영역에서 감쇠 계수는 4dB/km 미만이고 분산 계수는 120ps/(nm·km) 미만입니다. 1310nm 파장 영역에서 감쇠 계수는 2dB/km 미만이고 분산 계수는 6ps/(nm·km) 미만입니다.
그라데이션-모드 다중 모드 광섬유
등급별-인덱스 다중 모드 광섬유의 구조는 그림 2-18에 나와 있습니다. 이러한 유형의 섬유에는 Ala, Alb, Alc 및 Ald 유형이 포함됩니다. 다성분 유리나 도핑된 실리카 유리를 사용해 제작할 수 있습니다. 섬유 감쇠를 줄이기 위해 등급-인덱스 다중 모드 광섬유를 제조하는 데 사용되는 재료는 대부분의 단계-인덱스 다중 모드 광섬유에 사용되는 재료보다 훨씬 더 높은 순도를 갖습니다. 등급-지수 다중 모드 광섬유가 단계 지수 다중 모드 광섬유보다 성능이 뛰어난 것은 바로 등급 굴절률 분포와 낮은 감쇠 때문입니다.
단계-인덱스 다중 모드 광섬유
단계-인덱스 다중 모드 광섬유의 구조는 그림 2-19에 나와 있습니다. 이 유형의 섬유는 세 가지 범주(A2, A3, A4)와 9가지 종류로 제공됩니다. 다성분 유리, 도핑된 유리 또는 플라스틱을 사용하여 코어와 클래딩을 제작할 수 있습니다. 큰 코어 크기와 큰 개구수로 인해 이러한 다중 모드 광섬유는 발광 다이오드(LED)와 같은 비간섭성 광원에 더 효과적으로 결합될 수 있습니다.- 저렴한 사출-성형 커넥터를 사용하여 링크 연결을 수행할 수 있으므로 전체 네트워크 구축 비용이 절감됩니다. 따라서 스텝-인덱스 다중 모드 광섬유, 특히 A4 플라스틱 광섬유는 단거리 통신에서 중요한 역할을 합니다.