Что измеряют в нанометрах
Свет - электромагнитная волна. На рисунке её удобно представить как повторяющиеся гребни и впадины. Расстояние между соседними гребнями называют длиной волны. Такой рисунок показывает период колебаний поля; стеклянная нить при этом не извивается вслед за нарисованной волной. Объяснение длины волны NASA.
Нанометр, сокращённо нм, - миллиардная доля метра. В одном микрометре тысяча нанометров, поэтому 1310 нм можно записать как 1,31 мкм, а 1550 нм - как 1,55 мкм. Это разные записи одной величины. Единицы и диапазоны спектра NASA.
Микрометры встречаются и в описании размеров волокна. Поэтому рядом с единицей нужно читать название строки. «Длина волны» относится к свету, «диаметр оболочки» - к стеклу. Само совпадение единиц не связывает эти размеры: свет с длиной волны 1,55 мкм не означает, что нить имеет такую толщину. Слои и размеры разобраны в статье о толщине оптоволокна.
Почему у стекла есть окна передачи
Прозрачность материала зависит от длины волны. Часть света поглощается, часть рассеивается на малых неоднородностях стекла. При разных длинах волн вклад этих потерь различается, поэтому на графике затухания появляются области с более низкими значениями. Их называют окнами прозрачности или окнами передачи. Физические причины потерь описаны в технической записке Newport о волокне.
Окно занимает участок спектра. Название «область 1550 нм» не означает, что стекло пропускает только одну точную длину волны и перестаёт пропускать соседние. Для обозначения участков спектра используют буквенные диапазоны. В материале ITU о волоконной связи приведена следующая классификация.
| Обозначение | Границы | Где находится обсуждаемая длина |
|---|---|---|
| O-band, исходный диапазон | 1260-1360 нм | Здесь находится 1310 нм |
| C-band, традиционный диапазон | 1530-1565 нм | Здесь находится 1550 нм |
Буквы обозначают диапазон целиком, а число - определённую длину волны внутри него. Границы в таблице нужны для классификации спектра. Они сами по себе не обещают одинаковых свойств волокна на всём участке и не задают рабочую полосу конкретного прибора.
1310 и 1550 нм: потери и дисперсия
Затухание описывает уменьшение мощности
При распространении по волокну оптическая мощность уменьшается. Чем меньше коэффициент затухания при данной длине волны, тем меньше потери в самом волокне на одинаковом участке. В характеристиках этот коэффициент обычно записывают в дБ/км - децибелах на километр.
Для современного кварцевого телекоммуникационного волокна область около 1550 нм ценна низким затуханием. Производитель FiberLabs связывает использование C-диапазона с минимумом потерь в этой области. Но минимум потерь ещё не описывает все изменения сигнала при передаче. FiberLabs, C-band.
Дисперсия описывает размытие импульса
Оптический импульс может содержать близкие длины волн. Если эти составляющие распространяются с разными скоростями, импульс растягивается во времени. Это проявление хроматической дисперсии: соседние импульсы становится труднее различать. Ослабление мощности и растяжение импульса - два разных эффекта. Newport о дисперсии.
У обычного одномодового волокна G.652 нулевая хроматическая дисперсия находится около 1310 нм. В рекомендации ITU-T G.652 для категории G.652.D указан диапазон длины волны нулевой дисперсии от 1300 до 1324 нм. Поэтому фраза «дисперсия около нуля» точнее обещания строгого нуля ровно на 1310 нм у любого образца. ITU-T G.652, таблица 2.
Получаются два разных основания для применения этих областей спектра. Одна помогает уменьшить влияние хроматической дисперсии в обычном волокне, другая связана с меньшим затуханием. У специального волокна зависимость дисперсии может быть иной: Международный союз электросвязи отдельно описывает волокно G.653 со смещённой в область 1550 нм нулевой дисперсией. Обзор рекомендаций ITU.
Как читать две строки в паспорте
В документе Corning для волокна ClearCurve ZBL указано максимальное затухание 0,35 дБ/км при 1310 нм и 0,20 дБ/км при 1550 нм. Это характеристики одного названного продукта на двух длинах волн. Пример взят из паспорта Corning, редакция июня 2023 года.
Слово «максимальное» здесь меняет смысл записи. Числа задают верхние пределы в спецификации производителя; это не результаты измерения каждого отдельного отрезка. Они также не относятся автоматически к другому волокну со схожим названием или маркировкой.
При чтении своего документа проверьте:
- к какому типу волокна или кабеля относится таблица;
- на какой длине волны указана характеристика;
- приведён максимум, типичное значение или результат измерения;
- какие примечания относятся к этой строке.
Если в карточке написано только «1310/1550 нм», сведений для сравнения затухания ещё нет. Нужны сами значения и название параметра. Если таблица уже содержит два коэффициента, их можно читать как описание поведения материала при двух длинах волн, сохраняя условия и ограничения документа.
Частые вопросы
1550 нм означает более высокую скорость передачи?
Нет. Нанометр - единица длины, а скорость данных выражают в битах в секунду. Одна длина волны сама по себе не определяет, сколько информации передаёт система. Например, FiberLabs перечисляет разные стандарты передачи в одном O-диапазоне. FiberLabs, O-band.
Почему нельзя увидеть этот свет как красную точку?
Обе длины волны лежат за пределами видимого спектра. Красный цвет на рисунке может условно обозначать инфракрасный сигнал, но не передаёт его вид глазом. NASA относит видимый свет примерно к области 400-700 нм. NASA о спектре.
Одно волокно может иметь характеристики и на 1310, и на 1550 нм?
Да. Именно так устроен приведённый паспорт ClearCurve ZBL: обе строки относятся к одному типу волокна. Из этого следует возможность описывать один материал на нескольких длинах волн. Режим работы конкретной системы по двум строкам паспорта волокна не определяется.
На 1310 нм совсем нет дисперсии?
Для G.652 говорят об области нулевой хроматической дисперсии около этой длины волны. Точная точка зависит от волокна и задаётся допустимым диапазоном. Термин относится к хроматической дисперсии; он не означает, что свет проходит материал без потерь или вообще без изменений.
В оптоволоконной связи используют только эти две длины?
Нет. В справочнике Fiber Optic Association для многомодовой связи, например, приведены 850 и 1300 нм. Числа 1310 и 1550 часто встречаются в описании одномодового волокна, но не исчерпывают применяемый спектр. FOA о типах волокна.
Что посмотреть в характеристиках дальше
Если 1310 и 1550 нм в таблице уже понятны, следующий вопрос - к какому именно волокну относятся соседние цифры. Прочитайте, что означает G.657.A2 и чем маркировка отличается от паспорта. А связь между светом и цифровым сообщением объясняет материал «Как свет передаёт данные».