Волоконно-Оптические Линии Передачи (ВОЛП)
Раздел ВОЛП охватывает физику распространения световых волн в стеклянной нити, физические ограничения и эффекты, возникающие при передачи сигналов на сверхвысоких скоростях.
1. Закон полного внутреннего отражения (ПВО)
Свет удерживается внутри сердцевины за счет различия показателей преломления сердцевины ($n_1$) и оболочки ($n_2$), где $n_1 > n_2$. Угол падения луча на границу раздела должен быть больше критического угла $\theta_c = \arcsin(n_2 / n_1)$.
Для стандартного одномодового волокна кварцевое стекло сердцевины легируется диоксидом германия ($GeO_2$), давая $n_1 \approx 1.4682$. Оболочка из чистого $SiO_2$ имеет $n_2 \approx 1.4631$. Числовая апертура $NA = \sqrt{n_1^2 - n_2^2} \approx 0.122$, что определяет критический угол ввода света в волокно.
2. Окна прозрачности оптических световодов
Затухание сигнала измеряется в децибелах на километр (дБ/км) и зависит от длины волны излучения:
- 850 нм (1-е окно): Затухание ~ 2.5–3.0 дБ/км. Применяется в локальных сетях с многомодовым волокном (VCSEL лазеры).
- 1310 нм (2-е окно): Затухание ~ 0.32–0.36 дБ/км. Характеризуется нулевой хроматической дисперсией для волокна G.652.
- 1550 нм (3-е окно): Минимальное затухание ~ 0.18–0.22 дБ/км. Основной диапазон для магистральной связи и систем DWDM (C-Band: 1530–1565 нм).
- 1625 нм / 1650 нм (4-е и 5-е окна): Используются для мониторинга активных сетей с помощью регенеративных OTDR без отключения абонентов.
3. Ограничивающие факторы: Дисперсия и Нелинейность
С ростом скоростей передачи (100G+) критическую роль начинают играть физические искажения импульсов:
- Хроматическая дисперсия (CD): Разные спектральные составляющие лазера двигаются с разной скоростью, размывая импульс.
- Поляризационная модовая дисперсия (PMD): Вызвана эллиптичностью сердцевины. Различные поляризации света приходят с задержкой.
- Нелинейные эффекты (SPM, XPM, FWM): Фазовая самомодуляция и четырехволновое смешивание при высоких мощностях излучения в DWDM.