optische Einmodenfaser

In der Glasfaserkommunikation bezeichnet man als Singlemode-Glasfaser (auch als Grundwellen- oder Monomode-Faser bekannt) ^{[ 1 ]} eine Glasfaser, die nur einen einzigen Lichtmodus – den Transversalmodus – überträgt . Moden sind die möglichen Lösungen der Helmholtz-Gleichung für Wellen, die sich aus der Kombination der Maxwell-Gleichungen und den Randbedingungen ergibt . Diese Moden definieren die Ausbreitung der Welle im Raum, d. h. ihre räumliche Verteilung. Wellen können denselben Modus, aber unterschiedliche Frequenzen aufweisen. Dies ist bei Singlemode-Fasern der Fall: Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen gehören zwar demselben Modus an, sind also räumlich gleich verteilt und bilden einen einzelnen Lichtstrahl. Obwohl sich der Strahl parallel zur Faserlängsrichtung ausbreitet, wird er oft als Transversalmodus bezeichnet , da seine elektromagnetischen Schwingungen senkrecht (transversal) zur Faserlängsrichtung verlaufen. Der Nobelpreis für Physik 2009 wurde Charles K. Kao für seine theoretischen Arbeiten zur Singlemode-Glasfaser verliehen. ^{[ 2 ]} Die Normen G.652 und G.657 definieren die am weitesten verbreiteten Formen von Singlemode-Glasfasern. ^{[ 3 ]}

1961 veröffentlichte Elias Snitzer , damals Mitarbeiter von American Optical, eine umfassende theoretische Beschreibung von Einmodenfasern im Journal of the Optical Society of America . ^{[ 4 ] [ 5 ]}

Bei Corning Glass Works (heute Corning Inc. ) begannen Robert Maurer, Donald Keck und Peter Schultz mit Quarzglas, einem Material, das sich extrem rein herstellen lässt, aber einen hohen Schmelzpunkt und einen niedrigen Brechungsindex aufweist. Sie fertigten zylindrische Vorformen an, indem sie gereinigte Materialien aus der Gasphase abschieden und sorgfältig dotierte Mengen an Stoffen hinzufügten, um den Brechungsindex des Kerns etwas höher als den des Mantels zu gestalten, ohne die Dämpfung wesentlich zu erhöhen. Im September 1970 gaben sie bekannt, dass sie Einmodenfasern mit einer Dämpfung von unter 20 dB/km an der 633-Nanometer-Helium-Neon-Linie hergestellt hatten. ^{[ 6 ]}

Unlike multi-mode optical fiber, single-mode fiber does not exhibit modal dispersion. This is due to the fiber having such a small cross section that only the first mode is transported. Single-mode fibers are therefore better at retaining the fidelity of each light pulse over longer distances than multi-mode fibers. For these reasons, single-mode fibers can have a higher bandwidth than multi-mode fibers. Equipment for single-mode fiber is more expensive than equipment for multi-mode optical fiber, but the single-mode fiber itself is usually cheaper in bulk.

A typical single-mode optical fiber has a core diameter between 8 and 10.5 μm^[7] and a cladding diameter of 125 μm. There are a number of special types of single-mode optical fiber which have been chemically or physically altered to give special properties, such as dispersion-shifted fiber and nonzero dispersion-shifted fiber. Data rates are limited by polarization mode dispersion and chromatic dispersion. As of 2005, data rates of up to 10 gigabits per second were possible at distances of over 80 km (50 mi) with commercially available transceivers (Xenpak). By using optical amplifiers and dispersion-compensating devices, state-of-the-art DWDM optical systems can span thousands of kilometers at 10 Gbit/s, and several hundred kilometers at 40 Gbit/s.

The lowest-order bounds mode is ascertained for the wavelength of interest by solving Maxwell's equations for the boundary conditions imposed by the fiber, which are determined by the core diameter and the refractive indices of the core and cladding. The solution of Maxwell's equations for the lowest order bound mode will permit a pair of orthogonally polarized fields in the fiber, and this is the usual case in a communication fiber.

In step-index guides, single-mode operation occurs when the normalized frequency, V, is less than or equal to 2.405. For power-law profiles, single-mode operation occurs for a normalized frequency, V, less than approximately

${\displaystyle 2.405{\sqrt {\frac {g+2}{g}}}}$,

where g is the profile parameter.

In practice, the orthogonal polarizations may not be associated with degenerate modes.

OS1 and OS2 are standard 9/125 μm single-mode optical fiber. Both are used with wavelengths 1310 nm and 1550 nm. OS1 has a maximum attenuation of 1 dB/km and OS2 is a maximum of 0.4 dB/km. OS1 is defined in ISO/IEC 11801,^[8] and OS2 is defined in ISO/IEC 24702.^[9]

Optical fiber connectors are used to join optical fibers where a connect/disconnect capability is required. The basic connector unit is a connector assembly. A connector assembly consists of an adapter and two connector plugs. Due to the sophisticated polishing and tuning procedures that may be incorporated into optical connector manufacturing, connectors are generally assembled onto optical fiber in a supplier's manufacturing facility. However, the assembly and polishing operations involved can be performed in the field, for example, to make cross-connect jumpers to size.

Optical fiber connectors are used in telephone company central offices, at installations on customer premises, and in outside plant applications. Their uses include:

• Making the connection between equipment and the telephone plant in the central office
• Connecting fibers to remote and outside plant electronics such as optical network units (ONUs) and digital loop carrier (DLC) systems
• Optical cross connects in the central office
• Patching panels in the outside plant to provide architectural flexibility and to interconnect fibers belonging to different service providers
• Connecting couplers, splitters, and wavelength-division multiplexers (WDMs) to optical fibers
• Connecting optical test equipment to fibers for testing and maintenance.

Bei Anwendungen im Außenbereich können Verbinder unterirdisch in Gehäusen verlegt werden, die Überschwemmungen ausgesetzt sein können, oder an Außenwänden bzw. an Strommasten. Die Gehäuse können hermetisch oder atmungsaktiv sein. Hermetische Gehäuse schützen die Verbinder vor Temperaturschwankungen, solange sie nicht beschädigt sind. Atmungsaktive Gehäuse setzen sie Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen sowie möglicherweise Kondensation und biologischen Einflüssen durch Bakterien, Insekten usw. aus. Verbinder in unterirdischen Anlagen können durch Grundwasser gefährdet werden, wenn die Gehäuse beschädigt oder unsachgemäß montiert sind.

Die neuesten Branchenanforderungen an optische Faserverbinder finden sich in Telcordia GR-326 , Generic Requirements for Single-Mode Optical Connectors and Jumper Assemblies .

Ein Mehrfaser- Lichtwellenleiterverbinder ist so konstruiert, dass er mehrere optische Fasern gleichzeitig miteinander verbindet, wobei jede optische Faser nur mit einer anderen optischen Faser verbunden wird.

Der letzte Teil der Definition dient dazu, Mehrfaserverbinder nicht mit Verzweigungselementen wie Kopplern zu verwechseln. Letztere verbinden eine optische Faser mit zwei oder mehr anderen optischen Fasern.

Mehrfaseroptische Steckverbinder sind für Anwendungen konzipiert, bei denen schnelle oder wiederholte Verbindungen und Trennungen mehrerer Fasern erforderlich sind. Zu den Einsatzgebieten gehören Vermittlungsstellen von Telekommunikationsunternehmen, Installationen beim Kunden und Außenanlagen.

Der Mehrfachfaser-Lichtwellenleiterstecker kann zur Herstellung eines kostengünstigen Schalters für Glasfasertests verwendet werden. Eine weitere Anwendung sind Kabel, die dem Endkunden mit vorkonfektionierten Mehrfachfaser-Patchkabeln geliefert werden. Dadurch reduziert sich der Bedarf an Feldspleißen, was die für die Verlegung von Glasfaserkabeln in Telekommunikationsnetzen benötigte Zeit erheblich verkürzt. Dies führt wiederum zu Kosteneinsparungen für den Installateur.

Die Branchenanforderungen an optische Mehrfasersteckverbinder sind in GR-1435 , Generische Anforderungen an optische Mehrfasersteckverbinder , beschrieben .

An optical switch is a component with two or more ports that selectively transmits, redirects, or blocks an optical signal in a transmission medium.^[10] According to TelcordiaGR-1073, an optical switch must be actuated to select or change between states. The actuating signal (also referred to as the control signal) is usually electrical, but in principle, could be optical or mechanical. (The control signal format may be Boolean and may be an independent signal; or, in the case of optical actuation, the control signal may be encoded in the input data signal. Switch performance is generally intended to be independent of wavelength within the component passband.)

In fiber optics, a quadruply clad fiber is a single-mode optical fiber that has four claddings.^[11] Each cladding has a refractive index lower than that of the core. With respect to one another, their relative refractive indices are, in order of distance from the core: lowest, highest, lower, higher.

A quadruply clad fiber has the advantage of very low macrobending losses. It also has two zero-dispersion points, and moderately low dispersion over a wider wavelength range than a singly clad fiber or a doubly clad fiber.

• Graded-index fiber
• Multi-mode optical fiber
• Optical waveguide

•  Dieser Artikel enthält gemeinfreies Material aus dem Federal Standard 1037C der General Services Administration . Archiviert vom Original am 22. Januar 2022.
• „Arten von Glasfasern“ . Archiviert vom Original am 21. Juni 2018. Abgerufen am 8. November 2013 .

• Optik: Einmodenfaser | MIT-Videodemonstrationen in Lasern und Optik
• Optik: Multimode-Faser | MIT-Videodemonstrationen in Lasern und Optik