Содержание
- 1 Волоконно-оптический кабель: структура, виды, применение
- 2 ������� �� ����������� � ��������� ������
- 3 Теория оптического кабеля
- 3.1 Первый уровень защиты волокна
- 3.2 Волоконно-оптический кабель со свободным буфером
- 3.3 Волоконно-оптический кабель с плотным буфером
- 3.4 Выбор волоконно-оптического кабеля
- 3.5 Симплексный и дуплексный кабели
- 3.6 Многожильный кабель
- 3.7 Кабель для оконечной разводки
- 3.8 Пожаробезопасный кабель
- 3.9 Многожильный кабель для разводки по этажам
- 3.10 Гибридный кабель
- 3.11 Соединение оптических волокон
- 4 Оптическое волокно (оптоволокно)
- 4.1 Структура оптического волокна
- 4.2 Основные характеристики оптического волокна
- 4.3 1. Геометрические параметры
- 4.4 2. Числовая апертура
- 4.5 3. Профиль показателя преломления
- 4.6 4. Затухание (потери)
- 4.7 5.Дисперсионные свойства
- 4.8 Таблица 1. Виды дисперсии в оптическом волокне
- 4.9 Разновидности и классификация оптических волокон
- 4.10 Производство оптических волокон
- 4.11 Волоконно-оптические кабели
Волоконно-оптический кабель: структура, виды, применение
Изобретенный и впервые продемонстрированный еще в XIX веке оптоволоконный кабель стал широко использоваться для передачи информации в конце прошлого столетия. Необходимость передачи данных на трансконтинентальные расстояния наземными способами, а также прокладка линий по дну морей потребовала поиска более экономичного способа.
Оптоволокно – это недорогая и эффективная альтернатива тяжелым и дорогостоящим медным аналогам. Оптическое волокно гораздо экономичнее при сооружении длинных коммуникационных магистралей. Его цена намного ниже меди, а создаваемая сеть имеет расширенные возможности и более высокую пропускную способность.
Оптоволоконный кабель не подвержен влиянию электромагнитных помех. Принцип передачи данных через ВОК основан на световом сигнале, который в отличие от колебаний электронов не может быть нарушен внешними факторами, такими как переменное магнитное поле, радиация, линии электропередачи и т.п.
Конструкция оптического кабеля
Конструкционно ВОК состоит из центрального осевого элемента, самого оптоволокна в виде множества отдельных жил (2) и защитной оболочки. Жесткое основание, как правило, изготавливается из легкого и недорогого стеклопластика, а в качестве наружного защитного слоя применяются различные полимерные или металлические материалы.
Оптическое волокно достаточно хрупкий материал, поэтому ему необходимо внутреннее армирование (1) и надежная многослойная внешняя защита: полимерная изоляция (3), пленка с водоотталкивающим гелем (4), металлическая броня (6) и полиэтиленовая оболочка (5, 7).
Непосредственно оптоволокно состоит из прозрачной стеклянной или пластиковой сердцевины и оболочки. Внешняя часть изготавливается из того же материала, что и сердечник, но с добавлением специальных легирующих компонентов, позволяющих усилить коэффициент преломления.
В результате оптическое волокно становится проводником света видимого и инфракрасного спектра. На всем пути следования луч многократно отражается от внутренней поверхности оболочки, совершая зигзагообразное поступательное движение.
Размер сердечника влияет на скорость и многоканальность передачи данных. Оптоволоконный кабель может быть одномодовым с тонким сердечником или многомодовым с сердцевиной большего диаметра. Каждый из этих видов имеет свои преимущества и недостатки.
Многомодовые оптические кабели
Многомодовое оптоволокно позволяет одновременно пропускать большое количество мод, каждая из которых распространяется под своим углом. Однако такой тип оптического кабеля имеет характерный недостаток – возможные межмодовые дисперсии (межлучевое размытие сигнала).
Межмодовая дисперсия приводит к затуханию предаваемого сигнала, вследствие чего многомодовый оптоволоконный кабель не может быть в коммуникационных магистралях, протяженностью больше одного километра. Этот тип применяется при формировании локальных сетей небольшой протяженности, в которых важная многоканальность передачи данных.
Одномодовые оптоволоконные кабели
При передаче данных через одномодовое оптоволокно дисперсии световых потоков не может быть в принципе, поэтому посланный сигнал сохраняет свою первоначальную мощность на достаточно длительных расстояниях.
Такой тип оптического кабеля применяется при создании магистральных телекоммуникационных каналов для передачи телевизионного сигнала, интернета и других видов связи.
Одна из наиболее важных отличительных характеристики оптоволоконных кабелей является количество волокон в них.
В компании «Технологии сетей» представлен большой ассортимент видов ВОК, среди которых вы сможете подобрать наиболее оптимальный для вашей сети кабель с необходимым количеством волокон – от одного до 288 штук. Среди наиболее популярных видов 4-, 8- и 16-волоконные оптические кабели.
При создании локальной сети и распределении связи среди конечных потребителей очень важной остается проблема «последней мили». Выбирая оптоволоконный FTTH кабель, следует обратить внимание на такие параметры, как тип волокна (одно- или многомодовый), его размер, пропускная возможность и коэффициент затухания, Немаловажной является прочность самого оптоволокна и всей конструкции кабеля, а именно:
- гибкость и противодействие высоким нагрузкам на излом;
- ударопрочность;
- стойкость к давлению и другим механическим воздействиям.
Соответствующий всем основным эксплуатационным требованиям и техническим параметрам сети оптический кабель на 4-24 волокна может удовлетворить потребности в большинства систем среднего масштаба.
Среди таких распространенных коммуникационных систем – технология пассивной оптической сети PON. Ее суть заключается в создании с помощью соответствующих оптоволоконных кабелей оптической сети пассивного типа между центральным узлом OLT и удаленными абонентами ONT.
Такая сеть имеет древовидную структуру, в узлах которой размещены пассивные оптические сплиттеры (разветвители). Передача как прямого, так и обратного сигнала осуществляется с использованием одного оптического волокна, полоса которого распределяется динамическим способом между всеми абонентами.
Среди главных преимуществ такой технологии:
- отсутствие необходимости создания активных промежуточных узлов;
- меньшее количество приемопередающих оптических устройств в центральном узле;
- экономия оптоволокна.
Специалисты компании «Технологии сетей» помогут вам создать оптимальную для вашего бизнеса схему коммуникационной сети. Доступные цены и широкий ассортимент продукции только проверенных производителей позволят вам точно подобрать и выгодно приобрести наиболее подходящий тип оптоволоконного кабеля, а также необходимого оборудования для создания эффективной и экономичной коммуникационной сети.
Источник: https://nettech.ua/news/volokonno-optichesky-kabel-structura-vidy-primenenie
������� �� ����������� � ��������� ������
������� / ������ / ������� �� ����������� � ��������� ������
���������-���������� ������ � ��� ������������� �� ������ ��� ������������ �������� ����, ��������� ���������� ������ ���� �������� ����� � ������� ����������� ������� ���������.
�������� ��������������� ������ ����� �� ��������� ������������� ������, �� ����������� ������ ������� �������� �� ���������� ������� ��������� 1-10 ���. ���������� �������� ������������ ���������� ��� ����������� ���������, ������� �� ���������� ���� ������, ��� ����� �������� ���� ��� ����� � �������������.
����� ������� ������ ���������� � ������ � �������� ������� ��������� ���������, ������� ���������� �� ������� ���� ����������, ������� ������ ������������ ����������� �����. ��� ���� �������� ������ ����� ������ ����������� ��������� ����� �� ��������� �� ��������������, ����������� ������.
������������ ������ ������ ��������� ����� ������������ ����������� ������������� �������. �������� ��� ������ ����� �������� �������� � ����� �������� �� ���������� ���������� �������.
���������� ������� � ������
���������-���������� ������ � ����������� �� �� ��������� � ��������������� ���������� �������������� �� ��������� �����, ����� ������� ��������:
- ����������� �����������;
- ������������ �����������;
- ����������� � ����������� ����������� ����������� ��������� ����;
- �����������, ������� ����������� ������� ������������� ����������� �����������.
����������� ����� ������� ������� ��������� ��� ������������ ��������� �������.
���������� ��� ������������ ������� ������ ��������� ������, �� ��� ������������� ������ � ������������ ���������� ����� ����������� � ������ ���� ������.
������������ ���������� �������
����� ��������� ���� ������� � �� ����� ��������, ��� ������. ������� ������� � �������� ������������� ���������� ������� ������������ ����������, �� ���� ���������� ���������� ���������� ��������� � ������������ ������. �� ����� ���������� ����������������� ���������� ��� ������������ ������ �� �������������� ���� ��� ������������ ����� ���������� ����� 25 ���.
���������� ��������������� ������
�������� ����������� ��������������� ������ �������� ��������� ��� ���������, ��� ��� �������� ��������� ��������������� ������ ������ �� ���������� ���������. ��� ������� �������� ���������� ������� ��� ��������� ������� ����������� ������������ ����, ������� �� ���������� ��������� ������������� ��������� ������ � �������� ��� �� ���������� �������� ������.
��� ������ � �������� ����� ������ ���������� ����� ������������ ������ � ������, ������ ������������������ ��������� ��� ���� ��������� ���������� �������������� ������ � ����������� �����.
������ ������ �� �������������� ���������� � ������ ��������� �����, �� ����� ������ ������� ��� ����������� ����������� �������.
������ ����������� ��������������� ������ �������� ��� ������ ��������� �� ��������� � �������������. �� ������������ ������������� ����� ������� ������� ���� ����������� ����� ������������ ���������.
����������� ������� ����� ����������� � ���������� �������� ���������� ���������� �����. ����������� ���������� ��������� ����������� ������ � ����������� ������, �������� � ����������� ��������. �� ��������� ������ �������� ����� ������� ������ �������������.
������� ������� �� �������������� ������ ��������� � ���������� ���� ������������ �����������. � ����� ��� ���������� ��� ������������ ������ ���� ��������� ������ �������� �� ����������������� ���������.
���������� ������� ����� ����� �������� �� ��������� ���������, ����� ������� ����� ����������� ������� ������.
� �������� ������������ ������������ ��������� ������� ������������ ����������. �� ������� �� ����������, �������, ������� ������, �������������� ������ � ���������������.
������ ���������� ���������� �������
�� ������ ������ ���� ������� ���������� ���������� ���������� ���������� ������� � ��� ������� ������, �������������� ��� ��������� ���������� ��������, � ������������ ������� ������� ������ ����� � ������� (�� ������� � ��������� ������, �������� ��� ���������� 2-�� ��� �� ���������� ���������� �������).
��� ������ ���������� ������� ������������ ������ ��������� ���������. ��� ������, ���������� ��������� ��� ��������� �������, ������ � v-��������� ��������� ��� �������� �������� ������� � �������������� ��� ������������� ��������, ������� ������, �������������� ����������� ��� �������� �������� �����, ��������� ��� ���������� ���������� � ������� �������� ��������.
�������� ������������� ���������� ����� �������� � ���������� ����������� ������� ��� �� �������������.
� ������ �������� ���������� �������� ������� ��������� ���������� ���������, ������� ���������� � ������������� �������� ���������� �������.
������� ��������� ���� ��������� (���������� ��������), ������������� � ����������� ������������������ ���������, ������� ������� ��� ���������� � �������������� (���� ����������) ���������� ��������.
������� ������������� ���������� ��������� �������� � ������ �������� ������� �� ���������, ���������� ����� ���������������� ������� �������.
���������� ��� ��������� ������������� ������� ��������� ���� ����� ��� ��������� ����������, � �������, ��� ���������� ���������� ����������� ������, ��� ������� ������������� ����� � ��� ������ � ����������� �������������.
���������� ���������-���������� �������
���������-���������� �����. ���������� ������� ����������� � �������� ����� �������� �� �������������������� ����� ������������ ��������: �� ������������������ ����� �� �������� ������������ �����.
���������-���������� ������. ���������� ������� ����� ����������� ���� ��������� ��� ������ ��� ��������� ����������, �����������, �������� � ���� �������������. ��������� �������� � ���������� ���������� � ����������� ������� ��� ���������-���������� �������� ������������� ����� ������������� ������������ � ����������� ��������.
���������� ������� ����������� � ���������� � ������������ ��� �� ���������������� �����������. ������� ������� � �����������, � ���� �� ���������� ������ ���������� ������ 100 ��������. ������� � ������������ �������� ����������� � ��������������� ���������, � ��� �� �����. ���������� ����� Sennheiser ��������� �������� ���������, ���������� � ������� � ���������� ��������.
���������-���������� ��������� � �������, ���������� ����������� � ��������, � ����������� ��� ��������� � �������� ���������. ��� ������� �������� ��� �������� �����, ������� ��� ������������ ����� ������� ��� ����������������� ��������.
����������� ������� ������� ������� � ���������-����������� ���������. ���������� ������� ������������ � �������� ���������, ����������� � Boeing 767 � � ���-����� ������� ����� (��� ���������). ������ ���������� ������� ����������� � �������������������� �������� ���������� ���� � ������������ ����. ��� �������, ������������� ��� �������� �������� � ������� ��������������� ������� ����������������.
������ ���������� ������ ��������� ����� �����. �� ����������� ����������, ����������� �����������, ����� ������������ �� ������� ���������, �������������� � ��� �������.
�� �������� �������� ������������ ������� ������� �� ��������� ��������������. ����� �� ������� �������� ������� �������� ���������, �� ���������� � �����������.
������� ������ ���� ������:
����� �������� �� ���������� �������������� ����������
������������ ����������� ���������
�������� ����������������� � ������
Источник: https://www.elektro-expo.ru/ru/articles/obshchie-ponyatiya-ob-optovolokne-i-strukture-kabelya/
Теория оптического кабеля
Когда мы вспоминаем о стекле, первое, что приходит на ум – это его хрупкость. Однако, оптическое волокно — за счет своей особой чистоты и небольшого диаметра, довольно гибкое и прочное, то есть, оно обладает не характерными для стекла свойствами. Тем не менее, при обращении с ним следует соблюдать особую осторожность, так как его можно легко повредить.
Первый уровень защиты волокна
Чтобы изолировать волокно от механических воздействий, что позволяет осуществлять передачу с минимумом потерь, и предохранить его от повреждений, разработаны два типа защиты первого уровня: свободный буфер и плотный буфер.
Волоконно-оптический кабель со свободным буфером
В конструкции со свободным буфером волокно заключается в не очень гибкую пластиковую трубку, внутренний диаметр которой значительно превосходит диаметр волокна. Эта трубка обычно заполняется особым гелем. Таким образом, волокно изолируется от внешних механических воздействий, которым подвержен кабель. В многожильном кабеле имеется несколько таких трубок, содержащих по одному или несколько волокон, которые совместно с силовыми элементами кабеля (арматурой) позволяют освободить волокна от механических напряжений и уменьшить растяжение и усадку кабеля.
Все они могут, в свою очередь, размещаться в заполненной желеобразным веществом трубке, поверх которой располагается наружная оболочка кабеля.
Для таких кабелей нежелательны большое количество изгибов и прокладка по вертикали (допускается не более 5 м), поскольку, в них возникают микроизгибы и механические напряжения, а также смещение волокон. Кроме того, возникают дополнительные сложности при монтаже соединений, так как помимо удаления оболочки и установки коннектора, необходимы очистка волокна, продувка трубок и заделка соединений, установка их в специальных втулках, муфтах или коробках.
Еще существует необходимость исключить возможность проникновения влаги и веществ, которые могут взаимодействовать с заполнением кабеля.
Волоконно-оптический кабель с плотным буфером
В конструкции с плотным буфером защитный слой вокруг волокна в оболочке создается методом выдавливания пластмассы. Эта конструкция обладает значительно большей стойкостью к растяжениям, сжатиям и ударам, они допускают изгибы меньшего радиуса (но не менее 20 диаметров волокна). Прокладка такого кабеля осуществляется гораздо проще, и намного проще реализуются соединения. Эти кабели имеет малые диаметры и вес, они устойчивы к воздействию влаги и различных веществ и огнестойкие. В последнее время характерно преимущественное использование кабелей с плотным буфером.
Выбор волоконно-оптического кабеля
В соответствии с возможными применениями оптические волокна собираются в кабели, в которых обеспечивается более надежная защита от механических повреждений, а также от воздействий окружающей среды таких как влага, пыль и высокие температуры. Кроме того, в кабеле не может быть таких сильных изгибов волокон, которые привели бы к их разрыву и, следовательно, к утере сигнала. Волоконно-оптический кабель состоит из оптических волокон, силовых элементов (арматуры) и защитных оболочек. В большинстве случаев используются обычные оптические волокна.
Волокна могут собираться в жгуты, которые могут быть обмотаны арамидной пряжей и заключены в оболочки. Несколько таких жгутов объединяются в одну или несколько свивок и покрываются одной общей оболочкой и, таким образом, получается кабель. Световоды в жгуте могут различаются по цвету оболочки или по ее цветовой маркировке, что позволяет легко находить нужный, особенно при большой длине кабеля, и избежать ошибки при соединении.
Упрочняющие элементы могут быть в виде жил или прутков цилиндрического или специального профиля, изготовленных в основном из кевлара, хотя могут использоваться и другие полимерные материалы, а также сталь или стекловолокно, которые располагаются или в центре или по периферии кабеля. Все эти материалы применяются также для изготовления брони. Защитные наружные оболочки кабеля изготавливаются преимущественно из полимерных материалов, таких как полиэтилен, поливинилхлорид, фторопласт.
При конструировании оптических кабелей учитываются величины внешних воздействий, особенно механических нагрузок, которые возникают при прокладке и эксплуатации, износоустойчивость, долговечность, гибкость, размеры, температурный диапазон и внешний вид. Следует еще раз обратить внимание на прочность волокнно-оптического кабеля, которая определяется максимально допустимыми механическими нагрузками. Прежде всего, это – кратковременные нагрузки, которые могут возникать в ходе прокладки кабеля, например, тяговое усилие при протягивании кабеля в трубах, изгибах и т.п.
Их значения определяются длиной кабеля и условиями его прокладки. Хотя, механические нагрузки, которые возникает в ходе эксплуатации кабеля, – не менее важны, их величина будет, конечно же, намного меньше, чем максимальные тяговые нагрузки при прокладке. Поэтому, в ряде случаев их можно не учитывать. Поскольку возможно множество применений в различных условиях, имеется множество конструкций кабелей.
Как и обычные медные кабели, могут быть волоконно-оптические кабели для прокладки непосредственно в грунте и в канализации, кабели общего назначения, кабели для воздушной прокладки (подвески), многожильные кабели с одним или несколькими жгутами, бронированные и много других. На одном объекте, как правило, возникает необходимость прокладки кабелей нескольких типов.
Например, для нескольких з даний необходимы магистральные кабели для наружной прокладки (причем, кабель можно проложить по коммуникациям, непосредственно в земле или по воздуху), внутри здания – вертикальные для разводки по этажам и для разводки непосредственно по рабочим местам. Поэтому важное значение приобретает правильный выбор кабеля для реализации конкретнго участка проводки в конкретном месте. Для прокладки вне помещений преимущественно используются кабели со свободным буфером различных конструкций в т.ч.
: для воздушной прокладки (или подвески) – такие кабели проводятся между строениями или подвешиваются на опорах; для прокладки непосредственно в грунте, такие кабели укладываются в предварительно выкопанных канавах и, затем, засыпаются землей; подземные, которые прокладываются в трубах или кабелепроводах и подводные, включая трансокеанские. Для обеспечения необходимой прочности в них могут использоваться мощные силовые элементы нескольких типов, что позволяет избежать повреждений при протяжке в канализации, а также различная броня, которая служит надежной защитой кабеля при непосредственном вкапывании или подвеске. Поскольку стоимость таких кабелей – выше, экономия достигается за счет простоты прокладки. Для прокладки в помещениях применяются волоконно-оптические кабели с плотным буфером следующих типов: симплексные, дуплексные, многожильные и другие.
Симплексный и дуплексный кабели
В симплексном кабеле только один световод, а в дуплексном – два. Дуплексный кабель физически состоит из двух симплексных, которые заключены в общую оболочку. Часто эта оболочка выполняется в виде 8 (т.н. shotgun или zipcord см. рисунок), очень часто подобным образом делаются электрические сетевые провода. Хотя дуплексный кабель можно заменить двумя симплексными, предпочтительнее применение именно дуплексного кабеля, поскольку он — дешевле и укладывается аккуратнее, и, кроме того, будет намного меньше возможностей допустить ошибку при монтаже.
Многожильный кабель
Многожильный кабель состоит из нескольких световодов. Волокна собираются в один или несколько жгутов, каждый из которых могут быть обмотаны арамидной пряжей и заключены в оболочку. Несколько таких жгутов объединяются в одну или несколько свивок и покрываются одной общей оболочкой и, таким образом, получается кабель.
Световоды в жгуте могут различаться по цвету оболочки или по ее цветовой маркировке, что позволяет легко находить нужный, особенно при большой длине кабеля, и избежать ошибки при соединении. Такие кабели применяются для разводки сигналов по разным помещениям. Ведущие производители волоконо-оптических кабелей выделяют несколько типов многожильных кабелей для разводки внутри помещений.
Следует особо удостовериться в соответствии условий предполагаемой прокладки кабеля тем требованиям, которые предъявляются к такой прокладке.
Кабель для оконечной разводки
Термин кабель для оконечной разводки – breakout cable – определяет основное назначение этого многожильного кабеля. Так как отдельные его волокна представляют собой отдельные кабели заключенные в собственные защитные оболочки, концы их могут прокладываться самостоятельно и присоединяются к тому оборудованию, для которого предназначается передача, то есть они используются для доставки сигналов непосредственно, без использования панелей соединений.
В этих кабелях применяется цветная маркировка для облегчения поиска требуемого волокна. Из-за необходимости использования более мощной упрочняющей оболочки из кевлара, эти кабели, как правило, тяжелее и имеют большие размеры, чем другие кабели с таким же количеством световодов. Эти кабели полностью соответствуют требованиям пожаробезопасности. Имеется множество конструкций этих кабелей, что позволяет подобрать кабель, соответствующий любым требованиям.
Как правило, это — кабели особой конструкции и небольшой длины для применения в локальных сетях, системах передачи данных, видеосистемах и АСУТП.
Пожаробезопасный кабель
Можно осуществлять прокладку кабелей в свободных пространствах между перекрытиями и полом или подвесным потолком. Для такой прокладки кабелей разработаны довольно жесткие требования, особенно – относящиеся к пожаробезопасности.
Так как при сильном нагреве кабеля или при его горении могут выделяться ядовитые вещества, то прокладка кабеля в обычной оболочке – недопустима, или же такой кабель должен прокладываться в пожаробезопасном кабелепроводе или должен быть обмотан негорючим или недымящим материалом.
Поэтому выделяется особый тип кабелей – plenum cables, оболочка которого выполняется из негорючего или малогорючего пластика (чаще всего из тетраполифторэтилена, более известного у нас как фторопласт. При наличии особо жестких требований используются кабели в оболочке типа LSFOH (Low Smoke And Fume And Zero Halogen – низкая способность к горению и дымообразованию) при термическом разложении которой не выделяются токсические вещества.
Многожильный кабель для разводки по этажам
Некоторые компании выделяют еще одну разновидность кабелей – riser cables, которыми осуществляется разводка по этажам, и разработанных с учетом особых требований по не распространению огня.
Гибридный кабель
Обсуждение волоконно-оптических кабелей было бы не полным без упоминания гибридных кабелей. Это особый тип кабелей, которые сконструированы как для общего применения, так и специальных, которые поставляются по специальным заказам. Применяются же они в случаях, когда необходимо использование обеих технологий и волоконно-оптической и витой пары, особенно, в случае когда производится или намечается переход на оптоволокно. Применение кабеля этого типа не влечет за собой в ходе такого перехода нарушение существующей сети.
Соединение оптических волокон
В системах телекоммуникации необходимо реализовать большое количество соединений для разводки сигналов от магистральных линий к конечному потребителю, для подключения разнообразного оборудования и так далее. Для соединения волоконно-оптических линий используются специальные наборы инструментов и приспособлений.
Соединение световодов должно быть надежным, стойким к внешним воздействиям (ударам, вибрации, перепадам температуры), вносить малое затухание, и, при этом, желательно, чтобы оно было недорогим и легковыполнимым. Соединение выполняется согласно следующей процедуре:
- Удаление защитных оболочек кабеля, защитных оболочек и буфера световода, которые снимаются до размеров, определяемых типом соединения и используемым инструментом.
- Подготовка торцов. Торцы должны быть плоскими, гладкими и перпендикулярными к оси оптоволокна.
- Установка в соединительное устройство.
- Соединение.
- Нанесение защитных покрытий, восстановление оболочек.
Различают разъемные и неразъемные соединения.
Неразъемные соединения осуществляются сваркой, склейкой или посредством соединительных трубок, которые сжимаются при нагревании. На стыке не должно быть пузырьков, неоднородностей или других дефектов.
Торцы обрабатываются перед соединением. Стыки контролируются микроскопом и рефлектометром. Для защиты места соединения могут применяться специальные втулки или муфты.
Для реализации разъемных соединений используются коннекторы разных типов: ST, SC, FDDI и другие. Оптоволокно зачищается от оболочек и буфера и устанавливается в коннектор, так чтобы был достаточно длинный свободный конец. Используются обжимные технологии и технологии в которых используется фиксирующий состав (т.н. epoxy).
Наиболее популярной из последних является технология hot melt. Она заключается в следующем, фиксирующий состав находится в коннекторе и при нагревании после установки коннектора охватывает оптоволокно и затвердевает. После установки коннектора свободный конец обрезается, а торец в месте среза тщательно полируется определенным образом.
Материалы предоставлены компаний AESP, известным производителем сетевого и коммуникационного оборудования, разработчиком кабельной системы SygnaMax.
Источник: https://www.tls-group.ru/services/inzhenernaya-infrastruktura-zdaniy/strukturirovannye-kabelnye-sistemy/teor-kabel/
Оптическое волокно (оптоволокно)
10.05.2016
Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) давно занимают одну из лидирующих позиций на рынке телекоммуникаций. Имея ряд преимуществ перед другими способами передачи информации (витая пара, коаксиальный кабель, беспроводная связь…), ВОЛС широко используются в телекоммуникационных сетях разных уровней, а также в промышленности, энергетике, медицине, системах безопасности, высокопроизводительных вычислительных системах и во многих других областях.
Передача информации в ВОЛС осуществляется по оптическому волокну (optical fiber). Для того чтобы грамотно подойти к вопросу использования ВОЛС, важно хорошо понимать, что из себя представляет оптическое волокно как среда передачи данных, каковы его основные свойства и характеристики, какие бывают разновидности оптических волокон. Именно этим базовым вопросам теории волоконно-оптической связи и посвящена данная статья.
Структура оптического волокна
Оптическое волокно (оптоволокно) – это волновод с круглым поперечным сечением очень малого диаметра (сравним с толщиной человеческого волоса), по которому передается электромагнитное излучение оптического диапазона. Длины волн оптического излучения занимают область электромагнитного спектра от 100 нм до 1 мм, однако в ВОЛС обычно используется ближний инфракрасный (ИК) диапазон (760-1600 нм) и реже – видимый (380-760 нм). Оптическое волокно состоит из сердцевины (ядра) и оптической оболочки, изготовленных из материалов, прозрачных для оптического излучения (рис. 1).
Рис. 1. Конструкция оптического волокна
Свет распространяется по оптоволокну благодаря явлению полного внутреннего отражения. Показатель преломления сердцевины, обычно имеющий величину от 1,4 до 1,5, всегда немного больше, чем показатель преломления оптической оболочки (разница порядка 1%). Поэтому световые волны, распространяющиеся в сердцевине под углом, не превышающим некоторое критическое значение, претерпевают полное внутреннее отражение от оптической оболочки (рис. 2). Это следует из закона преломления Снеллиуса. Путем многократных переотражений от оболочки эти волны распространяются по оптическому волокну.
Рис. 2. Полное внутреннее отражение в оптическом волокне
На первых метрах оптической линии связи часть световых волн гасят друг друга вследствие явления интерференции. Световые волны, которые продолжают распространяться в оптоволокне на значительные расстояния, называются пространственными модами оптического излучения. Понятие моды описывается математически при помощи уравнений Максвелла для электромагнитных волн, однако в случае оптического излучения под модами удобно понимать траектории распространения разрешенных световых волн (обозначены черными линиями на рис. 2). Понятие моды является одним из основных в теории волоконно-оптической связи.
Основные характеристики оптического волокна
Способность оптического волокна передавать информационный сигнал описывается при помощи ряда геометрических и оптических параметров и характеристик, из которых наиболее важными являются затухание и дисперсия.
1. Геометрические параметры
Помимо соотношения диаметров сердцевины и оболочки, большое значение для процесса передачи сигнала имеют и другие геометрические параметры оптоволокна, например:
- некруглость (эллиптичность) сердцевины и оболочки, определяемая как разность максимального и минимального диаметров сердцевины (оболочки), деленная на номинальный радиус, выражается в процентах;
- неконцентричность сердцевины и оболочки – расстояние между центрами сердцевины и оболочки (рис. 3).
Рис 3. Некруглость и неконцентричность сердцевины и оболочки
Геометрические параметры стандартизированы для разных типов оптического волокна. Благодаря совершенствованию технологии производства значения некруглости и неконцентричности удается свести к минимуму, так что влияние неточности геометрии оптоволокна на его оптические свойства оказывается несущественным.
2. Числовая апертура
Числовая апертура (NA) – это синус максимального угла падения луча света на торец волокна, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения (рис. 4). Этот параметр определяет количество мод, распространяющихся в оптическом волокне. Также величина числовой апертуры влияет на точность, с которой должна производиться стыковка оптических волокон друг с другом и с другими компонентами линии.
Рис 4. Числовая апертура
3. Профиль показателя преломления
Профиль показателя преломления – это зависимость показателя преломления сердцевины от ее поперечного радиуса. Если показатель преломления остается одинаковым во всех точках поперечного сечения сердцевины, такой профиль называется ступенчатым. Среди других профилей наибольшее распространение получил градиентныйпрофиль, при котором показатель преломления плавно увеличивается от оболочки к оси (рис. 5). Помимо этих двух основных, встречаются и более сложные профили.
Рис. 5. Профили показателя преломления
4. Затухание (потери)
Затухание – это уменьшение мощности оптического излучения по мере распространения по оптическому волокну (измеряется в дБ/км). Затухание возникает вследствие различных физических процессов, происходящих в материале, из которого изготавливается оптоволокно. Основными механизмами возникновения потерь в оптическом волокне являются поглощение и рассеяние.
а) Поглощение. В результате взаимодействия оптического излучения с частицами (атомами, ионами…) материала сердцевины часть оптической мощности выделяется в виде тепла. Различают собственное поглощение, связанное со свойствами самого материала, и примесное поглощение, возникающее из-за взаимодействия световой волны с различными включениями, содержащимися в материале сердцевины (гидроксильные группы OH-, ионы металлов…).
б) Рассеяние света, то есть отклонение от исходной траектории распространения, происходит на различных неоднородностях показателя преломления, геометрические размеры которых меньше или сравнимы с длиной волны излучения.
Такие неоднородности являются следствием как наличия дефектов структуры волокна (рассеяние Ми), так и свойствами аморфного (некристаллического) вещества, из которого изготавливается волокно (рэлеевское рассеяние). Рэлеевское рассеяние является фундаментальным свойством материала и определяет нижний предел затухания оптического волокна.
Существуют и другие виды рассеяния (Бриллюэна-Мандельштама, Рамана), которые проявляются при уровнях мощности излучения, превышающих те, которые обычно используются в телекоммуникациях.
Величина коэффициента затухания имеют сложную зависимость от длины волны излучения. Пример такой спектральной зависимости приведен на рис. 6. Область длин волн с низким затуханием называется окном прозрачности оптического волокна. Таких окон может быть несколько, и именно на этих длинах волн обычно осуществляется передача информационного сигнала.
Рис. 6. Спектральная зависимость коэффициента затухания
Потери мощности в волокне обуславливаются также различными внешними факторами. Так, механические воздействия (изгибы, растяжения, поперечные нагрузки) могут приводить к нарушению условия полного внутреннего отражения на границе сердцевины и оболочки и выходу части излучения из сердцевины. Определенное влияние на величину затухания оказывают условия окружающей среды (температура, влажность, радиационный фон…).
Поскольку приемник оптического излучения имеет некоторый порог чувствительности (минимальную мощность, которую должен иметь сигнал для корректного приема данных), затухание служит ограничивающим фактором для дальности передачи информации по оптическому волокну.
5.Дисперсионные свойства
Помимо расстояния, на которое передается излучение по оптическому волокну, важным параметром является скорость передачи информации. Распространяясь по волокну, оптические импульсы уширяются во времени. При высокой частоте следования импульсов на определенном расстоянии от источника излучения может возникнуть ситуация, когда импульсы начнут перекрываться во времени (то есть следующий импульс придет на выход оптического волокна раньше, чем закончится предыдущий). Это явление носит название межсимвольной интерференции (англ. ISI – InterSymbol Interference, см. рис. 7). Приемник обработает полученный сигнал с ошибками.
Рис. 7. Перекрывание импульсов, вызывающее межсимвольную интерференцию: а) входной сигнал; б) сигнал, прошедший некоторое расстояние L1 по оптическому волокну; в) сигнал, прошедший расстояние L2>L1.
Уширение импульса, или дисперсия, обуславливается зависимостью фазовой скорости распространения света от длины волны излучения, а также другими механизмами (табл. 1).
Таблица 1. Виды дисперсии в оптическом волокне
Название | Краткое описание | Параметр |
1. Хроматическая дисперсия | Любой источник излучает не одну длину волны, а спектр незначительно отличающихся длин волн, которые распространяются с разной скоростью. |
Коэффициент хроматической дисперсии, пс/(нм*км). Может быть положительным (спектральные составляющие с большей длиной волны двигаются быстрее) и отрицательным (наоборот). Существует длина волны с нулевой дисперсией. |
а) Материальная хроматическая дисперсия | Связана со свойствами материала (зависимость показателя преломления от длины волны излучения) | |
б) Волноводная хроматическая дисперсия | Связана с наличием волноводной структуры (профиль показателя преломления) | |
2. Межмодовая дисперсия | Моды распространяются по разным траекториям, поэтому возникает задержка во времени их распространения. |
Ширина полосы пропускания (bandwidth), МГц*км. Эта величина определяет максимальную частоту следования импульсов, при которой не происходит межсимвольной интерференции (сигнал передается без существенных искажений). Пропускная способность канала (Мбит/с) может численно отличаться от ширины полосы пропускания (МГц*км) в зависимости от способа кодирования информации. |
3. Поляризационная модовая дисперсия, PMD | Мода имеет две взаимно перпендикулярные составляющие (поляризационные моды), которые могут распространяться с различными скоростями. |
Коэффициент PMD, пс/√км. Временная задержка из-за PMD, нормируемая на 1 км. |
Таким образом, дисперсия в оптическом волокне отрицательно сказывается как на дальности, так и на скорости передачи информации.
Разновидности и классификация оптических волокон
Рассмотренные свойства являются общими для всех оптических волокон. Однако описанные параметры и характеристики могут существенно отличаться и оказывать различное влияние на процесс передачи информации в зависимости от особенностей производства оптоволокна.
Фундаментальным является деление оптическим волокон по следующим критериям.
- Материал. Основным материалом для изготовления сердцевины и оболочки оптического волокна является кварцевое стекло различного состава. Однако используется большое количество других прозрачных материалов, в частности, полимерные соединения.
- Количество распространяющихся мод. В зависимости от геометрических размеров сердцевины и оболочки и величины показателя преломления в оптическом волокне может распространяться только одна (основная) или же большое количество пространственных мод. Поэтому все оптические волокна делят на два больших класса: одномодовые и многомодовые (рис. 8).
Рис. 8. Многомодовое и одномодовое волокно
На основании этих факторов можно выделить четыре основных класса оптических волокон, получивших распространение в телекоммуникациях:
Каждому из этих классов посвящена отдельная статья на нашем сайте. Внутри каждого из этих классов также существует своя классификация.
Производство оптических волокон
Процесс изготовления оптического волокна крайне сложен и требует большой точности. Технологический процесс проходит в два этапа: 1) создание заготовки, представляющей собой стержень из выбранного материала со сформированным профилем показателя преломления, и 2) вытягивание волокна в вытяжной башне, сопровождающееся покрытием защитной оболочкой. Существует большое количество различных технологий создания заготовки оптического волокна, разработка и совершенствование которых происходит постоянно.
Волоконно-оптические кабели
Практическое использование оптического волокна в качестве среды передачи информации невозможно без дополнительного упрочнения и защиты. Волоконно-оптическим кабелем называется конструкция, включающая в себя одно или множество оптических волокон, а также различные защитные покрытия, несущие и упрочняющие элементы, влагозащитные материалы. По причине большого разнообразия областей применения оптоволокна производители выпускают огромное количество самых разных волоконно-оптических кабелей, отличающихся конструкцией, размерами, используемыми материалами и стоимостью (рис. 9).
Рис.9. Волоконно-оптические кабели
Источник: http://infiber.ru/biblioteka/stati/optical_fiber.html