Цель: ознакомиться с устройством, классификацией и применением волоконно-оптического кабеля.
План:
1. Общие сведения. Классификация оптических кабелей связи
2. Типы оптических волокон.
3. Основные конструктивные элементы ОК и материалы для их изготовления.
1. Общие сведения
1. Волоконно-оптические кабели (ВОК) - это кабельные изделия, содержащее ряд оптических волокон и упрочняющий элемент, заключенные в общую оболочку, поверх которой в зависимости от условий эксплуатации может быть наложен защитный покров.
Волоконно-оптические кабели классифицируются по назначению и по условиям применения, как показано на рисунке ниже.
Оптические кабели связи (ОК), в отличие от электрических кабелей, нет необходимости классифицировать по принципу их принадлежности, на магистральные, внутризоновые, городские и сельские. Объясняется это тем, что в современных ОК, вне зависимости от их принадлежности к тем или иным сетям, используются одинаковые оптические волокна, в большинстве случаев — одномодовые.
В связи с этим ОК классифицируются по назначению на две основные группы:
· линейные — для прокладки вне зданий (для наружной прокладки и эксплуатации);
· внутриобъектовые — для прокладки внутри зданий (для внутренней прокладки и эксплуатации).
2. Типы оптических волокон
Оптическое волокно (ОВ) представляет собой двухслойную цилиндрическую кварцевую нить, состоящую из сердцевины и оболочки. Оболочка покрыта защитным слоем из акрилатного лака. Сердцевина легирована германием, и поэтому ее показатель преломления несколько больше, чем у оболочки. Свет распространяется в сердцевине волокна, испытывая полное внутреннее отражение на границе с оболочкой.
Волокна делятся на два основные типа: многомодовые и одномодовые. Для всех типов волокон, применяемых в линиях связи, диаметр кварцевой оболочки имеет стандартный размер 125±1 мкм. Номинальный диаметр сердцевины у многомодовых волокон 50 или 62,5 мкм. Диаметр сердцевины у одномодовых волокон может меняться в зависимости от типа волокна в пределах 7…9 мкм.
Существует два варианта многомодовых волокон: со ступенчатым и градиентным профилем показателем преломления сердцевины.
В многомодовом волокне со ступенчатым профилем показателя преломления распространяется одновременно большое число мод — лучей, введенных в волокно под разными углами. Основным недостатком такого волокна является наличие межмодовой дисперсии, возникающей из-за того, что разные моды проделывают в волокне разный оптический путь.
В многомодовом волокне с градиентным профилем показателя преломления значение показателя преломления сердцевины плавно изменяется от центра к краям.
В градиентном волокне моды распространяются по параболическим траекториям и разность их лучей, а следовательно, и межмодовая дисперсия существенно меньше, чем многомодовом ОВ со ступенчатым профилем.
Многомодовые волокна оптимизированы для работы на длинах волн 850 и 1310 нм.
Потребность в увеличении полосы пропускания и дальности передачи привели к необходимости создания одномодового оптического волокна, диаметр сердцевины и соотношение показателей преломления сердцевины и оболочки которого выбраны таким образом, что в нем может распространяться только одна мода (строго говоря, две моды с взаимно ортогональными состояниями поляризации).
3. Основные конструктивные элементы ОК и материалы для их изготовления
Оптический кабель — это сложная опто-физическая система, в которой наиболее уязвимым элементом является кварцевое ОВ. Специфичность ОВ заключается не только в распространении по нему оптического излучения, но в критичности его к механическим нагрузкам (растяжение, сдавливание, изгибы, скручивание, удары), чувствительности к перепадам температуры, химическим воздействиям, влиянию влаги и водорода.
Основные конструктивные элементы ОК: оптическое волокно; оптические модули; оптические сердечники; силовые элементы; гидрофобные материалы; броня; оболочка. Отдельные перечисленные элементы могут отсутствовать исходя из назначения и условий применения ОК.
Оптическое волокно — это основной конструктивный элемент ОК, выполняющий роль направляющей среды передачи.
Оптический модуль (ОМ) — самостоятельный конструктивный элемент ОК, содержащий одно и более ОВ, выполняет функции защитного элемента, уменьшает опасность обрыва ОВ и обеспечивает стабильность его работы при воздействии продольных и поперечных сил.
ОМ могут быть следующих типов: трубчатые; профилированные; ленточные.
В линейных оптических кабелях отечественного производства в основном применяются ОМ со свободной укладкой ОВ.
Трубки ОМ изготавливают из полибутилентерефталата (ПБТ), поликарбоната, полиамида.
Оптический сердечник формируется из одного центрального ОМ, либо из нескольких ОМ или пучков ОМ, скрученных вокруг центрального силового элемента (ЦСЭ), принимающего на себя механические нагрузки при прокладке ОК.
Гидрофобные заполнители. В качестве гидрофобных заполнителей (ГЗ), защищающих ОК от распространения влаги, преимущественно применяют гидрофобные гелеобразные компаунды.
Гидрофобные заполнители, используемые в качестве заполнителей оптических модулей, помимо задачи защиты ОВ от воздействия влаги выполняют также функцию амортизатора для ОВ при механических воздействиях на ОК, а также функцию смазки, уменьшающей трение между ОВ и стенкой оптического модуля.
Внутримодульные заполнители характеризуются значительно более высоким предъявляемыми к ним требованиями и имеют меньшую вязкость по сравнению с межмодульными заполнителями.
Основным материалом для скрепления элементов сердечника ОК повивной скрутки является полиэтилентерефталатная лента, обеспечивающая фиксацию элементов скрутки сердечника до наложения полимерной оболочки и предотвращающая вытекание из сердечника гидрофобного заполнителя.
Силовые элементы. В качестве центрального силового элемента ОК повивной скрутки используют стеклопластиковый стержень, а также стальную проволоку или трос с полимерным покрытием. Для изготовления ОК, предназначенных для прокладки в грунт, в качестве центрального силового элемента преимущественно используются стеклопластиковый стержень с целью повышения стойкости ОК к внешним электромагнитным воздействиям.
Силовые элементы, расположенные в центре ОК, обеспечивают большую гибкость, а на периферии — большую стойкость ОК к ударам и растягивающим нагрузкам.
Бронепокровы. Для защиты в ОК от механических повреждений на кабельный сердечник накладывается броня из круглых оцинкованных или из нержавеющей стали проволок в виде одного или нескольких слоев.
В диэлектрических ОК, не содержащих металлические элементы, броня может быть выполнена из высокопрочных арамидных нитей и стеклопластиковых прутков.
Защитные оболочки. Поверх бронепокровов накладываются внешние пластмассовые оболочки, защищающие ОК от внешних воздействий и влаги. Между бронепокровом и пластмассовой оболочкой для предотвращения распространения влаги по ОК вводится гидрофобный заполнитель или водоблокирующая лента.
Контрольные вопросы:
1. Дайте определение оптического кабеля.
2. Что представляет классификация ОК по назначению?
3. Основные типы волокон в ОК.
4. Варианты многомодовых волокон.
5. Наиболее уязвимый элемент ОК.
6. Основные конструктивные элементы ОК.
7. Для чего используют гидрофобные заполнители?
Литература:
1. Семенов А.Б.,Стрижаков С.К., Сунчелей И.Р. Структурированные кабельные системы.-:ДМК Пресс,2012., стр.214-223.
2.Царев Р.Ю., Никитюк Л.А.Резниченко П.И. Структурированные кабельные системы. Одесса ОНАС им.А.С.Попова 2013, стр.60-66