Основные конструктивные элементы ОВ




Лекция 2

 

Конструкция и типы оптических волокон

План:

1. Основные конструктивные элементы ОВ;

2. Типы покрытий и элементов ОК;

3. Типы оптических волокон;

4. Микроизгибы и макроизгибы;

5. Окна прозрачности ОВ.

 

Основные конструктивные элементы ОВ

 

ОК состоит из скрученных по определенной системе ОВ из кварцевого стекла, заключенных в общую защит­ную оболочку. При необходимости кабель может содержать силовые (уп­рочняющие) и демпфирующие элементы.

Сердцевина и отражающая оболочка. ОВ представляет собой нить, состоящую из сердцевины и отражающей оболочки изготовленных из ОСЧ-кварцевого стекла. Еще в процессе вытяжки на него наносится первичное защитное покрытие.

Сердцевина — это область в центре волокна, показатель преломле­ния которой больше, чем у оболочки, и в которой распространяется боль­шая часть энергии светового сигнала.

Оболочка — это область волокна вокруг сердцевины, которая чаще всего изготавливается с постоянным и всегда более низким, чем у сердцевины, показателем преломления. Граница двух облас­тей с более высоким и низким показателями преломления создает световодную структуру, удерживающую большую часть света в зоне сердцевины.

Конструкция ОВ показана на рисунке 2.1.С точки зре­ния передачи сигналов ОВ представляет собой диэлектрический волновод, работающий в оптическом диапазоне волн. Канализация распро­странения света создается путем скачкообразного или плавного изме­нения показателя преломления (диэлектрической проницаемости) квар­цевого стекла в поперечном сечении волновода. В оптическом диапазоне частот принято употреблять понятие показателя преломления (n) вмес­то диэлектрической проницаемости, которые количественно связаны между собой соотношением , где εr — относительная диэлект­рическая проницаемость. Здесь и далее через п обозначается абсолют­ный (фазовый, в отличие от группового) показатель преломления рав­ный отношению:

. (2.1)

Условия распространения светового импульса по ОВ определяются законом изменения показателя преломления в попе­речном сечении сердцевины, величиной разности показателей прелом­ления в центре сердцевины и отражающей оболочки, а также диаметром сердцевины и толщиной отражающей оболочки.

Для сохранения параметров передачи ОВ при их упаковке в кабель, а также в процессе прокладки и эксплуатации кабеля, ОВ необходимо защитить от механических воздействий. Для этого, кроме первичного защитного покрытия, используются также защитные оболочки.

 

 

Рисунок 2.1 - Конструкция оптического волокна

 

Световодом может быть и более простая конструкция, например, сердцевина из стекла и отражающая оболочка из окружающего возду­ха. Подобный световод используется при подсветке струй фонтана, где сердцевиной служит струя воды, а отражающей оболочкой — воздух. Однако световод такой конструкции не может быть использован для передачи сигналов. В нем будут большие потери вследствие загрязне­ния поверхности стекла пылью и водяным конденсатом, а также свето­вод будет обладать малой пропускной способностью из-за большой ве­личины дисперсии.

ОВ производится различными способами, обеспечивая передачу оптического излучения на различных длинах волн, выполняют различные задачи и имеют различные характеристики. Классифицируются они по ряду параметров:

· материал из которого сделан ОВ

· по профилю показателя преломления

· по числу распространяющихся мод.

Для создания ОВ в качестве материала может использоваться кварц, полимерное или многокомпонентное стекло.

Наличие кварцевой отражающей оболочки, имеющей показатель пре­ломления чуть меньше (не более нескольких процентов), чем у сердце­вины, приводит к трем последствиям, два из которых положительны:

уменьшает потери световой энергии;

уменьшает дисперсию (уменьшает уширение передаваемых импуль­сов), и одно отрицательно:

уменьшает долю энергии, захватываемой сердцевиной от светоизлучающих диодов.

Возможны два варианта конструктивных решений по укладке ОВ в кабеле

- свободная, при которой волокна не скреплены друг с другом и с оболочкой, т.е. лежат в ней свободно (кабели наружной прокладки),

- связанная укладка (кабели внутренней прокладки).

Эти два варианта укладки волокон совместно с возможными вариантами размеще­ния упрочняющих элементов (в центре, во внешних защитных слоях или их комбинации) дают многообразие конструкций оптических кабелей. С точки зрения удобства монтажа кабеля предпочтительной является струк­тура кабеля с центральным расположением упрочняющего элемента.

Некоторые конструкции кабелей ОК, кроме ОВ, содержат медные проводники для дистанционного питания регенера­торов и служебной связи, которые располагают в пазах профильного сердечника или во внешнем повиве. Существуют комбинированные ОК с медными парами и четверками для цепей связи.

Вне зависимости от условий применения кабеля: кабельная канали­зация, прокладка в грунте, подвеска на опорах, прокладка под водой, размещение в грозозащитном тросе, — важнейшим элементом в конст­рукции кабеля, определяющим его технические и экономические ха­рактеристики, являются сердечник ОК.

Скрутка оптических модулей в сердечник, вокруг несущего элемен­та кабельного сердечника, может быть выполнена одним из следующих способов:

спиральная скрутка;

SZ- скрутка (скрутка с чередованием направления скрутки).

Повив — слой скрутки, при котором скручиваемые элементы располагаются концентрически вокруг центрального элемента.

В волоконно-оптической кабельной технике в основном применяется скрутка слоями (повивами). При этом скручиваемые элементы располагаются концентрически вокруг центрального силового элемента. Если скручиваются отдельные элементы (оптические модули, медные жилы, наполнители), то в этом случае говорят о кабеле повивной скрутки. Если же сердечник кабеля свивается из модулей состоящих из скрученных элементов (жгутов), то такой кабель называется модульным кабелем или кабелем жгутовой скрутки.

 

При спиральной скрутке модули (волокна) свиваются в одном направ­лении и одинаковым углом по отноше­нию к продольной оси кабеля. Этот вид скрутки оптических модулей, такой же как групп в кабелях симметрич­ной конструкции.

При SZ — скрутке рисунок 2.2 одно направление скрутки (1), например, по часовой стрелке, через определенное число витков меняется на про­тивоположное направление (2). В точке смены направления скрутки во­локна параллельны оси кабеля.

При спиральной скрутке волокна имеют тем больше превышение их длины по сравнению с длиной оси, чем меньше шаг скрутки. Уменьшение шага скрутки позволяет прикладывать к кабелю при прочих равных усло­виях большие усилия на растяжение и сжатие. Однако минимальная длина шага скрутки ограничивается минимальным допустимым радиусом кри­визны волокна с точки зрения механических характеристик и увеличения затухания волоконного световода вследствие изгибов. Величина радиуса кривизны при спиральной скрутке не изменяется вдоль оси кабеля.

Рисунок 2.2 – SZ-скрутка

 

При SZ — скрутке величина радиуса кривизны изменяется вдоль оси кабеля. Она достигает максимума в точках смены направления скрут­ки. В целом эта скрутка обеспечивает более высокую стабильность па­раметров передачи и обладает более высокой стойкостью к растягива­ющим усилиям, а также эксплуатационные удобства благодаря более быстрому доступу к ОВ в середине строительных длин при проведении АВР.

Можно выделить несколько основных групп конструктивных элементов: ОВ с защитными покрытиями, оптические модули, сердечники, основные элементы, гидрофобные материалы, оболочки и броня. В зависимости от назначения и условий применения ОКС конструкция имеет свои особенности.

На практике стремятся к тому, чтобы максимальная кратковременная величина деформации ОВ не превышала 1%, а величина длительной деформации составляла небольшую долю от величины максимальной деформации. Чувствительны ОВ и к таким воздействующим факторам, как изгибы, перепады температур и влияние водорода, выделяемого элементами, входящими в конструкцию кабеля. Эти свойства ОВ и предопределяют конструкции ОКС при использовании их в различных средах.



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-11 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: