Микроизгибы вызваны несовершенством волокна. Они вызывают увеличение потерь в кабеле. Эти потери могут быть очень большими и в некоторых случаях могут даже превышать 100 дБ/км. Основная причина возникновения этих потерь кроется в процессе производства кабеля. Она связана с искривлениями оси, которые неизбежно происходят в процессе производства кабеля, когда волокно сдавливается недостаточно гладкими внешними покрытиями. Потери от микроизгибов являются функцией диаметра поля моды, конструкции кабеля и его исполнением. Потери от затухания, вызванного микроизгибами, уменьшаются с диаметром поля моды.
Микроизгиб ОВ является распространенной причиной затухания, когда волокно отклоняется от прямой оси.
Некоторые случаи изгибания волокна являются неизбежными, например, во время транспортировки и хранения, производства и монтажа ОК, а также заделывания волокон. Понимание фундаментальной сущности микроизгиба волокна позволит разрабатывать такие решения, которые смогут поддерживать начальный хороший коэффициент затухания ОВ. Существует несколько вариантов конструкции волокна, которые позволяют повысить его устойчивость к микроизгибанию.
Сущность микроизгиба волокна
Микроизгиб – это механизм увеличения коэффициента затухания, вызванного интенсивными продольными нагрузками на волокно. Нагрузки приводят к изгибанию сердцевины волокна малого радиуса, которое в случае одномодового волокна вызывает сопряжение энергии фундаментальной моды (LP01) с модами более высокого порядка. Эти нагрузки вызываются продольным соприкосновением с такими поверхностями как оптический кабель.
Как правило, отклонения, которые становятся причиной микроизгиба, меньше 1 мм в радиусе и обычно описываются в виде произвольной переменной с диапазоном расстояний и амплитуды. Устойчивость волокна к микроизгибу определяется значениями спектральной плотности мощности (PSD) этой произвольной переменной, а также геометрией волокна и его коэффициентом преломления.
Микроизгиб отличается от макроизгиба, еще одного механизма, который определяет зависимость коэффициента затухания от изгибания. Долгопериодичные возмущения (> 1 мм) не дают правильного резонанса для сопряжения светового сигнала с оболочечными модами с помощью микроизгиба, но могут вызвать макроизгиб.
Понимание и контролирование изменений коэффициента затухания, вызванных изгибанием световода имеет очень важное значение для поддержания исходного коэффициента затухания ОВ. Микроизгиб – это ключевой фактор, который способствует увеличению коэффициента затухания ОВ. Обеспечение высокой устойчивости продукта к микроизгибанию не должно ограничиваться простой спецификацией оболочки ОВ; оно требует, чтобы конечный продукт проектировался, производился и тестировался в соответствии с самыми передовыми технологиями.
Макроизгибы соотносят с некоторым определенным малым радиусом. Производитель кабеля должен указать в спецификации минимальный радиус изгиба. Когда кабель намотан на катушку, то он, конечно, сгибается по радиусу катушки. Если он прокладывается, в частности, в зданиях, то он может сгибаться на углах. Укладчик не должен уменьшать радиус изгиба меньше минимально допустимого при любой необходимости обхода углов. Обычно предполагается, что типичный радиус изгиба ВОК должен быть между 10 и 30 см в зависимости от числа волокон в кабеле. Сгибая ВОК сильнее, чем это допускается ограничениями на радиус изгиба, можно повредить кабель, даже порвать волокна в кабеле. Это может также вызвать существенное увеличение затухания волокна.
Рисунок 2.12 - Потери мощности излучения световой волны на макроизгибах и микроизгибах волокна
Окна прозрачности ОВ
В ВОСП используется приграничный к инфракрасному диапазон длин волн от 800 до 1600 нм, при этом предпочтительными являются длины волн 850, 1300 и 1550 нм.
Говоря об окнах прозрачности ОВ, обычно рисуют такую картинку в виде зависимости затухания от длины волны.
Рисунок 2.13 - Затухание оптического волокна в зависимости от длины волны (показаны три окна прозрачности, используемые для ВОСП)
Здесь голубым цветом выделены те самые окна прозрачности ОВ. Все они, находятся в инфракрасном диапазоне.
Образовывалась такая характеристика ОВ из природной прозрачности кварца и примесей присутствующих в стекле сердцевины оптоволокна. Соответственно под эти окна проектировалась приёмо-передающая аппаратура.
В современных волокнах большой пик между вторым и третьим окном прозрачности, обусловленный присутствием гидроксильной группы в материале оптоволокна отсутствует.
Вообще говоря, о частотных и спектральных характеристиках оптоволокна чаще выделяют не только окна прозрачности, а ещё и шесть диапазонов. Первоначально под окнами прозрачности понимались участки длин волн вблизи узких локальных минимумов в зависимости коэффициента затухания от длины волны: 850 нм (1-е), 1310 нм (2-е) и 1550 нм (3-е). Постепенно, с развитием технологии очистки кварцевого стекла стала доступна вся область малых потерь от 1260 до 1675 нм. Кривая потерь теперь выглядит достаточно гладко и локальные минимумы на ней слабо выражены.
Таблица 2.2 - Спектральные диапазоны для одномодовых волокон стандарта ITU
| № | Название | Длина излучения | Диапазон | Описание и использование |
| - | 820-900 нм | - | Первое окно прозрачности использовалось в 70-х гг. XX вг в первых линиях связи на основе многомодовых волокон. В настоящее время этот диапазон из-за большой величины коэффициента затухания (2-2.5 дБ/км) используется в основном в локальных вычислительных сетях | |
| O-диапазон | 1260 – 1360 нм | Основной (Original) | Второе окно прозрачности стало использоваться в 80-х годах XX века в линиях дальней связи, когда были разработаны источники излучения на длину волны 1310 нм. В настоящее время второе окно прозрачности используется преимущественно в городских и зоновых линиях | |
| E-диапазон | 1360 – 1460 нм | Расширенный (Extended) | ||
| S-диапазон | 1460 – 1530 нм | Коротковолновый (Short wavelength) | Пятое окно прозрачности появилось после создания волокна AllWave. В этом волокне в результате тщательной очистки потери в «водяном» пике на длине волны 1383 нм были снижены до 0.31 дБ/км (меньше чем во втором окне прозрачности на длине волны 1310 нм, где потери составляют 0.35 дБ/км). Пятое окно прозрачности завершило освоение спектральной области малых потерь в волокне на длинах волн от 1280 до 1650 нм | |
| C-диапазон | 1530 – 1565 нм | Стандартный (Conventional) | Третье окно прозрачности было освоено в начале 90-х годов XX века. В него попадает абсолютный минимум поглощения в кварцевом волокне. Так как стандартные одномодовые волокна обладают в третьем окне прозрачности большой дисперсией, то было разработано DSF волокно с длиной волны нулевой дисперсии, смещенной в это окно. Третье окно прозрачности наиболее широко используется в магистральных линиях. В последнее время в связи с развитием технологии спектрального мультиплексирования (DWDM) повысился интерес к третьему и прилегающим к нему четвертому и пятому окнам прозрачности. | |
| L-диапазон | 1565 – 1625 нм | Длинноволновый (Long wavelength) | Четвертое окно прозрачности позволяет передвинуть правую границу DWDM систем на 1620 нм | |
| U-диапазон | 1625 – 1675 нм | Сверхдлинный (Ultra-long wavelength) |
Контрольные вопросы:
1. Почему ОВ делают состоящим из сердцевины и оболочки? Для чего на него наносят полимерное защитное покрытие?
2. Какие возможны два варианта конструктивных решений по укладке ОВ в кабеле?
3. Напишите формулу показателей преломления.
4. Объясните, как производится первичное защитное покрытие и защитные оболочки ОВ.
5. Перечислите виды ОВ.
6. Чем отличается одномодовый световод от многомодового?
7. Поясните распространение световых лучей в градиентном и ступенчатом ОВ.
8. Поясните конструкцию ОК.
9. Какие и сколько профилей преломления существуют в ОК?
10.Что такое макро- и микроизгибы?
11.Что такое «окно прозрачности»? Диапазоны их использования.
Литература
1. Виноградов В.В., Котов В.К., Нуприк В.Н. Волоконно-оптические линии связи. М: ИПК Желдориздат, 2002, 278с.
2. Портнов Э.Л. Оптические кабели связи и пассивные компоненты волоконно-оптических линий связи. М: Горячая линия - Телеком, 2007, 464с.
3. Липская М.А. Волоконно-оптические линии связи. Алматы, КазАТК, 2007, 157с.
4. Липская М.А. Волоконно-оптические линии связи. Алматы, КазАТК, 2010, 173с.