Д.В. Иоргачев
О.В. Бондаренко
Волоконно-оптические
кабели и линии связи
ЭКО-ТРЕНДЗ
Москва, 2002
УДК 621.391.63
621.395.52
ББК 32.889
Д.В. Иоргачев
О.В. Бондаренко
Волоконно-оптические кабели и линии связи. — М.: Эко-Трендз, 2002.
ISBN 5-88405-041-0
В книге изложены физические основы и принципы действия волоконных световодов. Ос-
вещены вопросы, относящиеся к оптическим волокнам и кабелям, включая конструкции и
материалы, конструирование и технологии изготовления. Кратко отражены методы испыта-
ния кабелей. Особое внимание уделено строительству и технической эксплуатации воло-
конно-оптических линий передачи.
Книга предназначена для специалистов в области кабельной техники и линий передачи, ис-
следователей, конструкторов, инженеров, аспирантов и студентов.
ББК 32.889
ISBN 5-88405-041-0 © Авторы, 2002
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие……………………………………………………………………………………………………….5
Глава 1. Краткий обзор по истории развития оптической связи …………………………………….6
Глава 2. Основные принципы действия волоконных световодов.
Параметры оптических волокон ……………………………………………………………………8
2.1. Волны, частицы и электромагнитный спектр………………………………………………….....8
2.2. Принцип действия волоконных световодов ……………………………………………………9
2.3. Основные положения геометрической (лучевой)
оптики при передаче света в волоконных световодах……………………………………...13
2.3.1. Основы геометрической оптики...........................................................………………..13
2.3.2. Анализ лучевого распространения света
в волоконных световодах.......................................................................…………….15
2.4. Основные положения волновой теории передачи света по световодам..……………….18
2.4.1. Основные понятия.................................................................................………………18
2.4.2. Взаимодействие оптической волны со средой....................................………………20
2.4.3. Волновые уравнения.............................................................................………………21
2.4.4. Граничные условия................................................................................……………….24
2.4.5. Волновой анализ распространения мод...............................................………………24
2.4.6. Глоговское группирование мод............................................................………………..27
2.5. Параметры оптических волокон...................................................................……………….28
2.5.1. Геометрические и оптические параметры оптических волокон.......………………..28
2.5.2. Параметры передачи оптических волокон..........................................……………….30
2.5.3. Механические параметры оптических волокон..................................………………..37
Глава 3. Оптические волокна и кабели. Классификация,
Характеристики и материалы...............................................................................................39
3.1. Многомодовые и одномодовые оптические
волокна из кварцевого стекла...........................................................................................39
3.2. Материалы оптических волокон из кварцевого стекла......................................................46
3.3. Изготовление оптических волокон........................................................................................50
3.3.1. Общие положения........................................................................................................50
3.3.2. Технология изготовления опорных кварцевых труб..................................................51
3.3.3. Изготовление заготовок путем плавления стекла......................................................51
3.3.4. Изготовление заготовки методом осаждения стекла из паровой фазы..................52
3.3.5. Модифицированный метод химического парофазного осаждения (MCVD)...........54
3.3.6. Плазменный метод химического парофазного осаждения (PCVD)..........................55
3.3.7. Метод внешнего парофазного осаждения (OVD)......................................................56
3.3.8. Метод осевого парофазного осаждения (VAD)..........................................................56
3.3.9. Вытяжка оптического волокна.....................................................................................57
3.4. Конструкции и материалы волоконно-оптических кабелей...............................................59
3.4.1. Типы конструкций волоконно-оптических кабелей.....................................................59
3.4.2. Основные элементы волоконно-оптического кабеля................................................61
3.4.3. Защита волоконно-оптического кабеля от влаги.......................................................66
3.4.4. Пожаробезопасность волоконно-оптических кабелей...............................................67
3.4.5. Материалы для конструктивных элементов волоконно-оптических кабелей..........69
3.4.6. Конструкции волоконно-оптических кабелей..............................................................83
Глава 4. Основные положения по конструированию и особенности
Технологии изготовления волоконно-оптических кабелей..............................................98
4.1. Исходные положения по конструированию волоконно-оптических кабелей......................98
4.2. Расчет параметров ВОК на основе общих требований к оптическим линиям связи.........99
4.3. Расчет оптических параметров и параметров передачи ОВ...............................................101
4.4. Расчет механической прочности ОК.....................................................................................107
4.4.1. Оценка внешних механических нагрузок, действующих на ОК.................................107
4.4.2. Расчет механической прочности оптического кабеля и выбор конструкции............109
4.5. Расчет геометрических размеров ВОК и его элементов......................................................117
4.5.1. Расчет геометрических размеров ВОК.......................................................................117
4.5.2. Конструирование и расчет гофрированного покрова ВОК........................................119
4.6. Расчет масс элементов волоконно-оптического кабеля......................................................124
4.7. Расчет уровня затухания оптического волокна.....................................................................126
4.8. Технология изготовления волоконно-оптических кабелей...................................................127
Глава 5. Методы испытания волоконно-оптических кабелей..........................................................139
5.1. Классификация испытаний ВОК............................................................................................139
5.2. Цель и особенности основных видов испытаний ВОК..........................................................142
5.3. Методы испытания ВОК.........................................................................................................146
5.3.1. Общие положения.........................................................................................................146
5.3.2. Методы измерения конструктивных параметров.......................................................146
5.3.3. Методы измерения оптических характеристик и параметров ВОК............................148
5.3.4. Методы испытания ВОК на стойкость к механическим воздействиям......................149
5.3.5. Методы испытания ВОК на стойкость к воздействию внешних факторов................162
Глава 6. Строительство и монтаж волоконно-оптических линий связи.........................................168
6.1. Особенности и организация строительства ВОЛС..............................................................168
6.2. Прокладка и подвеска оптических кабелей..........................................................................172
6.2.1. Прокладка ОК в телефонной канализации.................................................................172
6.2.2. Прокладка ОК в трубах, лотковой канализации, коллекторах и туннелях................179
6.2.3. Прокладка ОК в грунт...................................................................................................180
6.2.4. Прокладка ОК через водные преграды......................................................................184
6.2.5. Подвеска кабелей на опорах воздушных линий и стойках........................................186
6.3. Оптические соединители, конструкции муфт ОК и особенности их монтажа....................188
6.3.1. Потери при соединении волокон..................................................................................188
6.3.2. Подготовка ОВ к сращиванию.....................................................................................193
6.3.3. Способы сращивания ОВ.............................................................................................195
6.3.4. Оконцовка волокна........................................................................................................199
6.3.5. Конструкции муфт ОК и особенности их монтажа......................................................202