Виды кабелей

     3.6.Конструкция  оптических волокон

     Сердцевина  и отражающая оболочка. Оптическое волокно (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.

     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.

     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.

      Конструкция оптического волокна с точки зрения передачи сигналов ОВ представляет собой диэлектрический вол повод, 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 (п) вместо диэлектрической проницаемости, которые количественно связаны между собой соотношением п = √ε. , где ε_г - относительная диэлектрическая проницаемость. Здесь и далее через п обозначается абсолютный (фазовый, в отличие от группового) показатель преломления равный отношению:

                          скорость света в вакууме

      n=                                                                     ,

                       скорость света в данной среде       

     Условия распространения светового импульса по оптическим волокнам 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, оптические волокна необходимо защитить от механических воздействий. Для этого, кроме первичного защитного покрытия, используются также защитные оболочки.

     Первичное защитное покрытие и  защитные оболочки оптических волокон.

     Первичное покрытие обычно изготавливается двухслойным. Внутренний мягкий слой демпфирует механическую нагрузку, действующую на волокно, и облегчает снятие первичного покрытия. Наружный твердый слой устойчив к абразивным воздействиям. Показатель преломления материала первичного покрытия берется большим, чем у отражающей оболочки для поглощения в ней нежелательных световых волн, распространяющихся по отражающей оболочке. В оптическом кабеле волокна защищены отражающей оболочки для поглощения в ней нежелательных световых волн, распространяющихся по отражающей оболочке.

                 Оболочка 

     

     

     оболочка

     Оптическое  волокно

     Рис. 3.19 
 
 
 

     Защитные  оболочки в виде полимерной модульной трубки, в которой волокна лежат свободно (рис.3.18), модульной ленты (рис.3.19) или защитная оболочка наносится непосредственно на первичное покрытие, так называемая оболочка типа плотный (рис. 3.20) или усиленный буфер.

     Модульную трубку, заполненную гелем, с одним оптическим волокном называют одноволоконным оптическим модулем

       

 
 

Упрочняющий элемент

     

     Ленточная конструкция позволяет производить  одновременную сварку нескольких волокон, что убыстряет процесс монтажа в случае большого числа волокон в ОКС. При ленточной конструкции два или более волоконных световода объединяются в одной плоскости параллельно друг другу с одинаковым шагом в единый миогосветоводный модуль. Эти ленточные модули могут быть объединены в стопку с прямоугольным профилем или заключены в пазы профильного сердечника оптического кабеля. Защитные оболочки типа полимерная модульная трубка или лента применяются в кабелях для наружной прокладки, а типа плотный или усиленный буфер для прокладки внутри помещений. 

       3.7.Классификация оптических волокон

     Оптические  волокна могут быть классифицированы по двум параметрам:

     числу распространяющихся мод;

     профилю распределения показателя преломления  в поперечном сечении сердцевины.

         По числу распространяющихся в оптическом волокне мод они подразделяются на одномодовые и многомодовые. Волокно с малым диаметром сердцевины (диаметр превышает длину волны передачи в несколько раз), по которому в рабочем диапазоне длин волн может распространяться только одна фундаментальная (основная) мода, которая хотя и может иметь две поляризации, называется одномодовым. Волокно с большим диаметром сердцевины (диаметр на порядок больше длины волны передачи), в котором могут распространяться две или большее число мод, называется многомодовым.

          При рассмотрении изменений преломления п волоконного световода как функции радиуса используется термин «профиль распределения показателя преломления». Он определяет радиальное изменение значений показателя преломления от оси волокна в сердцевине в направлении оболочки.

     В настоящее время наибольшее применение нашли следующие профили распределения показателя преломления в поперечном сечении сердцевины:

     ступенчатый (для многомодовых и одномодовых  волокон);

     градиентный (для многомодовых волокон);

     сегментный  и треугольный (для одномодовых  волокон).

     Ступенчатый профиль. При ступенчатом профиле показатель преломления п₁, одинаков по всему поперечному сечению сердцевины и при переходе от сердцевины к оболочке показатель преломления уменьшается ступенчато и остается неизменным в оболочке со значением п₂ .Ступенчатый профиль могут иметь как одномодовые, так и многомодовые волокна.

      Одномодовые волокна со ступенчатым профилем изготавливаются также с так  называемой поглощающей оболочкой, имеющей провал показателя преломления  оболочки. Здесь и далее на рисунках профиля показываются изменения  показателя преломления вдоль радиуса только в пределах сердцевины и отражающей оболочки волокна без указания значений показателя преломления первичного защитного покрытия. В настоящее время многомодовые волокна со ступенчатым профилем для использования в сетях связи не изготавливаются.

      При расчетах характеристик световодов вместо абсолютной разности показателей преломления принято использовать относительную разность показателей преломления (Л), которая определяется как

                                    п₁² -n₂²     п₁ -n₂

                              ^{∆  =            2}п1²    ⁼     п₁        ⁽¹⁾ 

           Последнее упрощение правомерно, так как у применяемых волокон абсолютная разность п_] — п₂ не превосходит единиц процентов. Основное отличие одномодовых волокон от многомодовых состоит в существенно меньшем диаметре сердцевины и меньшем значении ∆, (в табл.3.1 приведены характеристики типичных одномодовых и многомодовых волокон). 

     Таблица 3.1 

 

     Градиентный профиль. У оптических волокон с градиентным профилем показатель преломления изменяется не ступенчато, а плавно. В этом случае сердцевина состоит из большого числа слоев концентрических колец. При удалении от оси сердцевины показатель преломления каждого слоя снижается. Наилучшие характеристики имеют оптические волокна, у которых профиль показателя преломления (n_r ) описывается параболой  

     п_r = п₁ [1 — 2(r/а)²]^т для 0≤r≤ a, (3.2) 

     где п₁ — наибольшее значение показателя преломления в центре сердцевины;

     r - текущий радиус;

     а — радиус сердцевины.

     Именно  за оптическими волокнами с параболическим профилем закрепилось название градиентных волокон.

     В отличие от ситуации со ступенчатым профилем, где свет отражается от относительно резкой границы между сердцевиной и оптической оболочкой, при параболическом профиле свет постоянно и более плавно испытывает отражение от каждого слоя сердцевины. При этом свет изгибается в направлении к оси волокна и его траектория становится синусоидальной.

     Сегментный  и треугольный  профили показателя преломления. Уширение световых импульсов (дисперсия) после их прохождения через одномодовое ОВ при скорости передачи меньше 2,5 Гбит / с вызывается двумя ее составляющими: материальной и волноводной дисперсией. В диапазоне длин волн более 1,3 мкм эти два вида дисперсии в оптическом волокне имеют противоположные знаки. Для одномодового волокна со ступенчатым профилем сумма дисперсий равна нулю при длине волны вблизи 1,3 мкм. Нулевую дисперсию при других длинах волн можно получить изменяя величину волноводной дисперсии за счет изменения профиля. Это привело к созданию волокон с сегментным и треугольным профилем, позволяющим в зависимости от его конкретной реализации получить волокна, у которых длина волны нулевой дисперсии равна 1,55 мкм (так называемые оптические волокна со смещенной дисперсией) или получить волокна с малой величиной дисперсии во всем диапазоне волн от 1,3 до 1,60 мкм (так называемые волокна со сглаженной дисперсией), а также получить волокна со специально подобранной величиной дисперсии в диапазоне длин  волн от 1,53 до 1,565мкм, предназначенных для спектрального уплотнения. 

     3.8.Оптические  кабели связи 

     Классификация и конструкция оптических кабелей

     Оптический  кабель состоит из скрученных по определенной системе оптических волокон из кварцевого стекла, заключенных в общую защитную оболочку. При необходимости кабель может содержать силовые (упрочняющие) и демпфирующие элементы. В зависимости от назначения, условий прокладки и эксплуатации разработаны и производятся оптические кабели (в дальнейшем — ОК) разных типов и конструкций.