Пн - Чт с 10-00 до 18-00
Пт с 10-00 до 15-00

Обзор оптических компонентов для волоконно-оптических линий

Немного истории

С древних времен человек использовал свет для передачи информации. Исторически, первым средством световой сигнализации являлись костры. Греческий драматург Эсхил (V-IV век до н.э.) изложил легенду о царе Агамемноне, который обещал сообщить своей супруге об окончании троянской войны и падении города Трои при помощи сигнальных костров. С тех пор прошло много времени, но принцип передачи информации при помощи света остался. В 1934 г. американец Норман Р. Френч получил патент на оптическую телефонную систему, речевые сигналы в которой передавались при помощи света по стержням чистого стекла. В 1958 г. лауреаты Нобелевской премии Артур Шавлов и Чарльз Г. Таунс разработали лазер - источник света для оптических систем. В 1962 г. был создан полупроводниковый лазер и фотодиод - источник и приемник оптических систем. В 1966 г. английские ученые Чарльз Г.Као и Джордж А.Хокем предложили использовать стекловолокно для передачи световой информации. В 1972 г. появились световоды с градиентным профилем показателя преломления и коэффициентом затухания равным 4 дБ/км. В настоящее время эта величина в среднем составляет 0,2 дБ/км при передаче света с длиной волны 1550 нм. Первый оптический кабель был использован ВМС США в 1973 г. Первый оптический кабель для использования в телефонной сети был принят в эксплуатацию в 1976 г. в США.

Современная ситуация в области

1990-е годы отмечены широким использованием оптических сетей доступа. Сегодня оптические кабели приближаются к абоненту все ближе и ближе. Не стоит на месте и технология производства оптических кабелей. При использовании ленточной волоконной технологии можно изготовить оптический кабель ёмкостью 4000 оптических волокон и имеющий внешний диаметром всего 36 мм. Резко изменились и системы передачи данных. Использование системы синхронной цифровой иерархии SDH, применение усилителей оптического диапазона, систем спектрального мультиплексирования (WDM) позволит передать по одному оптическому волокну громадные потоки информации на гигантские расстояния. Скорости в десятки Гбит/сек стали реальностью современных телекоммуникаций. Скорость передачи 10 Гбит/сек - уже действительность, при использовании спектрального мультиплексирования (WDM) возможно достижение скорости передачи 80 Гбит/сек а при использовании солитонного режима передачи скорости могут вырасти до Тбит/сек. Существует хорошо отработанная технология соединений оптических волокон, измерений их параметров, разработан и производится широчайший парк контрольно-измерительного, кроссового, технологического оборудования. Все это дает возможность для бурного развития этой самой современной области телекоммуникаций.

Рис. 1 Пропускная способность различных систем передачи

Рис. 2 Развитие от оптических линий к оптическим сетям

Стоит отметить, что передача сигнала по оптическому волокну имеет ряд серьёзных преимуществ перед передачей по медным кабелям. Минимальное значение затухания сигнала и широкая полоса пропускания. Оптические волокна никак не реагирует на электромагнитные влияния, и сами не являются источником электромагнитных колебаний. Оптические кабели практически не подвержены воздействию воды и не требуют поддува воздуха, имеют небольшой вес и малые габариты.

Принцип построения пассивного оптического тракта ВОСП

При передачи оптического сигнала, информация в виде света передается по оптическим волокнам кабеля от оптического передатчика к оптическому приемнику. Оптический передатчик преобразует передаваемый электрический сигнал в свет и направляет его в оптическую линию связи. Оптический приемник преобразует оптический сигнал, полученный из линии в информационный электрический. Оптическая линия состоит из оптических кабелей проложенных по трассе и соединенных в муфтах. На концах оптической линии находятся оконечные устройства. Распространение света в оптическом волокне основано на законе Снеллиуса, определяющем связь между углом падения и преломления лучей света на границе двух сред с разными показателями преломления на эффекте полного внутреннего отражения являющемся следствием этого закона. Прохождение лучей света через оптическое волокно зависит от профиля показателя преломления сердцевины. В зависимости от размера сердцевины, профили показателя преломления оптического волокна делятся на одномодовые и многомодовые. Оптические волокна используемые для передачи данных изготавливаются из кварца. Разность показателей преломления достигается путем легирования сердцевины оптического волокна специальными добавками. Разность показателя преломления сердцевины и оболочки кабеля составляет до 1% от показателя преломления сердцевины. Наружное покрытие оптического волокна обычно делается из акрила и его внешний диаметр составляет 250 мим.

Размеры оптических волокон указаны в таблице

Многомодовое волокно 50/125Многомодовое волокно 62,5/125Одногмодовое волокно
Диаметр сердцевины: 50 + 3 мкмДиаметр сердцевины: 62,3 + 3 мкмДиаметр модового поля: 9,3 + 0,5 мкм (1310 нм)
Эллиптичность сердцевины: <= 6%Эллиптичность сердцевины: <= 6%Эксцентриситет оболочки: 125 + 2 мкм
Диаметр оболочки: 125 + 2 мкмДиаметр оболочки: 125 + 2 мкмДиаметр оболочки: 125 + 2 мкм
Эллиптичность оболочки: <= 2%Эллиптичность оболочки: <= 2%Эллиптичность оболочки: <= 2%

Основными характеристиками оптических волокон являются:

  • затухание
  • ширина полосы пропускания (для многомодового волокна)

Затухание оптического сигнала в волокне зависит от длины волны излучения и измеряется в дБ/км. Величина оптических потерь линии состоит из погонных потерь в кабеле, потерь в местах соединений и потерь в механических соединениях. Одним из основополагающих параметров линии является ширина полосы пропускания линии, которая определяется дисперсией оптического волокна кабеля. Самое меньшее затухание, которое может иметь волокно определяется уровнем Рэлеевского рассеяния и составляет приблизительно 0,16 дБ/км на длине волны 1550 нм. Зависимость затухания в кварцевом волокне от длины волны показана на рисунке 3.

Рис. 3 Зависимость затухания от длины волны

Наименьшее затухание достигается на длинах волн 850 нм, 1310 нм, и 1550 нм - так называемых окнах прозрачности оптического волокна. Ширина полосы пропускания многомодового волокна определяется верхней частотой сигнала, который может передаваться по отрезку волокна определенной длины. Типичные значения оптических характеристик волокон приведены в таблице

Многомодовые волокна:

-62,5/12550/125
Затухание
825 : 875 нм<= 3,5 дБ<= 2,7 дБ
1270 : 1340 нм<= 2,0 дБ<= 1,0 дБ
Полоса пропускания
825 : 875 нм>=200 МГц х км>=400 МГц х км
1270 : 1340 нм>=500 МГц х км>=600 МГц х км
Числовая апертура0,280,2

Одномодовые волокна:

Затухание
1285 : 1330 нм<= 0,43 дБ
1525 : 1575 нм<= 0,28 дБ
Хроматическая дисперсия
1285 : 1330 нм<= 3,5 пс/(нм х км)
1525 : 1575 нм<= 18 пс/(нм х км)
Поляризационная внутримодовая дисперсия<= 0,5 пс/км1/2
Длина волны отсечки<= 1260 нм

Оптический кабель

Оптическое волокно - основа оптических кабелей связи. Все прочие элементы кабеля не более чем средства защиты оптического волокна от внешних воздействий. В связи с чем кабельную продукцию целесообразно квалифицировать способу прокладки - внутриобъектовые, для прокладки в кабельной канализации, для прокладки в грунт, для подвески. Основные параметры оптических кабелей приведены в таблице*

-Внутри- объектов.Дляпроклад.в канал.Дляпроклад.в грунтеПодвесныеПодвесные самонесущие
Диапазон рабочих температур, С-10 : +50-40 : +50-40 : +50-40 : +50-60 : +50
Допустимое растягивающее усилие, кН0,5 : 1,53,51033,5 : 10
Количество оптических волокон:7272723636
Тип центрального силового элемента:Стальной трос, стеклопластиковый прутокВнешний силовой элемент: стальной трос, стекло- пластковый пруток, арамидные нитиСтекло- пластиковый пруток
Бронепокров:-Гофриро- ванная стальная лентаСтальная оцинко- ванная проволока диаметром 1,8 : 2,4 мм-Кевларовые или арамидные нити
* - информация представлена в соответствии с ТУ завода "Электропровод"

В данном разделе стоит отметить, что производство оптических кабелей давно и успешно существует в Российской Федерации. Отечественная кабельная продукция не уступает по характеристикам импортным образцам при существенно меньшей цене и сроках поставки. Основные конструкции оптических кабелей представлены на рисунках 4 - 8.

Рис. 4Конструкция внутриобъектового оптического кабеля Рис. 5Конструкция оптического кабеля для прокладки в кабельной канализации Рис. 6Конструкция кабеля для прокладки в грунт
Рис. 7Конструкция подвесного оптического кабеля Рис. 8Конструкция самонесущего подвесного оптического кабеля

Оптические муфты

Для соединения строительных длин оптических кабелей применяются оптические муфты. Оптические муфты как и кабели удобно классифицировать по принципу монтажа: для монтажа в кабельной канализации, для монтажа кабеля проложенного к грунте, для монтажа подвесного оптического кабеля. Характерным примером оптической муфты может служить муфта МТОК 96.

Рис. 9

Рис. 10Рис. 11

Оптические соединительные шнуры

Оптические соединительные шнуры (оптические ратч-корды) - отрезки одноволоконного (двух волоконного) оптического кабеля оконцованные с двух концов коннекторами соответствующего типа. Основными характеристиками оптических патч-кордов являются: вносимые потери, обратные потери, стабильность соединений, повторяемость. Вносимые оптические потери коннектора обычно не превышают 0,3 дБ. Обратные потери для различных видов полировки составляют: РС > 30 дБ, SPC > 40 дБ, UPC > 50 дБ, APC > 60 дБ. Полированный торец наконечника должен иметь чистую и гладкую поверхность. Даже небольшое количество клея, пылинок может нарушить контакт и привести к значительным потерям. Соединение оптических коннекторов осуществляется при помощи оптических адаптеров. Центрирование наконечников разъёмов осуществляется при помощи керамической втулки-центратора. Основными видами оптических коннекторов являются FC, SC, ST

Рис. 12

Для производства оптических патч-кордов используется одномодовый или многомодовый оптический кабель с диаметром внешней оболочки 3 мм или 0,9 мм. Кабель под внешней оболочкой содержит кевларовые нити, повышающие прочность патч-корда. В настоящее время получили распространение и другие пассивные компоненты ВОЛС:

  • разветвители
  • аттенюаторы
  • переключатели
  • устройство спектрального уплотнения (WDM)

05.05.2020