Рассказывалось о самых распространенных типах оптоволоконного кабеля, применяемых на Украине. А сегодня - кабель в разрезе, и по ходу повествования - некоторые практические моменты его монтажа.

Мы не будем останавливаться на подробной структуре всех видов кабеля. Возьмем некий усредненный типовой ОК:

1. Центральный (осевой) элемент.
2. Оптическое волокно.
3. Пластиковые модули для оптических волокон.
4. Пленка с гидрофобным гелем.
5. Полиэтиленовая оболочка.
6. Броня.
7. Внешняя полиэтиленовая оболочка.

Что же представляет каждый слой при подробном рассмотрении?

Центральный (осевой) элемент

Стеклопластиковый прут в полимерной оболочке или без нее. Основное назначение - придает жесткость кабелю . Стеклопластиковые стержни без оболочки плохи тем, что легко ломаются при изгибе и повреждают расположенное вокруг них оптоволокно.

Оптическое волокно

Нити оптического волокна чаще всего имеют толщину в 125 микрон (примерно с волос). Они состоят из сердечника (по которому, собственно, идет передача сигнала) и стеклянной же оболочки немного другого состава, обеспечивающей полное преломление в сердечнике.

В маркировке кабеля диаметр сердечника и оболочки обозначается цифрами через слэш. К примеру: 9/125 - сердцевина 9 мкм, оболочка - 125 мкм.

Количество волокон в кабеле варьируется от 2 до 144, это также фиксируется цифрой в маркировке.

В зависимости от толщины сердечника оптоволокно подразделяется на одномодовое (тонкий сердечник) и многомодовое (большего диаметра). В последнее время многомод применяется все реже, поэтому останавливаться на нем не будем. Отметим только, что предусмотрен он для использования на небольшие расстояния. Оболочку многомодового кабеля и патчкордов обычно делают оранжевого цвета (одномодовый - желтый).

В свою очередь одномодовое оптическое волокно бывает:

• Стандартное (маркировка SF, SM или SMF );
• Со смещенной дисперсией (DS, DSF );
• С ненулевой смещенной дисперсией (NZ, NZDSF или NZDS).

В общих чертах - оптоволоконный кабель со смещенной дисперсией (в т.ч. с ненулевой) применяется на гораздо большие расстояния, чем обычный.

Поверх оболочки стеклянные нити покрыты лаком, и этот микроскопический слой тоже играет важную роль. Оптоволокно без лакового покрытия повреждается, крошится и ломается при малейшем воздействии. В то время как в лаковой изоляции его можно скручивать и подвергать некоторой нагрузке. На практике оптоволоконные нити неделями выдерживают вес кабеля на опорах, если в процессе эксплуатации рвутся все остальные силовые стержни.

Однако не стоит возлагать на прочность волокон слишком большие надежды - даже покрытые лаком они легко ломаются. Поэтому при монтаже оптических сетей, особенно при ремонте действующих магистралей, требуется предельная аккуратность.

Пластиковые модули для оптических волокон

Это пластиковые оболочки, внутри которых - пучок оптоволоконных нитей и гидрофобная смазка. В кабеле может быть либо одна такая туба с оптоволокном, либо несколько (последнее - чаще, особенно если волокон много). Модули выполняют функцию защиты волокон от механических повреждений и попутно - их объединения и маркировки (если модулей в кабеле несколько). Однако нужно помнить, что пластиковый модуль при изгибе довольно просто переламывается, и ломает находящиеся в нем волокна.

Какого-то одного стандарта на цветную маркировку модулей и волокон нет, но каждый производитель прикрепляет к барабану с кабелем паспорт, в котором это обозначено.

Пленка и полиэтиленовая оболочка

Это элементы дополнительной защиты волокон и модулей от трения, а также влаги - в некоторых видах оптического кабеля под пленкой содержится гидрофоб. Пленка сверху может быть дополнительно армирована переплетением нитей и пропитана гидрофобным гелем.

Пластиковая оболочка выполняет те же функции, что и пленка, плюс служит прослойкой между броней и модулями. Есть модификации кабеля, где ее вообще нет.

Броня

Это может быть либо кевларовая броня (сплетенные нити), либо кольцо стальных проволок, либо лист гофрированной стали:

• Кевлар применяется в тех видах оптоволоконного кабеля, где содержание металла недопустимо или если нужно снизить его вес.
• Кабель с броней из стальных проволочек предназначен для подземной укладки непосредственно в грунт - прочная броня защищает от многих повреждений, в т.ч. от лопаты.
• Кабель с гофроброней прокладывают в трубах или кабельной канализации, защитить такая броня может лишь от грызунов.

Внешняя полиэтиленовая оболочка

Первый и практически самый важный уровень защиты. Плотный полиэтилен призван выдерживать все нагрузки, выпадающие на долю кабеля, поэтому если он повреждается, существенно увеличивается риск порчи кабеля. Нужно следить, чтобы оболочка:

a) Не была повреждена при монтаже - иначе попавшая внутрь влага увеличит потери на линии;

b) Не касалась в процессе эксплуатации о дерево, стену, угол или ребро конструкции и т.д., если есть риск возникновения трения в этом месте при ветровых и иных нагрузках.

Если вы пытаетесь разобраться что это такое оптоволокно, то точно попали по адресу!

Многие пользователи интернета используют оптоволоконный провод для соединения с интернетом.

Однако, практически никто не знает, что это такое оптоволокно, что оно из себя представляет и каким образом передает информацию?

Оптическое волокно – это самый быстрый в мире способ передачи данных по сети интернет.

Оптический кабель имеет особую структуру: он состоит из небольших тоненьких проводков, которые отгорожены друг от друга специальным покрытием.

Каждый проводок передает свет, а свет, в свою очередь, передает данные по сети.

Рассмотрим подробнее, как подключить интернет и настроить его работу самостоятельно.

Прежде всего, убедитесь, что оптоволокно подведено к вашему дому. Далее закажите услугу подключение к сети.

Также терминал оснащен дополнительными двумя гнездами для соединения аналогового домашнего телефона и еще несколько гнезд нужны для подключения телевидения от Ростелекома.

После подключения всех компонентов следует проверить подключения к интернету на вашем компьютере:

• Зайдите в командную строку от имени администратора . Для этого нажмите правой клавишей манипулятора на значке Windows выберите необходимый пункт;

Часто можно видеть различную рекламу о качественном интернете и телевидении. Такие свойства сигнал приобретает в результате перемещения к потребителю по линиям из оптических волокон, в которых практически не происходит потерь информации.

Что такое оптоволокно

В обыкновенном проводе электрический сигнал проходит по медному проводнику . В оптических линиях по ним проходят световые фотоны и волны . Оптиковолокно считается самым быстрым способом передачи информации на значительные расстояния. Кабель состоит из нескольких отдельных проводников разделенными между собой специальными покрытиями. В конструкции каждый отдельный элемент проводит информацию, зашифрованную в свет.

В качестве передаваемой информации могут использоваться телефонные и телевизионные данные , а также интернет (благодаря оптоволокну добиваются высокой скорости доступа в Интернет). В настоящее врем все три сигнала для передачи объединяются в один.

Особенности ограничения

За несколько последних лет ограничения по скорости передачи данных в оптических линиях продвинулись намного вперед. Скорость зависит от длины проводника, а также качества самой информации. В одномодовых системах используется скорость от 2,5 Мбит/с до 10 Гбит/с при расстоянии передачи от 10 км и выше. В настоящее время проводятся исследования, в результате которых скоро станет возможной скорость до 160 Гбит/с . Не стоит забывать, что многие кабели изготавливаются многослойными, что позволяет передавать намного больше информации с высокой скоростью.

Достоинства и недостатки

Оптические волокна в процессе эксплуатации потребителями, как и любое техническое изделие, имеет свои плюсы и минусы. К преимуществам данного вида проводника следует отнести:

1. Защиту от помех . Любые виды электромагнитного воздействия беспомощны перед оптоволокном. Благодаря этому свойству они могут применяться вблизи мощных источников излучения.
2. Не проводит электрический ток , в результате чего конструкционно облегчается изготовление блоков приема и передачи.
3. Безопасность информации и совместимость электромагнитных импульсов. Благодаря восприимчивости к любому виду излучений оптико волоконный кабели в процессе эксплуатации не излучают электромагнитных волн в результате чего информация защищена от перехвата.
4. Малые затухания . Благодаря применяемым материалам сигнал не теряет своих свойств на больших расстояниях тем самым намного превосходя свои медные аналоги.
5. Повышенная пропускная способность и широкополосность . Такие способности позволили передавать в одном оптическом кабеле различные виды сигналов, при этом они перемешиваются и не создают помех друг другу.
6. Имеют низкий вес , а в некоторых случаях и стоимость в отличие от электрических проводников.

К недостаткам следует отнести:

• повышенные требования к персоналу в процессе эксплуатации и обслуживания;
• малая прочность в результате чего возникают трещины и разрывы, сигнал начнет затухать, либо прерываться;
• потеря связи при попадании воды внутрь проводника.

Применяемые материалы

В производстве оптоволокна применяются следующие материалы:

• кварцевое стекло;
• материалы на основе полимеров.

Кварцевое стекло

Производится при плавлении минерала кварца , который является ценной породой. В результате его применения оптические волокна приобретают следующие положительные свойства:

Полимерные материалы

Применение таких материалов позволяет использовать оптиковолокно большой толщины, благодаря пластичности и стабильности на изгиб и залом. Недостатком является недопустимость использования в зонах инфракрасного излучения в результате которого происходит затухание сигнала.

Устройство и принцип работы

Оптические кабели представляют собой проводник, состоящий из нескольких жил обернутый в оплетку-экран. Сами жилы изготавливаются из стекла или полимера и обладают повышенной гладкостью для обеспечения максимальной проводимости.

Веществом, которое переносит информацию является свет, он имеет самую большую скорость перемещения. Кабельные жилы - это, по сути, стеклянные трубки, обернутые в металлическую фольгу, которая служит экраном сохраняющим поток сигнала. Свет, проходя по кабелю отражается от стенок и доходит до приемника. Скорость передачи информации ниже скорости света, в результате того, что фотоны не летят прямолинейно.

Сигнал в результате своего движения все-таки терпит некоторые потери . Затухание во многом зависит от качества применяемых материалов и условий прокладки оптоволокна. Не малую роль при этом играет и сам передатчик.

Разновидности

В современном исполнении оптическое волокно разделяют на два основных вида, которые отличаются по размеру сердцевины:

• одномодовые;
• многомодовые.

Одномодовые

В таком исполнении сердечник имеет толщину до 8 мкм. Благодаря минимальным размерам по волокну способен проходить единственный луч практически без потерь . Данный вид применяется в линиях на значительном протяжении, где важно сохранить качество сигнала.

Многомодовые

Данный вид сердечника состоит из волокна толщиной до 62,5 мкм. По таким кабелям способны протекать множественные световые пучки, позволяя перемещаться им одновременно под разными углами к сердцевине. Сигнал в таких проводах испытывает значительные потери в результате многих отражений от оболочки.

Многомодовые оптиковолоконные линии в свою очередь делятся на два типа:

1. Градиентные . В таких кабелях плотность сердечника меняется в некоторых местах на протяжении линии, что позволяет сигналу развивать высокую скорость за меньший период времени.
2. Ступенчатые . В данном типе исполнения плотность волокон сердечника единая на протяжении всей линии.

Классификация

По способу непосредственного монтажа оптические кабели подразделяются на следующие виды:

• прокладка в земле;
• трубы для канализации, а также коллекторы;
• подводный монтаж;
• воздушные линии.

В зависимости от использования и дальности передаваемого сигнала оптиковолокно разделяют на следующие виды:

• при создании длинных линий на значительные расстояния многоканальной сети применяются магистральные кабели , для обеспечения стабильности сигнала в конструкции используются волокна с сердцевиной до 125 мкм, при длине волны не ниже 1,55 мкм;
• при прокладке многоканальных линий между областями и регионами применяются зоновые провода , в их конструкции используются градиентные волокна;
• городское оптоволокно прокладывают по коллекторам и специальным каналам, по своим некоторым характеристикам схоже с зоновым, длина линии не превышает 10 км;
• прокладка полевых кабелей подразумевает монтаж различными способами, как по воздуху, так и под землей, не подвержен горению, растягиванию, в конструкции используют до 12 волокон;
• подводный кабель обладает высокой устойчивостью к растягиванию и разрыву, не пропускает влаги, имеет пониженный дисперсионный уровень;
• объектовые кабели применяются для монтажа внутри конкретных обособленных участков и каналов, в них не используются гидрофобные материалы, что упрощает процесс прокладки;
• монтажные провода изготавливаются в виде плоского пучка волокон, в них применяются градиентные многомодовые оптические волокна.

По варианту исполнения сердцевины оптического кабеля выделяют следующие виды:

• повивная концентрическая скрутка вокруг одного сердечника;
• центральный провод с числом волокон до 45;
• фигурный сердечник с числом волокон до 576;
• плоское исполнение до 288 волокон в нем.

Способы подключения

При прокладке оптиковолоконного кабеля зачастую приходится использовать разнообразные коммутирующие устройства. Не всегда при прокладке линии хватает длины провода в бухте, а также иногда требуется разветвление большого провода на несколько небольших.

В настоящее время применяется три основных способа коммутации данного кабеля:

• механический;
• метод сварки;
• использование сплайса.

Стоит заметить, что напрямую к компьютеру оптоволокно не подключается. Если в квартиру заведено оптоволокно для доступа к Интернету, то в этом случае нужен специальный роутер с возможностью подключения оптиковолоконного кабеля, или специальный медиаконвертер преобразующий оптический сигнал.

Работу по соединению выполняют в два этапа:

• кусок кабеля небольшого размера с установленным на конце коннектором приваривают к окончанию оптического провода при помощи автоматического сварочного аппарата;
• в последствии установленный коннектор соединяют с разъемом на другом конце кабеля.

Коммутация таким методом требует постоянной чистки в процессе эксплуатации. Потеря сигнала в таком случае велика, производители не рекомендуют применять такой метод для наружного монтажа оптических линий.

Сплайс — это некая конструкция, часто пластиковый блок, внутри которого закрепляются оптические волокна разных кабелей. Процесс соединения выполняют по следующей схеме:

• первоначально от изоляции очищаются два окончания соединяемых кабелей;
• при помощи сплайса происходит совмещение очищенных концов ;
• в последствии место коммутации тщательно изолируется .

Данный способ подразумевает меньшие потери сигнала, чем механический. В процессе эксплуатации необходимо проверять совмещение центров срощенных концов.

Данный метод считается самым надежным и позволяет применять оптиковолоконные провода, срощенные таким образом при наружном монтаже . Потери сигналов в этом случае минимальные. Для сварки понадобится специальное автоматическое устройство.

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) давно занимают одну из лидирующих позиций на рынке телекоммуникаций. Имея ряд преимуществ перед другими способами передачи информации (витая пара, коаксиальный кабель, беспроводная связь…), ВОЛС широко используются в телекоммуникационных сетях разных уровней, а также в промышленности, энергетике, медицине, системах безопасности, высокопроизводительных вычислительных системах и во многих других областях.

Передача информации в ВОЛС осуществляется по оптическому волокну (optical fiber). Для того чтобы грамотно подойти к вопросу использования ВОЛС, важно хорошо понимать, что из себя представляет оптическое волокно как среда передачи данных, каковы его основные свойства и характеристики, какие бывают разновидности оптических волокон. Именно этим базовым вопросам теории волоконно-оптической связи и посвящена данная статья.

Структура оптического волокна

Оптическое волокно (оптоволокно) - это волновод с круглым поперечным сечением очень малого диаметра (сравним с толщиной человеческого волоса), по которому передается электромагнитное излучение оптического диапазона. Длины волн оптического излучения занимают область электромагнитного спектра от 100 нм до 1 мм, однако в ВОЛС обычно используется ближний инфракрасный (ИК) диапазон (760-1600 нм) и реже - видимый (380-760 нм). Оптическое волокно состоит из сердцевины (ядра) и оптической оболочки, изготовленных из материалов, прозрачных для оптического излучения (рис. 1).

Рис. 1. Конструкция оптического волокна

Свет распространяется по оптоволокну благодаря явлению полного внутреннего отражения. Показатель преломления сердцевины, обычно имеющий величину от 1,4 до 1,5, всегда немного больше, чем показатель преломления оптической оболочки (разница порядка 1%). Поэтому световые волны, распространяющиеся в сердцевине под углом, не превышающим некоторое критическое значение, претерпевают полное внутреннее отражение от оптической оболочки (рис. 2). Это следует из закона преломления Снеллиуса. Путем многократных переотражений от оболочки эти волны распространяются по оптическому волокну.

Рис. 2. Полное внутреннее отражение в оптическом волокне

На первых метрах оптической линии связи часть световых волн гасят друг друга вследствие явления интерференции. Световые волны, которые продолжают распространяться в оптоволокне на значительные расстояния, называются пространственными модами оптического излучения. Понятие моды описывается математически при помощи уравнений Максвелла для электромагнитных волн, однако в случае оптического излучения под модами удобно понимать траектории распространения разрешенных световых волн (обозначены черными линиями на рис. 2). Понятие моды является одним из основных в теории волоконно-оптической связи.

Основные характеристики оптического волокна

Способность оптического волокна передавать информационный сигнал описывается при помощи ряда геометрических и оптических параметров и характеристик, из которых наиболее важными являются затухание и дисперсия .

1. Геометрические параметры.

Помимо соотношения диаметров сердцевины и оболочки, большое значение для процесса передачи сигнала имеют и другие геометрические параметры оптоволокна, например:

• некруглость (эллиптичность) сердцевины и оболочки, определяемая как разность максимального и минимального диаметров сердцевины (оболочки), деленная на номинальный радиус, выражается в процентах;
• неконцентричность сердцевины и оболочки - расстояние между центрами сердцевины и оболочки (рис. 3).

Рис 3. Некруглость и неконцентричность сердцевины и оболочки

Геометрические параметры стандартизированы для разных типов оптического волокна. Благодаря совершенствованию технологии производства значения некруглости и неконцентричности удается свести к минимуму, так что влияние неточности геометрии оптоволокна на его оптические свойства оказывается несущественным.

(NA) - это синус максимального угла падения луча света на торец волокна, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения (рис. 4). Этот параметр определяет количество мод, распространяющихся в оптическом волокне. Также величина числовой апертуры влияет на точность, с которой должна производиться стыковка оптических волокон друг с другом и с другими компонентами линии.

Рис 4. Числовая апертура

3. Профиль показателя преломления.

Профиль показателя преломления - это зависимость показателя преломления сердцевины от ее поперечного радиуса. Если показатель преломления остается одинаковым во всех точках поперечного сечения сердцевины, такой профиль называется ступенчатым . Среди других профилей наибольшее распространение получил градиентный профиль, при котором показатель преломления плавно увеличивается от оболочки к оси (рис. 5). Помимо этих двух основных, встречаются и более сложные профили.

Рис. 5. Профили показателя преломления

4. Затухание (потери).

Затухание - это уменьшение мощности оптического излучения по мере распространения по оптическому волокну (измеряется в дБ/км). Затухание возникает вследствие различных физических процессов, происходящих в материале, из которого изготавливается оптоволокно. Основными механизмами возникновения потерь в оптическом волокне являются поглощение и рассеяние.

а) Поглощение . В результате взаимодействия оптического излучения с частицами (атомами, ионами…) материала сердцевины часть оптической мощности выделяется в виде тепла. Различают собственное поглощение , связанное со свойствами самого материала, и примесное поглощение , возникающее из-за взаимодействия световой волны с различными включениями, содержащимися в материале сердцевины (гидроксильные группы OH - , ионы металлов…).

б) Рассеяние света, то есть отклонение от исходной траектории распространения, происходит на различных неоднородностях показателя преломления, геометрические размеры которых меньше или сравнимы с длиной волны излучения. Такие неоднородности являются следствием как наличия дефектов структуры волокна (рассеяние Ми ), так и свойствами аморфного (некристаллического) вещества, из которого изготавливается волокно (рэлеевское рассеяние ). Рэлеевское рассеяние является фундаментальным свойством материала и определяет нижний предел затухания оптического волокна. Существуют и другие виды рассеяния (Бриллюэна-Мандельштама, Рамана) , которые проявляются при уровнях мощности излучения, превышающих те, которые обычно используются в телекоммуникациях.

Величина коэффициента затухания имеют сложную зависимость от длины волны излучения. Пример такой спектральной зависимости приведен на рис. 6. Область длин волн с низким затуханием называется окном прозрачности оптического волокна. Таких окон может быть несколько, и именно на этих длинах волн обычно осуществляется передача информационного сигнала.

Рис. 6. Спектральная зависимость коэффициента затухания

Потери мощности в волокне обуславливаются также различными внешними факторами. Так, механические воздействия (изгибы, растяжения, поперечные нагрузки) могут приводить к нарушению условия полного внутреннего отражения на границе сердцевины и оболочки и выходу части излучения из сердцевины. Определенное влияние на величину затухания оказывают условия окружающей среды (температура, влажность, радиационный фон…).

Поскольку приемник оптического излучения имеет некоторый порог чувствительности (минимальную мощность, которую должен иметь сигнал для корректного приема данных), затухание служит ограничивающим фактором для дальности передачи информации по оптическому волокну.

5.Дисперсионные свойства.

Помимо расстояния, на которое передается излучение по оптическому волокну, важным параметром является скорость передачи информации. Распространяясь по волокну, оптические импульсы уширяются во времени. При высокой частоте следования импульсов на определенном расстоянии от источника излучения может возникнуть ситуация, когда импульсы начнут перекрываться во времени (то есть следующий импульс придет на выход оптического волокна раньше, чем закончится предыдущий). Это явление носит название межсимвольной интерференции (англ. ISI - InterSymbol Interference, см. рис. 7). Приемник обработает полученный сигнал с ошибками.

Рис. 7. Перекрывание импульсов, вызывающее межсимвольную интерференцию: а) входной сигнал; б) сигнал, прошедший некоторое расстояние L1 по оптическому волокну; в) сигнал, прошедший расстояние L2> L1.

Уширение импульса, или дисперсия , обуславливается зависимостью фазовой скорости распространения света от длины волны излучения, а также другими механизмами (табл. 1).

Таблица 1. Виды дисперсии в оптическом волокне.

Название	Краткое описание	Параметр
1. Хроматическая дисперсия	Любой источник излучает не одну длину волны, а спектр незначительно отличающихся длин волн, которые распространяются с разной скоростью.	Коэффициент хроматической дисперсии, пс/(нм*км). Может быть положительным (спектральные составляющие с большей длиной волны двигаются быстрее) и отрицательным (наоборот). Существует длина волны с нулевой дисперсией.
а) Материальная хроматическая дисперсия	Связана со свойствами материала (зависимость показателя преломления от длины волны излучения)
б) Волноводная хроматическая дисперсия	Связана с наличием волноводной структуры (профиль показателя преломления)
2. Межмодовая дисперсия	Моды распространяются по разным траекториям, поэтому возникает задержка во времени их распространения.	Ширина полосы пропускания ( bandwidth), МГц*км . Эта величина определяет максимальную частоту следования импульсов, при которой не происходит межсимвольной интерференции (сигнал передается без существенных искажений). Пропускная способность канала (Мбит/с) может численно отличаться от ширины полосы пропускания (МГц*км) в зависимости от способа кодирования информации.
3. Поляризационная модовая дисперсия, PMD	Мода имеет две взаимно перпендикулярные составляющие (поляризационные моды), которые могут распространяться с различными скоростями.	Коэффициент PMD, пс/√км . Временная задержка из-за PMD, нормируемая на 1 км.

Таким образом, дисперсия в оптическом волокне отрицательно сказывается как на дальности, так и на скорости передачи информации.

Разновидности и классификация оптических волокон

Рассмотренные свойства являются общими для всех оптических волокон. Однако описанные параметры и характеристики могут существенно отличаться и оказывать различное влияние на процесс передачи информации в зависимости от особенностей производства оптоволокна.

Фундаментальным является деление оптическим волокон по следующим критериям.

1. Материал . Основным материалом для изготовления сердцевины и оболочки оптического волокна является кварцевое стекло различного состава. Однако используется большое количество других прозрачных материалов, в частности, полимерные соединения.
2. Количество распространяющихся мод . В зависимости от геометрических размеров сердцевины и оболочки и величины показателя преломления в оптическом волокне может распространяться только одна (основная) или же большое количество пространственных мод. Поэтому все оптические волокна делят на два больших класса: одномодовые и многомодовые (рис. 8).

Рис. 8. Многомодовое и одномодовое волокно

На основании этих факторов можно выделить четыре основных класса оптических волокон, получивших распространение в телекоммуникациях:

1. (POF).
2. (HCS).

Каждому из этих классов посвящена отдельная статья на нашем сайте. Внутри каждого из этих классов также существует своя классификация.

Производство оптических волокон

Процесс изготовления оптического волокна крайне сложен и требует большой точности. Технологический процесс проходит в два этапа: 1) создание заготовки, представляющей собой стержень из выбранного материала со сформированным профилем показателя преломления, и 2) вытягивание волокна в вытяжной башне, сопровождающееся покрытием защитной оболочкой. Существует большое количество различных технологий создания заготовки оптического волокна, разработка и совершенствование которых происходит постоянно.

Практическое использование оптического волокна в качестве среды передачи информации невозможно без дополнительного упрочнения и защиты. Волоконно-оптическим кабелем называется конструкция, включающая в себя одно или множество оптических волокон, а также различные защитные покрытия, несущие и упрочняющие элементы, влагозащитные материалы. По причине большого разнообразия областей применения оптоволокна производители выпускают огромное количество самых разных волоконно-оптических кабелей, отличающихся конструкцией, размерами, используемыми материалами и стоимостью (рис. 9).

Рис.9. Волоконно-оптические кабели

Волоконная оптика, как термин, это учение о распространении светового потока в оптическом волокне. Как продукция, волоконная оптика – это все то, что имеет в составе оптико-волоконный элемент.

Оптическое волокно – это изготовленная из кварцевого стекла тонкая жила, внутри которой течет световой луч, не покидая ее пределов. Сегодня существует оптоволокно с пластиковым сердечником, характеристики которого близки к натуральному кварцу. Смысл один – световой пучок отражается от стенок жилы и сохраняет свое информационное содержание вне зависимости от дальности передачи данных. Именно оптоволокно – самый лучший материал трансляции цифрового сигнала без затухания на дальние расстояния.

Появление и развитие оптоволокна

Световые сигналы, как метод обмена информацией, используются со времен появления огня. Идея информирования светом в новом времени впервые была апробирована Р.Гуком, который создал оптический телеграф, способный передавать информацию с помощью интервальной трансляции световых видимых сигналов, которые можно было увидеть на разных расстояниях невооруженным глазом или в подзорную трубу.

Далее появился другой сигнальный аппарат, который разработал Клоп Шапп. Здесь была трансформирована не только идея использования световых импульсов, но и введена систематизация подаваемых аппаратом сигналов. Теперь наборы знаков были унифицированы, а для их расшифровки был составлен словарь. Телеграфы нового типа быстро распространились не только на родине создателя во Франции, но и по всему континенту.

После этого был еще ряд доработок световых телеграфов, пока в 1960 году не появился лазер. Открытие принадлежит советским ученым, которые не только открыли новую форму светового луча, но и заложили базу для дальнейшего развития методик передачи данных светом.

Современные оптико-волоконные линии связи отличаются большей долговечностью, качеством, стойкостью к внешним воздействиям и разы превосходят медные кабельные сети передачи данных. Несмотря на более высокую стоимость, оптоволокно быстро и уже почти полностью заменило магистральные телекоммуникационные сети, обеспечив высокую скорость, чистоту и защиту сигнала от помех.

Материалы для оптоволокна

Как мы говорили выше, оптоволоконный кабель в сердечнике имеет кварцевый или полимерный стержень. Натуральный кварц обуславливает следующие характеристики кабельной продукции:

Высокую оптическую проницаемость, что позволяет транслировать волны разных диапазонов.

Малое затухание (потери сигнала), что является определяющим преимуществом для использования оптоволокна при построении магистралей большой протяженности.

Температурную стойкость – оптико-волоконные кабели могут эксплуатироваться при экстремально высоких температурах.

Большую гибкость – световоды на основе кварцевого оптоволокна могут иметь до 1000 микрометров в диаметре.

К минусам стоит отнести снижение пропускной способности в зонах с инфракрасным излучением: здесь сигнал затухает и использование дорогостоящих кабелей нецелесообразно.

Структура оптического кабеля

Вне зависимости от того, используется кварцевый или полимерный материал, структура кабеля одинакова. Ее образуют:

Сердечник. Отвечает за распространение светового луча вдоль длины кабеля. Диаметр напрямую влияет на доступную площадь «попадания» светового луча, а значит – возможность подачи излучения для качественной доставки сигнала. Коэффициент преломления в сердечнике равен 1,48.

Внутренняя оболочка . Отвечает за отражение светового луча и «корректировку» его траектории. Иными словами, не дает лучу покинуть пределы сердечника. Чем выше отражающая мощность оболочки, чем быстрее распространяется луч, передается сигнал и меньше его потери.

Внешняя обшивка. Это буфер от внешних воздействий.Защищает внутренние компоненты кабеля от факторов среды, включая химические и механические воздействия. Предельно допустимая толщина обшивки не превышает 250 микрон.

Виды кабельной продукции на основе волоконной оптики

Сегодня существует два вида оптоволокна – одномодовое и многомодовое . Они различаются характеристиками и диаметром сердечника.

Диаметр сердечника одномодового волокна не превышает 8 микрон. Именно этот тип используется для трансляций на дальние расстояния, так как межмодовая дисперсия здесь практически равна нулю. Дело в том, что в столь малом диаметре можете перемещаться только один луч, поэтому возможность возникновения помех отсутствует.

Многомодовое волокно в диаметре может составлять 62,5 микрона. Здесь большая площадь приема, что позволяет двигаться нескольким лучам одновременно. При этом ввод лучей, как правило, происходит под разными углами, что повышает рассеивание из-за отражения этих лучей от поверхности оболочки. Соответственно, скорость и качество сигнала снижаются, поэтому подобные линии используются для локальных сетей и передачи сигнала между близлежащими строениями.

Многомодовое волокно бывает:

Градиентным. Его особенность – разная плотность сердечника на разных его участках. Это позволяет управлять потоком, «разгоняя» луч на участках смены плотности, что увеличивает общую скорость передачи данных.

Ступенчатым . Волокно с одинаковой плотностью сердечника на всем протяжении кабеля. Вероятность межмодовой дисперсии здесь выше, а скорость передачи – ниже.

Область применения

Оптическое волокно применяется в любых сферах, где требуется построение телекоммуникационных сетей и проведение технических изысканий с использованием оптических датчиков. Медицина, наука, добывающая промышленность, ЖКХ, ваш компьютер – все в той или иной мере использует технологии волоконной оптики.

Открытие бизнеса