Диаметр оптического волокна. Многомодовые оптические волокна: характеристики, типы и применение

Что такое многомодовое оптическое волокно. Какие бывают типы многомодовых волокон. Каковы основные характеристики многомодовых волокон. Где применяются многомодовые оптические волокна. В чем преимущества и недостатки многомодовых волокон.

Структура и принцип работы многомодового оптического волокна

Многомодовое оптическое волокно — это тип оптического волокна, в котором может одновременно распространяться несколько пространственных мод оптического излучения. Оно состоит из:

• Сердцевины из кварцевого стекла диаметром 50 или 62,5 мкм
• Оболочки из кварцевого стекла диаметром 125 мкм
• Защитного полимерного покрытия

Главное отличие многомодового волокна от одномодового — больший диаметр сердцевины, что позволяет передавать одновременно несколько мод света.

Как работает многомодовое волокно?

В многомодовом волокне световой сигнал распространяется в виде множества мод — лучей, идущих под разными углами к оси волокна. Это происходит за счет многократного полного внутреннего отражения света на границе сердцевина-оболочка.

Существует два основных типа профиля показателя преломления в многомодовых волокнах:

• Ступенчатый — резкое изменение показателя преломления на границе сердцевина-оболочка
• Градиентный — плавное уменьшение показателя преломления от центра к краю сердцевины

Градиентный профиль позволяет уменьшить влияние межмодовой дисперсии и расширить полосу пропускания волокна.

Основные характеристики многомодовых оптических волокон

Ключевыми параметрами, определяющими свойства многомодовых волокон, являются:

Затухание

Затухание определяет потери оптической мощности сигнала при распространении по волокну. Для многомодовых волокон типичные значения затухания:

• На длине волны 850 нм: 2,5-3,5 дБ/км
• На длине волны 1300 нм: 0,5-1,5 дБ/км

Полоса пропускания

Полоса пропускания характеризует информационную емкость волокна. Для многомодовых волокон она составляет:

• 200-500 МГц·км для волокон категории OM1
• 500-1500 МГц·км для OM2
• 1500-3500 МГц·км для OM3
• 3500-4700 МГц·км для OM4

Числовая апертура

Числовая апертура определяет угол ввода излучения в волокно. Типичные значения:

• 0,20 для волокон 50/125 мкм
• 0,275 для волокон 62,5/125 мкм

Типы многомодовых оптических волокон

Многомодовые волокна классифицируются по нескольким параметрам:

По диаметру сердцевины/оболочки:

• 50/125 мкм
• 62,5/125 мкм
• 100/140 мкм (устаревший тип)

По категории (стандарт ISO/IEC 11801):

• OM1 — волокно 62,5/125 мкм
• OM2 — волокно 50/125 мкм
• OM3 — оптимизированное лазерное волокно 50/125 мкм
• OM4 — волокно с расширенной полосой 50/125 мкм
• OM5 — волокно, оптимизированное для работы в диапазоне 850-950 нм

По профилю показателя преломления:

• Ступенчатые
• Градиентные

Области применения многомодовых оптических волокон

Многомодовые волокна широко используются в различных сферах:

Локальные вычислительные сети (ЛВС)

Многомодовые волокна идеально подходят для построения локальных сетей предприятий, кампусов и дата-центров. Они обеспечивают высокую пропускную способность на расстояниях до нескольких километров.

Промышленные сети

В промышленной автоматизации многомодовые волокна применяются для передачи данных между контроллерами, датчиками и исполнительными устройствами.

Системы видеонаблюдения

Многомодовые волокна используются для передачи видеосигналов от камер к центрам мониторинга на объектах со средней протяженностью.

Бортовые системы

В авиации и автомобилестроении многомодовые волокна применяются в бортовых информационных системах из-за их устойчивости к электромагнитным помехам.

Преимущества и недостатки многомодовых оптических волокон

Многомодовые волокна имеют ряд достоинств и ограничений по сравнению с одномодовыми:

Преимущества:

• Более низкая стоимость активного оборудования
• Простота монтажа и подключения
• Меньшая чувствительность к изгибам
• Возможность использования светодиодных источников

Недостатки:

• Меньшая дальность передачи (до 2 км)
• Более низкая пропускная способность
• Большее затухание сигнала
• Сложность работы в системах со спектральным уплотнением

Тенденции развития многомодовых оптических волокон

Основные направления совершенствования многомодовых волокон включают:

• Увеличение полосы пропускания (до 100 Гбит/с и выше)
• Оптимизация для работы с VCSEL-лазерами
• Снижение потерь на макроизгибах
• Расширение рабочего диапазона длин волн (волокна OM5)
• Повышение radiation-hardness для специальных применений

Эти усовершенствования позволяют многомодовым волокнам оставаться востребованными в сетях средней дальности, несмотря на конкуренцию с одномодовыми решениями.

Сравнение характеристик многомодовых волокон разных категорий

Рассмотрим основные параметры многомодовых волокон категорий OM1-OM5:

Параметр	OM1	OM2	OM3	OM4	OM5
Диаметр сердцевины/оболочки, мкм	62,5/125	50/125	50/125	50/125	50/125
Полоса пропускания OFL на 850 нм, МГц·км	200	500	1500	3500	3500
Полоса пропускания EMB на 850 нм, МГц·км	—	—	2000	4700	4700
Затухание на 850 нм, дБ/км	3,5	3,0	3,0	3,0	3,0
Числовая апертура	0,275	0,200	0,200	0,200	0,200

Как видно из таблицы, более новые категории волокон обеспечивают существенно большую полосу пропускания при тех же значениях затухания.

Методы тестирования многомодовых оптических волокон

Для проверки качества многомодовых волокон и волоконно-оптических линий применяются следующие методы:

Измерение затухания

Затухание измеряется методом обрыва или методом вносимых потерь с помощью оптического тестера (источник-измеритель мощности). Это позволяет оценить потери сигнала на всей длине волокна.

Определение полосы пропускания

Полоса пропускания измеряется в лаборатории методом частотной характеристики или методом импульсного отклика. В полевых условиях косвенным показателем является измерение дифференциальной модовой задержки (DMD).

Рефлектометрия

Оптический рефлектометр (OTDR) позволяет определить распределение потерь по длине волокна, обнаружить дефекты и неоднородности.

Проверка геометрии волокна

С помощью специальных приборов контролируются диаметр сердцевины и оболочки, концентричность, некруглость и другие геометрические параметры волокна.

Регулярное тестирование позволяет своевременно выявлять проблемы и обеспечивать надежную работу волоконно-оптических систем на основе многомодовых волокон.

Характеристики оптического волокна

Самый древний и вместе с тем и самый распространённый способ передачи сигналов, почти до первой половины XIX века, был световой, или посредством огней и других световых сигналов, или же помощью особых приборов с подвижными частями, различные взаимные положения которых и должны составлять условные знаки. Была высказана мысль (Бушредер, в 1725 г.), что вавилонская башня могла служить для оптического телеграфирования. У китайцев для той же цели зажигаются яркие огни на башнях, расположенных вдоль всей Великой Китайской стены. Такой способ передачи известий, посредством огней, применялся и позднее у всех диких народов, в особенности в Африке.

Оптические кабели используют точно такой же принцип – передача информации на дальние расстояния с помощью света. С той лишь разницей, что при использовании современных систем передач скорость может достигать до 10 Гбит/с.

Оптические кабели в отличие от электрических не требуют дефицитных материалов и изготавливаются, как правило, из стекла и полимеров. Помимо экономии меди достоинствами оптических кабелей являются:

• Высокая пропускная способность
• Малое ослабление сигнала и независимость его от частоты
• Высокая защищенность от внешних электромагнитных помех
• Малые габаритные размеры и масса
• Надежная техника безопасности (отсутствие искрения и короткого замыкания)

В качестве источника излучения для ВОЛС используется лазер. Лазер – оптический квантовый генератор. Лазер обладает когерентным излучением, то есть согласованным во времени и пространстве движением фотонов, и имеет узконаправленный луч. В отличие от обыкновенного света, основанного на тепловой природе возникновения и излучающего очень широкий непрерывный спектр частот, лазерный луч имеет электромагнитную основу и представляет собой монохроматический (одноволновый) луч.

Передача света происходит в тонком световоде (тоньше человеческого волоса). Световод представляет из себя совокупность сердцевины и оболочки, вдоль границы которой распространяется световой сигнал. И сердцевина, и оболочка состоят из кварца с разным показателем преломления. Поверх сердцевины накладывается покрытие (буфер), которое служит в целях защиты и обеспечивает гибкость.

Волны по световоду в заданном направлении передаются за счет отражений их от границы раздела сердцевины и оболочки, имеющей разные показатели преломления. Граница раздела сред  характеризуется соотношением между длиной волны и поперечным диаметров сердцевины. Если длина волны меньше диаметра сердцевины передача сигнала будет осуществляться за счет многократного отражения от раздела сред с различными характеристика. Много непонятных слов? Сейчас поясним все по порядку.

Для того, чтобы понимать как луч света свободно проходит через световод и никуда не излучается, необходимо знать закон преломления из курса физики. При переходе света из одной среды в другую направление света может меняться.

Направление света меняется за счет того, что разные среды имеют разную плотность. Плотность среды влияет на скорость распространения света. Чем меньше плотность, тем больше скорость распространения света. В общем случае, данная зависимость выражается простой формулой.

где c – скорость света в вакууме, n – показатель преломления.

Таким образом, показатель преломления показывает во сколько раз скорость распространения света в данной среде меньше чем в вакууме.

Итак, мы выяснили, что в направления света в разных средах меняется. Но каким образом? Ответ на этот вопрос дает закон преломления (или закон Снеллиуса).

Падающий и преломленный лучи и перпендикуляр, проведенный к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред:

 

Световод волокна состоит из сердцевины и оболочки. Луч света распространяется по сердцевине, отражаясь от оболочки. Нам необходимо знать условие, при котором падающий луч будет полностью отражаться и, соответственно, не будет преломления. Отражения не будет, когда угол β равен 90 градусов. Синус 90 градусов равен единице.

Получим условие полного внутреннего отражения

Область определения арксинуса от -1 до 1. Так как изначально угол

То и область определения арксинуса будет от 0 до 1, иными словами

Очевидно, что данное условие будет выполняться только при

Иными словами, условие полного внутреннего отражения будет выполняться тогда, когда луч падает из более плотной среды n1 в среду менее плотную n2.

Плотность сердцевины должна быть больше плотности оболочки волокна. Сердцевина изготавливается из чистого материала (стекла или пластика) и имеет диаметр 9 мкм (для одномодового волокна), 50 или 62,5 мкм (для многомодового волокна). Оболочка имеет диаметр 125 мкм и состоит из материала с легирующими добавками, изменяющими показатель преломления. Например, если показатель преломления оболочки равен 1,474, то показатель преломления сердцевины — 1,479. Луч света, направленный в сердцевину, будет распространяться по ней, многократно отражаясь от оболочки.

Режим полного внутреннего отражения предопределяет условие подачи света на входной торец световода. Как видно из рисунка ниже световод пропускает лишь свет, заключенный в пределах телесного угла θmax, величина которого обусловлена углом полного внутреннего отражения. Этот телесный угол характеризуется апертурой. Апертура – это угол между оптической осью и одной из образующих светового конуса, попадающего в торец волоконного световода, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения.

Структурная схема волоконно-оптической линии связи

Сигнал от абонента поступает на ИКМ – импульсно-кодовый модулятор. ИКМ выполняет преобразование сигнала в цифровую форму. ПК – преобразователь кода, изменяет код от абонента на тот, который используется в оптических линиях. ЭОП – электронно-оптический преобразователь. Представляет из себя лазер, либо светодиод. Преобразует электрический сигнал в оптический. СУ – согласующее устройство, предназначено для согласования параметров линии передачи. После СУ оптический сигнал направляется в световод. На его пути стоит Р – регенератор, который выполняет восстановление сигнала по форме, мощности, амплитуде и фазе. На приме находится ЭОП – электро-оптический преобразователь. По сути это фотодиод. Он выполняет функцию преобразования оптического сигнала в электрический.

Типы оптических волокон

С точки зрения волновой теории энергия в оптическом волокне сосредотачивается в определенных областях сердцевины, которые получили название мода. Одной их характеристик оптического волокна является количество мод – участков распространения энергии.

Все оптические волокна делятся на две основные группы:

• Многомодовые волокна, в которых возникает несколько областей распространения энергии – мод. Каждая мода распространяется по своей траектории и в итоге они поступают на выход в разные моменты времени. Это приводит к искажению сигнала.
• Одномодовые волокна, в которых энергия распространяется по одному направлению.

Многомодовые волокна также отличаются профилем показатели преломления. Профиль показателя преломления представляет зависимость показателя преломления от центра оси волокна. По показателю преломления многомодовые волокна делятся на ступенчатые и градиентные.

У градиентного волокна показатель преломления зависит от радиуса. Для многомодового волокна градиентный показатель преломления имеет лучшие характеристики, чем ступенчатое. Это связано с тем, что межмодовая дисперсия значительно меньше, что приводит к большей пропускной способности. Одномодовое волокно имеет значительно меньший диаметр сердцевины по сравнению с многомодовым и, как следствие, из-за отсутствия межмодовой дисперсии, более высокую пропускную способность.

В ВОЛС наиболее широко используются следующие стандарты оптических волокон:

• Многомодовое градиентное волокно 50/125 (G.651)
• Многомодовое градиентное волокно 62.5/125 (G.651)
• Одномодовое ступенчатое волокно с несмещенной дисперсией 8-10/125 (G.652)
• Одномодовое волокно со смещенной дисперсией DSF 8-10/125 (G.653)

Источники и приемники излучения

Передающие оптоэлектронные модули (ПОМ) предназначены для преобразования электрических сигналов в оптические. Требования к источникам излучения, применяемым в ВОЛС:

• Излучение должно вестись на длине волны, соответствующей одному из окон прозрачности: 850, 1300, 1550 нм
• Необходимая частота модуляции для обеспечения требуемой длины волны
• Необходимая мощность для передачи на дальние расстояния

В настоящее время используется два основных источника излучения: светодиод (LED) и полупроводниковый лазерный диод (LD). Светоизлучающие диоды имеют широкий спектр излучения, в то время как лазерные диоды имеют значительно более узкий спектр.

Приемные оптоэлектронные модули (ПРОМ) выполняют обратное преобразование: оптический сигнал в электрический. Требования к приемникам излучения в ВОЛС высокая чувствительность и высокое быстродействие. В качестве ПРОМ используются p-i-n фотодиоды и лавинные фотодиоды.

Затухание в оптическом волокне

Оптическое волокно характеризуется двумя важными параметрами: затухание и дисперсией. Чем меньше затухание (потери) и чем меньше дисперсия, тем больше может быть расстояние между регенерационными участками.

Затухание – уменьшение мощности оптического сигнала. Измеряется в децибелах.

P1 – мощность на входе, Вт. P2 – мощность на выходе, Вт.

Затухание в оптическом волокне может зависит от разных причин. Рассмотрим классификацию потерь.

Кабельные потери обусловлены скруткой, деформацией и изгибами волокон, возникающими при наложении покрытий и защитных оболочек. Изгибы приводят к нарушению условия полного внутреннего отражения.

Собственные потери обусловлены неидеальными свойствами оптического волокна. Затухание рассеивания возникает за счет неоднородностей сердцевины волокна. Неоднородности проявляется в том, что волокно имеет участки с немного отличающимися показателями преломления. Свет попадания на такие неоднородности, рассеивается в разных направлениях. Затухание поглощения состоит как из собственных потерь в кварцевом стекле (ультрафиолетовое и инфракрасное поглощения), так и из потерь, связанных с поглощением света в примесях. Причиной поглощения в ультрафиолетовом диапазоне является резонанс электронных оболочек атомов кремния. Причиной поглощения в инфракрасном диапазоне является резонанс атомов кремния как системы. Поглощения света на примесях обуславливается резонансном гидрооксидных групп OH, в результате чего на длинах волн 1000 нм, 1998 нм возникает резкое увеличение затухание, которое проявляется в увеличении джоулева тепла.

Существует три окна прозрачности оптического волокна: 850 нм, 1310 нм, 1550 нм.

Неоднородность затухания света в оптическом волокне в разных диапазонах длин волн обусловлена неидеальностью среды, наличием примесей, резонирующих на разных частотах.

Затухание в разных окнах прозрачности неодинаково: наименьшая его величина — 0,22 дБ/км наблюдается на длине волны 1550 нм, поэтому третье окно прозрачности используется для организации связи на большие расстояния (DWDM, SDH). Во втором окне прозрачности (1310 нм) затухание выше— 0,36 дБ/км , однако для этой длины волны характерна нулевая дисперсия, поэтому второе окно используется на городских и зоновых сетях небольшой протяжённости (PON). Первое окно прозрачности (850 нм) используется в офисных оптических сетях; использование этого окна прозрачности незначительно. Затухание на 850 нм составляет 0,5 дБ/км.

 

Дисперсия в оптическом волокне

Дисперсия – рассеивание во времени модовых и частотных составляющих сигнала. Дисперсия приводит к уширению импульсов. При достаточно большом уширении импульсы начинают перекрываться так, что становится невозможным их выделение на приеме.

Дисперсия имеет размерность времени и определяется как квадратичная разность длительностей импульсов на входе и выходе кабеля длины L.

Дисперсия в общем случае характеризуется тремя основными факторами:

• Различием скоростей распространения направляемых мод (межмодовая дисперсия)
• Направляющими свойствами световодной структуры (волноводной дисперсией)
• Свойствами материала оптического волокна (материальной дисперсией)

Межмодовая дисперсия относится только к многомодовому волокну. Обусловлено разными путями распространения мод.

Хроматическая дисперсия связана с длиной волны. Хроматическая дисперсия обуславливается наличием в спектре передаваемого сигнала множества спектральных составляющих, каждая из которых соответствует определенной длине волны. Грубо говоря, каждая волна распространяется со своей скоростью, от чего возникает дисперсия.

Помогла ли вам статья? Да Нет Стоп Спасибо! Ваш голос учтен.

Характеристики и типы оптических волокон компании CORNING

ОПТИЧЕСКИЕ ВОЛОКНА КОМПАНИИ CORNING Inc.

Производитель

CORNING Inc.

Адрес торгового представительства в Москве (ООО ”Корнинг СНГ”):

127006 Россия г. Москва, Старопименовский пер.18

Тел.: (495) 777-24-00, факс: (495) 777-24-01

www.corning.com

 

Основные типы оптических волокон

Тип волокна	Описание
ClearCurve® VSDN® fiber	Волокно ClearCurve® VSDN® Специально создано для поддержки высокоскоростного соединения между компьютерами и другими электронными устройствами в бытовых приложениях. Волокно обладает  высокой  механической стойкостью в сочетании с низкими  потерями при  изгибах с радиусом до 1,5 мм, выдерживает “тест на пережатие кабеля”, при этом поддерживает соединения со скоростью 10 Гбит/с на расстояние не менее 50 метров.
ClearCurve® Multimode fiber	Многомодовые волокна ClearCurve® Обладают превосходными характеристиками на макроизгибах и обеспечивает большую полосу пропускания для современных корпоративных сетей. Отвечает всем требуемым стандартам и совместимо с уже проложенными волокнами. Специально создано для уменьшения потери сигнала на малых радиусах изгиба в кабельных системах.
ClearCurve® LBL fiber ClearCurve® ZBL fiber	Одномодовые волокна ClearCurve® Волокно с высокой стойкостью к изгибам позволяет использовать оптические волокна в сложных условиях. Специально созданы для уменьшения стоимости и времени монтажа, повышения надежности сетей FTTX. Полностью соответствуют требованиям ITU-T G.652.D и G.657.А2…В3.
SMF-28e+® LL fiber	Волокно SMF-28e+® LL Волокно категории ITU-T G.652.D, созданное с использованием  технологии Corning для достижения низких потерь. Позволяет увеличить расстояние передачи в системах дальней связи, городских сетях и сетях доступа. Обладает лидирующими параметрами затухания и поляризационной модовой дисперсии.
SMF-28® Ultra fiber	Волокно SMF-28® Ultra Обладает лучшими значениями затухания и высокой стойкостью к изгибам, предназначено для использования в сетях дальней связи, городских сетях, сетях доступа и сетях FTTH. Полностью удовлетворяет требованиям ITU-T G.652.D и ITU-T G.657.A1 и полностью совместимо со стандартными одномодовыми волокнами.
SMF-28® ULL fiber	Волокно SMF-28® ULL Волокно с наименьшим затуханием среди волокон для сухопутных сетей. Поставляется с затуханием менее 0,17 дБ/км на длине волны 1550 нм,  обладает низкой ПМД. Позволяет значительно увеличить дальность безрегенерационной передачи, по сравнению с остальными волокнами. Полностью совместимо с одномодовыми волокнами  ITU G.652.
LEAF® fiber	Волокно LEAF® Наиболее распространенное в мире волокно с ненулевой смещенной дисперсией. Комбинация большой эффективной площади, низкой дисперсии и низкого затухания позволяет улучшить характеристики сети, позволить переход на более высокие скорости передачи. Соответствует категории ITU G.655.
Vascade® fiber	Волокна Vascade® Семейство волокон Vascade для построения трансокеанских и более коротких подводных сетей связи. Позволяют достичь высоких скоростей и большой пропускной способности. Основанные на передовых технологиях  и опыте компании Corning, волокна Vascade отвечают специализированным требованиям для подводных систем.

 

Характеристики одномодовых оптических волокон

Характеристики	LEAF®	SMF-28e+®LL	SMF-28®ULL	SMF-28®Ultra
Затухание @1310нм		<0,32 дБ/км	<0,31 дБ/км	<0,32 дБ/км
Затухание @1383нм	<0,4 дБ/км	<0,32 дБ/км	–	<0,32 дБ/км
Затухание @1410нм	<0,32 дБ/км	–	–	–
Затухание @1450нм	<0,26 дБ/км	–	–	–
Затухание @1490нм		<0,21 дБ/км	–	<0,21 дБ/км
Затухание @1550нм	<0,19 дБ/км	<0,18 дБ/км	<0,17 дБ/км	<0,18 дБ/км
Затухание @1625нм	<0,21 дБ/км	<0,20 дБ/км	<0,20 дБ/км	<0,20 дБ/км
Диаметр модового пятна @1310нм		9,2±0,4 мкм	9,2±0,5 мкм	9,2±0,4 мкм
Диаметр модового пятна @1550нм	9,6±0,4 мкм	10,4±0,5 мкм	10,4±0,5 мкм	10,4±0,5 мкм
Дисперсия @1530нм	2,0-5,5 пс/(нм*км)	–	–	–
Дисперсия @1550нм		18 пс/(нм*км)	18 пс/(нм*км)	18 пс/(нм*км)
Дисперсия @1565нм	4,5-6,0 пс/(нм*км)	–	–	–
Дисперсия @1625нм	5,8-11,2 пс/(нм*км)	22 пс/(нм*км)	22 пс/(нм*км)	22 пс/(нм*км)
ПМД	0,04 (пс/√км)	0,04 (пс/√км)	0,04 (пс/√км)	0,04 (пс/√км)
Прирост затухания при изгибе @1625 нм радиус 30 мм, 100 витков	<0,05 дБ	<0,03 дБ	<0,05 дБ	–
Прирост затухания при изгибе @1550 нм радиус 25 мм, 100 витков		<0,03 дБ	<0,05 дБ	<0,01 дБ
Прирост затухания при изгибе @1550 нм радиус 16 мм, 1 виток	<0,50 дБ	<0,03 дБ	<0,1 дБ	–
Прирост затухания при изгибе @1550 нм радиус 10 мм, 1 виток		–	–	<0,50 дБ
Прирост затухания при изгибе @1625 нм радиус 10 мм, 1 виток		–	–	<1,5 дБ
Сила снятия покрытия	2,7 Н
Рабочий диапазон температур	-60 до +85 °С
Зависимость от температуры @1310/1550/1625 нм от -60 до +85 °С	<0,05 дБ/км	<0,05 дБ/км	<0,05 дБ/км	<0,05 дБ/км

 

 

Характеристики	ClearCurve®
	LBL	ZBL
Затухание @1310нм	0,33-0,35 дБ/км
Затухание @1383нм	0,31-0,35 дБ/км
Затухание @1490нм	0,21-0,24 дБ/км
Затухание @1550нм	0,19-0,20 дБ/км
Затухание @1625нм	0,20-0,23 дБ/км
Диаметр модового пятна @1310нм	8,6±0,4 мкм
Диаметр модового пятна @1550нм	9,6±0,5 мкм
Дисперсия @1550нм	18 пс/(нм*км)
Дисперсия @1625нм	23 пс/(нм*км)
ПМД	0,06 (пс/√км)
Прирост затухания при изгибе @1550 нм радиус 7,5 мм, 1 виток	<0,4 дБ	–
Прирост затухания при изгибе @1625 нм радиус 7,5 мм, 1 виток	<0,8 дБ	–
Прирост затухания при изгибе @1550 нм радиус 5 мм, 1 виток	–	<0,10 дБ
Прирост затухания при изгибе @1625 нм радиус 5 мм, 1 виток	–	<0,30 дБ
Сила снятия покрытия	2,7 Н
Рабочий диапазон температур	-60 до +85 °С
Зависимость от температуры @1310/1550/1625 нм от -60 до +85 °С	<0,05 дБ/км

 

Характеристики одномодовых оптических волокон Vascade®

Характеристики	Типовые значения на 1550 нм
	EX3000	EX2000	EX1000	LEAF® EP	L1000	S1000
Описание	Сверх низкие потери и очень большая эффективная площадь, большая положи-тельная дисперсия	Сверх низкие потери и большая эффективная площадь, большая положи-тельная дисперсия	Сверх низкие потери и  большая положи-тельная дисперсия	Отрицательная дисперсия, ненулевая смещенная дисперсия с положительным наклоном и большая эффективная площадь	Большая положительная дисперсия и большая эффективная площадь	Большая отрица-тельная дисперсия с отрица-тельным наклоном
Затухание (дБ/км)	0,158	0,160	0,167	0,198	0,182	0,231
Дисперсия (пс/нм*км)	+20,8	+20,2	+18,5	-4,0	+18,5	-38,0
Наклон дисперсии (пс/нм2*км)	+0,06	+0,06	+0,06	+0,12	+0,06	-0,12
Эффективная площадь (мкм2)	150	112	76	65	100	27
ПМДq (пс/√км)	<0,05	<0,05	<0,05	<0,05	<0,05	<0,05

 

Характеристики многомодовых оптических волокон

Характеристики	InfiniCor® 300	ClearCurve
		ОМ4	ОМ3	ОМ2
Диаметр сердцевины	62,5±2,5 мкм	50±2,5 мкм
Диаметр оболочки	125±2 мкм	125±1 мкм
Диаметр покрытия	242±5 мкм
Затухание @850нм	<2,9 дБ/км	<2,3 дБ/км
Затухание @1300нм	<0,6 дБ/км	<0,6 дБ/км
Полоса пропускания @ 850нм СИД ЛД	200 МГц*км 220 МГц*км	3500 МГц*км 4700 МГц*км	1500 МГц*км 2000 МГц*км	700 МГц*км 950 МГц*км
Полоса пропускания @1300нм СИД	500 МГц*км	500 МГц*км	500 МГц*км	500 МГц*км
Растояние передачи 1Гбит/c	300 м (550 м)	>1100 м	1000 м	750 м (850 м)
Растояние передачи 10Гбит/c	–	550 м (600 м)	300м (400 м)	150 м (200 м)
Растояние передачи 40/100Гбит/c	–	170 м	140 м (160 м)	–
Неконцентричность оболочки и покрытия	<12 мкм
Некруглость сердцевины	<5 %
Некруглость оболочки	<1,0 %
Неконцентричность сердцевины и оболочки	< 1,5 мкм
Перемотка с натяжением	0,7 ГПа
Числовая аппертура	0,275±0,015	0,200±0,015
Длина волны нулевой дисперсии	1332…1354 нм	1295… 1315 нм
Наклон кривой дисперсии в нулевой точке	<0,097 пс/(нм2*км)	<0,101 пс/(нм2*км)
Прирост затухания при изгибе @850 нм радиус 37,5 мм, 100 витков	<0,5 дБ	<0,05 дБ
Прирост затухания при изгибе @1300 нм радиус 37,5 мм, 100 витков	<0,5 дБ	<0,15 дБ
Прирост затухания при изгибе @850 нм радиус 15 мм, 2 витка	–	<0,1 дБ
Прирост затухания при изгибе @1300 нм радиус 15 мм, 12 витка	–	<0,3 дБ
Прирост затухания при изгибе @850 нм радиус 7,5 мм, 2 витка	–	<0,2 дБ
Прирост затухания при изгибе @1300 нм радиус 7,5 мм, 2 витка	–	<0,5 дБ
Сила снятия покрытия	2,7 Н
Рабочий диапазон температур	-60 до +85 °С
Зависимость от температуры @850/1300 нм от -60 до +85 °С	<0,1 дБ/км
Параметр динамической  усталости (Nd)	20
Действующее значение группового показателя преломления (Nэфф)	1,496 на 850 нм 1,491 на 1300 нм	1,480 на 850 нм 1,479 на 1300 нм

Многомодовое кварцевое оптическое волокно (MM)

Оптические волокна, у которых и сердцевина, и оболочка изготовлены из кварцевого стекла, являются самым распространенным типом оптических волокон. Кварцевые оптические волокна способны передавать информационный сигнал в виде световой волны на значительные расстояния, благодаря чему уже несколько десятилетий широко применяются в телекоммуникациях.

Как известно, все кварцевые волокна делятся на одномодовые (SM – single-mode) и многомодовые (MM – multimode), в зависимости от количества распространяемых мод оптического излучения. Одномодовые волокна используются для высокоскоростной передачи данных на большие расстояния, а многомодовые хорошо подходят для менее протяженных линий. В этой статье речь пойдет о многомодовом волокне, его особенностях, разновидностях и областях применения. Одномодовому волокну посвящена отдельная статья. Базовые вопросы волоконно-оптической связи (понятие оптоволокна, его основные характеристики, понятие моды…) обсуждаются в статье «Оптическое волокно».

Стоит отметить, что многомодовыми бывают не только кварцевые волокна, но и волокна, изготавливаемые из других материалов, например, пластиковое оптическое волокно (POF) и кварцевое волокно с полимерной оболочкой (HCS). В этой статье будет говориться только о кварцевых многомодовых волокнах.

 

Структура кварцевого многомодового волокна

В оптическом волноводе может одновременно распространяться несколько пространственных мод оптического излучения. Количество распространяющихся мод зависит, в частности, от геометрических размеров оптоволокна. Волокно, в котором распространяется больше одной моды оптического излучения, называется многомодовым. В телекоммуникациях в основном применяются кварцевые многомодовые волокна с диаметром сердцевины и оболочки 50/125 и 62,5/125 мкм (также встречается устаревшее волокно 100/140 мкм).

Многомодовое кварцевое волокно имеет и сердцевину, и оболочку из кварцевого стекла. В процессе производства путем легирования исходного материала определенными примесями достигается нужный профиль показателя преломления. Если стандартное одномодовое волокно имеет ступенчатый профиль показателя преломления (показатель преломления одинаков во всех точках поперечного сечения сердцевины), то в случае многомодового волокна чаще всего формируется градиентный профиль (показатель преломления плавно уменьшается от центральной оси сердцевины к оболочке). Это делается, для того чтобы снизить влияние межмодовой дисперсии. При градиентном профиле моды высшего порядка, которые попадают в волокно под бо́льшим углом и распространяются по более длинным траекториям, имеют и бо́льшую скорость, чем те, которые распространяются вблизи сердцевины (рис. 1). Встречаются также многомодовые волокна с другим профилем показателя преломления.

Рис. 1. Градиентное многомодовое волокно

 

Кварцевое волокно имеет спектральную характеристику затухания с тремя окнами прозрачности (наименьшего затухания) – около длин волн 850, 1300 и 1550 нм. Для работы с многомодовым волокном в основном используются длины волн 850 и 1300 (1310) нм. Типичные значения затухания на этих длинах волн – 3,5 и 1,5 дБ/км соответственно.

Для защиты волокна на оптическую оболочку наносится первичное покрытие из полимерного материала (чаще всего акрила), которое окрашивается в один из двенадцати стандартных цветов. Диаметр оптоволокна с покрытием обычно составляет около 250 мкм. Волоконно-оптический кабель состоит из одного или нескольких волокон с первичным покрытием, а также различных упрочняющих и защитных элементов. В простейшем случае многомодовый оптический кабель представляет собой оптическое волокно, окруженное кевларовыми нитями и помещенное во внешнюю защитную оболочку оранжевого цвета (рис. 2).

Рис. 2. Симплексный многомодовый кабель

 

Сравнение с одномодовым волокном

Из-за влияния межмодовой дисперсии (рис. 3) многомодовое волокно имеет ограничения в скорости и дальности распространения информации по сравнению с одномодовым. Влияние хроматической и поляризационной модовой дисперсии значительно меньше. Длину многомодовых линий связи ограничивает также большое по сравнению с одномодовым волокном затухание.

Рис. 3. Уширение импульса в многомодовом волокне в результате межмодовой дисперсии

 

В то же время благодаря большому диаметру снижаются требования к расходимости излучения источника сигнала, а также к юстировке активных (передатчики, приемники…) и пассивных (коннекторы, адаптеры…) компонентов. Поэтому оборудование для многомодового волокна дешевле, чем для одномодового (хотя само многомодовое волокно несколько дороже).

 

История и классификация

Как уже упоминалось ранее, наибольшее распространение получили многомодовые волокна 50/125 и 62,5/125 мкм. Первые коммерческие многомодовые волокна, производство которых началось в 1970-х годах, имели диаметр сердцевины 50 мкм и ступенчатый профиль показателя преломления. В качестве источников оптического излучения использовались светодиоды (LED). Увеличение передаваемого трафика привело к появлению волокон с сердцевиной 62,5 мкм. Бо́льший диаметр позволял более эффективно использовать излучение светодиода, которое отличается большой расходимостью. Однако при этом увеличивалось число распространяемых мод, что, как известно, отрицательно сказывается на характеристиках передачи. Поэтому, когда вместо светодиодов стали использоваться узконаправленные лазеры, популярность снова стало обретать волокно 50/125 мкм. Дальнейшему росту скорости и дальности передачи информации способствовало появление волокон с градиентным профилем показателя преломления.

Волокна, используемые со светодиодами, имели различные дефекты и неоднородности возле оси сердцевины, то есть в той области, где сосредоточена бо́льшая часть излучения лазера (рис. 4). Поэтому возникла необходимость в совершенствовании технологии производства, что привело к появлению волокон, которые стали называть «оптимизированными для работы с лазерами» (laser-optimized fiber).

Рис. 4. Различие в распространении излучения LED и лазера в оптическом волокне

 

Так появилась классификация многомодовых кварцевых волокон, которая затем была подробно описана в различных стандартах. Стандарт ISO/IEC 11801 выделяет 4 категории многомодовых волокон, названия которых прочно вошли в обиход. Они обозначаются латинскими буквами OM (Optical Multimode) и цифрой, обозначающей класс волокна:

• OM1 – стандартное многомодовое волокно 62,5/125 мкм;
• OM2 – стандартное многомодовое волокно 50/125 мкм;
• OM3 – многомодовое волокно 50/125 мкм, оптимизированное для работы с лазером;
• OM4 – многомодовое волокно 50/125 мкм, оптимизированное для работы с лазером, с улучшенными характеристиками.

Для каждого класса в стандарте указаны значения затухания и ширины полосы пропускания (параметр, определяющий скорость передачи сигнала). Данные представлены в таблице 1. Обозначения OFL (overfilled launch) и EMB (effective modal bandwidth) указывают на разные методы определения ширины полосы пропускания при использовании светодиодов и лазеров соответственно.

Таблица 1. Параметры многомодовых оптических волокон разных классов.

Класс волокна	Затухание, дБ/км		Минимальная ширина полосы пропускания (OFL), МГц*км		Минимальная ширина полосы пропускания (EMB), МГц*км
	850 нм	1300 нм	850 нм	1300 нм	850 нм
OM1	3,5	1,5	200	500	—
OM2			500	500	—
OM3			1500	500	2000
OM4			3500	500	4700

 

Сегодня производители волокон также выпускают волокна классов OM1 и OM2, оптимизированные для работы с лазером. К примеру, волокна компании Corning – ClearCurve OM2 и InfiniCor 300 (OM1) – подходят для использования с лазерными источниками излучения.

Другие отраслевые стандарты (IEC 60793-2-10, TIA-492AA, ITU G651.1) проводят похожую классификацию многомодовых кварцевых волокон.

Помимо этих основных классов, выпускается большое разнообразие других разновидностей многомодовых волокон, отличающихся теми или иными параметрами. Среди них отдельно стоит выделить многомодовые волокна с малыми потерями на изгибах для прокладывания в ограниченном пространстве и волокна с уменьшенным радиусом защитного покрытия (200 мкм) для более компактного размещения в многоволоконных кабелях.

 

Применение кварцевого многомодового волокна

Одномодовое волокно, бесспорно, превосходит многомодовое по своим оптическим характеристикам. Однако поскольку системы связи на основе одномодового волокна обходятся дороже, во многих случаях, прежде всего в непротяженных линиях, целесообразно применять многомодовое волокно.

Область применения многомодового волокна во многом определяется типом используемого излучателя и рабочей длиной волны. Для передачи по многомодовому волокну чаще всего используются излучатели трех типов:

• Светодиоды (850/1300 нм). Из-за большой расходимости излучения и ширины спектра светодиоды могут использоваться для передачи на короткие дистанции и на маленькой скорости. При этом линии на основе светодиодов отличаются невысокой стоимостью по причине низкой цены самих светодиодов и возможности использовании более дешевых волокон OM1 и OM2.
• Лазеры с резонатором Фабри-Перо (1310 нм, реже 1550 нм). Поскольку лазеры FP (Fabry-Perot) имеют достаточно большую ширину спектра (2 нм), они используются в основном с многомодовым волокном.
• Лазеры VCSEL (850 нм). Особая конструкция вертикально-излучающих лазеров (VCSEL – vertical-cavity surface-emitting laser) способствует удешевлению процесса их производства. Излучение VCSEL характеризуется малой расходимостью и симметричной диаграммой направленности, однако его мощность ниже, чем мощность излучения FP лазера. Поэтому VCSEL хорошо подходят для коротких высокоскоростных линий, а также для систем параллельной передачи данных.

В таблице 2 представлены значения дальности передачи информации по многомодовому волокну четырех основных классов в различных распространенных сетях (данные взяты с сайта The Fiber Optic Association). Эти приблизительные значения помогают оценить возможность применения многомодового кварцевого волокна на практике.

Таблица 2. Дальность передачи сигнала по многомодовым волокнам разных классов (в метрах).

Сеть	Скорость передачи	Стандарт	OM1		OM2		OM3		OM4
			850 нм	1300 нм	850 нм	1300 нм	850 нм	1300 нм	850 нм	1300 нм
Fast Ethernet	100 Мбит/с	100BASE-SX	300	—	300	—	300	—	300	—
		100BASE-FX	2000	—	2000	—	2000	—	2000	—
Gigabit Ethernet	1 Гбит/с	1000BASE-SX	275	—	550	—	800	—	880	—
		1000BASE-LX	—	550	—	550	—	550	—	550
10 Gigabit Ethernet	10 Гбит/с	10GBASE-S	33	—	82	—	300	—	450	—
		10GBASE-LX4	—	300	—	300	—	300	—	300
		10GBASE-LRM	—	220	—	220	—	220	—	220
40 Gigabit Ethernet	40 Гбит/с	40GBASE-SR4	—	—	—	—	100	—	125	—
100 Gigabit Ethernet	100 Гбит/с	100GBASE-SR10	—	—	—	—	100	—	125	—
1G Fibre Channel	1,0625 Гбит/с	100-MX-SN-I	300	—	500	—	860	—	860	—
2G Fibre Channel	2,125 Гбит/с	200-MX-SN-I	150	—	300	—	500	—	500	—
4G Fibre Channel	4,25 Гбит/с	400-MX-SN-I	70	—	150	—	380	—	400	—
10G Fibre Channel	10,512 Гбит/с	1200-MX-SN-I	33	—	82	—	300	—	300	—
16G Fibre Channel	14,025 Гбит/с	1600-MX-SN	—	—	35	—	100	—	125	—
FDDI	100 Мбит/с	ANSI X3.166	—	2000	—	2000	—	2000	—	2000

 

________________________________________________________________

Другие статьи об оптическом волокне и его разновидностях:

Типы волоконно-оптических кабелей

Характеристики и типы оптического волокна

G.652 — Стандартное одномодовое волокно

Является наиболее широко используемым одномодовым оптическим волокном в телекоммуникациях.

Одномодовое ступенчатое волокно с несмещенной дисперсией служит основополагающим компонентом оптической телекоммуникационной системы и классифицируется стандартом G.652. Наиболее распространенный вид волокна, оптимизированный для передачи сигнала на длине волны 1310 нм. Верхний предел длины волны L-диапазона составляет 1625 нм. Требования на макроизгиб — радиус оправки 30 мм.

Стандарт разделяет волокна на четыре подкатегории A, B, C, D.

Волокно G.652. А отвечает требованиям, необходимым для передачи информационных потоков уровня STM 16, — 10 Гбит/с (Ethernet) до 40 км, в соответствии с Рекомендациями G.691 и G.957, а также уровня STM 256, согласно G.691.

Волокно G.652.B соответствует требованиям, необходимым для передачи информационных потоков уровня до STM 64 в соответствии с Рекомендациями G.691 и G.692, и уровня STM 256, согласно G.691 и G.959.1.

Волокна G.652.C и G.652.D позволяют осуществлять передачу в расширенном диапазоне длин волн 1360-1530 нм и обладают пониженным затуханием на «пике воды» («пик воды» разделяет окна прозрачности в полосе пропускания одномодовых световодов в диапазонах 1300 нм и 1550 нм). В остальном аналогичны G.652.A и G.652.B.

G.652.A/B — эквивалент OS1 (классификация ISO/IEC 11801), G.652.C/D – эквивалент OS2.

Использование волокна — G.652 при более высоких скоростях передачи на расстояния более 40 км приводит к несоответствию эксплуатационных качеств со стандартами для одномодового волокна, требует усложнения оконечной аппаратуры.

G.655 — Одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией(NZDSF)

Одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF оптимизировано для передачи не одной длины волны, а сразу нескольких длин волн (мультиплексного волнового сигнала WDM и высокоплотного волнового сигнала DWDM). Волокно защищено двойным акрилатным покрытием СРС, обеспечивающим высокую надежность и работоспособность. Наружный диаметр покрытия равен 245 мкм.

Волокно с ненулевой смещенной дисперсией (NZDSF) предназначено для применения в магистральных волоконно-оптических линиях и глобальных сетях связи, использующих DWDM-технологии. В этом волокне поддерживается ограниченный коэффициент хроматической дисперсии во всем оптическом диапазоне, используемом в волновом мультиплексировании (WDM). Волокна NZDSF оптимизированы для использования в диапазоне волн от 1530 нм до 1565 нм.

Рекомендации разделяют волокна на три подкатегории — А, В, С, которые различаются по значениям коэффициента поляризационной модовой дисперсии, хроматической дисперсии и рабочему диапазону.

Оптические волокна категории G.655.А обладают параметрами, обеспечивающими их применение в одноканальных и многоканальных системах с оптическими усилителями (Рекомендации G.691, G.692, G.693) и в оптических транспортных сетях (Рекомендация G.959.1). Рабочие длины волн и дисперсия в волокне данной подкатегории ограничивают мощность входного сигнала и их применение в многоканальных системах.

Оптические волокна категории G.655.B аналогичны G.655.А. Но в зависимости от рабочей длины волны и дисперсионных характеристик мощность входного сигнала может быть выше, чем для G.655.А. Требования в части поляризационной модовой дисперсии обеспечивают функционирование систем уровня STM-64 на расстоянии до 400 км.

Категория волокон G.655.C подобна G.655.B, однако более строгие требования в части поляризационной модовой дисперсии позволяют использовать на данных оптических волокнах системы уровня STM-256 (Рекомендация G.959.1) или же увеличивать дальность передачи систем STM-64.

G.657 — Одномодовое волокно с уменьшенными потерями на изгибах с малыми радиусами

Оптическое волокно повышенной гибкости версии G.657 находит широкое применение в оптических кабелях для прокладки в сетях многоэтажных домов, офисов и т.д. Волокно G.657.A по своим оптическим характеристикам полностью идентично стандартному волокну G.652.D и в то же время имеет вдвое меньший допустимый радиус при укладке – 15 мм. Волокно G.657.В применяется на ограниченных расстояниях и обладает особо малыми потерями на изгибах.

Одномодовые оптические волокна характеризуются малым уровнем потерь на изгибах, предназначены в первую очередь для сетей FTTH многоквартирных зданий, а их преимущества особенно очевидны на ограниченном пространстве. Работать с волокном стандарта G.657, можно практически как с медножильным кабелем.

Две подкатегории: A и B, которые различаются диаметром сердцевины и работоспособностью при изгибах.

Для волокон типа G.657.A он составляет от 8,6 до 9,5 мкм, а для волокон типа G.657.B — от 6,3 до 9,5 мкм.

Нормы потерь на макроизгибах существенно ужесточены, поскольку этот параметр для G.657 является определяющим:

• Десять витков волокна подкатегории G.657.A, намотанного на оправку радиусом 15 мм, не должны увеличивать затухание более чем на 0,25 дБ при длине волны 1550 нм. Один виток того же волокна, намотанного на оправку диаметром 10 мм, при условии, что остальные параметры не изменены, не должен увеличивать затухание более чем на 0,75 дБ.

• Десять витков подкатегории G.657.B на оправке диаметром 15 мм, не должны увеличивать затухание более чем на 0,03 дБ при длине волны 1550 нм. Один виток на оправке диаметром 10 мм — более чем на 0,1 дБ, один виток на оправке диаметром 7,5 мм — более чем на 0,5 дБ.

Рекомендация: ITU G.657.А определяет приоритет совместимости со стандартными волокнами по отношению к функциональности (с ITU-T G.652D).

Рекомендация: ITU-T G.657.В делает упор на нечувствительность к изгибам, а не на соответствие требованиям стандартов G.652.

Международной организацией по стандартизации (ISO) и Международной электротехнической комиссией (IEC) был опубликован стандарт ISO/IEC 11801 – «Информационные технологии — структурированные кабельные системы для помещений заказчика»

Стандарт задает структуру и требования к реализации универсальной кабельной сети, а также требования к производительности отдельных кабельных линий.

В стандарте для линий Gigabit Ethernet оптические каналы различаются по классам (аналогично категориям медных линий). OF300, OF500 и OF2000 поддерживают приложения оптического класса на расстояниях до 300, 500 и 2000 м.

Класс канала	Затухание ММ-канала (дБ/Км)		Затухание SM-канала (дБ/Км)
	850 нм	1300 нм	1310 нм	1.550 нм
OF300	2.55	1.95	1.80	1.80
OF500	3.25	2.25	2.00	2.00
OF2000	8.50	4.50	3.50	3.50

Кроме классов каналов, во втором издании этого стандарта определены три класса ММ-волокна — OM1, OM2 и OM3 — и один класс SM-волокна — OS1. Эти классы дифференцируются по затуханию и коэффициенту широкополосности.

Класс волокна	Диаметр сердцевины, мкм	Коэффициент широкополосности при насыщающем возбуждении, МГц х км		Коэффициент широкополосности при лазерном возбуждении, МГц х км
		850 нм	1.300 нм	850 нм
OM 1	50 или 62.5	200	500	N/A.
OM 2	50	500	500	N/A.
OM 3	50	1.500	500	2.000

Рекомендации по выбору типа волокна

Все линии короче 275 м могут работать по протоколу 1000Base-Sx. Длину до 550 м, можно обеспечить, используя протокол 1000Base-Lx совместно со смещенным вводом светового луча (Mode Conditioning).

Класс канала	Fast Ethernet	GigaBit Ethernet		10 GigaBit Ethernet
	100 Base T	1000 Base SX	1000 Base LX	10GBase-SR/SW
OF300	OM1	OM2	OM1* , OM2*	OM3
OF500	OM1	OM2	OM1 *, OM2 *	OS1 (OS2)
OF2000	OM1	—	OM2 Plus, ОМЗ	OS1 (OS2)

*) Mode Conditioning

Многомодовое волокно класса OM4 характеризуется минимальным коэффициентом широкополосности 4700 МГц x км при длине волны 850 нм (по сравнению с 2000 МГц х км волокна типа OM3) и является результатом оптимизации характеристик волокна ОМ3, обеспечивающих возможность достижения скорости передачи данных 10 Гб/с на расстоянии 550 метров. Новый сетевой стандарт IEEE 802.3ab 40 и 100 Гигабит Ethernet отметил, что новый тип многомодового волокна ОМ4 позволяет передать 40 и 100 Гигабит Ethernet на расстоянии до 150 метров. Волокна класса OM4 планируется использовать в будущем с оборудованием 40Gbps и наиболее широко при оборудовании ЦОД.

OM 1 и OM2 – Стандартные многомодовые волокна с сердцевиной 62,5 и 50 микрон соответсвенно.

Кабели, патчкорды и пигтейлы с многомодовыми волокнами типов ОМ1 62,5/125мкм и ОМ2 50/125мкм уже давно применяются в СКС для обеспечения передачи данных с высокой скоростью и на относительно большие расстояния, которые требуется в магистралях. Наиболее важными функциональными параметрами ММ-волокна является затухание (attenuation) и коэффициент широкополосности (bandwidth). Оба параметра определяются для длин волн 850 нм и 1300 нм, на которых работает большая часть активного сетевого оборудования.

Является специально разработанным многомодовым оптическим волокном применяемое для сетей Gigabit и 10 Gigabit Ethernet, существует только с размером сердцевины 50 микрон.

OM4 – Оптическое многомодовое волокно с сердцевиной 50 микрон «лазер-оптимизированное» нового поколения.

Многомодовое волокно типа ОМ4 – в настоящее время полностью соответствует современным стандартам волокон, предусмотренных для центров обработки данных и групп серверов следующего поколения. Оптическое волокно ОМ4 может быть использовано для более протяжённых линий в сетях передачи данных нового поколения с высочайшей производительностью передачи данных. Это волокно представляет собой результат дальнейшей оптимизации характеристик волокна ОМ3, позволяющего придать волокну характеристики, обеспечивающие возможность достижения скорости передачи данных 10 Гб/с на расстоянии 550 метров. Волокна типа OM4 характеризуются повышенной эффективной минимальной модальной полосой пропускания 4700 МГц км при длине волны 850 нм (по сравнению с 2000 МГц км волокна типа OM3).

Одномодовое кварцевое оптическое волокно (SM)

Волокна из кварцевого стекла, получившие наибольшее распространение в системах телекоммуникаций, разделяют на две основных категории – одномодовое (SM – single-mode) и многомодовое (MM – multimode). Оба типа имеют свои преимущества и недостатки, которые необходимо учитывать при проектировании линии связи. Многомодовому оптическому волокну посвящена отдельная статья. Базовые вопросы волоконно-оптической связи (понятие оптоволокна, его основные характеристики, понятие моды…) обсуждаются в статье «Оптическое волокно».

 

Структура одномодового волокна и особенности передачи оптического излучения

Одномодовое волокно, как следует из названия, способно распространять на рабочей длине волны только одну основную (фундаментальную) моду оптического излучения. Одномодовый режим достигается за счет очень маленького диаметра сердцевины (обычно 7-10 мкм). Основная мода распространяется вблизи центральной оси волокна, при этом часть оптической мощности распространяется в оболочке, что повышает требования к оптическим свойствам оболочки. Чтобы учесть эту особенность, для описания одномодового оптического волокна помимо диаметра сердцевины используется еще и такой параметр, как диаметр модового пятна, который определяется как диаметр окружности, на которой мощность излучения уменьшается в е раз. Иными словами, в пределах этой окружности распространяется бо́льшая часть оптического излучения. (рис. 1). Очевидно, что диаметр модового пятна чуть больше диаметра сердцевины.

Рис. 1. Понятие модового пятна

 

Применительно к одномодовому оптическому волокну также вводится параметр длины волны отсечки. Если длина волны излучения меньше длины волны отсечки, в волокне начинают распространяться несколько мод, то есть оно становится многомодовым. Это важно учитывать при выборе рабочей длины волны. В стандартном одномодовом волокне длина волны отсечки имеет величину 1260 нм. Типичные рабочие длины волн для одномодового кварцевого волокна – 1310 и 1550 нм (второе и третье окна прозрачности, затухание меньше 0,4 дБ/км, см. рис. 2).

Рис. 2. Затухание в одномодовом кварцевом волокне

 

Набольшее распространение в телекоммуникациях получило кварцевое одномодовое волокно с соотношением диаметров сердцевины и оболочки 9/125 мкм. Как и в случае многомодового волокна, на одномодовое волокно наносится первичное защитное покрытие диаметром примерно 250 мкм (бывают другие размеры).

 

Отличия от многомодового волокна

В одномодовом волокне отсутствует межмодовая дисперсия, то есть уширение сигнала во времени из-за разницы в скорости распространения мод. Поэтому одномодовое волокно характеризуется очень большой величиной ширины полосы пропускания (десятки и даже сотни ТГц*км). Стандартное одномодовое волокно имеет ступенчатый профиль показателя преломления.

Величина затухания в одномодовом оптоволокне в несколько раз меньше, чем в многомодовом и примерно в 1000 раз меньше, чем затухание в кабеле на витой паре Cat6 (данные для частоты 500 МГц).

Таким образом, одномодовое волокно позволяет передавать информацию на очень большие расстояния (до 300 км) на высокой скорости без ретрансляции (восстановления) сигнала, причем характеристики передачи определяются главным образом свойствами активного оборудования.

С другой стороны, одномодовое волокно требует большой точности при вводе излучения и при стыковке оптических волокон друг с другом, что повышает стоимость используемых волоконно-оптических компонентов (активное оборудование, соединительные изделия) и усложняет процесс монтажа и обслуживания линий.

 

История и классификация

Первые одномодовые волокна появились в начале 1980-х годов и, благодаря своим отличным характеристикам передачи, стали активно использоваться в протяженных линиях связи. В то же время для передачи на короткие расстояния, например, в локальных сетях, продолжалось использование многомодового волокна. Со временем, в связи с уменьшением стоимости как самого волокна, так и компонентов для него, одномодовое волокно стало завоевывать все большую популярность и в непротяженных сетях. Таким образом, сегодня кварцевое одномодовое волокно является самым распространенным типом оптического волокна для передачи информации.

Для многомодовых волокон традиционным стало деление на 4 класса (OM1, OM2, OM3, OM4), в соответствии со стандартом ISO/IEC 11801. Для одномодового волокна существует похожее деление, однако оно далеко не так однозначно.

Международный стандарт ISO/IEC 11801 и европейский стандарт EN 50173, выпущенные в 1995 году, описывали только один тип одномодового волокна, получивший обозначение OS1 (Optical Single-Mode). Величина затухания, указанная для него, составляла 1 дБ/км на длинах волн 1310 и 1550 нм. По мере увеличения скорости и дальности передачи информации, стало ясно, что оптоволокно с таким затуханием уже не отвечает необходимым требованиям. Поэтому появилась новая категория одномодового волокна, названная OS2, в котором затухание было менее 0,4 дБ/км, причем это оптическое волокно имело низкий водный пик (увеличение затухания на длине волны 1383 нм, см. рис. 2). Параметры затухания указывались для волокна, заключенного в кабель. Традиционно считалось, что OS1 следует применять в кабелях с плотным буфером (tight buffer) для внутренней прокладки, а OS2 – в кабелях со свободным буфером (loose tube) для наружной прокладки.

В дальнейшем стандарты ISO/IEC и EN несколько раз переиздавались, и в них появлялись отличия в описании волокон OS1 и OS2. Это стало причиной путаницы в этих понятиях. Однако стоит отметить, что сегодня одномодовое волокно с затуханием 1 дБ/км практически не выпускается. Поэтому, в сущности, необходимость в такой классификации отпадает. Часто производители одномодовых волокон и кабелей обозначают свои изделия как OS2.

В дальнейшем появилось еще несколько разновидностей одномодовых кварцевых волокон, характеристики которых отличаются более существенно. Эти волокна были описаны в стандартах ITU-T G.652-657, IEC 60793-2-50, TIA-492CA/TIA-492EA. Отметим некоторые из этих разновидностей, которые представляют практический интерес в телекоммуникациях. Для определенности будем пользоваться рекомендациями ITU-T, которые чаще всего используются по отношению к одномодовому оптоволокну.

 

Типы одномодовых волокон

1. Одномодовое волокно с несмещенной дисперсией, G.652

Наиболее распространенный тип одномодового волокна с точкой нулевой хроматической дисперсии на длине волны 1300 нм. Стандарт выделяет четыре подкласса (A, B, C и D), отличающихся своими характеристиками. Особо стоит отметить волокна G.652.C и G.652.D – они имеют низкое затухание на длине волны 1383 нм, то есть в области «водного пика», а потому могут использоваться в системах CWDM. Такие волокна еще называют «всеволновыми».

2. Одномодовое волокно с нулевой смещенной дисперсией, G.653
(ZDSF – Zero Dispersion-Shifted Fiber)

Изменяя профиль показателя преломления, можно сдвинуть точку нулевой дисперсии в третье окно прозрачности (1550 нм), что позволяет увеличить дальность передачи сигнала при работе в этом диапазоне.

3. Одномодовое волокно со смещенной длиной волны отсечки, G.654

Этот тип волокна имеет точку нулевой дисперсии на 1300 нм. Однако благодаря чуть большему диаметру сердцевины длина волны отсечки и область минимального затухания смещены в область длин волн 1550 нм. Такое оптоволокно может использоваться для цифровой передачи на большие расстояния, например, в наземных системах дальней связи и магистральных подводных кабелях с оптическими усилителями.

4. Одномодовое волокно с ненулевой смещенной дисперсией, G.655
(NZDSF – Non-Zero Dispersion Shifted Fiber)

Предназначено для передачи на длинах волн вблизи 1550 нм и оптимизировано для систем DWDM. Абсолютное значение коэффициента хроматической дисперсии в этом волокне больше некоего ненулевого значения в диапазоне длин волн от 1530 нм до 1565 нм. Ненулевая дисперсия препятствует возникновению нелинейных эффектов, которые особенно вредны для DWDM систем.

5. Одномодовое волокно c ненулевой смещенной дисперсией для широкополосной передачи, G.656

Подобно волокну G.655, имеет ненулевое значение коэффициента хроматической дисперсии, но уже в диапазоне длин волн 1460-1625 нм, поэтому хорошо подходит как для систем DWDM, так и для CWDM.

6. Одномодовое волокно, не чувствительное к потерям на макроизгибе, G.657 (Bend-Insensitive)

Помимо оптических свойств, важную роль играют и механические характеристики оптоволокна, в частности, его чувствительность к изгибам. Особенно это важно при прокладке внутри помещения, где волокно часто нужно изгибать. Стандарт G.657 выделяет несколько подклассов одномодового волокна, отличающихся минимальным радиусом изгиба и соответствующей величиной потерь (на одном или нескольких витках).

 

Описанные стандарты оптических волокон не всегда взаимоисключают друг друга. К примеру, распространенное оптоволокно компании Corning марки SMF-28® Ultra соответствует стандартам G.652.D и G.657.A1. В то же время бывают случаи, когда оптические волокна разных типов не совместимы друг с другом.

 

Активные компоненты

Поскольку одномодовое волокно имеет маленький диаметр сердцевины, в качестве источников излучения для него используются узконаправленные полупроводниковые лазеры, работающие во втором и третьем окнах прозрачности кварцевого волокна. Как правило, используются следующие типы лазеров:

1) Лазер с резонатором Фабри-Перо (FP – Fabry-Perot) – простейший тип полупроводникового лазера, характеризующийся большой шириной спектра (2 нм). Широкий спектр приводит к увеличению влияния хроматической дисперсии, что ограничивает расстояние передачи сигнала.

2) Лазер с распределенной обратной связью (DFB – distributed feedback) имеет конструкцию, способствующую уменьшению ширины спектра излучения до 0,1 нм, что позволяет использовать такие лазеры в более высокоскоростных и протяженных системах.

3) Лазер с внешней модуляцией (EML – externally modulated laser). Предыдущие типы излучателей относятся к категории лазеров с внутренней (прямой) модуляцией, при которой мощность излучения модулируется непосредственно током питания лазера. В системах, где важную роль играет стабильность длины волны излучения (например, в высокоскоростных системах и в системах WDM) применяются DFB лазеры, излучение которых модулируется внешним устройством модулятором.

 

Применение одномодового волокна

Итак, использование одномодового кварцевого волокна позволяет осуществить передачу информационного сигнала на десятки и даже сотни километров на высокой скорости (десятки Гбит/с).

Кроме того, как уже было отмечено выше, некоторые виды одномодового волокна можно использовать в сетях со спектральным уплотнением каналов (CWDM, DWDM), когда по одному оптоволокну одновременно распространяется излучение на нескольких длинах волн, причем в обоих направлениях (рис. 3). Это позволяет увеличить скорость передачи и объем передаваемой информации еще в большей степени. Частным случаем применения спектрального уплотнения является пассивная оптическая сеть (PON), в которой информация передается на трех длинах волн (1310, 1490 и 1550 нм).

Рис. 3. Каналы CWDM и DWDM и спектр затухания одномодового волокна (сплошная линия – стандартное волокно с водным пиком на 1383 нм, пунктирная линия – волокно с низким водным пиком)

 

________________________________________________________________

Другие статьи об оптическом волокне и его разновидностях:

Основные принципы подбора магистральных оптических кабелей

8 августа 2017

Введение

Современные технологии производства оптического кабеля предлагают потребителю широкий выбор конструкций, который удовлетворяет всем возможным требованиям по условиям эксплуатации. Только на российском рынке представлено больше 50 типов кабеля, а число маркоразмеров исчисляется тысячами. Такое многообразие создает проектировщикам трудности в подборе оптимального технического решения под каждый проект.

Для того, чтобы ускорить процесс выбора конструкции существуют базовые принципы подбора оптического кабеля, применяя которые требуемая марка с ее характеристиками определяется за несколько “шагов”. В статье мы подробно разберем шаги по подбору магистральных оптических кабелей – их всего шесть.

 

Шаг 1. Определение назначения кабеля

Базовое разделение всех типов оптического кабеля происходит по условиям их прокладки. От способа прокладки кабеля (условий окружающей среды) зависит тип применяемого ВОК. Конкретный тип ВОК (марка кабеля) – это один из вариантов решения нетривиальной задачи инженера «защитить оптическое волокно от повреждающих условий окружающей среды», то есть разработать кабель с правильными защитными покровами и заданными характеристиками. Окружающие условия сильно отличаются в зависимости от способа прокладки ВОК.

Так, основные условия прокладки ОК это:

• задувка в трубы;
• монтаж в кабельной канализации
• укладка в грунт;
• подвес.

Часто на конструкцию кабеля накладываются дополнительные ограничения: пожаробезопасность, диэлектрическая/не диэлектрическая конструкция, защита от грызунов, защита ВОК от наведённого потенциала больше 12 кВ и прочие.

В большинстве случаев, условия прокладки кабеля определены в техническом задании или на стадии общих технических решений исходя из соображений экономической эффективности.

 

Шаг 2. Определение особенностей конструкции

После выбора условий прокладки необходимо определить основные особенности конструкции в зависимости от предъявляемых заказчиком требований. Они отличаются в зависимости от группы кабелей.

 

• Кабели для задувки в трубы

Такой тип кабеля имеет самую простую конструкцию (рис.1): отсутствуют дополнительные защитные элементы, кроме оболочки, накладываемой непосредственно на скрученный сердечник из оптических модулей с волокнами.

Основной выбор внутри группы состоит в определении необходимых размеров кабеля: для задувки в обычные пластиковые трубы или для задувки в микротрубки для канализации. Микрокабели имеют меньший вес, диаметр, они более гибкие, но при этом и рассчитаны на меньшую максимально допустимую растягивающую нагрузку, чем «классические» кабели для задувки.

При этом важно, чтобы отношение площади сечения кабеля к площади сечения трубы было не более, чем 2/3, иначе могут возникнуть трудности при задувке.

 

Рис. 1. Кабель для прокладки в трубы марки ДПО (Инкаб).

 

• Кабели для монтажа в кабельной канализации

Кабельная канализация представляет собой систему подземных сооружений, состоящую из трубопроводов и смотровых устройств (колодцев и коробок). В кабельной канализации осуществляется монтаж и замена кабелей, производство измерений, ремонтных и профилактических работ без вскрытия уличных покровов и раскопок грунта. В таких условиях кабель защищен от механических повреждений и электрохимической коррозии.

Вместе с очевидными достоинствами этот способ прокладки ВОК обладает недостатками: возможное повреждение грызунами, затопление и замерзание затопленных участков, возможные повреждения внешней оболочки ВОК при протяжке кабеля по лоткам. Наличие одного из перечисленных факторов или дополнительных требований обуславливает выбор конкретной конструкции кабеля.

Опасность повреждения грызунами.

Главная «опасность» для кабеля этой группы – повреждение грызунами.

Если такой угрозы нет или она минимальна, то достаточным выбором станет небронированный кабель (см. раздел: для задувки в трубы).

В другом случае, надежная защита от грызунов обеспечивается применением в конструкции гофрированной стальной ленты (рис. 2) или стальных проволок (см. раздел: кабели для укладки в грунт). Количество запросов на второй вариант (со стальными проволоками) крайне низкое.

 

Рис. 2. Лёгкий кабель для прокладки в кабельную канализацию марки ТОЛ (Инкаб).

Диэлектрические конструкции.

В редких ситуациях требуется кабель, который бы защищал от грызунов и обладал при этом диэлектричекими свойствами. В таком случае возможно применение специальных репеллентов в оболочке кабеля, отпугивающих грызунов, либо применение стеклонитей, наложенных поверх сердечника и промежуточной оболочки кабеля. Второй вариант, согласно исследованиям, более эффективный, т.к. стеклонити являются физическим барьером для грызунов.

Тип расположения оптического модуля.

Если говорить о самом распространенном способе защиты –  гофрированной ленте, то здесь наиболее популярным решением является применение одномодульных конструкций (если число волокон не превышает 24) или применение легких конструкций со скрученным сердечником без промежуточной оболочки для многоволоконных магистралей.

Наличие промежуточной оболочки.

Конструкции с промежуточной оболочкой являются более габаритными и дорогими, существенно не улучшая эксплуатационные характеристики, однако также находят применение у ряда потребителей, выбирающих надёжные классические решения.

 

• Кабели для укладки в грунт

Самый распространённый способ строительства магистральных сетей между населёнными пунктами там, где отсутствует кабельная канализация, и нет возможности подвеса линии – это укладка волоконно-оптического кабеля в грунт. Этот способ более дорогостоящий и длительный, по сравнению со строительством линии по опорам ЛЭП, но бывает единственным возможным. Такая линия связи превосходит подвесную по надёжности и срокам эксплуатации.

К сожалению, общепринятых нормативных документов, определяющих требуемые характеристики к оптическим кабелям в грунт исходя из конкретных условий прокладки, не существует. На выбор конструкции влияют две основные технические характеристики: стойкость к раздавливающим нагрузкам и максимально допустимая растягивающая нагрузка. Исходя из этих данных определяют необходимость усиления конструкции, материал брони, тип оптического модуля.

Металлическая или диэлектрическая броня.

Металлическая броня подразумевает применение стальных оцинкованных проволок, скрученных вокруг оптического сердечника. Данное решение классическое и наиболее популярное.

Диэлектрическая броня подразумевает применение стеклопластиковых прутков. Такое решение более дорогое, но в некоторых случаях является единственно возможным. Применяется, когда требуется нечувствительность к электромагнитным полям: для прокладки на территории электрических подстанций, в охранной зоне ЛЭП, при пересечении ЛЭП, рядом с силовыми кабелями и т.п.

Усиление конструкции за счет дополнительного слоя брони.

Классическое решение для прокладки в простых грунтах предполагает использование одного слоя брони (рис. 3). В большинстве случаев этого достаточно для обеспечения надёжной защиты от механических воздействий на кабель.

 

Рис. 3. Стандартный кабель для прокладки в грунт марки ДПС (Инкаб).

Однако в случае прокладки кабеля в сложных грунтах (скальных, мерзлотных и т.п.) проектной организацией может приниматься решение об обеспечении более надёжной защиты и использования двойного повива силовых элементов (стальных проволок или стеклопластиковых прутков).

Повивы скручиваются в разные стороны. Это обеспечивает лучшие характеристики по стойкости к растяжению и раздавливанию в сравнении с конструкциями на основе одного повива.

Тип оптического модуля

Центральный оптический модуль является более экономичным решением, но имеет ограничение по числу волокон: не более 24.

Скрученный сердечник не имеет ограничения по числу волокон, является классической конструкций, как правило, применяемой на основных магистралях.

Дополнительная защита от влаги

Зачастую при прокладке в заболоченных местностях, а также по дну рек, дополнительно в конструкции кабеля применяется алюмополимерная лента. Ее применение способно предотвращать прохождение к волокну влаги и до некоторой степени – водорода. Стоит отметить, что после принятых мер по защите структуры кварцевого стекла. водород для современных волокон неопасен.

Таким образом, основным и практически единственным эффектом, достигаемым при применении алюмополимерной оболочки, является повышение долговременной механической прочности волокна в условиях воздействия влаги и высоких ненормативных уровней натяжение поверхности волокна.

При правильно сконструированном и изготовленном кабеле и при соблюдении условий его эксплуатации безотказная работа кабеля может быть гарантирована без применения алюмополиэтиленовой оболочки.

 

• Подвесные оптические кабели

Подвесные оптические кабели применяются для организации линии связи между опорами линий электропередач широкого класса напряжений (0,4-220 кВ), опорами освещения и специальными опорами для связи, между зданиями и сооружениями.

Способ подвеса оправдан по причине сравнительно высокой скорости строительства линии и отсутствия необходимости применения большого количества специальной техники. Исходя из этого подвес – самый распространённый способ строительства магистральных сетей ВОЛС.

Но у него есть и недостатки: подвесной кабель в течение всего срока службы постоянно подвергается воздействиям внешних атмосферных факторов (дождь, солнце, ветер, гололёд). Иногда нагрузки становятся критическими – максимально допустимыми. Это подтверждается примерами из практики: например, обрыв кабеля по причине аномальных природных явлений (рис. 4). Но чаще всего обрыв кабеля связан не с непогодой (рис. 5), а по причине того, что на стадии проектирования конструкция кабеля и арматура подобраны неверно.

Примеров неправильного подбора множество.  Цена ошибки слишком высока. Поэтому очень важен правильный подбор кабеля и арматуры. Корректно подобранная система “кабель-арматура” обеспечит необходимую работоспособность сети.

 

Рис. 4. Гололёдно-изморозевые отложения на элементах ВЛЭП.

Рис. 5. ВОК лёг на землю под тяжестью гололёда.

 

Подвесные кабели делятся на два больших типа:

– с вынесенным силовым элементом типа «8» – ссылка

– круглые самонесущие – ссылка

 

Подвесные кабели с вынесенным силовым элементом. 

Кабели типа «8» бывают с металлическим силовым элементом (стальной трос) и с диэлектрическим (стеклопластиковый пруток). С центральным оптическим модулем и со скрученными модулями (рис.6).

При этом данный тип кабелей обладает рядом некоторых недостатков:

–       использование стального троса запрещено при подвесе на линиях электропередач. Возможно наведение потенциала электрического поля на металл и опасность поражения электрическим током при работах с кабелем. Имеются случаи попадания молнии и полного выгорания всей строительной длины кабеля, а также выхода приёмо-передающей аппаратуры из строя.

–       зачастую с данным типом кабелей используют самые дешёвые клиновые зажимы, несоответствующие по характеристикам используемому кабелю, с малой площадью контакта зубьев с тросом. Это приводит к сползанию оболочки с силового элемента клиньями зажима и выходу кабеля из строя даже при незначительном механическом растяжении. Имеются случаи, когда для диэлектрического силового элемента использовались несоответствующие клиновые зажимы с металлическими зубьями, ломающими стеклопруток. В целом корректный подбор арматуры для любых подвесных кабелей имеет принципиальное значение для обеспечения долговременной и надежной эксплуатации.

–       ввиду разности температурных коэффициентов расширения вынесенного силового элемента и оптического сердечника, а также неспособности диэлектрического прутка сохранять сопротивление сжатию при изгибе, в бухтах запаса при отрицательных температурах может происходить неконтролируемый прирост затухания, если они не намотаны на жесткую оправку с должным натяжением.

–       сечение кабеля типа «8» приводит к повышенной «парусности», увеличению нагрузок от ветрового давления и льда, а также частому ненормативному осевому закручиванию при сбрасывании петель кабеля через щеку барабана.

–       в центральном оптическом модуле возможно «хождение» оптических волокон из муфты или в муфту, если перед ней не обеспечить бухту запаса небольшого диаметра.

Таким образом происходит постепенный переход в сторону отказа от использования кабеля типа «8», особенно среди крупных операторов связи. Небольшие операторы, из-за несколько большей экономической привлекательности строительства, по-прежнему продолжают использовать кабели данного типа. Однако необходимо иметь ввиду, что потенциально это может приводить к определенным осложнениям при эксплуатации, а также возможным затруднениям, если сеть связи планируется в будущем продать более крупным игрокам на рынке.

 

Рис. 6. Кабель подвесной типа «8» с металлическим выносным элементом и центральным оптическим модулем марки ТПОм (Инкаб).

 

Круглые самонесущие кабели

Круглые самонесущие кабели не обладают вышеперечисленными недостатками. Они симметричные, диэлектрические, а использование спиральных зажимов обеспечивает большую площадь контакта с кабелем, повышая надёжность.

Самонесущие кабели первично разделяются по типу применяемых силовых элементов: арамидные нити (рис. 7) и стеклонити.

Для упрощения подбора сравним эти варианты исполнения по нескольким факторам:

Диаметр и вес. Кабель на арамидных нитях несколько меньше в диаметре и легче в сравнении со стеклонитями.

Запас прочности на разрыв. Стеклонити обладают меньшим запасом на разрыв. У арамидных нитей двукратный запас прочности на разрыв по отношению к максимально допустимым нагрузкам.

Механические свойства при растяжении. Арамидные нити обладают лучшими механическими свойствами при растяжении через систему «зажим-оболочка-нити». Максимальные нагрузки для кабелей со стеклонитями: не более 15 кН, у арамидных нитей до 40 кН и выше.

Подверженность влиянию температур. Кабели с арамидными нитями за счет более низкого коэффициента температурного расширения меньше подвержены влиянию температур (растяжению и сжатию).

Аттестация ПАО «Россети». Арамидные нити разрешены для подвеса на ЛЭП 35 кВ и выше в ПАО «Россети», стеклонити запрещены.

Стоимость. Если исходить из стоимости, то кабели с арамидными нитями дороже, чем со стеклонитями.

Таким образом, выбирать круглый самонесущий кабель с арамидными нитями следует:

— при строительстве магистральных линий связи между городами или крупных магистральных линий внутри города;

— при подвесе на ЛЭП;

— если требуется многоволоконная конструкция.

Основные показания к применению кабелей со стеклонитями:

— сети внутри городских районов;

— распределительные линии до отдельных домов;

— подвес между домами, опорами освещения, линии электропередач 0,4-10 кВ;

— маловолоконные кабели.

Круглые самонесущие кабели можно классифицировать по наличию или отсутствию промежуточной оболочки: «стандартные» и «лёгкие», соответственно.

Использование стандартных кабелей с арамидными нитями возможно со стойкостью к растягивающим нагрузкам вплоть до 40 кН и выше, в то время как использование лёгких кабелей ограничено, как правило, 10 кН из-за несколько меньшей стойкости к раздавливающим усилиям от зажимов и возможностью проскальзывания нитей относительно сердечника, если нагрузки достаточно велики.

Следовательно, исходя из экономической целесообразности, наиболее популярными марками самонесущих кабелей являются:

– с промежуточной оболочкой («стандартные») и с арамидными нитями: для крупных магистральных линий, на ЛЭП 35 кВ и выше с большим числом волокон

– без промежуточной оболочки («легкие») и со стеклонитями: для небольших сетей, на ЛЭП 0,4-10 кВ и небольшим числом волокон.

 

Рис. 7. Кабель подвесной самонесущий стандартный с арамидными нитями и промежуточной оболочкой марки ДПТ (Инкаб).

Еще одна разновидность круглых подвесных кабелей без промежуточной оболочки – «микро» самонесущие кабели (рис. 8). Появление таких кабелей было обусловлено потребностью их применения на старых и изношенных опорах линий 0,4-10 кВ, где принципиальное значение имеет как можно меньшая нагрузка на опоры от дополнительного элемента в виде оптического кабеля. Это обусловлено тем, что передача электрической энергии имеет безусловное приоритетное значение и важно, чтобы при возможном обледенении не «завалились» опоры, оборвав тем самым провода. Такие кабели доступны на рынке, имеют стойкость к растяжению не более 3 кН, что, ввиду их малых габаритных размеров и, следовательно, меньшей воспринимаемой нагрузки от льда и ветра, как правило, достаточно для обеспечения подвеса на пролетах 50-70 метров в зависимости от конкретной климатической зоны.

 

Рис. 8. Кабель подвесной самонесущий микро со стеклонитями без промежуточной оболочкой марки микроДОТс (Инкаб).

Особые случаи монтажа.

Подвес – закопать. Нередки случаи, когда нет возможности выполнить всю трассу подвесом и необходимо различные переходы (например, дороги) пройти под землей. В этом случае возникает вопрос: либо ставить муфты до и после перехода и делать вставку специализированным кабелем в грунт, либо проложить самонесущий кабель в земле. Однако самонесущие оптические кабели не предназначены для прокладки в земле или грунте, т.к. не имеют специальной брони для защиты от сдавливающих усилий грунта или возможного вмерзания в лёд. Самонесущий кабель можно проложить в трубу ПНД, которая будет лежать в земле. Это обеспечит необходимую защиту от воздействия грунтов. Вход в трубу необходимо загерметизировать, исключив проникновение воды внутрь трубы.

Кабель в грунт – подвесить. И обратная ситуация, когда кабель для прокладки в грунт в ряде ситуаций требуется подвесить на небольшом расстоянии. Такие кабели допускается подвешивать на небольшие пролеты, но при этом нужно учитывать их увеличенный вес по сравнению с самонесущими кабелями. Эти кабели рекомендуется монтировать с увеличенной стрелой провеса и с дополнительным запасом прочности 20-30%, так как это не основное их назначение.

 

Шаг 3. Выбор типа оболочки кабеля.

Оболочка из полиэтилена

Оболочка магистральных оптических кабелей может быть исполнена из полиэтилена низкой, средней и высокой плотности (ПЭНП, ПЭСП, ПЭВП соответственно). Рассмотрим подробнее каждый из видов.

Полиэтилен низкой плотности имеет ряд существенных недостатков: низкая прочность и химическая стойкость, «стекание» оболочки при высокой температуре. Плюс: хорошо разделывается при монтаже.

Полиэтилен высокой плотности очень прочен, обладает высокой механической и химической стойкостью, но неудобен в разделке, склонен к появлению трещин.

У полиэтилена средней плотности – промежуточные характеристики: повышенная стойкость к неблагоприятным воздействиям окружающей среды, необходимая гибкость при монтаже при отрицательных температурах, стойкость к воздействию ультрафиолетового излучения.

Из описания очевидно, что для оптических кабелей максимально подходящей является оболочка из полиэтилена средней и высокой плотности.

При этом характеристики таких полиэтиленов должны соответствовать ряду дополнительных свойств, делающими их пригодными к использованию в оптических кабелях, например, обладать низкой усадкой при экструзии. К сожалению, на рынке отсутствует выбор отечественных полиэтиленов с требуемыми характеристиками. Поэтому широко используется продукция иностранных поставщиков, например, компании «Borealis». 

Оболочки, не распространяющие горение

Если кабель необходимо проложить в зданиях и сооружениях или на специальных объектах (электрические подстанции, предприятия, нефтяная и химическая промышленность и т.п.) требуется оболочка не распространяющая горение.

Иногда проектом предусмотрены расширенные требования к оболочке: не распространение горения при групповой прокладке, малодымной и безгалогенной. Это обеспечивает возможность применения кабелей в том числе и в зданиях с массовым пребыванием людей. Согласно ГОСТ, такая оболочка обозначается в маркировке кабеля «нг(А)-HF» и кабели обязательно должны иметь соответствующий сертификат пожарной безопасности.

Стоит отметить, что не рекомендуется использовать кабели с внешней оболочкой «нг(А)-HF» на всём протяжении трассы ВОЛС-ВЛ в качестве основного линейного кабеля, т.к. полиэтиленовая оболочка дешевле и обладает лучшими эксплуатационными характеристиками в сравнении с безгалогенной.

Оболочки из полимерного компаунда (огнестойкие)

В особых случаях возможно применение огнестойких кабелей, которые сохраняют свою работоспособность даже в условиях воздействия пламени и имеют обозначение в маркировке «нг(А)-FRHFLTx» ссылка. Такие кабели применяются, например, в системах пожарного оповещения, а также на особо опасных или ответственных объектах, где требуется обеспечить связь даже в условиях чрезвычайных ситуаций (нефтеперерабатывающие заводы, стадионы и т.п.)

Трекингостойкие оболочки.

При использовании самонесущих оптических кабелей на линиях 35 кВ и выше может возникнуть потребность в применении специальной трекингостойкой оболочки.

Показанием к применению являются:

– если в точке закрепления оптического кабеля потенциал электрического поля выше 12 кВ (но не более 25 кВ). Для этого производятся специальные расчёты электрических полей.

– наличие рядом с ЛЭП загрязняющих факторов: морское побережье, металлургическое производство, угольные шахты и т.п.

 

Шаг 4. Выбор числа волокон

Как правило, самый простой шаг. Число волокон обычно определено техническим заданием от заказчика. Стоит, однако, заметить, что необходимо учитывать не текущие потребности в пропускной способности, а возможность дальнейшей модернизации и постоянно увеличивающуюся потребность в объёмах передаваемых данных на весь срок эксплуатации, который составляет не менее 25 лет. Так, в начале 90-х годов многие магистральные линии связи имели не более 4 или 8 волокон, что не отвечает текущим потребностям.

 

Шаг 5. Выбор типа волокна

В магистральных кабелях, как правило применяется стандартное одномодовое волокно, соответствующее стандарту G.652D, отвечающее всем необходимым требованиям по организации связи. Такое волокно доступно на рынке без увеличения цены на кабель.

Стоит отметить, что наиболее перспективным решением для организации связи на одномодовом волокне является использование волокна со следующими характеристиками:

—     пониженное затухание на длине волны 1550 нм: до 0,18 дБ/км (вместо 0,22 дБ/км)

—     стойкость к изгибу по категории G.657A1

Многомодовые волокна имеют свое ограничение по длине передаваемого сигнала и существенно дороже. Их применение возможно на небольшой сети в пределах одного объекта.

Волокна со смещенной дисперсией (G.655), также в последнее время являются мало употребляемыми в связи с более высокой стоимостью и возможностью использования стандартного одномодового волокна для тех же целей.

 

Шаг 6. Выбор требуемой стойкости к растяжению

Для монтажа в трубы и кабельную канализацию

Наиболее распространено, что для кабелей для задувки в трубы и прокладки в кабельную канализацию устанавливаются требования по стойкости к растяжению в 1,5 или 2,7 кН.

Для укладки в грунт

Кабели для прокладки в грунт изготавливаются со стойкостью к растяжению в 7 кН (наибольшее распространение) и выше в зависимости от категории и сложности грунтов, вплоть до 80 кН.

Подвесные оптические кабели

Важно отметить, что для определения требуемой стойкости к растягивающим усилиям при подвесе оптического кабеля недостаточно знания только о расстоянии между опорами. Нагрузка, действующая на кабель, помимо расстояния между опорами зависит также от погонного веса кабеля и стрелы провеса. Кроме того, в процессе эксплуатации подвешенный оптический кабель подвергается воздействию температуры, ветра и обледенения. Все это приводит к тому, что значительно изменяются механические растягивающие нагрузки. В связи с этим, нет никакой возможности установить прямую взаимосвязь между расстояниями и допустимой растягивающей нагрузкой.

Определяющими факторами для выбора стойкости к растягивающим нагрузкам являются:

– расстояние между опорами

– высота подвеса кабеля и требуемый габарит до земли

– климатические условия (максимальный ветер и максимальная стенка льда)

Также необходимо обратить внимание на:

– возможные ограничения на растяжение по условиям прочности опор, чтобы в процессе эксплуатации и воздействии нагрузок не произошло их повреждение.

– возможные ограничения на допускаемые отклонения кабеля, чтобы в процессе эксплуатации не произошло их перехлеста с проводами.

Для этого необходимо провести определённые расчёты, которые, как правило, проводит проектная организация. Либо на сайте производителя кабеля можно воспользоваться соответствующими таблицами или скачать программу, облегчающими выбор необходимо кабеля, а также изучить теорию расчётов.

 

Заключение

Таким образом в данной подробно описаны все шаги для подбора необходимой конструкции магистрального оптического кабеля. Изучив их, проектировщик довольно быстро и без ошибок сможет определиться с конструкцией, которая станет основой для надежной ВОЛС.

Ускорить процесс подбора кабеля также помогут онлайн-конфигураторы, которые выполняют эту задачу в несколько кликов мышки. Результат работы такого конфигуратора – точная маркировка для заказа кабеля и подробная техническая спецификация с необходимыми для проектирования характеристиками. Протестировать такой продукт можно на сайте vols.expert в разделе конфигураторы решений. 

Естественно, что каждый проект является уникальным и неповторимым и нет возможности учесть все нюансы и особенности. Поэтому немаловажным фактором, обеспечивающим выбор наиболее оптимальных решений, является опыт специалиста, а также регулярное, систематическое обучение и повышение квалификации. Пройти сертифицированное обучение по курсу «Проектирование ВОЛС» с выдачей документов установленного образца, возможно в учебном центре «ВОЛС.Эксперт».

 

Дмитрий Гиберт, генеральный директор ООО «Инкаб.Про»

Валерий Рюпин, инженер ООО «Инкаб»

Стоит ли оптику завязывать в узел? / Блог компании НАГ / Хабр

Прокладкой волконно-оптических линий связи сейчас занимается множество компаний. Магистральные сети интернет полностью строятся на оптике. Кроме того, имеется тенденция, когда оптический кабель тянут прямиком до квартиры абонента частного дома. Как различные нагрузки при монтаже сказываются на стеклянном волокне? Под катом некоторые исследования на эту тему.


Оптика в квартиру абонента

Однако у стеклянного волокна есть свои существенные недостатки, а именно чувствительность к механическим нагрузкам и изгибам. При нагрузке применяют различные защитные элементы вроде бронированной оболочки, а вот обезопасить кабель от повреждения при изгибах практически нереально. Впрочем, основная проблема при изгибах — это даже не повреждения, а значительное увеличение потерь мощности сигнала на макроизгибах волокон, возникающих вследствие прокладки абонентского кабеля, в том числе в самой квартире абонента.

Например, в сетях PON, сигнал кабельного телевидения, которые передается на длине волны 1550 нм, на одном изгибе волокна радиусом 10 мм может терять до 60% (примерно 4 дБ) своей мощности.

Потери на макроизгибах, помимо сетей доступа, затрагивает и транспортные оптические сети. Некачественный монтаж муфт или применение оптического кабеля низкого качества влияет на появление макроизгибов, которые становятся причиной перебоев в работе сети. Именно поэтому, особенно актуально применение оптического волокна класса G.657А на транспортных сетях. Для решения данной проблемы сегодня существует множество типов нечувствительных к изгибу волокон стандарта G.657. Волокна класса G.657 позволяют увеличивать плотность размещения компонентов в кроссовом оборудовании. Также, если прибегнуть к усовершенствованной системе укладки волокна, то масса и размер распределительных шкафов может быть уменьшена на 40% и 75%, соответственно.

Ниже будут рассмотрены основные особенности и параметры некритичных к изгибу волокон.

Абонентский оптический кабель, закрепленный с помощью плоской скобки

Классы оптических волокон спецификации G.657

В ноябре минувшего года свет увидела новая редакция спецификации G.657 «Characteristics of a bending-loss insensitive single-mode optical fiber and cable», где отражены 4 класса оптических волокон стандарта G.657: А1, А2, B2, B3.

Волокна категории G.657.А идентичны по характеристикам с волокном класса G.652D, за исключением пониженных потерь на макроизгибе. Они отлично подойдут для работы в O-, E-, S-, C- и L- диапазонах (т.е., во всем рабочем диапазоне длин волн стандартных одномодовых волокон – от 1260 нм до 1625 нм). Кроме того, этот класс подойдет и для сетей, где по стандарту стоит применять волокна ITU-T G.652.D.

Волокна категории G.657.B нацелены на дальнейшее снижение потерь на макроизгибах, а значит могут применяться при еще меньшем значении радиуса изгиба. Основное их предназначение — сети протяженностью до 1000 метров (сети доступа). Подходят для использования в O-, E-, S-, C- и L- диапазонах (от 1260 нм до 1625 нм).

Категория G.657.A1 имеет минимальный радиус изгиба 10 мм, а подкатегории G.657.A2 уже 7,5 мм. В свою очередь, волокна категории G.657.B нацелены на дальнейшее снижение потерь на макроизгибах и, следовательно, могут быть использованы в случаях еще меньшего значения радиуса изгиба. Они также предназначены для использования в сетях доступа, и подходят для использования в O-, E-, S-, C- и L- диапазонах (от 1260 нм до 1625 нм).

Волокна категории B не обязаны соответствовать стандартам одномодовых волокн G.652.D в плане значений коэффициента хроматической дисперсии и поляризационной модовой дисперсии. Эти волокна считаются условно совместимыми с G.657.A и G.652.D в сетях доступа. Это означает, что совместное использование волокон G.657.B с волокнами G.657.A или G.652.D в некоторых случаях может отрицательно сказаться на работе оптической системы. Полной гарантии совместимости уже нет и некоторые волокна этого класса могут по своим параметрам значительно отличаться от волокон G.652.D.

Волокна подкатегории B2 имеют минимальный радиус изгиба 7,5 мм, волокна подкатегории B3 – радиус 5 мм.

Основные параметры волокон G.657 приведены в таблицах 1 и 2:

Стоит отметить, что при существующем критерии степени изгиба волокна по «радиусу изгиба», многие путаются, думая, что чем больше значение радиуса изгиба, тем больше изгиб. На самом деле все наоборот – чем больше радиус изгиба, тем, фактически, этот изгиб меньше.

Как видно из представленных графиков, волокна G.657.A2 и G.657.B1 имеют одинаковое значение потерь на изгибе.

Варианты реализации оптических волокон с уменьшенными потерями на макроизгибах

В настоящее время существует ряд подходов реализации оптических волокон с уменьшенными потерями на макроизгибах:

• оптическое волокно с уменьшенным диаметром сердцевины;
• оптическое волокно с уменьшенным показателем преломления оболочки;
• оптическое волокно с двухслойной оболочкой;
• оптическое волокно с воздушными полостями в оболочке;
• оптическое волокно с кольцевой неоднородностью показателя преломления оболочки;
• наноструктурированное оптическое волокно;
• фотонно-кристаллическое оптическое волокно;
• оптическое волокно с фотонной запрещенной зоной.

Оптическое волокно с кольцевой неоднородностью показателя преломления оболочки.
Такое волокно аналогично классу B2 стандарта G.657 и совместимо с волокнами стандарта G.652. При их изготовлении кольцевую область оболочки дополнительно легируют присадками, понижающими показатель преломления.

Увеличение ширины кольца уменьшает потери на изгибе, однако при этом увеличивается критическая длина волны. Этот факт может отрицательно сказаться на совместимости волокон со стандартными ОВ G.652.

Наноструктурированные волокна. Они состоят из сердцевины, легированной германием, и оболочкой, которая содержит наноструктурированную область в форме кольца. В отличие от волокон, приведенных выше с кольцевой неоднородностью показателя преломления оболочки, у которых толщина кольца составляет примерно 1 мкм, наноструктурированные волокна содержат вокруг сердцевины воздушные полости диаметром менее 200 нм. При этом данные нано-отверстия располагаются хаотически.

Оптическое волокно с воздушными полостями в оболочке (HAF). При изготовлении данных волокон вокруг сердцевины располагают уже крупные воздушные полости в форме кольца. Граница раздела стекло/воздух в местах макроизгиба обеспечивает отличный режим для эффекта полного внутреннего отражения, соответственно потерь энергии сигнала становится меньше. Эти волокна полностью совместимы с стандартом G.652D. Главный же их недостаток — это возможные осложнения при монтаже коннекторов из-за воздушных отверстий. Попадание пыли и грязи в полости приведет к ухудшению оптических характеристик разъемных соединений.

Фотонно-кристаллическое волокно (Photonic crystal fiber, PCF). В фотонно-кристаллическом волокне отсутствует сердцевина, а оптическая направляющая образуется за счет наличия в структуре волокна десятков отверстий. Такое волокно способно передавать оптическое излучение в одномодовом режиме в очень широком диапазоне длин волн: от видимой части спектра до инфракрасной. Изменяя размер и расположения воздушных отверстий, можно добиваться различных дисперсионных характеристик волокна. Сформировано оно может быть лишь из кварцевого стекла. Несмотря на отсутствие сердцевины, значение коэффициента затухания фотонно-кристаллических волокон находится на уровне значений стандартных одномодовых волокон SMF.

Фотонно-кристаллическое волокно имеет в 500 раз меньшие потери на микроизгибе, чем стандартное одномодовое волокно, в 100 раз меньшие потери, чем волокно с двойной оболочкой, и приблизительно в 10 раз меньшие потери, чем оптическое волокно с воздушными полостями.

Сегодня все крупные компании по производству волокон выпускают оптические волокна с уменьшенными потерями на макроизгибах. Например, корпорации Sumitomo, Corning, OFS используют различные описанные ранее подходы реализации данных волокон и соответственно выпускают такие волокна под разными марками.

Подготовил Дмитрий Кусайкин

Как работает волоконная оптика?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 26 сентября 2018 г.

Римляне, должно быть, были особенно довольны собой в тот день, когда они изобрели свинцовые трубки около 2000 лет назад. Наконец они у них был простой способ переносить воду из одного места в другое. Представьте, что бы они сделали из современных оптоволоконных кабелей — «труб», которые может передавать телефонные звонки и электронную почту по всему миру за седьмую часть второй!

Фото: Световая труба: волоконная оптика означает направление световых лучей по тонким пластиковым или стеклянным нитям, заставляя их многократно отражаться от стен.Это смоделированное изображение. Обратите внимание, что в некоторых странах, включая Великобританию, волоконная оптика пишется «волоконная оптика». Если вы ищете информацию в Интернете, она всегда стоит поискать оба варианта написания.

Что такое волоконная оптика?

Мы привыкли к тому, что информация путешествует по-разному. Когда мы говорим по стационарному телефону, проводной кабель несет звуки нашего голоса в розетку в стене, где другой кабель берет на местную телефонную станцию.Мобильные телефоны работают иначе способ: они отправляют и получают информацию с помощью невидимых радиоволны — а Технология называется беспроводной, потому что в ней не используются кабели. Волоконная оптика работает третий способ. Он отправляет информацию, закодированную в луче света вниз по стеклянной или пластиковой трубе. Первоначально он был разработан для эндоскопов в 1950-х годов, чтобы помочь врачам заглянуть внутрь человеческого тела без необходимости сначала разрежьте его. В 1960-х инженеры нашли способ использовать та же технология для передачи телефонных звонков со скоростью света (обычно это 186 000 миль или 300 000 км в секунду в вакууме, но замедляется примерно до двух третей от этой скорости в оптоволоконном кабеле).

Оптическая техника

Фото: Отрезок 144-жильного оптоволоконного кабеля. Каждая прядь сделана из оптически чистого стекла и тоньше человеческого волоса. Изображение Тех. Сержант. Брайан Дэвидсон, любезно предоставлено ВВС США.

Оптоволоконный кабель состоит из невероятно тонких жил. из стекла или пластика, известного как оптические волокна; один кабель может иметь как минимум два прядей или целых несколько сотен. Каждая прядь меньше в десять раз толщиной с человеческий волос и может принимать около 25000 телефонных звонков, Таким образом, весь оптоволоконный кабель может легко передать несколько миллионов вызовов.

Волоконно-оптические кабели передают информацию между двумя местами, используя полностью оптическая (световая) технология. Предположим, вы хотели отправить информация с вашего компьютера на дом друга по улице с помощью волоконной оптики. Вы можете подключить свой компьютер к лазеру, который преобразовал бы электрическую информацию из компьютера в серию световые импульсы. Затем вы запускаете лазер по оптоволоконному кабелю. Спустившись по кабелю, световые лучи выходили на другой конец.Вашему другу понадобится фотоэлемент (светочувствительный компонент), чтобы превратить импульсы света обратно в электрическую информацию его или ее компьютер мог понять. Так что весь аппарат будет как действительно изящная высокотехнологичная версия телефона, который можно Сделайте из двух банок для запеченных бобов и веревки!

Как работает волоконная оптика

На фото: волоконно-оптические кабели достаточно тонкие, чтобы их можно было изгибать, поэтому световые сигналы проходят внутрь по изогнутым путям.Фотография любезно предоставлена ​​Исследовательским центром Гленна НАСА. (НАСА-GRC).

Художественное произведение: Полное внутреннее отражение удерживает световые лучи от внутренней части оптоволоконного кабеля.

Свет распространяется по оптоволоконному кабелю по многократно отскакивая от стен. Каждый крошечный фотон (частица света) прыгает по трубе, как бобслей, спускающийся по ледяной трассе. Теперь ваша очередь может ожидать луч света, путешествовать по прозрачной стеклянной трубе, чтобы просто просочиться через края.Но если свет падает на стекло под очень малым углом (менее 42 градусов), он снова отражается внутрь — как будто стекло на самом деле зеркало. это явление называется полным внутренним отражением. Это одна из вещей, которая сохраняет свет внутри трубы.

Еще одна вещь, которая удерживает свет в трубе, — это структура кабель, который состоит из двух отдельных частей. Основная часть кабель — в середине — называется ядром , и это бит свет проходит сквозь.Снаружи ядра обернут еще один Слой стекла называется облицовкой . Работа облицовки — сохранить световые сигналы внутри активной зоны. Он может это сделать, потому что он сделан из различный вид стекла в сердцевине. (Технически облицовка имеет более низкий показатель преломления.)

Типы волоконно-оптических кабелей

Оптические волокна передают по ним световые сигналы в так называемых режимах . Звучит технически, но это просто означает разные способы путешествовать: мода — это просто путь, по которому световой луч следует вниз по волокну.Один режим чтобы пройти прямо по середине волокна. Другой — отразите волокно под небольшим углом. Другие режимы включают подпрыгивание вниз по волокну под другими углами, более или менее крутыми.

Иллюстрации: Вверху: свет распространяется по-разному в одномодовых и многомодовых волокнах. Внизу: внутри типичного одномодового оптоволоконного кабеля (не в масштабе). Тонкая сердцевина окружена оболочкой, диаметр которой примерно в десять раз больше, внешним пластиковым покрытием (примерно в два раза больше диаметра оболочки), некоторыми укрепляющими волокнами, изготовленными из жесткого материала, такого как кевлар®, с внешней защитной оболочкой.

Простейшее оптическое волокно называется одномодовым . Он имеет очень тонкую сердцевину размером около 5-10 микрон (миллионные доли метр) в диаметре. В одномодовом волокне все сигналы проходят прямо посередине, не отскакивая от краев (желтая линия в диаграмму). Кабельное телевидение, Интернет и телефонные сигналы обычно передаются по одномодовым волокна, собранные вместе в огромный пучок. Такие кабели могут отправлять информация за 100 км (60 миль).

Другой тип оптоволоконного кабеля называется многорежимный .Каждое оптическое волокно в многомодовый кабель о 10 раз больше одного в одномодовом кабеле. Это означает, что световые лучи могут проходить через ядро, следуя Разновидность разные пути (желтые, оранжевые, синие и голубые линии) — другими словами, в несколько разных режимов. Многорежимные кабели могут отправлять только информацию на относительно короткие расстояния и используются (среди прочего) для соединить компьютерные сети вместе.

Еще более толстые волокна используются в медицинском инструменте, называемом гастроскопом (разновидность эндоскопа), врачи протыкают кому-то горло, чтобы обнаружить внутри него болезни их желудок.Гастроскоп — это толстый оптоволоконный кабель, состоящий из многих оптических волокон. На верхнем конце гастроскопа есть окуляр и лампа. Лампа направляет свой свет на одну часть кабеля в живот пациента. Когда свет достигает желудка, он отражается стенки желудка в линзу внизу кабеля. Затем он возвращается в другую часть кабель в окуляр врача. Остальные типы эндоскопов работают так же способ и может использоваться для осмотра различных частей тела.Также есть промышленный вариант инструмента, называемый фиброскопом, который можно использовать исследовать такие вещи, как недоступные части оборудования в самолете двигатели.

Используется для волоконной оптики

Стрельба по трубе кажется изящной научной партийный трюк, и вы можете не подумать, что у что-то такое. Но так же, как электричество может привести в действие многие типы машин, лучи света могут нести многие типы информация, поэтому они могут помочь нам во многих отношениях.Мы просто не замечаем насколько обычными стали оптоволоконные кабели, потому что лазерные сигналы, которые они несут, мерцают далеко под нашими ногами, глубоко под офисными этажами и улицами города. Технологии, использующие это — компьютерные сети, радиовещание, медицинское сканирование и военная техника (назвать всего четыре) — причем незаметно.

Фото: Работа над волоконно-оптическими кабелями. Изображение Натанаэля Каллона, любезно предоставлено ВВС США.

Компьютерные сети

Волоконно-оптические кабели в настоящее время являются основным средством передачи информации на большие расстояния, поскольку у них есть три очень больших преимущества перед медными кабелями старого образца:

• Меньшее затухание : (потеря сигнала) Информация распространяется примерно в 10 раз дальше, прежде чем ей потребуется усиление, что делает оптоволоконные сети более простыми и дешевыми в эксплуатации и обслуживании.
• Нет помех : В отличие от медных кабелей, между оптическими волокнами нет «перекрестных помех» (электромагнитных помех), поэтому они передают информацию более надежно и с лучшим качеством сигнала.
• Более высокая пропускная способность : Как мы уже видели, оптоволоконные кабели могут передавать гораздо больше данных, чем медные кабели того же диаметра.

Вы сейчас читаете эти слова благодаря Интернет. Вы наверняка наткнулись на эту страницу с поисковой системой как Google, который управляет всемирной сетью гигантских центров обработки данных соединены оптоволоконными кабелями большой емкости (и сейчас пытается развернуть быстрые оптоволоконные соединения для всех остальных).Нажав на ссылку на поисковую систему, вы загрузили эту веб-страницу из моей сети сервер и мои слова почти всю дорогу до вас дошли волоконно-оптические кабели. Действительно, если вы используете быстрый оптоволоконный широкополосные, оптоволоконные кабели делают почти всю работу каждый раз вы выходите в интернет. При большинстве высокоскоростных широкополосных подключений только последний этап информационного пути (так называемый «последний миля «от оптоволоконного шкафа на улице до дома или квартира) подразумевает старомодные провода.Это оптоволоконные кабели, не медные провода, которые теперь несут «лайки» и «твиты» под наши улицы, через все большее количество сельских районов, и даже глубоко под океанами, соединяющими континенты. Если вы представите себе Интернет (и Всемирная паутина, которая использует его) как глобальная паутина, скрепляющие ее нити — оптоволоконные кабели; по некоторым оценкам, оптоволоконные кабели покрывают более 99 процентов от общего пробега Интернета, и переносят более 99 процентов всего международного трафика связи.

Чем быстрее люди получают доступ в Интернет, тем больше они могут — и будут — делать в сети. Прибытие из широкополосный Интернет сделал возможным явление облачных вычислений (где люди хранят и обрабатывают свои данные удаленно, используя онлайн вместо домашнего или рабочего ПК в собственном помещении). В примерно так же стабильное развертывание широкополосного оптоволокна (обычно В 5–10 раз быстрее, чем обычный широкополосный DSL, который использует обычные телефонные линии) сделает его более привычным для люди занимаются такими вещами, как потоковая передача фильмов в Интернете вместо просмотра телетрансляция или прокат DVD.С большей емкостью волокна и быстрее связи, мы будем отслеживать и контролировать многие другие аспекты наша жизнь в сети с использованием так называемого Интернета вещей.

Но не только общедоступные интернет-данные течет по волоконно-оптическим линиям. Когда-то компьютеры были подключены к на большие расстояния по телефонным линиям или (на короткие расстояния) по меди Кабели Ethernet, но все чаще предпочтительнее оптоволоконные кабели метод объединения компьютеров в сеть, потому что они очень доступны, безопасны, надежны и имеют гораздо большую вместимость.Вместо того, чтобы связывать офисов через общедоступный Интернет, это вполне возможно для компания для создания собственной оптоволоконной сети (если она может себе это позволить) или (что более вероятно) купить место в частной оптоволоконной сети. Многие частные компьютерные сети работают на так называемом темном волокне , которое звучит немного зловеще, но это просто неиспользованная емкость другого сеть (оптические волокна ожидают включения).

Интернет был продуман так, чтобы вид информации для любого использования; это не ограничивается ношением компьютерные данные.Когда-то по телефонным линиям выходил Интернет, теперь же вместо этого через волоконно-оптический Интернет можно звонить по телефону (и Skype). Там, где когда-то телефонные звонки передавались по сложной мозаике медные кабели и микроволновые линии между городами, самые дальние теперь звонки направляются по оптоволоконным линиям. С 1980-х гг. Было уложено огромное количество волокна; оценки сильно различаются, но считается, что общая мировая длина составляет несколько сотен миллионов километров (достаточно, чтобы пересечь Соединенные Штаты примерно миллион раз).В середине 2000-х было подсчитано, что до 98 процентов этого количества было неиспользованным «темным волокном»; Сегодня, несмотря на то, что используется гораздо больше волокон, все еще считается, что большинство сетей содержат от одной трети до половины темного волокна.

Фото: Строительство оптоволоконных сетей обходится дорого (в основном потому, что рытье улиц стоит очень дорого). Поскольку затраты на рабочую силу и строительство намного дороже, чем сам кабель, многие сетевые операторы сознательно прокладывают намного больше кабеля, чем им нужно в настоящее время.Изображение Криса Уиллиса любезно предоставлено ВВС США.

Радиовещание

Еще в начале 20 века радио и Телевещание родилось из относительно простой идеи: это было технически довольно легко стрелять электромагнитными волнами через воздух от одного передатчика (на радиостанции) до тысяч антенн в домах людей. В наши дни, когда радио все еще работает в воздухе, мы с такой же вероятностью ТВ через оптоволоконный кабель.

компании кабельного телевидения первыми перешли от с 1950-х гг. первоначально использовались коаксиальные кабели (медные кабели с металлической оболочкой, обернутой вокруг них для предотвращения перекрестных помех), по которым передавалось лишь небольшое количество аналоговых телевизионных сигналов.По мере того, как все больше и больше людей подключались к кабелю, и сети начали предлагать больший выбор каналов и программ, кабельные операторы сочли необходимо перейти с коаксиальных кабелей на оптоволокно и с аналогово-цифровое вещание. К счастью, ученые уже выясняли, как это могло быть возможно; еще в 1966 году, Чарльз Као (и его коллега Джордж Хокхэм) посчитали, доказав, как одиночный оптоволоконный кабель может несут достаточно данных для нескольких сотен телеканалов (или нескольких сотен тысяч телефонных звонков).Это был лишь вопрос времени, когда мир кабельного телевидения обратил на это внимание — и «новаторское достижение» Као было должным образом признано когда ему была присуждена Нобелевская премия по физике 2009 года.

Помимо гораздо большей емкости, оптический волокна меньше страдают от помех, поэтому обеспечивают лучший сигнал (рисунок и звук) качество; им нужно меньше усиления для усиления сигналов, поэтому они путешествуют на большие расстояния; и они вообще дороже эффективный. В будущем оптоволоконный широкополосный доступ может стать большинство из нас смотрит телевизор, возможно, через такие системы, как IPTV (телевидение по Интернет-протоколу), в которых используется Стандартный способ передачи данных в Интернете («коммутация пакетов») в обслуживать телепрограммы и фильмы по запросу.Пока медный телефон линия по-прежнему является основным информационным маршрутом в дома многих людей, в будущем нашим основным соединением с миром будет высокоскоростной оптоволоконный кабель. кабель, несущий любую информацию.

Медицина

Медицинские гаджеты, которые могут помочь врачам сориентироваться внутри наших тел, не разрезая их, были первыми собственными применение волоконной оптики более полувека назад. Cегодня, гастроскопы (как их называют) так же важны, как и никогда, но волоконная оптика продолжает порождать важные новые формы медицинское сканирование и диагностика.

Одной из последних разработок называется лаборатория по волокно , и включает в себя вставку тонких волоконно-оптических кабелей с встроенные датчики в тело пациента. Эти виды волокон аналогичны по масштабу кабелям связи и тоньше относительно короткие световоды, используемые в гастроскопах. Как они работай? Через них проходит свет от лампы или лазера, через деталь тела, который доктор хочет изучить. Когда свет проникает сквозь волокна, тело пациента меняет свои свойства в определенных способ (очень незначительное изменение интенсивности или длины волны света, возможно).Измеряя способ изменения света (используя методы например, интерферометрия), инструмент, прикрепленный к другому концу волокно может измерить некоторые важные аспекты того, как тело пациента работает, например, их температура, артериальное давление, pH клеток, или наличие лекарств в их кровотоке. Другими словами, вместо того, чтобы просто использовать свет, чтобы заглянуть внутрь тела пациента, это Тип волоконно-оптического кабеля вместо этого использует свет для его измерения или измерения.

Военный

Фото: Волоконная оптика на поле боя.У этой усовершенствованной оптоволоконной управляемой ракеты (EFOG-M) в носу установлена ​​инфракрасная оптоволоконная камера, чтобы стрелок, стреляющий по ней, мог видеть, куда она движется. Изображение любезно предоставлено Армия Соединенных Штатов.

Легко представить пользователей Интернета, связанных вместе гигантскими паутинами оптоволоконных кабелей; это гораздо менее очевидно что высокотехнологичные вооруженные силы мира связаны таким же образом. Волоконно-оптические кабели недорогие, тонкие, легкие, емкие, устойчивы к атакам и чрезвычайно безопасны, поэтому предлагают идеальные способы подключения военных баз и других объектов, таких как ракетные стартовые площадки и радиолокационные станции.Поскольку они не переносят электрические сигналы, они не излучают электромагнитные излучение, которое может обнаружить противник, и они устойчивы к электромагнитные помехи (в том числе систематическое «глушение» противника атаки). Еще одно преимущество — относительно легкий вес волокна. кабели по сравнению с традиционными проводами из громоздких и дорогих медь металлическая. Танки, военные самолеты и вертолеты есть все постепенно переходят с металлических кабелей на оптоволоконные. Частично это вопрос снижения затрат и экономии веса (оптоволоконные кабели весят около 90 процентов меньше, чем у сопоставимых медных кабелей типа «витая пара»).Но это также повышает надежность; например, в отличие от традиционных кабелей на самолете, которые должны быть тщательно экранированы (изолированы) для защиты им против ударов молнии, оптические волокна полностью невосприимчивы к такой проблеме.

Кто изобрел волоконную оптику?

• 1840-е годы: швейцарский физик Даниэль Колладон (1802–1893) обнаружил, что может светить через водопроводную трубу. Вода несла свет внутреннее отражение.
• 1870: Ирландский физик Джон Тиндалл (1820–1893) продемонстрировал внутреннюю рефлексию в Лондонском Королевском обществе.Он посветил в кувшин с водой. Когда он налил немного воды из кувшина, свет изогнулся по пути воды. Эта идея «изгиба» свет »- это именно то, что происходит в волоконной оптике. Хотя Colladon Истинный дедушка волоконной оптики, Тиндаль часто заслуживает уважения.
• 1930-е годы: Heinrich Lamm и Walter Gerlach , два Немецкие студенты пытались использовать световые трубки для изготовления гастроскопа — инструмент для заглядывания в чей-то желудок.
• 1950-е: в Лондоне, Англия, индийский физик. Нариндер Капани (1926–) и британский физик Гарольд Хопкинс (1918–1994) удалось отправить простую картинку по световой трубе, сделанной из тысяч стекловолокон. После публикации множества научных статей Капани заработал репутацию «отец волоконной оптики».
• 1957: Трое американских ученых из Мичиганского университета, Лоуренс Кертисс , Бэзил Хиршовиц и Уилбур Петерс, успешно использовали оптоволоконную технологию для создания первого в мире гастроскопа.
• 1960-е годы: американский физик китайского происхождения Чарльз Као (1933–2018) и его коллега Джордж Хокхэм осознали, что нечистое стекло бесполезно для волоконной оптики дальнего действия. Као предположил, что оптоволоконный кабель, сделанный из очень чистого стекла, сможет передавать телефонные сигналы на гораздо большие расстояния, и был удостоен награды Нобелевская премия по физике 2009 г. за это новаторское открытие.
• 1960-е годы: исследователи из Corning Glass Company создали первый оптоволоконный кабель, способный передавать телефонные сигналы.
• ~ 1970: Дональд Кек и его коллеги из Corning нашли способы отправлять сигналы гораздо дальше (с меньшими потерями), что привело к разработка первых оптических волокон с низкими потерями.
• 1977: Первый оптоволоконный телефонный кабель был проложен между Лонг-Бич и Артезией, Калифорния.
• 1988: Первый трансатлантический оптоволоконный телефонный кабель TAT8 был проложен между США, Францией и Великобританией.
• 2019: По данным TeleGeography, в настоящее время существует около 378 подводных волоконно-оптических кабелей. (несущие коммуникации под мировым океаном), протяженностью в общей сложности 1.2 миллиона км (0,7 миллиона миль).

.

Модели потери волокна

Определение потерь при распространении волокна

Общие потери в волокне можно разделить на материальные потери и потери, вызванные волокном.
Материальные потери включают рэлеевское рассеяние, поглощение ультрафиолетового (УФ), инфракрасного (ИК) диапазона, потери
и поглощения гидроксила (ОН). Материальные потери — это предельные потери в волокнах.

Потери в волокне определяются как отношение выходной оптической мощности P _out из волокна длиной
L к входной оптической мощности P _в .Символ á обычно используется для обозначения потерь в
децибел на километр:

Модель рэлеевского рассеяния

Из-за гранулированного вида атомов или молекул стекловолокна свет
, проходящий через волокно, страдает потерями на рассеяние. Это известно как потери рассеяния Рэлея
.

Потери на рэлеевское рассеяние в волокне обычно определяются путем экспериментального измерения
. Потери выражаются в децибелах на километр в [Buck,
1995 [4]]:

.

Для однокомпонентного стекла, такого как Si0 ₂

, где n0 — показатель преломления, p — коэффициент фотоупругости, β — термическая сжимаемость
, k — коэффициент Больцмана, а T — абсолютная температура
образца.

Модель поглощения ультрафиолета

Ультрафиолетовое или УФ-поглощение возникает из-за электронных полос поглощения в ультрафиолетовой области
. Полосы электронного поглощения связаны с шириной запрещенной зоны
материалов из аморфного стекла. Поглощение происходит, когда фотон взаимодействует с электроном
в валентной зоне и возбуждает его на более высокий энергетический уровень. УФ-поглощение на любой длине волны может быть выражено как функция мольной доли x Ge0 ₂
[Buck, 1995 [4]]:

УФ-потери малы по сравнению с потерями на рассеяние в ближней инфракрасной области.

Модель абсорбции ОН-радикалов

Радикал ОН молекулы h3O колеблется на основной частоте, соответствующей
длине волны ИК-излучения λ = 2,8 мкм м . Поскольку радикал ОН немного ангармоничен, может возникнуть
«обертонов». Это приводит к появлению линий поглощения ОН на λ = 1,39,
0,95 и 0,725 мкм м , второй, третьей и четвертой гармониках основных частот
соответственно. Могут появиться широкие пики [см., Например, Marcuse,
1981 [7]].Поглощение ОН можно охарактеризовать, аппроксимируя линии поглощения
методом Лоренца или Гаусса.

Метод лоренцевой подгонки:

Метод подгонки по Гауссу:

В двух приведенных выше уравнениях A _i — амплитуда, A _i — положение пика поглощения, а σ _i
— ширина i-й линии поглощения. Использование до семи линий поглощения соответствует спектру поглощения OH
здесь.

В современных волокнах абсорбция гидроксильных групп
значительно снижена, и только пик на λ = 1,38 — 1,39 мкм м все еще сохраняет некоторое практическое значение
.

Модель инфракрасного поглощения

Инфракрасное или инфракрасное поглощение связано с характеристической частотой колебаний
— конкретной химической связью между атомами, из которых состоит волокно. Взаимодействие
между колеблющейся связью и электромагнитным полем оптического сигнала
приводит к передаче энергии от поля к связи, тем самым вызывая поглощение
.

Выражение ИК-поглощения для стекла Ge0 ₂ — Si0 ₂ имеет следующий вид [Buck, 1995 [4]]:

Модель потерь на макроизгибах

Потери на макроизгибе Y — это радиационные потери, когда радиус изгиба волокна
больше диаметра волокна. Как обычно, он определяется как P (z) = P (0) exp (- yz ), где
P (0) — входная мощность, а P (z) — выходная мощность на расстоянии z соответственно.

В настоящее время OptiFiber реализует две разные модели потерь при макроизгибе:

1.В первой модели используется интегральная формула в замкнутой форме, опубликованная Дж. Сакаи и Т. Кимурой [J. Сакаи и Т. Кимура, 1978 [26]]. Он подходит для расчета потерь на макроизгибе любой моды LP, как основной, так и более высокого порядка, в оптических волокнах с произвольным профилем индекса. Используя эту формулу, коэффициент потерь мощности при макроизгибе выражается как функция радиуса изгиба Rb в виде:

Параметры, указанные выше, представлены по формуле:

(нормализованная безразмерная частота)

, где r _c обозначает радиус сердцевины волокна, N _max — максимальное значение показателя преломления
и N _clad — показатель оболочки, β — постоянная распространения моды
. , k ₀ — опора.постоянная в вакууме, В, — азимутальный номер режима
, с = 2, если v = 0 или с, = 1 для v ≠ 0 и K _v — модифицированная функция Бесселя
второго вида заказа v .

2. Используя вторую модель потерь на макроизгибе, коэффициент y можно выразить
как [Snyder and Love, 1983 [20]]:

, где F ₀ — радиальное поле основной моды:

и N (R) — профиль показателя преломления волокна.Остальные параметры —
, указанные выше.

Две модели дают одинаковые результаты для волокон со ступенчатым показателем преломления.

Коэффициент потерь y может быть преобразован в потери в децибелах на километр как
:

Модель потерь при изгибе

Потери на микроизгибе — это радиационные потери в волокне в результате связи мод, вызванные
случайными микроизгибами, которые представляют собой повторяющиеся мелкомасштабные флуктуации радиуса кривизны оси волокна.

Приблизительное выражение для коэффициента затухания дается в [Petermann,
1976 [12]]:

, где A — постоянная, d _n — диаметр ближнего поля, n ₁ — показатель преломления сердцевины волокна
, k — волновое число в свободном пространстве, а p — показатель степени в степенном законе .

Модель потерь на стыке

Соединение — это диэлектрический интерфейс между двумя оптическими волокнами. Любое несовпадение показателя преломления
в любой точке этой границы раздела приведет к отражению и преломлению света
, падающего в эту точку.Для расчетов сращивания мы предполагаем, что модовое поле одномодовых волокон
близко к гауссову. Потери связи для сращивающих соединителей
могут быть рассчитаны путем оценки связи между двумя несоосными гауссовыми пучками
.

На основе вышеуказанной модели потери связи между двумя одномодовыми волокнами равны
по [Miller and Kaminow, 1988 [10]]:

где

Символы выше:

n ₁ — показатель преломления сердцевины волокна

n2 — показатель преломления среды между двумя волокнами

λ — длина волны

W ₁ — радиус поля моды ближнего поля передающего волокна

W ₂ — радиус поля моды ближнего поля принимающего волокна

x — боковое смещение

z — продольное смещение

θ — угловое смещение

.

Волокна

Волокна высокой мощности для Лазеры диодные Кабели из диоксида кремния высокой мощности (HP-) собираются с инновационные разъемы HP-SMA с внутренними медными наконечниками бесплатно конечное положение волокна и способный к длительной доставке лазерной мощности высокая интенсивность в импульсном или непрерывном режиме в диапазоне ниже 1кВт (непрерывно). Кабели из диоксида кремния сверхвысокой мощности (SHP-) могут обеспечивать до несколько кВт от диодных и твердотельных лазеров в результате их сборка с крупногабаритными ШП-разъемами специальной конструкции с диаметрами 2,5, 4, 10 и 15 мм — или с разъемами Mitsubishi Типы Д-80 и Д-200. Конструкция SHP-разъема по индивидуальному заказу может включать медь защита наконечника сапфировыми кольцами для предотвращения испарения меди интенсивный лазерный луч. Волоконное ядро Диаметр (мкм) 100 200 400 600 800–1000 1000–2000 Максимальная мощь (кВт) > 0.1 > 0,6 > 1 2-4 6-8 > 8 HP- и SHP-кабели может быть защищен металлической броней с полимерным покрытием или МКС-оболочкой (Нержавеющая сталь / кевлар / кремний) для прочной защиты кремнезема волокна диаметром от 100 мкм до 2 мм.В доме технология точной сборки позволяет собирать отдельные кабели HP и SHP длиной от 50мм до 100м. Весь кремнезем волокно NA = 0,22, длина по умолчанию 1 м, защита из нержавеющей стали (внутри) и тканевый силиконовый (снаружи) шланг (наружный диаметр 6мм, серый), оканчивается 2 разъемами со свободным концом SMA905, электрически отключены Каталожный номер ST-SMA905-F100 СТ-СМА905-200 ST-SMA905-400 ST-SMA905-600 Диаметр сердцевины волокна (мкм) 100 200 400 600 Диаметр волоконной оболочки (мкм) 140 280 480 720 Максимум.мощность лазера (Вт) 70 150 150 150 Кратковременный радиус изгиба (см) 1.1 2,1 3,6 5,4 Долгосрочный радиус изгиба (см) 4,2 8.4 14,4 21,6 1) Кабели HP и SHP на основе кварцевого стекла UV и NIR для гибкая подача питания диодных, твердотельных, DPSS и газовых лазеров долговечность которой обеспечивается низкими оптическими потерями в волокне особая конструкция, инновационная конструкция разъемов HP- и SHP, надлежащая защита волокна с помощью бронированных MKS-курток и собственными испытаниями исполнение всех кабелей; 2) HP- и SHP-кабели на основе специального кварцевого волокна с покрытием алюминием, медью или медными сплавами, где уникальная технология металла замерзание на боковой поверхности волокна увеличивает прочность волокна на изгиб вдвое, ускоряет отвод индуцированного лазером тепла от волокна под обеспечивает высокую мощность и позволяет применять кабели с высокой температура до 600С; 3) Сумматоры HP-Silica Fiber для сбора волокон мощность от 3 до 7 модулей диодных лазеров — обеспечивает более 100 Вт комбинированной мощность лазера на входе в HP-Refocusator специальной конструкции, а затем эта перефокусированная мощность гомогенизируется гомогенизатором HP-волокна.Это 3 компонентная система волокна HP-Silica обеспечивает гибкое решение для комбинация многоволновых лазеров и для медицинских применений, таких как волосы эпиляция в косметологии; 4) Стоматологические аппликаторы HP-Silica Fiber (SFDA) для одноразовые применения в современной лазерной стоматологии и лазере ЛОР операция. Разнообразие кабелей HP-Silica для медицинских лазеров включает конструкция, в которой волокна соединяются с электрическими проводами в одном защитная куртка, необходимая для дистанционного управления и вариации параметров лазера во время лазерной хирургии.Дистальные концы волокна могут быть заканчивается множеством ручных инструментов индивидуального дизайна. Халькогенидное ИК-стекловолокно (CIR-волокно) Халькогенидные инфракрасные (CIR) очки — лучшие As 2 S 3 на основе материал для волоконной оптики в диапазоне 1.5-6 мкм. CIR-волокна передают ИК-излучение в промежутке между кварцевыми волокнами (0,2-2,4 мкм) и Поликристаллические инфракрасные (PIR) волокна (4-18 мкм). CIR волокно втягивается сердцевина / оболочка с двойным полимерным покрытием, характеризующаяся низкие оптические потери и высокая гибкость. Инновационный процесс очистки стекла обеспечивает спектры затухания без полосы поглощения ОН при 3 мкм и, следовательно, позволяет использовать CIR-волокно для подачи энергии Er: YAG-лазера. Характеристики высокий коэффициент пропускания от 1,5 мкм до 6 мкм подходит для Er: YAG — мощность лазера оптические потери 0,2 дБ / м при 2-4 мкм двойное полимерное покрытие для высокой гибкости прочные кабели с SMA-коннекторами Приложения Гибкая доставка Er: YAG — лазера гибкие системы инфракрасного изображения дистанционная бесконтактная пирометрия в диапазоне 200-600К оптоволоконные зонды для удаленных процессов ИК — спектроскопия Спецификация волокна Дальность передачи 1.5 — 6 мкм Структура сердцевины / оболочки As2S3 / As-S Диаметр сердцевины / оболочки 200-500 / 300-600 мкм Показатель преломления сердечника 2.4 Действующий NA 0,28 Защитное покрытие Куртка из двойного полимера Диапазон температуры окружающей среды 270–370 К Стандартные инфракрасные оптоволоконные кабели CIR Инфракрасный халькогенид (CIR) (1.5-6 мкм) волокно вытягивается в структуре сердцевина / оболочка с двойным полимерным покрытием и характеризуется низкие оптические потери и высокая гибкость. Доставка со склада или в течение нескольких недель ARO. Все стандартные кабели содержат PEEK-полимер. защитная куртка и заглушка SMA. Поликристаллические инфракрасные волокна (ИК-волокна) Разработка специальных волокон для среднего инфракрасного диапазона. регион привел к появлению уникального продукта — поликристаллического сердечника / плакированного материала. Инфракрасные (PIR-) волокна.PIR-волокна нетоксичны, очень гибкие, прозрачный в широком спектральном диапазоне 4 -18 мкм и может работать в широком диапазоне температур от 4K до до 420К. Они производятся с сердцевиной / оболочкой высшего качества. качество из чистого AgCl: кристаллы твердого раствора AgBr с использованием инновационного метод вакуумной экструзии. Они не обладают эффектом старения по сравнению с альтернативное волокно с голым сердечником. Доступен ряд PIR-волоконных кабелей. с прочной полимерной оболочкой из ПЭЭК и концевыми муфтами с использованием либо SMA — тип коннектора с титановым или полимерным наконечником или специальный, изготавливается по запросу заказчика.Широкий выбор различных оптических муфты также могут быть спроектированы и изготовлены для специализированных требования заказчика. Характеристики волокна: высокий коэффициент пропускания от 4 мкм до 18 мкм высокая гибкость и отсутствие токсичности подходит для CO2 — мощность лазера до 50 Вт низкое затухание при 10.6мм (0,1-0,5 дБ / м) диаметр волокна от 0,3 до 1,0 мм длина волокна до 20 м (для диаметра 0,5 мм) нет эффекта старения Стандартные спецификации волокна: Стандартные диаметры сердцевины / оболочки волокна Другие диаметры волокна в 0.Диапазон 3-1,5 мм также в наличии (запрос на специальное изготовление) 240/300, 400/500, 630/700, 900/1000 мкм Дальность передачи 4-18 мкм Затухание при 10,6 мкм 0.1-0,5 дБ / м Показатель преломления 2,15 Стандартный эффективный NA 0,25 Порог лазерного повреждения для CW CO2-лазера > 12 кВт / см 2 Точка плавления 415C Предел прочности > 100 МПа Минимальный радиус изгиба (фиксированный) 10x [диаметр волокна] Минимальный радиус упругого изгиба 100x [диаметр волокна] PIR-волокна защищены свободной оболочкой из ПЭЭК (PolyEtherEtherKetone). для обеспечения жесткой, гибкой и герметичной защиты от механических, фотоиндуцированные и химические повреждения в широком диапазоне температур до 250С. Стандартное кабельное соединение со специальным SMA-соединителем с Ti-наконечником: для приложений с низким энергопотреблением (спектроскопия и радиометрия); для доставки высокой мощности лазера — свободный конец волокна ; стандартная длина кабеля — 1м и 2м. Обработка торцевой поверхности PIR-волокна: Низкая стоимость резки, высокая производительность — стандарт; Полировка специального назначения, включая антибликовое покрытие — по запросу; SMART для уменьшения отражения лазера с высоким содержанием CO2 интенсивность — по запросу. Опции комплекты принадлежностей для дистанционной спектроскопии с FTIR, QCL и TDL-спектрометры; скребок ИК-детекторов: КРТ с TE- и LN-охлаждением, PbSe, термобатареи и др. Разнообразные методы AR-покрытия и SMART-обработки Сравнение стандартных и спектральных PIR-волокон Приложения Гибкая система доставки CO и CO2 лазера; Гибкие системы ИК-изображения; Дистанционная бесконтактная пирометрия в диапазоне 100-600К; Волоконно-оптические зонды для удаленного поточного, in-vivo и технологического ИК-излучения — спектроскопия. Сравнение CIR- и PIR-волокон Типичные спектры пропускания ПИР-900/1000 длиной 1,5 м волокно (красный) по сравнению с волокном CIR-750/850 (синий) (включая отражение и потери связи на концах волокна без просветляющего покрытия и некоторого поглощения полосы атмосферной влаги и др.) Типовая спецификация CIR- и PIR-волокон № Параметр CIR-Fiber ПИР-Волокно 1 Дальность передачи 1.От 5 до 6 мкм или 1600-6500 см -1 От 3 до 18 мкм или 550-3300 см -1 2. Конструкционные материалы сердечника / оболочки Очки халькогенидные As-S Кристаллы твердого раствора AgCl: AgBr 3. Особенности Токсичный и хрупкий, негигроскопичный Нетоксичный, негигроскопичный, очень гибкий, немного чувствителен к УФ-излучению 4. Диаметр сердечника / оболочки 200-500 / 300-600 мкм 400/500, 630/700, 700×700, 900/1000 мкм 5. Показатель преломления сердечника 2,4 2,2 6. Действующий NA 0,28 0,25 7. Оптические потери Минимум 0,2 дБ / м при длине волны 2-4 мкм Минимум 0,2-0,3 дБ / м при длинах волн 10-12 мкм 8. Температура эксплуатации От 270 до 370 тыс. От 4 до 420 тыс. 9. Макс.длина кабеля До 50-100 метров До 20-40 метров Сравнение спектров пропускания PIR- и CIR-волокон для длины 1,5 м Кабели из кварцевого волокна высокой мощности Мы едины ведущих поставщиков мощных кабелей из кварцевого волокна для промышленного, медицинские и научные приложения.Мы предлагаем волоконно-оптические кабели в различных вариантах. диаметров волокна, защитных трубок и соединителей, как показано ниже. В наших волоконно-оптических кабелях большой мощности используется конструкция наконечника с воздушным зазором, где волокно расширяется в свободное пространство, обеспечивая свободное от эпоксидной смолы место, где тепловая энергия может безопасно рассеиваться, не сжигая окружающих материал, что делает их идеальными для приложений с высокой мощностью. Разъем манжеты, изготовленные из нержавеющей стали и меди, используются как теплообменник. раковина, быстро отводя тепло от волокна. Заявки: ■ Лазерная сварка ■ Лазерная резка ■ Доставка медицинского лазера ■ Лазерная цель и дальномер ■ Лазерная спектроскопия ■ Авионика ■ Оборона и военное дело ■ Науки о жизни ■ Воздушное пространство Характеристики ■ Высочайшая чистота кремнеземных волокон (УФ, ВИД, БИК) ■ Волокна с металлическим покрытием (применение при высоких температурах) ■ Просветляющее покрытие торца волокна ■ Air-Gap-Ferrule без эпоксидной смолы ■ Разъем HP-SMA (High Power) нестандартной конструкции — (конец волокна включает капилляр из чистого плавленого кварца) ■ Торцевая поверхность полированная или со сколами ■ ISO 9001: 2008 сертифицированное производство ■ Комплексная система контроля качества Анатомия сборки Для сборка оптических кабелей многомодовые волокна с сердечником из чистого плавленого используется кремнезем и оболочка из кремнезема, легированного фторидом.Буфер затем наносится материал. Буфер покрывает сердцевину и оболочку, укрепляет волокна. В большинстве сборок полиимид используется в качестве буфер; другие сборки используют алюминий или акрилат. Тогда защитный НКТ накладывается на сердцевину, оболочку и буфер для защиты волокна и обеспечивают снятие напряжения. Стандартная оболочка из нержавеющей стали. стальная силиконовая моноболочка. Прецизионные оптические разъемы завершают кабель и точно выровнены, чтобы обеспечить концентричность волокна.Наконец, торцевые заглушки защищают кончики волокон от царапин и загрязняющие вещества. Выбор Правый оптоволоконный кабель для подачи питания на лазер Большинство критической проблемой при создании системы доставки лазерной энергии является выбор Правый оптоволоконный кабель. Важно сделать три основных параметра правильный выбор: 1.Волокно тип и диаметр сердечника 2. Покрытие и защитная трубка 3. Разъем Выбор Волокно Один при заказе оптоволоконной сборки важно учитывать, тип волокна, который вы должны указать для своего приложения. Обычно диапазон длин волн, необходимый для вашего приложения, должен соответствовать длине волны диапазон типа волокна. Низкий OH и оптическое волокно с высоким содержанием OH : Характеристики оптического затухания для высоких OH и материал сердцевины оптического волокна с низким ОН. Для спектрального диапазона UV-VIS (λ = 0,18 — 1,2 мкм) следует использовать кремнеземно-кремнеземные волокна с высоким содержанием ОН. и для диапазона VIS-NIR (λ = 0,35-2,5 мкм) кремнеземно-кремнеземные волокна с низким Концентрация групп ОН более удобна. Следующий Важным параметром является диаметр сердцевины волокна.Меньшие сердцевины волокна предпочтительны для получения наилучшего качества луча и высокого гибкость. Однако волоконно-оптические кабели имеют несколько ограничений в их возможности передачи мощности, и есть важные ограничения на выбор подходящего (наименьшего) размера волокна. В Сам лазер накладывает ограничения на самое маленькое волокно, которое можно использовать. Максимальная мощность в непрерывном режиме для каждого диаметра волокна Характеристики волокна Диаметр сердечника. (мм) Площадь (мм2) CW мощность (Вт) Ядро Чистый диоксид кремния 50 0.0020 10 Облицовка Кремнезем, легированный фтором 100 0,0079 25 Покрытие Акрилатное покрытие (от -40 до 85 o C) 200 0.0314 50 Покрытие из силиконовой смолы (от -40 до 180 o C) 400 0,1256 100 Полиимидное покрытие (от -190 до 385 o C) 600 0.2826 300 800 0,5024 600 1000 0.7850 800 Защитный НКТ Выбор Разъемы Выбор правильный разъем для ваших нужд может быть затруднен из-за многих варианты, доступные сегодня.Выбор лучшего оптоволоконного разъема для любого установка повлияет на то, насколько эффективно и рентабельно работа завершена. В сегодняшних Система доставки лазерного волокна, есть различные оптические волокна типы разъемов: разъемы SMA, ST, FC / PC, FC / APC, DL80, D-200, колпачок-индивидуальный. Конструкция разъема по индивидуальному заказу Mitsubishi может включать наконечник защита сапфировым кольцом для предотвращения испарения металла интенсивным лазерный луч. Высокая мощность соединители имеют конструкцию с воздушным зазором, в которой волокно выходит в свободное пространство от 1,1 мм до 1,5 мм, обеспечивая область без эпоксидной смолы, где энергия может безопасно рассеиваться, не сжигая окружающих материал. Это ключевой механизм выхода из строя стандартных разъемов. К тому же мы используем ряд уникальных методов полировки кончика волокна или сплавления стеклянная торцевая крышка к концу волокна (соединитель крышки) для максимальной мощности обработка. Высокая мощность предлагаются соединители, совместимые с розетками SMA 905 и FC. В заключение, каждая кабельная сборка проходит жесткий контроль качества с несколькими экспертизы в процессе изготовления, включая обширные проверка качества наконечника волокна методом Fiber Check. Данные помогут облегчить путаницу, рассмотрев основные соображения до выбор лучшего разъема для установки. Лазерное повреждение волокон Высокая интенсивность лазерного луча может разрушить волокно. Теоретически это определяется порогом повреждения волокна. К сожалению, на практике волокна и кабели часто отвлекаются из-за неправильного обращения.Большинство общая причина такого разрушения — поглощение лазерного луча энергия некоторым объектом, связанным с волокном. Это может быть, например, частицы пыли, попавшие на торец волокна из воздуха, или частицы дыма »от объекта, обожженного лазерным лучом. Так что каждый перед работой необходимо следить за торцом волокна и очищать его, если есть на нем какие-то инородные частицы или пятна. Выходной торец должен быть обтекаемым чистым воздухом, если есть возможность испачкать.Когда не используется торец должен быть защищен крышкой. Ввод разъем может нагреваться из-за неправильного соединения. Диаметр лазерный луч, сфокусированный объективом связи, должен быть меньше диаметр сердцевины волокна. Если есть крылья в распределении энергии, из-за мод высокого порядка или аберраций объектива они должны отрезаться диафрагмой. Апертура сфокусированного луча должна быть меньше апертура волокна также. Лазерный луч, образованный соединением объектива, необходимо тщательно микропозиционировать. Линейный смещение входной балки приводит к нагреву деталей конструкции и также к разрушению волокна. Другой Причиной повреждения волокна является локальная концентрация энергии в материале волокна. Это может произойти, если положить конец волокна перед перетяжкой сфокусированный лазерный луч. Правильный положение торца за поясом (рис.1). Угловое смещение пучка приводит к его фокусировке на отражающей границе сердцевины волокна и локальной концентрации энергии, разрушающей волокно. Микропозиционирование входного луча должно начинаться с низкого уровня энергия лазерного луча и проводиться очень осторожно. Иногда повреждение происходит на месте скрытого дефекта (инородная частица, чрезмерное изгиб или какой-либо другой дефект конструкции). В случае непрерывного излучения CO2, лазера и PIR-волокна, несмотря на почти одинаковое поверхностное поглощение для обоих концов, плавление начинается с вывод, как правило, заканчивается. Это вызвано суперпозицией прямого и отраженные спекл-структуры световых волн вблизи выходного конца. Случайный сложение этих закономерностей приводит к некоторым локальным максимумам и плавлению начинается в точках с наибольшей локальной интенсивностью.Для ИК-волокон пороговая интенсивность, усредненная по всему сечению, составляет около 7-10 кВт / см2. Эту интенсивность можно увеличить путем охлаждения торцевой поверхности на поток сухого газа. Исследования пропускания импульсного излучения ТЕА СО2-лазера через поликристаллические волокна показали, что повреждение обычно происходит в начальной части волокна на расстояниях от нескольких миллиметров до до нескольких сантиметров от входного конца.Порог повреждения волокна индуцированный импульсом значительно меньше, чем в исходных кристаллах. это эффект может быть связан с фокусировкой входного излучения цилиндрическая сторона поверхности волокна. Оценочные значения порог в световодах с учетом дополнительной фокусировки соответствует объемный порог в исходных кристаллах. Не не стесняйтесь обращаться к нам за технической консультацией! Волоконно-оптический коллиматор для доставки волокна Доставка оптического луча Волокно Связанные диодные лазеры Diode Driver

.

PMMA конец оптического кабеля свечение 1,5 мм / 700 м прозрачная волоконно-оптическая линия для украшения детской комнаты ручной звездный ночник | оптическое волокно | pmma волоконно-оптический кабель

Оптоволокно изготовлено из обработки соединения макромолекул в результате полимеризации химического мономера. Оптическое волокно имеет множество преимуществ, таких как идеальное пропускание света , энергосбережение, отсутствие тепла, отсутствие загрязнения, гибкость, безопасность, низкие эксплуатационные расходы, отсутствие УФ / ИК / магнитного излучения , этот новый тип продукта широко используется в декоративном освещении для дом, здание, ландшафт, культурные реликвии, ремесло, подводное оборудование, биллинг, праздничное оформление и т. д. …
— Материал сердцевины волокна: Полиметилметакрилат (ПММА) ;
-Материал оболочки: Флюрорезин ;
-Внешний вид: гладкий, прозрачный;
-Числовая апертура: 0,5;
-тип: торцевое свечение ;
-Коэффициент удлинения при доходности: ≥4;
-Допустимый радиус изгиба: не менее десяти диаметров оптического волокна;
-Диаметр: 1,5 мм ;
— длина в рулоне: 700 метров;
— Вес рулона: около 2,3 кг ;
-Диапазон температур использования: -20 ° C — 70 ° C

Тип конечного свечения

используется для передачи света

Внимание: вызывает следующий эффект по источнику света + оптоволоконный кабель, источник света не входит в комплект
-в упаковке:
— Волокно: 1.5 мм пластиковый PS оптоволоконный кабель
— Количество: 700 метров (1 рулон)
— нет источник света в комплекте

используется для наружной отделки

используется для украшения дома

изменение цвета звездообразный потолочный эффект

.