Радиус изгиба оптического волокна
Стандартное одномодовое волокно 125 мкм кварцевого стекла, использующееся повсеместно. Из-за лакового покрытия оптоволокно способно выдерживать изгибы радиусом в 5 мм (хорошо видно на рисунке). Свет, а значит и сигнал через такой изгиб не проходит.
Волокна, заключённые в кабеле, находятся в гидрофобной жидкости, которая позволяет волокнам свободно двигаться внутри оболочки. Радиус изгиба толстого оптического кабеля в первую очередь влияет на саму оболочку, нежели на волокна внутри. Представьте толстый армированный подземный кабель, если его попытаться максимально свернуть, то начнут разрушаться корд, пластик, деформироваться внутреннее наполнение.
Телекоммуникационные стандарты устанавливают предельный (минимальный) радиус изгиба без привязки к длине волны. Хотя с точки зрения физики эти вещи безусловно взаимосвязаны, но было бы неразумным каждый раз заново рассчитывать минимальный радиус изгиба, поскольку заказчик может сменить активное оборудование и перейти на другую длину волны.
По этой причине стандарты указывают величину, гарантированно обеспечивающую поддержание явления полного внутреннего отражения для всех длин волн, которые используются в настоящее время в телекоммуникациях. Самые популярные из них – их четыре – длины волн 850, 1300, 1310 и 1550 нм, но есть и другие окна в сторону увеличения длины. С развитием технологий в перспективе могут быть задействованы и они.
Вот что говорит стандарт ANSI/TIA/EIA-568-B.3 по поводу радиусов изгиба волоконно-оптического кабеля.
4.3.1 Inside plant cable specifications
The mechanical and environmental specifications for inside plant optical fiber cable shall be in accordance with ANSI/ICEA S-83-596.
2- and 4-fiber cables intended for horizontal or centralized cabling shall support a bend radius of 25 mm (1 in) under no-load conditions. 2- and 4-fiber cables intended to be pulled through horizontal pathways during installation shall support a bend radius of 50 mm (2 in) under a pull load of 222 N (50 lbf). All other inside plant cables shall support a bend radius of 10 times the cable outside diameter when not subject to tensile load, and 15 times the cable outside diameter when subject to tensile loading up to the cables rated limit.
4.3.1 Спецификации кабеля для внутреннего применения
Механические спецификации и требования к окружающей среде для волоконно-оптического кабеля внутреннего применения должны соответствовать положениям ANSI/ICEA S-83-596.
2- и 4-волоконные кабели, являющиеся частью горизонтальной или централизованной волоконно-оптической системы, должны иметь радиус изгиба не менее 25 мм (1 дюйма) в отсутствие нагрузки (после монтажа). Радиус изгиба 2- и 4-волоконных кабелей при протяжке через горизонтальные трассы должен поддерживаться не менее 50 мм (2 дюймов) при максимальном усилии протяжки 222 Н (50 фунт·сил). Все прочие кабели внутреннего применения должны иметь радиус изгиба не менее 10 внешних диаметров оболочки при отсутствии нагрузки и не менее 15 внешних диаметров при протяжке с усилием, не превышающим допустимых значений.
4.3.2 Outside plant cable specifications
The mechanical and environmental specifications for outside plant optical fiber cable shall be in accordance with ANSI/ICEA S-87-640.
Outside plant optical fiber cables shall be of a water-block construction and meet the requirements for compound flow and water penetration as established by ANSI/ICEA S-87-640. Outdoor cable shall have a minimum pull strength of 2670 N (600 lbf). Outside plant cables shall support a bend radius of 10 times the cable outside diameter when not subject to tensile load, and 20 times the cable outside diameter when subject to tensile loading up to the cables rated limit.
4.3.2 Спецификации кабеля для внешнего применения
Механические спецификации и требования к окружающей среде для волоконно-оптического кабеля внешнего применения должны соответствовать положениям ANSI/ICEA S-87-640.
Оптические кабели внешнего применения должны иметь водонепроницаемую конструкцию и соответствовать требованиям по суммарному потоку и водонепроницаемости, указанным в ANSI/ICEA S-87-640. Внешние кабели должны выдерживать усилие натяжения не менее 2670 Н (600 фунт·сил). Радиус изгиба внешних кабелей должен поддерживаться не менее 10 внешних диаметров кабеля в отсутствие нагрузки (после монтажа) и не менее 20 внешних диаметров при протяжке с усилием, не превышающим допустимых значений.
стандарт по оптоволокну ITU-T. G.657 Оптические волокна, удовлетворяющие требованиям Рекомендации, делятся на две категории: A и B, которые различаются диаметром сердцевины. Для волокон типа A он составляет от 8,6 до 9,5 мкм, а для волокон типа B – от 6,3 до 9,5 мкм. Нормы потерь на макроизгибах существенно ужесточены, поскольку этот параметр для G.657 является определяющим. Так, 10 витков волокна категории 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. Не допускается также увеличение волокнами категории B затухания на длине волны 1550 нм: 10 витков на оправке диаметром 15 мм – более чем на 0,03 дБ, 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.)
Стоит ли оптику завязывать в узел?
Оставьте комментарий Отменить ответ
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.
Источник
Стоит ли оптику завязывать в узел?
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.
Источник
