Оптические волокна. Классификация
Оптические волокно стандарт де-факто при построении магистральных сетей связи. Протяженность волоконно-оптических линий связи в России у крупных операторов связи достигает > 50 тыс.км.
Благодаря волокну мы имеем все те преимущества в связи, которых не было раньше.
Вот и попробуем рассмотреть виновника торжества — оптическое волокно.
В статье попробую написать просто о оптических волокнах, без математических выкладок и с простыми человеческими объяснениями.
Статья чисто ознакомительная, т.е. не содержит уникальных знаний, всё что будет описано может быть найдено в куче книг, однако, это не копипаст, а выжимка из «кучи» информации только лишь сути.
Классификация
Чаще всего волокна подразделяют на 2 общих типа волокон
1. Многомодовые волокна
2. Одномодовые
дадим пояснение на «бытовом» уровне что есть одномод и многомод.
Представим гипотетическую систему передачи с волокном воткнутым в нее.
Нам надо передать двоичную информацию. Импульсы электричества в волокне не распространяются, ибо диэлектрик, поэтому мы будем передавать энергию света.
Для этого нам нужен источник световой энергии. Это могут быть светодиоды и лазеры.
Теперь мы знаем что мы используем в качестве передатчика — это свет.
Подумаем как свет вводится в волокно:
1) Световое излучение имеет свой спектр, поэтому если сердцевина волокна широкая (это в многомодовом волокне), то больше спектральных составляющих света попадет в сердцевину.
Например мы передаем свет на длине волны 1300нм (к примеру), сердцевина многомода широкая, то и путей распространения у волн больше. Каждый такой путь и есть моды
2) Если же сердцевина маленькая (одномодовое волокно), то путей распространения волн соотвественно уменьшается. И так как дополнительных мод гораздо меньше, то и не будет и модовой дисперсии (о ней ниже).
Это основное отличие многомодового и одномодового волокон.
Спасибо enjoint, tegger, hazanko за замечания.
Многомодовые в свою очередь делятся на волокна со ступенчатым показателем преломления (step index multi mode fiber) и с градиентным (graded index m/mode fiber).
Одномодовые делятся на ступенчатые, стандартные (standard fiber), со смещенной дисперсией (dispersion-shifted) и ненулевой смещенной дисперсией (non-zero dispersion-shifted)
Конструкция оптического волокна
Каждое волокно состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления.
Сердцевина (которая и является основной средой передачи энергии светового сигнала) изготавливается из оптически более плотного материала, оболочка — из менее.
Так, например, запись 50/125 говорит о том, что диаметр сердцевины равен 50 мкм, оболочки — 125мкм.
Диаметры сердцевины равные 50мкм и 62,5мкм являются признаками многомодовых оптических волокон, а 8-10мкм, соответственно, одномодовым.
Оболочка же, как правило, всегда имеет диаметр размером 125мкм.
Как видно диаметр сердцевины одномодового волокна имеет намного меньший размер, нежели диаметр многомодового. Меньший диаметр сердцевины позволяет уменьшить модовую дисперсию (о которой, возможно, будет написано в отдельной статье, а также вопросы распространения света в волокне), а соответственно увеличить дальность передачи. Однако, тогда бы одномодовые волокна вытеснили многомоды, благодаря более лучшим «транспортным» характеристикам, если бы не необходимость использовать дорогие лазеры с узким спектром излучения. В многомодовых волокнах используются светодиоды с более размазанным спектром.
Поэтому для недорогих оптических решений, таких как локальные сети интернет-провайдеров применения многомода случается.
Профиль показателя преломления
Вся пляска с бубном у волокна с целью увеличения скорости передачи была вокруг профиля показателя преломления. Так как основным сдерживающим фактором увеличения скорости является модовая дисперсия.
Кратко суть в следующем:
когда излучение лазера поступает в сердцевину волокна, то сигнал передается по ней в виде отдельных мод (грубо: лучей света. А на самом деле разные спектральные составляющие вводимого сигнала)
Причем входят «лучи» под разными углами, поэтому время распространения энергии отдельно взятых мод различается. Это проиллюстрировано на рисунке ниже. 
Здесь отображены 3 профиля преломления:
ступенчатый и градиентный для многомодового волокна и ступенчатый для одномодового.
Видно, что в многомодовых волокнах моды света распространяются по различным путям, но, из-за постоянного коэффициента преломления сердцевины с ОДИНАКОВОЙ скоростью. Те моды, которые вынуждены идти по ломанной линии приходят позже, чем моды, идущие по прямой. Поэтому исходный сигнал растягивается во времени.
Другое дело с градиентным профилем, те моды которые раньше шли по центру — замедляются, а моды, которые шли по ломанному пути, наоборот, ускоряются. Это произошло оттого, что коэффициент преломления сердечника теперь непостоянен. Он увеличивается параболически от краев к центру.
Это позволяет увеличить скорость передачи и получить распознаваемый сигнал на приеме.
Области применения оптических волокон
| Многомодовое волокно | Одномодовое волокно | |
| MMF 50(62.5)/125 Градиентное | SF 9/125 ступенчатое | SF 9/125 со смещенной дисперсией (с ненулевой смещенной дисп.) |
| ЛВС(GigaEther,FDDI,ATM) | Протяженные ЛВС, магистрали SDH | Сверхпротяженные магистрали SDH |
К этому можно добавить, что магистральные кабели теперь все почти идут с ненулевой смещенной дисперсий, что позволяет использовать на этих кабелях спектральное волновое уплотнение (WDM) без нужды замены кабеля.
А при построении пассивных оптических сетей часто используют многомодовое волокно.
Спасибо тем, кто конструктивно критиковал.
PS
если будет интересно, то могут появиться статьи о
— дисперсии
— типах волоконно-оптических кабелей (не волокон)
— системах передачи, используемых для wdm/dwdm уплотнения.
— процедура сварки оптических волокон. и типы сколов.
Источник
Размер волокна оптического кабеля
Век информационных технологий оперирует громадными массивами данных из самых разнообразных сфер нашей жизни. Мы обмениваемся в сети большими медиафайлами, госучреждения, банки, аэропорты, институты, компании, тысячи и сотни тысяч других субъектов каждую секунду передают и получают терабиты разнообразнейшей информации. И сегодня от каналов связи, кроме физической способности пропускать через себя такие колоссальные объемы, требуется еще и предельно высокая скорость обмена, которая иногда имеет критически важное значение.
Когда был придуман и успешно запущен в «массы» оптический кабель, интернет получил новый фундаментальный фактор, позволивший мировой сети развиваться еще более быстрыми темпами. Созданный на основе принципа передачи информации через оптические сигналы данный тип кабеля связи обеспечил практически мгновенную передачу дата-массивов любого объема на громадные дистанции. Фотоны движутся на скоростях близких к световым, почти не затухают, не чувствительны к электрошумам, их сложно перехватить. Волоконная оптика работает на высоких частотах, относительно компактна, довольно проста для масштабирования и монтажа.
Данный материал посвящен вопросу классификации оптических кабельных изделий связи, мы выделим их основные разновидности и расскажем об особенностях каждой их них.
Описание и конструкция
Конструкция оптического кабеля
Как и силовые, оптоволоконные провода чрезвычайно разнообразны по конструкции, типам исполнения, сфере использования и прочим критериям. Оптический кабель, обеспечивающий интернет широкополосным каналом для транспортировки информации, обязательно имеет в своей конструкции такие элементы:
- оптоволокна или стекловолоконные нити из высококачественного кварцевого стекла, которые скручены по продуманной схеме и представляют собой заключенную в оболочку сердцевину. По ней за счет последовательных и полных отражений распространяется свет. При этом сердцевина имеет высочайший уровень преломления, а оболочка – низкий,
- оптический модуль – это центральная полимерная или металлическая трубка, в которой заключены хрупкие оптические волокна,
- центральный силовой элемент из стеклопластика, стального каната, проволоки или стренги присутствует в многомодульных магистральных марках кабеля,
- наружная защитная оболочка.
Кроме того, в конструкцию оптоволоконного изделия могут включаться:
- армирующие арамидные нити, гофростальная или проволочная броня,
- демпфирующие амортизаторы,
- заполнители типа гидрофобных гелей или водоблокирующих нитей,
- металлические проводники.
Также существуют марки оптического кабеля с тросом для подвешивания.
На видео приведен пример исполнения марки кабеля ДПЛ.
(самонесущие: ОКСНМ, ОКСНЦ, ОКА, ОКСД, ДПТ, ОКЛЖ, ОКМС, а также оптический кабель с тросом из стеклопластика или металла, который покрыт ПЭТ-оболочкой: ОК/Т, ОПД, ДПОм, ОКПМ, ОКПЦ, ДПК, ОКТс). Подвесная оптика может размещаться на грозотросах, фазовых проводах ВЛ, контактной сети электротранспорта.Внутри помещений обычно прокладываются абонентские и распределительные марки, к примеру, FTTH, ОБВ, ОМВ, ИКВА–П, OКТЦ, ОКТМ, ДБН, ОКВ-М и прочие.
По сфере применения и дальности передачи информации оптический интернет-кабель бывает следующих типов:
магистральный, который используют для создания многоканальных линий связи большой протяженности. Обеспечить минимальные показатели дисперсии и затухания сигнала способно только мономодовое волокно с примерными размерами оболочки и сердцевины 8-125 мкм на волнах длиной 1.3-1.55 мкм. К магистральным относят кабеля под марками ОКГМ, ОКГЦ, ОККМ, ОККЦ, ОКСМ, ОКСД,
зоновый кабель необходим для организации многополосных линий между, например, областью и отдаленными районами (до 250 км). Кабельная продукция группы содержит градиентные волокна, примеры марок: ОМЗКГМ, ОМЗКГЦ, ОК, ОЗКГ,
городской оптический интернет-кабель (ОКСТМ, ОКСТЦ, ОККТМ), как правило, прокладывается в трубах и коллекторах. Он предназначен для создания сравнительно коротких магистралей (до 10 км), но также должен обладать отличной дата-пропускной способностью, т.е. быть поликанальным. По техпараметрам класс городских кабелей близок к зоновым,
полевые марки (ОК-ПН) предназначены для строительства линий в полевых условиях, в т.ч. подземным, подводным и подвесным способом, поэтому рассчитаны на многократные прокладки и снятия, не распространяют горение, стойки к воздействию растягивающих усилий, влаги, бензина и дизтоплива, грызунам. Полевой кабель обычно содержит 1-12 оптоволокон,
подводный оптический кабель (СПС, ОА2, ДАС) может быть грузонесущим, отличается высокой разрывной и растягивающей устойчивостью, не пропускает влагу, в т.ч. молекулярную, имеет низкий уровень дисперсионности и значительные длины регенерационных участков.,
объектовая (стационарная) оптика служит для пропускания внутренних информационных потоков, к примеру, в бортовых системах кораблей и самолетов, видеотелефонии в учреждениях, кабельном ТВ непосредственно в здании. В конструкции объектовых кабелей не предусмотрены гидрофобные заполнители, что упрощает их монтаж и повышает степень пожарной безопасности. Примеры марок: ИКВ–Т2, ИКВА–П, ОТЦ,
монтажный оптический кабель (ОК-МС с разным номером разработки) имеет форму плоских лент или жгутов. Он применяется для создания внутри- и межблоковых соединений в аппаратуре локальных инфо-систем. Монтажные кабельные изделия сконструированы на основе мультимодовых градиентных оптоволокон.
Одна из разновидностей классификации оптических кабелей связи по назначению с указанием вариантов применения и монтажа представлена на рисунке.
Оптоволоконные кабеля могут также различаться по вариантам конструктивного исполнения сердечника:
с повивной концентрической скруткой. Оптические модули с числом волокон 1-24 в этом виде проводных изделий скручены вокруг центрального силового элемента. При этом каждый следующий повив содержит на 6 волокон больше. Одноповивная скрутка насчитывает 4-12 модулей (до 288 оптоволокон), мультиповивная – до 48 (576 ОВ),
с центральным оптическим модулем, который выполнен в виде сердечника с количеством оптических волокон до 48,
с фигурным сердечником. В полимерной оболочке этого типа кабельных изделий выполнены профилированные пазы, в которые укладываются оптические модули или плоские ленты с общим числом оптоволокон до 576. Преимуществом такого расположения является минимизация продольного разрывного усилия. Этот тип встречается редко из-за высокой стоимости и сложности монтажной разделки,
Плоские оптические ленты уложены в центральный оптомодуль, количество оптических волокон может достигать 288.
Первые две группы оптических кабелей чрезвычайно широко распространены в странах СНГ и РФ.
Еще одна классификация подразделяет оптические кабеля для интернета по материалу, из которого изготовлены оптоволокна:
GOF -стекловолокно, glass optic fiber,
POF — полимерное волокно, plastic optic fiber,
PCF – стеклянно-кристаллическое волокно с защитным покрытием из полимера, plastic crystal fiber.
В конструкции оптического кабеля для интернета могут присутствовать металлические элементы, к примеру, свинцовые или алюминиевые оболочки, бронированные покровы, медные проводники. Существуют и полностью диэлектрические марки, которые менее прочны и влагостойки, но обладают отличной помехоустойчивостью, имеют более скромные габариты и вес, поэтому удобны в транспортировке и монтаже.
Источник
