Как выбрать оптоволоконный кабель

Оптоволоконный кабель стал стандартным компонентом в большинстве современных кабельных инфраструктур. Его устойчивость к электромагнитным и радиочастотным помехам сделали его одним из лучших для передачи сигнала. Он способен транспортировать сигналы на значительные расстояния в большинстве сетей. В настоящее время, оптоволоконный кабель используется на многих жилых улицах и ведет непосредственно к домам. Тем не менее, для многих людей, само значение оптоволокна, как оно работает и используется, по-прежнему не очень понятно. В этой статье мы рассмотрим ответы на некоторые из основных вопросов об оптоволоконном кабеле, поможем его выбрать и расскажем о том, когда и как он должен быть использован.

Что такое оптоволокно?

Оптическое волокно, или оптическое стекло, по существу, очень тонкие нити из стекла, через которое передается импульс света. Стекло с тонкой рубашкой называют оболочкой, через нее проходит сигнал. Эти оптоволоконные пряди собирают вместе общей рубашкой с образованием кабеля. Если вы попробуете растянуть пряди волокна во время установки, скорее всего, это приведет к их повреждению. В некоторых кабельных конструкциях можно увидеть твердый стержень из композитных материалов для придания дополнительной защиты.

Для передачи сигнала по стеклянным нитям, электрические устройства, называемые оптическими передатчиками, преобразовывают электрические сигналы (электроны) в импульсы света (фотоны). Импульсы модулированы так, чтобы приемный конец смог интерпретировать полученный сигнал от передающего конца. После того, как сигнал получен, он преобразуется обратно из фотонов в электроны, а затем передается в сеть. Обычно оптический канал требуется две нити волокна,

одну для отправки и одну для приема.

Есть два типа оптического волокна, многомодовое и одномодовое

Многомодовое волокно позволяет сигналу пройти в нескольких режимах вдоль внутренней поверхности стекла нити или стержня. Сердцевина волокна бывает диаметром 62,5 и 50 микрон. Мкм составляет 1 миллионная часть метра. Для сравнения, человеческие волосы около 100 мкм в диаметре. В многомодовом волокне, свет генерируется из недорогого источника света, светоизлучающего диода. В цифровых часах используется схожая технология. Этот оптический передатчик на светодиодной основе обычно называют медиа конвертером. Поскольку сигнал от конвертера проходит через стекло, он отскакивает вперед и назад вдоль внутренней стенки оболочки до тех пор, пока не достигнет своего пункта назначения. Этот процесс, происходит в миллионы в секунду и обеспечивает скорость передачи данных, 10 Мбит / с или 100 Мбит / с. Медленнее светодиоды уже почти не используются, так как спрос на большой пропускной канал данных возросла. Для достижения более высокой скорости передачи данных, рынок создал вертикальный резонатор поверхностного излучающего лазера. ВИЛ фокусирует свет в более узкой полосе в стекле и работает на более высоких скоростях. Технология позволяет увеличивать скорость передачи до 1 Гбит / с и 10 Гбит / с при небольших затратах, с использованием соответствующего волокна. Специально разработанное стекло работает лучше на более высоких скоростях передачи данных и позволяет сигналам путешествовать дальше. Например, самое лучшее 50 мкм волокно, может вместить 10 Гбит / с на расстоянии до 550 метров.

Одномодовое оптическое волокно обычно имеет сердечник, 8,3 мкм в диаметре. Для одномодового волокна требуется лазерная технология для передачи и приема данных. Хотя используется лазер, свет в одномодовом волокне преломляется от оболочки волокна. Одиночный режим имеет возможность передачи сигнала на много километров, что делает его идеальным для телефона и кабельного телевидения. Электроника, необходимая для передачи одномодового сигнала, значительно дороже, чем для многомодовых, поэтому они не часто используется в локальной сети. Хотя основные размеры многомодового и одномодового волокна различаются, оба типа волокон имеют наружный диаметр около 250 мкм. С такими кабелями проще работать.

Где используется оптоволоконный кабель?

Оптоволоконные кабели могут передавать больше данных на огромные расстояние, больше, чем обычные медные кабели. Волокно используется для связи сетей зданий вместе, к примеру, связь общежития и здания на территории университетского кампуса, и на сегодняшний день ими пользуются большое количество бытовых потребителей телевизионных и телефонных услуг. В большинстве коммерческих зданий, волокно используется для соединений стационарного кросса MDF, там, где находятся обычно сетевые серверы, и телекоммуникационные шкафы. Например, небольшая группа из пользователей может быть расположена в 500 метров от MDF. Примером, по сути, является соединение всех своих компьютеры в сеть. Так, стандартные медные кабели связи ограничены 100 метрами, на больших расстояниях они просто не будут работать. Размещая сетевые коммутаторы и в том числе медиа конвертер в одном корпусе, вы можете использовать оптоволоконный кабель для преодоления этих 100 метров. Конвертер данных на другом конце оптоволоконного кабеля завершает канал. Оптоволоконный кабель может быть установлен даже в небольших помещениях, так как

один оптический кабель может заменить сотни медных кабелей связи.

Какое оптическое волокно выбрать, 50 микрон или 62,5 мкм?

Хотя 62,5 мкм волокно было на пике популярности лишь несколько лет назад, 50 микрон быстро завоевало значительную долю рынка. 50 мкм волокно может иметь в 20 раз

большую пропускную способность (пропускную способность данных) чем 62,5 микрон. Для целей идентификации, многомодовое и одномодовое волокно часто разделяют как по уровню производительности, так и по определенным стандартом ISO / IEC, которые зависят от ширины полосы пропускания. 62,5 мкм многомодовое волокно называют OM1. 50 мкм волокно называют OM2, OM3 и недавно появилось еще и OM4. Как вы можете себе представить, OM4 имеет большую пропускную способность, чем OM3, а OM3 имеет большую пропускную способность, чем OM2. Пятьдесят мкм OM3 волокно рассчитано на 10 Гбит полосу, передаваемую на расстояние до 300 метров, а OM4 может передавать на 550 метров. Таким образом, многие пользователи сейчас предпочитают OM3 и OM4 по сравнению с другими типами стекол. Почти 80% из 50 мкм волокна это волокно типа OM3 или OM4. Если вам требуется более высокие скорости передачи данных или у вас есть план по модернизации сети, рекомендую выбрать OM3 или OM4.

Какие типы разъемов следует использовать?

Существуют разъемы LC, FC, MT-RJ, ST и SC. Есть также разъемы MT / MTP типа, которые вмещают до 12 нитей волокна и занимают гораздо меньше места, чем другие разъемы. Самые популярные — разъемы SC типа, также известные, как разъемы общего назначения, которые нужно нажать и повернуть для блокировки. Производители отдают предпочтение SC и ST разъемам.

Какой дизайн кабеля выбрать?

Существуют многочисленные проекты оптических кабелей и уникальный дизайн практически у любого из них. Закрытый или открытый кабель с жесткими буферными волокнами очень популярен, если при установке кабель должен покинуть здание на небольшое расстояние, а затем повторно вернуться в другой корпус. Есть закрытые бронированные кабели, которые могут быть использованы в производственных помещениях или местах, где кабель может подвергаться механическому воздействию. Этот тип кабеля может сэкономить деньги, поскольку бронирование является альтернативой металлической трубе или пластиковому кабельному туннелю.

• Как видите, при выборе соответствующего дизайна оптоволоконного кабеля, вы должны тщательно проанализировать все пути кабеля и определить, какая нужна защита нитей волокна, как вы хотите разместить их в помещении и как вы намерены их спрятать.

Оптическое волокно — Википедия

Пучок оптических волокон

Опти́ческое волокно́ — нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.

Волоконная оптика — раздел прикладной науки и машиностроения, описывающий такие волокна. Кабели на базе оптических волокон (волоконно-оптический кабель) используются в волоконно-оптической связи, позволяющей передавать информацию на бо́льшие расстояния с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи

[1]. В ряде случаев они также используются при создании датчиков.

Принцип передачи света, используемый в волоконной оптике, был впервые продемонстрирован в XIX веке, но повсеместное применение было затруднено отсутствием соответствующих технологий.

В 1934 г. американец Норман Р. Френч получил патент на оптическую телефонную систему, речевые сигналы в которой передавались при помощи света по стержням чистого стекла. В 1962 г. был создан полупроводниковый лазер и фотодиод, используемые как источник и приёмник оптического сигнала

[2].

Повсеместному переходу на технологии ВОЛС мешали высокие затухания в оптическом волокне, поэтому конкуренция с медными линиями была невозможна. Только к 1970 г. компании Corning удалось наладить коммерческое производство волокна с низким затуханием — до 17 дБ/км, через пару лет — до 4 дБ/км. Волокно являлось многомодовым и по нему передавалось несколько мод света. К 1983 году был освоен выпуск одномодовых волокон, по которым передавалась одна мода.

В России первые волоконно-оптические линии появились в Москве. Первой подводной ВОЛС стала магистраль Санкт-Петербург — Аберслунд (Дания), проложенная АО «Совтелеком» (ныне ПАО «Ростелеком»^[3]).

В 2018 году исследователи из исследовательского института NICT Network System и компании Fujikura Ltd, специалисты которой разработали новый тип трехмодового (трехканального) оптического волокна, провели эксперимент, во время которого была достигнута скорость передачи информации в 159 терабит в секунду на расстояние 1045 километров. В обычных условиях задержки при использовании многомодового оптоволокна мешают одновременно получать высокие скорости передачи и осуществлять передачу на большие расстояния. И данное достижение является своего рода демонстрацией нового метода преодоления ограничений

[4].

Стеклянные оптические волокна делаются из кварцевого стекла, но для дальнего инфракрасного диапазона могут использоваться другие материалы, такие как фторцирконат, фторалюминат и халькогенидные стёкла. Как и другие стёкла, эти имеют показатель преломления около 1,5.

В настоящее время развивается применение пластиковых оптических волокон. Сердечник в таком волокне изготовляют из полиметилметакрилата (PMMA), а оболочку из фторированных PMMA (фторполимеров).

Оптическое волокно, как правило, имеет круглое сечение и состоит из двух частей — сердцевины и оболочки. Для обеспечения полного внутреннего отражения абсолютный показатель преломления сердцевины несколько выше показателя преломления оболочки. 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.

Возможны и более сложные конструкции: в качестве сердцевины и оболочки могут применяться двумерные фотонные кристаллы, вместо ступенчатого изменения показателя преломления часто используются волокна с градиентным профилем показателя преломления, форма сердцевины может отличаться от цилиндрической. Такие конструкции обеспечивают волокнам специальные свойства: удержание поляризации распространяющегося света, снижение потерь, изменение дисперсии волокна и др.

Оптические волокна, используемые в телекоммуникациях, как правило, имеют диаметр 125±1 микрон. Диаметр сердцевины может отличаться в зависимости от типа волокна и национальных стандартов.

Профиль показателя преломления различных типов оптических волокон:
слева вверху — одномодовое волокно;
слева внизу — многомодовое ступенчатое волокно;
справа — градиентное волокно с параболическим профилем

Оптические волокна могут быть одномодовыми и многомодовыми. Диаметр сердцевины одномодовых волокон составляет от 7 до 10 микрон. Благодаря малому диаметру сердцевины оптическое излучение распространяется по волокну в одной (основной, фундаментальной) моде и, как результат, отсутствует межмодовая дисперсия.

Существует три основных типа одномодовых волокон:

1. одномодовое ступенчатое волокно с несмещённой дисперсией (стандартное) (SMF или SM, англ. step index single mode fiber), определяется рекомендацией ITU-T G.652 и применяется в большинстве оптических систем связи;
2. одномодовое волокно со смещённой дисперсией (DSF или DS, англ. dispersion shifted single mode fiber), определяется рекомендацией ITU-T G.653. В волокнах DSF с помощью примесей область нулевой дисперсии смещена в третье окно прозрачности, в котором наблюдается минимальное затухание;
3. одномодовое волокно с ненулевой смещённой дисперсией (NZDSF, NZDS или NZ, англ. non-zero dispersion shifted single mode fiber), определяется рекомендацией ITU-T G.655

Многомодовые волокна отличаются от одномодовых диаметром сердцевины, который составляет 50 микрон в европейском стандарте и 62.5 микрон в североамериканском и японском стандартах. Из-за большого диаметра сердцевины по многомодовому волокну распространяется несколько мод излучения — каждая под своим углом, из-за чего импульс света испытывает дисперсионные искажения и из прямоугольного превращается в колоколоподобный.

Многомодовые волокна подразделяются на ступенчатые и градиентные. В ступенчатых волокнах показатель преломления от оболочки к сердцевине изменяется скачкообразно. В градиентных волокнах это изменение происходит иначе — показатель преломления сердцевины плавно возрастает от края к центру. Это приводит к явлению рефракции в сердцевине, благодаря чему снижается влияние дисперсии на искажение оптического импульса. Профиль показателя преломления градиентного волокна может быть параболическим, треугольным, ломаным и т. д.

Полимерные (пластиковые) волокна производят диаметром 50, 62.5, 120 и 980 микрометров и оболочкой диаметром 490 и 1000 мкм.

Волоконно-оптическая связь[править | править код]

Волоконно-оптический кабель

Основное применение оптические волокна находят в качестве среды для передачи информации в волоконно-оптических телекоммуникационных сетях различных уровней: от межконтинентальных магистралей до домашних компьютерных сетей. Применение оптических волокон для линий связи обусловлено тем, что оптическое волокно обеспечивает высокую защищённость от несанкционированного доступа, низкое затухание сигнала при передаче информации на большие расстояния, возможность оперировать с чрезвычайно высокими скоростью передачи и пропускной способностью даже при том, что скорость распространения сигнала в волокнах может быть до 30 % ниже, чем в медных проводах и до 40 % ниже скорости распространения радиоволн^[5]. Уже к 2006 году была достигнута частота модуляции 111 ГГц^[6][7], в то время как скорости 10 и 40 Гбит/с стали уже стандартными скоростями передачи по одному каналу оптического волокна. При этом каждое волокно, используя технологию спектрального уплотнения каналов может передавать до нескольких сотен каналов одновременно, обеспечивая общую скорость передачи информации, исчисляемую терабитами в секунду. Так, к 2008 году была достигнута скорость 10,72 Тбит/с^[8], а к 2012 — 20 Тбит/с^[9]. Последний рекорд скорости — 255 Тбит/с^[10].

С 2017 года специалисты говорят о достижении практического предела существующих технологий оптоволоконных линий связи и о необходимости кардинальных изменений в отрасли.^[11]

Волоконно-оптический датчик[править | править код]

Оптическое волокно может быть использовано как датчик для измерения напряжения, температуры, давления и других параметров. Малый размер и фактическое отсутствие необходимости в электрической энергии дают волоконно-оптическим датчикам преимущество перед традиционными электрическими в определённых областях.

Оптическое волокно используется в гидрофонах в сейсмических или гидролокационных приборах. Созданы системы с гидрофонами, в которых на волоконный кабель приходится более 100 датчиков. Системы с гидрофоновым датчиком используются в нефтедобывающей промышленности, а также флотом некоторых стран. Немецкая компания Sennheiser разработала лазерный микрофон, основными элементами которого являются лазерный излучатель, отражающая мембрана и оптическое волокно^[12].

Волоконно-оптические датчики, измеряющие температуры и давления, разработаны для измерений в нефтяных скважинах. Они хорошо подходят для такой среды, работая при температурах, слишком высоких для полупроводниковых датчиков.

С использованием полимерных оптических волокон создаются новые химические датчики (сенсоры), которые нашли широкое применение в экологии, например, для детектирования аммония в водных средах^[13].

Разработаны устройства дуговой защиты с волоконно-оптическими датчиками, основными преимуществами которых перед традиционными устройствами дуговой защиты являются: высокое быстродействие, нечувствительность к электромагнитным помехам, гибкость и лёгкость монтажа, диэлектрические свойства.

Оптическое волокно применяется в лазерном гироскопе, используемом в Boeing 767^{[источник не указан 2403 дня]} и в некоторых моделях машин (для навигации). Волоконно-оптические гироскопы применяются в космических кораблях «Союз»^[14]. Специальные оптические волокна используются в интерферометрических датчиках магнитного поля и электрического тока. Это волокна, полученные при вращении заготовки с сильным встроенным двойным лучепреломлением.

Другие применения[править | править код]

Диск фрисби, освещённый оптическим волокном

Оптические волокна широко используются для освещения. Они используются как световоды в медицинских и других целях, где яркий свет необходимо доставить в труднодоступную зону. В некоторых зданиях оптические волокна направляют солнечный свет с крыши в какую-нибудь часть здания. Также в автомобильной светотехнике (индикация на приборной панели).

Волоконно-оптическое освещение также используется в декоративных целях, включая коммерческую рекламу, искусство и искусственные рождественские ёлки.

Оптическое волокно также используется для формирования изображения. Пучок света, передаваемый оптическим волокном, иногда используется совместно с линзами — например, в эндоскопе, который используется для просмотра объектов через маленькое отверстие.

Оптическое волокно используется при конструировании волоконного лазера.

1. ↑ Коробейников А. Г., Гатчин Ю. А., Дукельский К. В., Тер-Нерсесянц Е. В. Проблемы производства высокопрочного оптического волокна — Статья. — УДК 681.7.- Научно-технический вестник ИТМО. — выпуск 2(84). — март-апрель 2013
2. ↑ Душутин Н. К., Моховиков А. Ю. Из истории физики конденсированного состояния (неопр.). Из истории физики конденсированного состояния С. 157. Иркутский государственный университет (2014).
3. ↑ История ОАО «Ростелеком»
4. ↑ «Record Breaking Fiber Transmission Speed Reported» ECN, 17 апреля, 2018
5. ↑ Салифов И. И. Расчёт и сравнение сред передачи современных магистральных сетей связи по критерию латентности (задержки) // T-Comm – Телекоммуникации и Транспорт : журнал. — М.: ИД «Медиа паблишер», 2009. — № 4. — С. 42.
6. ↑ NTT Press Release. 14 Tbps over a Single Optical Fiber: Successful Demonstration of World’s Largest Capacity. 140 digital high-definition movies transmitted in one second (неопр.) (September 29, 2006). Дата обращения 3 октября 2011. Архивировано 27 мая 2012 года.
7. ↑ M. S. Alfiad, et al.. 111 Gb/s POLMUX-RZ-DQPSK Transmission over 1140 km of SSMF with 10.7 Gb/s NRZ-OOK Neighbours, С. Mo.4.E.2.
8. ↑ Листвин А. В., Листвин В. Н., Швырков Д. В. Оптические волокна для линий связи. — М.: ЛЕСАРарт, 2003. — С. 8. — 288 с. — 10 000 экз. — ISBN 5-902367-01-8.
9. ↑ Huawei представила прототип системы магистральной передачи 400G DWDM
10. ↑ Создано оптоволокно с пропускной способностью до 255 терабит в секунду, Лента.ру (28 октября 2014).
11. ↑ Александр Голышко, Виталий Шуб. Время чудес, или Тормоза для конца света (неопр.). ИКС медиа. Журнал ИКС (7 июля 2017). Дата обращения 21 мая 2018.
12. ↑ TP: Der Glasfaser-Schallwandler (неопр.). Дата обращения 4 декабря 2005. Архивировано 21 августа 2011 года.
13. ↑ Лопес Н. ., Секейра Ф. ., Гомес М. С., Рожерио Н. Н., Бильро Л. ., Задорожная О. А., Рудницкая А. М. Оптоволоконный сенсор, модифицированный графтингом молекулярно-импринтированного полимера для детектирования аммония в водных средах // Журнал «Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики». — 2015. — № 4. — ISSN 2226-1494.
14. ↑ Научно-Производственная Компания «Оптолинк»: Новости (неопр.). Дата обращения 17 июня 2013. Архивировано 18 июня 2013 года.

• Н.К.Душутин, А.Ю.Моховиков. Из истории физики конденсированного состояния. — Иркутск: ИГУ, 2014.
• Листвин А. В., Листвин В. Н., Швырков Д. В. Оптические волокна для линий связи. — М.: ЛЕСАРарт, 2003. — 288 с. — 10 000 экз. — ISBN 5-902367-01-8.
• Волоконно-оптические датчики / Под ред. Э. Удда. — М.: Техносфера, 2008. — 520 с.
• Gambling, W. A., «The Rise and Rise of Optical Fibers», IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 6, No. 6, pp. 1084—1093, Nov./Dec. 2000
• Gowar, John, Optical Communication Systems, 2 ed., Prentice-Hall, Hempstead UK, 1993 (ISBN 0-13-638727-6)
• Hecht, Jeff. City of Light, The Story of Fiber Optics. — New York: Oxford University Press, 1999. — ISBN 0-19-510818-3.
• Hecht, Jeff, Understanding Fiber Optics, 4th ed., Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ, USA 2002 (ISBN 0-13-027828-9)
• Nagel S. R., MacChesney J. B., Walker K. L., «An Overview of the Modified Chemical Vapor Deposition (MCVD) Process and Performance», IEEE Journal of Quantum Mechanics, Vol. QE-18, No. 4, April 1982
• Ramaswami, R., Sivarajan, K. N. Optical Networks: A Practical Perspective. — San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 1998. — ISBN 1-55860-445-6.

Что такое оптоволоконный кабель и где его применяют :: SYL.ru

В современном мире информация имеет огромное значение. На ней построена культура, общение, быт и экономика. При этом скорость получения информации должна быть максимально высокой, чтобы полностью удовлетворить запросы современности и поддерживать темп развития новых технологий. Именно поэтому большинство Интернет-провайдеров заменяют свои проводные системы на оптоволоконный кабель.

Назначение

Данный тип проводников рассчитан только на передачу светового импульса, который несет определенную информацию. Именно поэтому его используют для передачи данных, а не в качестве питающей системы. При этом оптоволоконный кабель позволяет увеличить скорость по сравнению с металлическим проводником в несколько раз, а при своей работе не имеет побочных эффектов в виде потери качества на больших расстояниях или  нагрева проводника. Самым же большим преимуществом является то, что на посылаемый сигнал практически невозможно повлиять со стороны, а значит, он не подвергается воздействию блуждающих токов и не нуждается в экранировании.

Принцип действия

Работу подобного проводника в домашних условиях можно наблюдать в оптоволоконных лампах-ночниках. По специальным проводникам проходит световой импульс, который может обладать не только определенной периодичностью, но и цветом. В это время на другом конце его принимает устройство, преобразующее сигнал в необходимую форму.

Прокладка оптоволоконного кабеля

В настоящее время существует большое количество различных типов данного проводника, который отличается типом скрутки, наличием дополнительной оболочки и бронирования. Фактически можно сказать, что оптоволоконный кабель имеет такие же параметры, как и обычный проводник подобного типа, и требует одинакового процесса укладки. Однако при этом стараются избегать большого количества изгибов и витков, а также не производят работы на участках, подверженных сильному механическому воздействию.

Монтаж оптоволоконного кабеля

В отличие от металлических проводников, которые соединяются между собой способом скрутки, данный тип кабеля предполагает наличие специальных муфт или соединителей. Это связанно именно со способом передачи данных и материалом, который требует точной стыковки. Такие трудности при соединении можно назвать единственным недостатком, который имеет оптоволоконный кабель. При этом его цена постоянно уменьшается, в то время как стоимость металлических проводников постоянно возрастает.

Область применения

В наше время такой тип кабеля часто применяют для присоединения к сети Интернет. Он позволяет получить наибольшую скорость передачи данных, даже на значительном удалении от ретранслятора, и обеспечить стабильную связь. Большинство современных провайдеров повсеместно занимаются заменой всех своих старых линий на новые маршруты, основанные на применении оптоволоконного кабеля. Такие компании могут предложить своим пользователям качественное и высокоскоростное подключение к сети, и поэтому они пользуются большой популярностью.

Применение и возможности оптоволоконного кабеля

Библиографическое описание:

Зильгараева А. К., Круговых Т. В., Ненашев Е. А. Применение и возможности оптоволоконного кабеля [Текст] // Актуальные вопросы технических наук: материалы III Междунар. науч. конф. (г. Пермь, апрель 2015 г.). — Пермь: Зебра, 2015. — С. 49-52. — URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/125/7554/ (дата обращения: 17.01.2020).

Рассмотрены различные виды оптоволоконного кабеля, характеристики и свойства кабелей, их воздействие на передачу информации.

 

Various types of fiber optic cables, the characteristics and properties of wires and cables, their impact on the transmission of information.

 

Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель — это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент — это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением. Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля, только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром порядка 1–10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции — стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае мы имеем дело с режимом так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется, однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей).

Рис. 1. Структура оптоволоконного кабеля

 

Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам этот сигнал принципиально не порождает внешних электромагнитных излучений. Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как это требует нарушения целостности кабеля. Теоретически возможная полоса пропускания такого кабеля достигает величины 1012 Гц, что несравнимо выше, чем у любых электрических кабелей. Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки.

Самый главный из них — высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стекловолокна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъеме). В любом случае для этого нужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде заранее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых уже установлены разъемы нужного типа.

Существуют два различных типа оптоволоконных кабелей:

—         многомодовый или мультимодовый кабель, более дешевый, но менее качественный;

—         одномодовый кабель, более дорогой, но имеющий лучшие характеристики.

Рис. 2. Профиль показателя преломления различных типов оптических волокон: слева вверху — одномодовое волокно; слева внизу — многомодовое ступенчатое волокно; справа — градиентное волокно с параболическим профилем

 

Основные различия между этими типами связаны с разным режимам прохождения световых лучей в кабеле. В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего все они достигают приемника одновременно, и форма сигнала практически не искажается. Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Кабель первого вида имеет плотный буфер, стальную бронированную ленту, устойчив к влаге. Применяется при создании подсистем для прокладки внешних магистралей и для объединения нескольких зданий. Обычно его прокладывают в кабель-канале.

Рис. 2. Пучок оптических волокон

 

Принцип, по которому работает оптическое волокно и почему по нему распространяется свет, очень прост. Как многие знают, свет распространяется только по прямой линии, и он не может изменять направление самостоятельно. Следовательно, чтобы свет распространялся по кругу его нужно несколько раз отразить. На этом, и основан принцип работы оптоволокна. В нём свет многократно переотражается, так как показатель преломления сердцевины немного больше, чем у поверхности оптоволокна.

В современном мире оптоволоконные кабели соединяют не только дома страны, но и целые континенты.

Садясь сегодня за компьютер и выходя в интернет, не многие пользователи задумываются о том, почему сегодня сеть стала такой качественной и быстрой. Хотя, всего десять лет назад ситуация была куда более плачевной и доступ к сегодняшним скоростям имели в основном крупные информационные компании и пользователи, живущие в технологически развитых городах. В современном мире хороший интернет уже не является чем-то необычным, а скорее является необходимостью, которая открывает всем пользователям более широкие возможности коммуникации с окружающим их миром. Говоря о деформациях, можно привести такой пример, оптическое волокно можно изгибать произвольным образом, даже в кольцо и свет будет без особых проблем проходить по нему, не теряя своих физических характеристик. Хотя, если требуется передать информацию на более дальние расстояния и в других диапазонах длин электромагнитных волн (инфракрасный свет), тогда применяются другие материалы: халькогенидное стекло, флуоро-алюминат и флуоро-цирконат. Более современные кабели изготавливаются из полимерных материалов, они так и называются оптические волокна из пластика. Все эти материалы имеют схожий со стеклом показатель преломления, что позволяет использовать их в оптоволоконных кабелях, соединяющие целые континенты.

 

Литература:

 

1.      Большой энциклопедический политехнический словарь. 2004 г.

2.      Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006 г.

3.      Гюнтер Мальке, Петер Гёссинг «Волоконно-оптические кабели», 2001г. Новосибирск, Издательский дом «Вояж»

Основные термины (генерируются автоматически): оптоволоконный кабель, кабель, свет, коэффициент преломления, оптическое волокно, современный мир, тип кабеля, центральное волокно.

Волоконно-оптический кабель. Какие функции выполняет оптоволокно? Типы оптоволоконных кабелей

Автор Исхаков Максим На чтение 7 мин. Просмотров 770 Опубликовано 30.03.2019

Волоконно-оптическая система работает путем передачи световых импульсов, генерируемых световым излучателем, расположенным на одном конце волокна. Эта система представляет собой структуру, состоящую из прозрачного, центрально расположенного сердечника из кварцевого стекла, окруженного оболочкой и специальным защитным покрытием.

Ниже вы узнаете какие функции выполняет волоконно-оптический кабель, детально рассмотрим преимущества оптоволокна, узнаем на какие виды он разделяется.

Оптическое волокно – строительство

Использование подходящих материалов в качестве сердечника и оболочки оптоволоконного кабеля, имеющих различные коэффициенты преломления, приводит к тому, что луч света движется только в ядре. Материал сердцевины имеет более высокий показатель преломления, и, таким образом, происходит полное внутреннее отражение света от оболочки до сердечника. Защитное покрытие изготовлено из термопластичных материалов для защиты оболочки. Различаются одномодовые и многомодовые волокна: в линиях электропередачи используются только одномодовые волокна, благодаря значительному снижению затухания, что важно для длинных линий.

Задачи

Основной целью использования волоконно-оптических кабелей в электроэнергетике является обеспечение связи между силовыми подстанциями. Это связано с использованием современной автоматизации для защиты линий электропередач от воздействия короткого замыкания. Защитная автоматика расположена на каждой электростанции, и для обеспечения ее нормальной работы требуется быстрое соединение между станциями. Высоковольтные воздушные линии электропередачи (110 кВ) и сверхвысокого напряжения (220 и 400 кВ) имеют значительную протяженность. Использование большего количества оптоволокна в линиях электропередачи, дает возможность аренды оптоволоконных линий другим операторам. Это позволяет создать глобальную волоконно-оптическую сеть, предназначенную для коммерческого использования (Интернет, телекоммуникации, мультимедиа и т.д.).

На видео: Как работает оптоволокно?

Преимущества, виды и типы оптического волокна

Интенсивный рост использования волоконно-оптических кабелей в мире продолжается уже более 40 лет. Это связано со многими преимуществами волоконной оптики. Наиболее важными являются: очень высокая пропускная способность одного волокна, низкое затухание сигнала даже на очень больших расстояниях, малые размеры и небольшой вес, полная устойчивость к радиопомехам и электромагнитному полю. Из-за актуальных экологических проблем, важной особенностью волокон является отсутствие какого-либо воздействия на окружающую среду, что очень важно при проектировании оптоволоконных линий. Эти соединения в значительной степени надежны, просты в использовании, обеспечивают безопасность на рабочем месте и значительную эффективность, поэтому они становятся все более популярными.

Типы проводов с оптическими волокнами в линиях электропередач

Волоконно-оптические кабели производятся в виде пучков, содержащих от десятка до нескольких сотен волокон в одном пучке. Кабели с оптоволоконными кабелями могут использоваться в силовых линиях в качестве: фазные проводники (под напряжением) или молниеотводы (заземляющие потенциальные проводники) и самонесущие диэлектрические (дополнительные кабели в линии, содержащей только волоконно-оптические кабели). Существует несколько типов проводников, связанных с оптическими волокнами.
OPGW (Optical Ground Wire – оптический провод заземления) – молниеотводы, обычно используемые в воздушных линиях электропередачи напряжением 110 кВ.

С точки зрения конструкции, различают два типа проводов:

• провода, состоящие из одной центральной трубки (из алюминиевой или нержавеющей стали), содержащей оптические волокна, и наружный слой из алюминиевых сплавов ,
• шланги с раструбом из нержавеющей стали, они состоят из нескольких стальных проволок, образующих жилы и наружного слоя из алюминиевых сплавов. Оптические волокна помещаются в специальную трубку из нержавеющей стали и являются сердцевиной кабеля.

Наиболее важными преимуществами этих кабелей являются следующие:

• возможность применения в существующих линиях (в место обычных из стали и алюминиевых проводов типа AFL), в большинстве случаев без необходимости усиления конструкции колонны,
• простой монтаж, с использованием существующего кабеля,
• надежность и долговечность.

ADSS (All Dielectric Self Supporting) – оптоволоконные кабели без металлических элементов. Они сделаны из центрально расположенного сердечника FRP в форме стержня, окруженного несколькими трубками, содержащими оптические волокна.
Между внутренней и внешней оболочкой кабеля находятся очень прочные арамидные волокна, которые придают кабелям ADSS соответствующую механическую прочность.

Кабели ADSS характеризуются небольшим увеличением провисания. При выборе точки крепления кабелей ADSS, необходимо также учитывать распределение напряженности электрического поля между фазовыми проводами, так как в случае дождя или высокой влажности воздуха, наружная оболочка подвергается микроразрядам. Размещение проводов в зоне с слишком большим электрическим полем, приводит к быстрому разрушению их оболочки. Решением этой проблемы является использование полупроводниковых кабелей, которые из-за высокой напряженности электромагнитного поля обычно используются в линиях напряжением не более 110 кВ. При более высоком напряжении используются специальные кабели, изготовленные из материалов, устойчивых к воздействию электрического поля. При проектировании подвески кабелей ADSS на существующих линиях электропередач, необходимо учитывать дополнительное напряжение, воздействующее на несущие конструкции, и создать соответствующие усиления.

MASS (Metallic Aerial Self Supporting) – самонесущие кабели из алюминиевой стальной проволоки в сочетании с оптоволокном. Они очень похожи на кабели OPGW, но не являются молниеотводом или электрической функцией в линии. По этой причине кабели MASS обычно свисают чуть ниже, чем фазовые провода.

Данное решение является альтернативой стандартному способу крепления оптоволоконных кабелей в высоковольтных линиях и обычно используется, когда необходимо увеличить количество волокон в линии, а заменить существующие OPGW, OPPC или ADSS кабели либо невозможно, либо экономически нецелесообразно. Благодаря высокой механической прочности, небольшому весу и диаметру эти тросы немного увеличивают нагрузку на конструкцию столба.

Sky Wrap – диэлектрический оптоволоконный кабель, обмотанный вокруг традиционного молниеотвода или фазовой линии электропередачи. Он используется в ситуациях, когда существующий традиционный оптоволоконный кабель находится в хорошем состоянии и его замена на кабель OPGW экономически нецелесообразна или если существует необходимость увеличения количества волокон в установленном кабеле OPGW. Sky Wrap собирается с помощью специальных роботов с собственным приводом, перемещающихся по кабелю и дистанционно управляемых с земли. Преимуществом использования этих кабелей является: низкая дополнительная нагрузка на линии (значительно меньше, чем, например, у кабелей ADSS), низкая чувствительность к колебаниям (благодаря спиральной обмотке с контролируемым напряжением), возможность установки также на существующие кабели OPGW, простой и быстрый монтаж, низкая стоимость всей системы по сравнению с другими решениями. Кабели Sky Wrap также могут использоваться в линиях напряжением 15 кВ, после чего их монтаж выполняется с помощью робота.

На видео: Монтаж sky Wrap кабеля

ADL (All Dielectric Lashed Cables) – диэлектрические оптоволоконные кабели, прикрепляемые к молниеотводу с помощью кевларовой ленты. Они отличаются от Sky Wrap тем, что закреплены на несущем кабеле и фиксируется снизу. Установка осуществляется с помощью специального самоходного робота.

Использование волоконно-оптических кабелей в линиях электропередач

В линиях электропередач можно использовать различные типы кабелей, связанные с оптоволоконными кабелями. На выбор типа кабеля влияют многие факторы. Наиболее важными из них являются: напряжение в линии, наличие молниеотвода, тип, состояние и максимальное расстояние между опорными конструкциями линии, расположение линии в конкретной климатической зоны (посадка). Каждый тип трубы имеет определенный метод подвески на опорных конструкциях.

Кабельные аксессуары

Чтобы подвесить различные типы кабелей с оптическими волокнами в линиях электропередачи, необходимо использовать соответствующие аксессуары для проводника данного типа. Наиболее популярными кабелями, используемыми для подвески проводов, являются оплетка из стальной проволоки и дополнительные элементы оборудования, которые позволяют закрепить их на несущих конструкциях. Оптоволоконные кабели почти всегда требуют активной антивибрационной защиты, что исключает опасность, вызванную так называемыми ветровыми колебаниями. Чаще всего используются демпферы типа Stockbridge и специальные спиральные демпферы для кабелей ADSS. Соединение оптических изготавливаются путем их сварки, затем их помещают в специальные герметичные распределительные коробки (гильзы), закрепленные на несущих конструкциях линии.

Специальное применение оптических волокон

Контроль температуры в кабельных линиях

Одним из интересных применений волоконно-оптических волокон является система DTS (Distributed Temperature Sensing), используемая для контроля температуры высоковольтных кабельных линий. Этот метод основан на изменении затухания специальных волокон в зависимости от их температуры. В обратном проводнике силовых кабелей размещаются такие оптические волокна, которые подключены к специальному устройству, обеспечивающему оперативный мониторинг температуры жилы кабеля и нарушения структуры в его окружении, например, при выполнении работ вблизи кабельной линии (здесь используется явление демпфирования волокна в зависимости от деформации волокна). Данная система может быть использована сетевыми операторами в чрезвычайных ситуациях, когда возникает временная необходимость в нагрузке ЛЭП большим током. Эта информация позволяет оператору сети спланировать выключение линии и выполнить соответствующие ремонтные работы заранее. .

Оптоволокно – контроль температуры фазных проводников в воздушных линиях

Аналогичное решение может быть использовано в воздушных линиях электропередач. Специальное оптическое волокно, помещенное в проводник типа OPPC, позволяет определять фактическую температуру фазовых проводников при заданных погодных условиях. Мониторинг позволяет диспетчеру динамически загружать линию и в более широкой перспективе, так называемое, интеллектуальное управление сетью или “умные сети”.

Оптоволоконные кабели связи. Как это делается / ua-hosting.company corporate blog / Habr

В нескольких своих постах, опубликованных более года назад, я поднял такую интересную для многих и чем-то захватывающую тему, как магистральные оптоволоконные кабели связи, в частности, тему «подводной» оптики. Информация в данных публикациях была неполной, торопливой и разрозненной, так как статьи писались «на коленке» во время обеденного перерыва. Сейчас я бы хотел поделиться структурированным и, насколько это возможно, полным материалом по теме оптики, с максимумом вкусных подробностей и гик-порно, от которых на душе любого технаря станет тепло.

Внутри схемы, гифки, таблицы и много интересного текста.

Вы готовы?

Условная классификация

В отличие от всем нам знакомой витой пары, которая вне зависимости от места применения имеет примерно одну и ту же конструкцию, оптоволоконные кабели связи могут иметь значительные отличия исходя из сферы применения и места укладки.

Можно выделить следующие основные виды оптоволоконных кабелей для передачи данных исходя из области применения:

• Для прокладки внутри зданий;
• для кабельной канализации небронированный;
• для кабельной канализации бронированный;
• для укладки в грунт;
• подвесной самонесущий;
• с тросом;
• подводный.

Наиболее простой конструкцией обладают кабели для прокладки внутри зданий и канализационный небронированный, а самыми сложными — для прокладки в землю и подводные.

Кабель для прокладки внутри зданий

Оптические кабели для прокладки внутри зданий разделяют на распределительные, из которых формируется сеть в целом, и абонентские, которые используются непосредственно для прокладки по помещению к конечному потребителю. Как и витую пару, прокладывают оптику в кабельных лотках, кабель-каналах, а некоторые марки могут быть протянуты и по внешним фасадам зданий. Обычно такой кабель заводят до межэтажной распределительной коробки или непосредственно до места подключения абонента.

Конструкция оптоволоконных кабелей для прокладки в зданиях включает в себя оптическое волокно, защитное покрытие и центральный силовой элемент, например, пучок арамидных нитей. К оптике, прокладываемой в помещениях, есть особые требования по противопожарной безопасности, такие как нераспространение горения и низкое дымовыделение, поэтому в качестве оболочки для них используется не полиэтилен, а полиуретан. Другие требования — это низкая масса кабеля, гибкость и небольшой размер. По этой причине многие модели имеют облегченную конструкцию, иногда с дополнительной защитой от влаги. Так как протяженность оптики внутри зданий обычно невелика, то и затухание сигнала незначительно и влияние на передачу данных оно не оказывает. Число оптических волокон в таких кабелях не превышает двенадцати.

Также существует и своеобразная помесь «бульдога с носорогом» — оптоволоконный кабель, который содержит в себе, дополнительно, еще и витую пару.

Небронированный канализационный кабель

Небронированная оптика используется для укладки в канализации, при условии, что на нее не будет внешних механических воздействий. Также подобный кабель прокладывается в тоннелях, коллекторах и зданиях. Но даже в случаях отсутствия внешнего воздействия на кабель в канализации, его могут укладывать в защитные полиэтиленовые трубы, а монтаж производится либо вручную, либо при помощи специальной лебедки. Характерной особенностью данного типа оптоволоконного кабеля можно назвать наличие гидрофобного наполнителя (компаунда), который гарантирует возможность эксплуатации в условиях канализации и дает некоторую защиту от влаги.

Бронированный канализационный кабель

Бронированные оптоволоконные кабели используются при наличии больших внешних нагрузок, в особенности, на растяжение. Бронирование может быть различным, ленточным или проволочным, последнее подразделяется на одно- и двухповивное. Кабели с ленточным бронированием используются в менее агрессивных условиях, например, при прокладке в кабельной канализации, трубах, тоннелях, на мостах. Ленточное бронирование представляет собой стальную гладкую или гофрированную трубку толщиной в 0,15-0,25 мм. Гофрирование, при условии, что это единственный слой защиты кабеля, является предпочтительным, так как оберегает оптоволокно от грызунов и в целом повышает гибкость кабеля. При более суровых условиях эксплуатации, например, при закладке в грунт или на дно рек используются кабели с проволочной броней.

Кабель для укладки в грунт

Для прокладки в грунт используют оптические кабели с проволочной одноповивной или двухповивиной броней. Также применяются и усиленные кабели с ленточным бронированием, но значительно реже. Прокладка оптического кабеля осуществляется в траншею или с помощью кабелеукладчиков. Более подробно этот процесс расписан в моей второй статье по этой теме, где приводятся примеры наиболее распространенных видов кабелеукладчиков. Если температура окружающей среды ниже отметки в -10 ^оС, кабель предварительно прогревают.

В условиях влажного грунта используется модель кабеля, оптоволоконная часть которого заключена в герметичную металлическую трубку, а бронеповивы проволоки пропитаны специальным водоотталкивающим компаундом. Тут же в дело вступают расчеты: инженеры, работающие на укладке кабеля, не должны допускать превышения растягивающих и сдавливающих нагрузок сверх допустимых. В противном случае, сразу или со временем, могут быть повреждены оптические волокна, что приведет кабель в негодность.

Броня влияет и на значение допустимого усилия на растяжение. Оптоволоконные кабели с двухповивной броней могут выдержать усилие от 80 кН, одноповивные — от 7 до 20 кН, а ленточная броня гарантирует «выживание» кабеля при нагрузке не менее 2,7 кН.

Подвесной самонесущий кабель

Подвесные самонесущие кабели монтируются на уже существующих опорах воздушных линий связи и высоковольтных ЛЭП. Это технологически проще, чем прокладка кабеля в грунт, но при монтаже существует серьезное ограничение — температура окружающей среды во время работ не должна быть ниже — 15 ^оС. Подвесные самонесущие кабели имеют стандартную круглую форму, благодаря которой снижаются ветровые нагрузки на конструкцию, а расстояние пролета между опорами может достигать ста и более метров. В конструкции самонесущих подвесных оптических кабелей обязательно присутствует ЦСЭ — центральный силовой элемент, изготовленный из стеклопластика или арамидных нитей. Благодаря последним оптоволоконный кабель выдерживает высокие продольные нагрузки. Подвесные самонесущие кабели с арамидным нитями используют в пролетах до одного километра. Еще одно преимущество арамидных нитей, кроме их прочности и малом весе, заключается в том, что арамид по природе своей является диэлектриком, то есть кабели, изготовленные на его основе безопасны, например, при попадании молнии.

В зависимости от строения сердечника различают несколько типов подвесного кабеля:

• Кабель с профилированным сердечником — содержит оптические волокна или модули с этими волокнами – кабель устойчив к растяжению и сдавливанию;
• Кабель со скрученными модулями — содержит оптические волокна, свободно уложенные, кабель устойчив к растяжениям;
• Кабель с одним оптическим модулем – сердечник данного типа кабеля не имеет силовых элементов, поскольку они находятся в оболочке. Такие кабели обладают недостатком, связанным с неудобством идентификации волокон. Тем не менее, они обладают меньшим диаметром и более доступной ценой.

Оптический кабель с тросом

Оптические кабеля с тросом — это разновидность самонесущих кабелей, которые также используются для воздушной прокладки. В таком изделии трос может быть несущим и навивным. Еще существуют модели, в которых оптика встроена в грозозащитный трос.

Усиление оптического кабеля тросом (профилированным сердечником) считается достаточно эффективным методом. Сам трос представляет собой стальную проволоку, заключенную в отдельную оболочку, которая в свою очередь соединяется с оболочкой кабеля. Свободное пространство между ними заполняется гидрофобным заполнителем. Часто такую конструкцию оптического кабеля с тросом называют «восьмеркой» из-за внешнего сходства, хотя лично у меня возникают ассоциации с перекормленной «лапшой». «Восьмерки» применяют для прокладки воздушных линий связи с пролетом не более 50-70 метров. В эксплуатации подобных кабелей есть некоторые ограничения, например, «восьмерку» со стальным тросом нельзя подвешивать на ЛЭП. Надеюсь, объяснять, почему именно, не нужно.

Но кабели с навивным грозозащитным тросом (грозотросом) спокойно монтируются на высоковольтных ЛЭП, крепясь при этом к проводу заземления. Грозотросный кабель используется в местах, где есть риски повреждения оптики дикими животными или охотниками. Также его можно использовать на больших по дистанции пролетах, чем обычную «восьмерку».

Подводный оптический кабель

Данный тип оптических кабелей стоит в сторонке от всех остальных, так как прокладывается в принципиально иных условиях. Почти все типы подводных кабелей, так или иначе, бронированы, а степень бронирования уже зависит от рельефа дна и глубины залегания.

Различают следующие основные типы подводных кабелей (по типу бронирования):

• Не бронирован;
• Одинарное (одноповивное) бронирование;
• Усиленное (одноповивное) бронирование;
• Усиленное скальное (двухповивное) бронирование;

Подробно конструкцию подводного кабеля я рассматривал больше года назад вот в этой статье, поэтому тут приведу только краткую информацию с рисунком:

1. Полиэтиленовая изоляция.
2. Майларовое покрытие.
3. Двухповивное бронирование стальной проволокой.
4. Алюминиевая гидроизоляционная трубка.
5. Поликарбонат.
6. Центральная медная или алюминиевая трубка.
7. Внутримодульный гидрофобный заполнитель.
8. Оптические волокна.

Как не парадоксально, прямой корреляции бронирования кабеля с глубиной залегания нет, так как армирование защищает оптику не от высоких давлений на глубине, а от деятельности морских обитателей, а также сетей, тралов и якорей рыболовецких судов. Корреляция эта, скорее, обратная — чем ближе к поверхности, тем больше тревог, что явно видно по таблице ниже:

Таблица типов и характеристик подводных кабелей в зависимости от глубины укладки

Производство

Теперь, когда мы познакомились с наиболее распространенными видами оптоволоконных кабелей, можно проговорить и о производственном процессе всего этого зоопарка. Все мы знаем об оптоволоконных кабелях, многие из нас имели с ними дело лично (как абоненты и как монтажники), но как становится ясно из информации выше, оптоволоконные, в особенности магистральные, кабели могут серьезно отличаться от того, с чем вы имели дело в помещении.

Так как для прокладки оптоволоконной магистрали требуются тысячи километров кабеля, их производством занимаются целые заводы.

Изготовление оптоволоконной нити

Все начинается с производства главного элемента — оптоволоконной нити. Производят это чудо на специализированных предприятиях. Одной из технологий производства оптической нити является ее вертикальная вытяжка. А происходит это следующим образом:

• На высоте в несколько десятков метров в специальной шахте устанавливается два резервуара: один со стеклом, второй, ниже по шахте, со специальным полимерным материалом первичного покрытия.
• Из узла прецизионной подачи заготовки или, проще говоря, первого резервуара с жидким стеклом, вытягивается стеклянная нить.
• Ниже нить проходит через датчик диаметра волоконного световода, который отвечает за контроль диаметра изделия.
• После контроля качества нить обволакивается первичным полимерным покрытием из второго резервуара.
• Пройдя процедуру покрытия, нить отправляется в еще одну печь, в которой полимер закрепляется.
• Нить оптоволокна протягивается еще N-метров, в зависимости от технологии, охлаждается и поступает на прецизионный намотчик, проще говоря, наматывается на бобину, которая уже и транспортируется как заготовка к месту производства кабеля.

Наиболее распространены следующие размеры оптоволоконного кабеля:

• C сердечником 8,3 мк и оболочкой 125 мкм;
• C сердечником 62,5 мк и оболочкой 125 мкм;
• C сердечником 50 мк и оболочкой 125 мкм;
• C сердечником 100 мк и оболочкой 145 мкм.

Оптику с диаметром сердечника в 8,3 мк качественно спаять в полевых условиях, без высокоточного оборудования или установки концентраторов, непросто или практически невозможно.

Огромное значение имеет контроль диаметра световода. Именно эта часть установки отвечает за один из главных параметров на всех этапах производства нити — неизменность диаметра конечного изделия (стандарт — 125 мкм). Из-за сложностей при сварке нитей любых диаметров, их стремятся сделать настолько длинными, насколько это возможно. Погонный метраж оптоволоконной «заготовки» на бобине может достигать десятков километров (да, именно километров) и более, в зависимости от требований заказчика.

Уже на самом предприятии, хотя это можно сделать и на стекольном заводе, все зависит от производственного цикла, бесцветную нить с полимерным покрытием для удобства могут перемотать на другую бобину, в процессе окрашивая ее в собственный яркий цвет, по аналогии со всем знакомой витой парой. Зачем? Во славу сата.. для быстрого различения каналов при, например, ремонте или сварке кабеля.

Изготовление кабеля

Теперь мы получили сердце нашего изделия — оптоволоконную нить. Что дальше? Дальше давайте посмотрим на схему такого себе среднестатистического подводного (да, мне они нравятся больше всего) кабеля в разрезе:

На заводе полученные оптические нити запускаются в станки, в совокупности своей образующие целый конвейер по производству какого-то одного типа кабеля. На первом этапе производства небронированных моделей, нити сплетаются в пучки, которые и составляют, в итоге, «оптический сердечник». Количество нитей в кабеле может быть различным, в зависимости от заявленной пропускной способности. Пучки, в свою очередь, сматывают в «тросс» на специальном оборудовании, которое, в зависимости от своей конструкции и назначения. Это оборудование может еще и покрывать полученный «тросс» гидроизолирующим материалом, чтобы предотвратить попадание влаги и потускнения оптики в будущем (на схеме обозван «внутримодульным гидрофобным заполнителем»).

Вот так проходит процесс скрутки собранных вместе пучков в трос на пермском заводе оптоволоконных кабелей:

После того, как в «тросс» было собрано необходимое количество пучков оптоволокна, их заливают полимером или укладывают в металлическую или медную трубку. Тут, на первый взгляд, кажется, что подводных камней нет и быть не может, но так как производитель стремится минимизировать количество соединений и швов, то все получается не совсем просто. Рассмотрим один конкретный пример.

Для создания трубки-корпуса, представленной на схеме выше как «центральная трубка», может использоваться огромная по длине лента из необходимого нам материала (сталь, либо же медь). Лента используется, чтобы не маяться со всем знакомым нам и очевидным прокатом, и сваркой по всей окружности стыка. Согласитесь, тогда у кабеля было бы слишком много «слабых» мест в конструкции.

Так вот. Металлическая ленточная заготовка проходит через специальный станок, натягивающий ее и имеющий с десяток-другой валиков, которые идеально ее выравнивают. После того, как лента выровнена, она подается на другой станок, где встречается с нашим пучком оптоволоконных нитей. Автомат на конвейере загибает ленту вокруг натянутого оптоволокна, создавая идеальную по форме трубку.

Вся эта, пока еще хрупкая, конструкция протягивается по конвейеру дальше, к электросварочному аппарату высокой точности, который на огромной скорости проводит сварку краев ленты, превращая ее в монолитную трубку, в которую уже заложен оптоволоконный кабель. В зависимости от тех. процесса, все это дело может заливаться гидрофобным заполнителем. Или не заливаться, тут уже все зависит от модели кабеля.

В целом, с производством все стало более-менее понятно. Различные марки оптоволоконного, в первую очередь, магистрального кабеля, могут иметь некоторые конструкционные отличия, например, по количеству жил. Тут инженеры не стали выдумывать велосипед и просто объединяют несколько кабелей поменьше в один большой, то есть такой магистральный кабель будет иметь не один, а, например, пять трубок с оптоволокном внутри, которые, в свою очередь, все также заливаются полиэтиленовой изоляцией и, при необходимости, армируются. Такие кабели называют многомодульными.

Одна из моделей многомодульного кабеля в разрезе

Многомодульные кабели, которые, в основной своей массе, и используются для протяженных магистралей, имеют еще одну обязательную конструктивную особенность в виде сердечника, или как его еще называют — центрального силового элемента. ЦСЭ используется как «каркас», вокруг которого группируют трубки с жилами оптоволокна.

К слову, пермский завод «Инкаб», производственный процесс которого представлен на гифках выше, со своими объемами до 4,5 тыс. километров кабеля в год — карлик, по сравнению с заводом того же инфраструктурного гиганта Alcatel, который может выдавать несколько тысяч километров оптоволоконного кабеля одним куском, который сразу же грузится на судно-кабелеукладчик.

Стальная трубка — это наименее радикальный вариант бронирования оптики. Для неагрессивных условий эксплуатации и монтажа часто применяют обычный изолирующий полиэтилен. Однако, это не отменяет того факта, что после изготовления такого кабеля его могут «обернуть» в бронирующую намотку из алюминиевой или стальной проволоки или тросов.

Бронирование кабеля с полиэтиленовой изоляцией на том же пермском заводе

Вывод

Как можно понять из материала выше, основным отличие различных видов оптоволоконного кабеля является их «обмотка», то есть то, во что упаковываются хрупкие стеклянные нити в зависимости от области применения и среды, в которой будет проводиться кабелеукладка.

---

Если вам понравился данный материал, то можете смело задавать вопросы в комментариях, опираясь на которые я постараюсь подготовить еще статью по этой теме.

Спасибо за внимание.

Волоконно-оптическая связь — Википедия

Волоко́нно-опти́ческая связь — способ передачи информации, использующий в качестве носителя информационного сигнала электромагнитное излучение оптического (ближнего инфракрасного) диапазона, а в качестве направляющих систем — волоконно-оптические кабели. Благодаря высокой несущей частоте и широким возможностям мультиплексирования пропускная способность волоконно-оптических линий многократно превышает пропускную способность всех других систем связи и может измеряться терабитами в секунду. Малое затухание света в оптическом волокне позволяет применять волоконно-оптическую связь на значительных расстояниях без использования усилителей. Волоконно-оптическая связь свободна от электромагнитных помех и труднодоступна для несанкционированного использования: незаметно перехватить сигнал, передаваемый по оптическому кабелю, технически крайне сложно.

В основе волоконно-оптической связи лежит явление полного внутреннего отражения электромагнитных волн на границе раздела диэлектриков с разными показателями преломления. Оптическое волокно состоит из двух элементов — сердцевины, являющейся непосредственным световодом, и оболочки. Показатель преломления сердцевины несколько больше показателя преломления оболочки, благодаря чему луч света, испытывая многократные переотражения на границе сердцевина-оболочка, распространяется в сердцевине, не покидая её.

Волоконно-оптическая связь находит всё более широкое применение во всех областях — от компьютеров и бортовых космических, самолётных и корабельных систем, до систем передачи информации на большие расстояния, например, в настоящее время успешно используется волоконно-оптическая линия связи Западная Европа — Япония, большая часть которой проходит по территории России. Кроме того, увеличивается суммарная протяжённость подводных волоконно-оптических линий связи между континентами.

Волокно в каждый дом (англ. Fiber to the premises, FTTP или Fiber to the home, FTTH) — термин, используемый телекоммуникационными интернет-провайдерами для обозначения широкополосных телекоммуникационных систем, базирующихся на проведении волоконного канала и его завершения на территории конечного пользователя путём установки терминального оптического оборудования для предоставления комплекса телекоммуникационных услуг, включающего:

• высокоскоростной доступ в Интернет;
• услуги телефонной связи;
• услуги телевизионного приёма.

Стоимость использования волоконно-оптической технологии уменьшается, что делает данную услугу конкурентоспособной по сравнению с традиционными услугами.

Историю систем передачи данных на большие расстояния следует начинать с древности, когда люди использовали дымовые сигналы. С того времени эти системы кардинально улучшились, появились сначала телеграф, затем — коаксиальный кабель. В своем развитии эти системы рано или поздно упирались в фундаментальные ограничения: для электрических систем это явление затухания сигнала на определённом расстоянии, для сверхвысокочастотных (СВЧ) систем — несущая частота. Поэтому продолжались поиски принципиально новых систем, и во второй половине XX века решение было найдено — оказалось, что передача сигнала с помощью света гораздо эффективнее как электрического, так и СВЧ-сигнала.

В 1966 году Као и Хокам из STC Laboratory (STL) представили оптические нити из обычного стекла, которые имели затухание в 1000 дБ/км (в то время как затухание в коаксиальном кабеле составляло всего 5—10 дБ/км) из-за примесей, которые в них содержались и которые, в принципе, можно было удалить.

Существовало две глобальных проблемы при разработке оптических систем передачи данных: источник света и носитель сигнала. Первая разрешилась с изобретением лазеров в 1960 году, вторая — с появлением высококачественных оптических кабелей в 1970 году. Это была разработка Corning Incorporated (англ.). Затухание в таких кабелях составляло около 20 дБ/км, что было вполне приемлемым для передачи сигнала в телекоммуникационных системах. В то же время были разработаны достаточно компактные полупроводниковые GaAs-лазеры.

После интенсивных исследований в период с 1975 по 1980 год появилась первая коммерческая волоконно-оптическая система, оперировавшая светом с длиной волны 0,8 мкм и использовавшая полупроводниковый лазер на основе арсенида галлия (GaAs). Битрейт систем первого поколения составлял 45 Мбит/с, расстояние между повторителями — 10 км.

22 апреля 1977 года в Лонг-Бич, штат Калифорния, компания General Telephone and Electronics впервые использовала оптический канал для передачи телефонного трафика на скорости 6 Мбит/с.

Второе поколение волоконно-оптических систем было разработано для коммерческого использования в начале 1980-х. Они оперировали светом с длиной волны 1,3 мкм от InGaAsP-лазеров. Однако такие системы всё ещё были ограниченны из-за рассеивания, возникающего в канале. Однако уже в 1987 году эти системы работали на скорости до 1,7 Гбит/с при расстоянии между повторителями 50 км.

Прокладка первой в мире трансокеанской волоконно-оптической линии связи была завершена в 1988 году (между Японией и США), её длина составила около 10 тысяч километров.^[1] Первый трансатлантический телефонный оптический кабель (TAT-8) был введён в эксплуатацию также в 1988 году. В его основе лежала оптимизированная Э. Дезюрвиром (E.Desurvire) технология лазерного усиления. TAT-8 разрабатывался как первый подводный волоконно-оптический кабель между Соединёнными Штатами и Европой.

Разработка систем волнового мультиплексирования позволила в несколько раз увеличить скорость передачи данных по одному волокну, и к 2003 году при применении технологии спектрального уплотнения была достигнута скорость передачи 10,92 Тбит/с (273 оптических канала по 40 Гбит/с).^[2] В 2009 году лаборатории Белла посредством мультиплексирования 155 каналов по 100 Гбит/с удалось передать данные со скоростью 15,5 Тбит/с на расстояние 7000 км.^[3] В 2013 году ученые из Bell протестировали технологию шумоподавления, которая позволяет передать 400 Гб/сек по оптоволокну на 12 800 км без повторителей сигнала.^[4]