Волоконно-оптические кабели связи

Волоконно-оптические линии связи основаны на применении в качестве среды передачи оптических волоконных световодов, встроенных в оптический кабель, или (что значительно реже) это световые волны, распространяющие в свободном пространстве. Видимое оптическое излучение лежит в диапазоне волн 380...760 нм.

Оптическое волокно (ОВ) изготовляется из недорогого материала - кварцевого стекла в виде цилиндров с совмещенными осями и различными коэффициентами преломления. Внутренний цилиндр называют сердцевиной, а внешний слой - оболочкой. Принцип распространения оптического излучения вдоль оптического волокна основан на отражении луча от границы сред с разными показателями преломления (рис. 38).

В ОВ может одновременно существовать несколько типов волн (мод). В зависимости от модовых характеристик ОВ со ступенчатым профилем преломления делятся на два вида: одномодовые (22, а) и многомодовые (2 2, б, в). В одномодовых волокнах по световоду распространяется один луч (1 мода), диаметр сердцевины небольшой и составляет 5-15 мкм (обычно 9 или 10). Для многомодовых волокон диаметр сердцевины составляет 50...80 мкм (обычно 50 или 62, 5) и в сердцевину входит много лучей (мод).

Диаметр оболочки у всех типов ОВ - 125 мкм. Диаметр защитного покрытия составляет 500 мкм. Наружный диаметр кабеля с числом ОВ от 2...32 с учетом всех защитных оболочек и элементов обычно составляет 5...17 мм. Основным недостатком многомодовых волокон является ограничение скорости передачи цифровой информации, вызнанное явлением дисперсии, которая проявляется в искажении формы прямоугольных импульсов (сужение, расширение). Предельная скорость передачи по ним - 20 Мбит/с, их используют на коротких линиях (1 - 2 км), по одномодовым волокнам можно передавать информацию со скоростью 100 Гбит/с.

Профиль

коэффициента

преломления

n₂

n₁

 

 

Мода высокого порядка

 

 

Мода низкого порядка

 

 

Входной Выходной

импульс Дисперсия импульс

 

Рис. 39. Оптические волокна: а) ступенчатое одномодовое; б) ступенчатое многомодовое; в) градиентное многомодовое

 

Оптические волокна, у которых показатель преломления сердцевины меняется скачком при переходе от середины к оболочке, называют ступенчатым. Если показатель преломления сердцевины меняется плавно вдоль радиуса от максимального значения на оси до значения показателя преломления оболочки, то ОВ называется градиентным (рис. 39, б).

Показатель преломления оболочки делают ниже показателя преломления сердцевины, так что практически все световые лучи распространяются внутри сердцевины. В трех полосах спектра с длинами волн 850 нм (0, 85 мкм), 1300 нм (1, 3 мкм), 1550 нм (1, 55 мкм) потери в ОВ незначительны и составляют десятые доли децибела на километр. Эти полосы называются окнами прозрачности ОВ (рис. 40).

α, дБ/км Показатель преломления оболочки делают ниже показателя преломления сердцевины, так что практически все световые лучи распространяются внутри сердцевины. В трех полосах спектра с длинами волн 850 нм (0, 85 мкм), 1300 нм (1, 3 мкм), 1550 нм (1, 55 мкм) потери в ОВ незначительны и составляют десятые доли децибела на километр. Эти полосы называются окнами прозрачности ОВ (рис. 40).

Для реализации достоинств многомодовых световодов их, делают градиентными - с плавным изменением показателя преломления от края к краю. Волокна объединяют в оптические

кабели и могут содержать от нескольких десятков до нескольких сотен волокон. Оптические кабели прокладываются в грунте, под водой, их можно подвешивать на опорах линий передач, контактной сети железных дорог, при 0, 85 1, 3 1, 55 соединять к внешним несущим силовым элементам,

можно протягивать в канализациях.

Рис. 40. Спектральная характеристика коэффициента затухания

 

 

1- Центральный силовой элемент,

2- Оптическое волокно,

3- Оболочка изз ПБТ

4- Гидрофобный заполнитель

5 - Водоблокирующая лента

6, 7, 9 – оболочка из ПЭ

8 - стальная оцинкованная проволока

Рис. 41. Оптический кабель

Оптические кабели применяются на магистральных, внутризоновых и местных сетях. Световоды легко изгибаются, не ломаются, прочны на разрыв, хорошо защищены от влаги и сырости, от внешних электромагнитных полей. Они имеют большую пропускную способность, низкие потери, большую длину регенерации, по сравнению с электрическими кабелями имеют малые габариты.

Оптические кабели классифицируются:

- по типу волокна: одномодовые, многомодовые;

- по назначению: линейные – для прокладки вне зданий; внутриобъектовые – для прокладки внутри зданий;

- по условиям прокладки: подвесные – на линиях ЛЭП, на опорах электрических железных дорог и городского электрохозяйства, подземные – в кабельной канализации, в грунте, тоннелях, коллекторах, подводные - на речных переходах и глубоководных участках водоемов, на береговых и морских участках;

- по условиям применения: распределительные – для прокладки, станционные – для монтажа аппаратуры.

На рис. 41 представлен оптический кабель для прокладки в пластмассовых трубах.

СОДЕРЖАНИЕ

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА. КОНКУРС КРОССВОРДОВ на тему «Направляющие системы электросвязи»