Волоконно-оптический кабель: назначение, конструкция, классификация. Как выглядит оптический кабель.

Однако не стоит слишком полагаться на прочность волокон — даже лакированные волокна легко ломаются. По этой причине при прокладке оптических сетей, особенно при ремонте существующих магистралей, необходимо соблюдать особую осторожность.

Волоконно-оптический кабель: назначение, конструкция, классификация

В современных сетях передачи данных все чаще используются оптоволоконные кабели, которые пришли на смену традиционным электрическим моделям, где проводящим материалом были медные и алюминиевые жилы. Такая популярность объясняется рядом причин, включая гораздо более низкую стоимость силикатных материалов, необходимых для изготовления волоконной оптики, и гораздо лучшие эксплуатационные параметры волоконно-оптических систем. По этой причине оптоволоконные кабели постепенно вытесняют кабели, к которым мы привыкли.

Оптоволоконные кабели (также известные как оптические волокна) используются для передачи сигналов связи посредством потока света. Основное отличие от традиционных систем, где данные передаются с помощью электрических сигналов разного размера, частоты и длины, заключается в использовании импульсов света, генерируемых в оптическом модуле и принимаемых приемником на другом конце волокна. Структура оптического волокна позволяет световым импульсам проходить через него без потерь, за исключением случаев, когда производительность потока значительно снижается из-за отражения и рассеяния.

Технические характеристики передачи обеспечивают практически неограниченные возможности в отношении количества приемников или количества сигналов, которые можно передавать.

В зависимости от назначения волоконно-оптические кабели могут использоваться для следующих целей:

• Линий передачи данных между компьютерами в пределах предприятия;
• Формирования многофункциональных сетей в каком-либо городе или регионе;
• Установки в качестве телефонного кабеля для соединения абонентов;
• Работы высокоточных приборов и проведения измерений;
• Изготовления сигнализации и датчиков, работающих при помощи светового потока;
• Освещения труднодоступных мест, куда классическими устройствами добраться невозможно.

Несмотря на разнообразие вариантов монтажа, конкретная область применения волоконно-оптических кабелей определяется свойствами их конструкции.

Конструкция

Конструкция волоконно-оптического кабеля может быть проиллюстрирована следующим образом.

Посмотрите на иллюстрацию, конструкция оптоволоконного кабеля включает эти элементы:

• Несущий сердечник – устанавливается для натяжения оптоволоконного кабеля, как правило, выполняется из металла или стеклопластика и воспринимает на себя весь вес волоконно-оптической линии при подвешивании, так как само оптическое волокно не обладает достаточной прочностью на разрыв. Также он центрирует всю конструкцию вокруг себя. Может изготавливаться как с защитной оболочкой, так и без нее.
• Оптическое волокно – основной элемент сердечника, предназначенный непосредственно для передачи светового сигнала. В одном кабеле, как правило, содержится от 2 до 250 волокон. Каждое из них покрывается специальным лаком, который обеспечивает достаточную прочность волокну и предотвращает распространение света за его пределы.
• Трубчатые модули – предназначены для защиты волокон от механических повреждений и для маркировки их отдельных групп. В составе кабеля может находиться один или несколько таких модулей, внутри они заполняются специальным защитным слоем из гидрофобного наполнителя. Чем больше волокон входит в состав волоконно-оптического кабеля, тем актуальнее использование нескольких модулей.
• Пленка с гидрофобным наполнителем – выступает в роли одной или нескольких защитных оболочек для всего пучка волоконно-оптического кабеля, их число определяется конструкцией всего сердечника и условиями его эксплуатации. Предназначена для снижения трения внутри и предотвращения проникновения влаги во внутрь. Как правило, внутри волоконно-оптического кабеля она дополнительно стягивается нитями.
• Слой диэлектрического материала – в данном случае из полиэтилена, но в других моделях может применяться и ПВХ изоляция. Также выполняет функцию защиты волоконно-оптических линий от влаги.
• Слой брони – обеспечивает достаточную механическую прочность при любой прокладке. Его основная задача – предотвратить нарушение целостности волокон режущими предметами, в процессе перетирания или грызунами. Может выполняться металлической проволокой, стекловолокном или кевларом. Бронированный кабель может использоваться для внешней прокладки, в шахтах и колодцах и под землей.
• Внешняя оболочка – основной элемент волоконно-оптического кабеля, предотвращающий разрушающее воздействие внешних факторов на линию. Внешний слой выполняется из полиэтилена или другого герметичного диэлектрика. Позволяет использовать оптоволоконную продукцию, как для воздушной прокладки, так и для кабельных каналов. Дополнительной функцией диэлектрической оболочки является защита от воздействия электрического напряжения в аварийных ситуациях.

Следует отметить, что рассмотренный здесь тип волоконно-оптического кабеля является частным случаем, поскольку могут существовать и другие модели, в которых некоторые из перечисленных выше элементов могут отсутствовать или их количество могло измениться.

Классификация

В зависимости от выбранных критериев оптоволоконные кабели делятся на несколько категорий. Например, существует два типа волоконно-оптических изделий, которые отличаются материалом изготовления:

• GOF – кабель, оптическое волокно в котором выполнено из стекла (первая буква аббревиатуры происходит от английского glass);
• POF – модели с полимерным проводящим элементом (первая буква аббревиатуры происходит от английского plastic).

В зависимости от способа прокладки оптоволоконного кабеля все категории делятся на те, которые могут быть установлены:

• Путем подвешивания – такие модели содержат несущую жилу и кевларовую броню, а при подвешивании их на опоры его с ним применяются устройства грозозащиты.
• Для внутренней прокладки – в колодцах, камерах, шахтах кабель-каналах и т.д.;
• Для подземной прокладки – модели с усиленной наружной оболочкой, способной противостоять агрессивному воздействию окружающей среды;
• Для подводной прокладки – эти модели имеют многослойную структуру с усиленной гидроизоляцией.

В зависимости от размера проводящей жилы в оптоволоконном канале по отношению к слою затухания различают одномодовые и многомодовые кабели. Они различаются количеством передаваемых сигналов (режимов), отсюда и их название.

Одномодовый кабель характеризуется относительно небольшим диаметром проводящей жилы — 9 мкм. При таком размере через канал может пройти только один сигнал. Хотя одномодовый кабель имеет небольшую полосу пропускания, сигнал не искажается и не ослабляется по всей длине соединения.

Многомодовый кабель, в отличие от одномодового, имеет гораздо больший диаметр жилы проводника — 50 мкм или 62,5 мкм. Большая ширина канала позволяет одновременно отражать множество волн в ядре на определенном расстоянии (дисперсия). Поэтому многие сигналы могут проходить по каналу одновременно.

Одним из недостатков многомодового волокна является искажение и затухание сигнала, но в то же время многомодовое волокно дешевле одномодового, поскольку в нем используются обычные светодиоды, а не лазеры. Многомодовые кабели делятся на четыре категории в зависимости от конкретных параметров, размера и внешнего диаметра и имеют различные области применения.

Таблица: Области применения многомодовых кабелей в различных категориях

Определение для чайников

Оптические волокна — это тончайшие провода (нити) из стекла или пластика, по которым свет передается путем внутреннего отражения. Оптоволоконные кабели используются для высокоскоростной передачи информации на большие расстояния (буквально «со скоростью света»). Так строятся волоконно-оптические линии связи (ВОЛС).

Факты из истории развития России. Первая ВОЛС «Санкт-Петербург-Аберслунд» (город в Дании) была проложена компанией «Ростелеком» (тогда называвшейся «Совтелеком»).

Я сразу же рекомендую вам посмотреть документальный фильм на эту тему:

Материалы

Оптическое стекловолокно изготавливается из кварца. Он предлагает следующие возможности:

• Высокая оптическая проницаемость – это позволяет транслировать волны разных диапазонов.
• Минимальная потеря сигнала (малое затухание).
• Температурная устойчивость.
• Гибкость.

Халькогенидное стекло, фторид циркония-калия или криолит калия используются для больших расстояний.

Сегодня развивается производство стекловолокна из пластика. В этом случае сердечник изготавливается из органического стекла, а оболочка — из фторопласта. Недостатком полимерных материалов является низкая пропускная способность в диапазоне инфракрасного излучения.

Строение

Из чего состоит оптическое волокно? Это нить с круглым сечением, которая имеет сердцевину внутри и оболочку снаружи. Для обеспечения полного внутреннего отражения показатель преломления сердцевины должен быть выше, чем показатель преломления оболочки. Принцип работы заключается в том, что луч света, направленный на ядро, многократно отражается от облицовки.

Оптические волокна, используемые в телекоммуникациях, имеют диаметр 124-126 микрометров. Однако диаметр сердечника может варьироваться в зависимости от типа волокна (я упомяну об этом в следующем разделе) и национальных стандартов.

1 микрон равен 0,001 мм. Я посчитал, оказалось, что диаметр составляет всего 0,125 мм.