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

Тем не менее, не следует чрезмерно доверять прочности волокон – даже лакированные волокна могут быть подвержены ломке. Поэтому при прокладке оптических сетей, особенно во время ремонта действующих линий, необходимо проявлять повышенную осторожность.

Волоконно-оптический кабель: назначение, конструкция, классификация

В современных системах передачи данных оптоволоконные кабели становятся все более распространенными, заменяя традиционные электрические решения, основанные на медных и алюминиевых проводниках. Их популярность объясняется множеством факторов, включая значительно более низкую стоимость силикатных материалов, необходимых для производства волоконной оптики, а также превосходными эксплуатационными характеристиками волоконно-оптических систем. В результате, оптоволоконные кабели постепенно вытесняют привычные нам кабели.

Оптоволоконные кабели (также называемые оптическими волокнами) предназначены для передачи сигналов связи с помощью световых импульсов. Основное отличие от традиционных систем, в которых информация передается через электрические сигналы различных размеров, частот и длины, состоит в использовании световых импульсов, которые генерируются оптическим модулем и принимаются приемником на противоположном конце волокна. Конструкция оптического волокна обеспечивает прохождение световых импульсов с минимальными потерями, за исключением случаев, когда производительность потока заметно снижается из-за отражения и рассеяния.

Технические характеристики данной системы передачи открывают практически безграничные возможности для увеличения количества приемников и сигналов, которые могут быть переданы.

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

• Каналы передачи информации между компьютерами внутри компании;
• Создание многофункциональных сетевых систем в определенном городе или регионе;
• Использование в качестве телефонных кабелей для соединения клиентов;
• Эксплуатация высокоточных приборов и выполнение измерительных работ;
• Производство сигнализационных систем и датчиков, функционирующих на основе светового потока;
• Иллюминирование труднодоступных мест, куда традиционные устройства не могут добраться.

Несмотря на широкий спектр вариантов установки, конкретная сфера использования волоконно-оптических кабелей определяется характеристиками их конструкции.

Конструкция

Структура волоконно-оптического кабеля может быть проиллюстрирована следующим образом.

Обратите внимание на изображение, конструктивные элементы оптоволоконного кабеля включают в себя следующие компоненты:

• Сердечник, который несет нагрузку, используется для натяжения оптоволоконного кабеля. Обычно он изготавливается из металла или стеклопластика и принимает на себя весь вес волоконно-оптической линии при подвешивании, поскольку само оптическое волокно не обладает достаточной прочностью на разрыв. Также сердечник служит для центровки всей конструкции. Он может производиться как с защитной оболочкой, так и без нее.
• Оптическое волокно является основным компонентом сердечника, предназначенным для передачи светового сигнала. В одном кабеле обычно содержится от 2 до 250 волокон. Каждое волокно покрыто специальным лаком, который обеспечивает ему необходимую прочность и предотвращает утечку света за пределы волокна.
• Трубчатые модули – служат для защиты оптических волокон от механических повреждений и для маркировки отдельных групп. В структуре кабеля может быть как один, так и несколько таких модулей, которые внутри заполняются специальным защитным слоем, изготовленным из гидрофобного материала. Чем больше количество волокон в волоконно-оптическом кабеле, тем более актуально применение нескольких модулей.
• Гидрофобная пленка – выполняет функцию одной или нескольких защитных оболочек для всего пучка волоконно-оптического кабеля, их количество определяется конструктивными особенностями сердечника и условиями его эксплуатации. Она предназначена для уменьшения трения внутри кабеля и предотвращения попадания влаги внутрь. Обычно внутри волоконно-оптического кабеля она дополнительно укрепляется нитями.
• Диэлектрический слой – здесь он выполнен из полиэтилена, но в других вариантах могут использоваться также ПВХ-изоляторы. Этот слой также защищает волоконно-оптические линии от влаги.
• Бронированный слой – гарантирует необходимую механическую прочность при любом способе прокладывания. Его главная функция заключается в том, чтобы предотвратить повреждение структуры волокон, вызванное режущими предметами, трением или грызунами. Он может быть выполнен из металлической проволоки, стекловолокна или кевлара. Бронированные кабели идеально подходят для наружной установки, в шахтах, колодцах и под землей.
• Внешняя оболочка является ключевым компонентом волоконно-оптического кабеля, обеспечивая защиту от негативного воздействия внешней среды на оптоволоконную линию. Обычно этот слой изготавливается из полиэтилена или другого герметичного диэлектрика, что делает его пригодным как для воздушной установки, так и для размещения в кабельных каналах. Дополнительно, диэлектрическая оболочка выполняет важную функцию защиты от электрических воздействий в случае аварий.

Важно отметить, что данный тип волоконно-оптического кабеля является лишь одним из множества вариантов, так как возможны и другие модели, в которых некоторые упомянутые элементы могут отсутствовать или варьироваться по количеству.

Классификация

В зависимости от выбранных критериев оптоволоконные кабели классифицируются на несколько категорий. Например, выделяются два основных типа волоконно-оптических изделий, которые различаются по материалу изготовления:

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

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

• При подвешивании – такие модели имеют несущую жилу и кевларовую защитную оболочку; при их установке на опоры используются специальные устройства для грозозащиты.
• Для внутренней прокладки – применяются в колодцах, камерах, шахтах, кабель-каналах и других подобных местах;
• Для подземной укладки – модели с усиленной внешней оболочкой, способные противостоять негативному влиянию окружающей среды;
• Для подводной укладки – эти образцы имеют многослойную конструкцию с повышенными свойствами гидроизоляции.

В зависимости от диаметра проводящей жилы в оптоволоконном кабеле по сравнению с уровнем затухания выделяются одномодовые и многомодовые кабели. Они отличаются количеством передаваемых сигналов (режимов), что и является основой их названия.

Одномодовый кабель обладает сравнительно небольшим диаметром проводящей жилы, составляющим 9 мкм. Такой размер позволяет передавать только один сигнал через канал. Несмотря на ограниченную полосу пропускания, сигнал в одномодовых кабелях не искажается и сохраняет свою целостность на протяжении всего соединения.

В отличие от одномодового, многомодовый кабель имеет значительно больший диаметр проводника, варьирующийся от 50 мкм до 62,5 мкм. Широкий канал способствует отражению множества волн в ядре одновременно, что приводит к дисперсии. Таким образом, несколько сигналов могут передаваться по каналу параллельно.

Одна из проблем многомодового волокна заключается в искажении и затухании сигнала. Тем не менее, оно является более экономичным вариантом по сравнению с одномодовым волокном, так как для его изготовления применяются обычные светодиоды вместо лазеров. Многомодовые кабели делятся на четыре категории в зависимости от различных параметров, размеров и внешнего диаметра, а также находят применение в различных сферах.

Таблица: Области применения многомодовых кабелей в разных категориях

Определение для чайников

Оптические волокна представляют собой тончайшие нити, сделанные из стекла или пластика, по которым свет перемещается благодаря эффекту внутреннего отражения. Оптоволоконные кабели предназначены для быстрой передачи данных на значительные расстояния – фактически «со скоростью света». Таким образом, формируются волоконно-оптические линии связи (ВОЛС).

Исторические факты о развитии связи в России. Первая ВОЛС «Санкт-Петербург-Аберслунд» (город в Дании) была установлена компанией «Ростелеком», которая тогда называлась «Совтелеком».

Рекомендую вам ознакомиться с документальным фильмом, посвященным этой теме:

Материалы

Оптическое стекловолокно производится из кварца. Оно обладает следующими характеристиками:

• Высокая оптическая проницаемость, что позволяет передавать световые волны различных диапазонов.
• Низкие потери сигнала (малое затухание).
• Температурная стойкость.
• Гибкость.

Халькогенидное стекло, фторид циркония и калия или криолит калия используются для передачи сигналов на большие расстояния.

В настоящее время активно развивается производство стекловолокна на основе пластиковых материалах. В таких изделиях сердцевина создается из органического стекла, тогда как оболочка выполнена из фторопласта. К недостаткам полимерных составов можно отнести их низкую пропускную способность в диапазоне инфракрасного излучения.

Структура

Что представляет собой оптическое волокно? Это тонкая нить с круглым сечением, содержащая сердцевину внутри и оболочку снаружи. Для достижения полного внутреннего отражения показатель преломления сердцевины должен превосходить показатель преломления оболочки. Суть его работы заключается в том, что световой луч, попадающий в ядро, многократно отражается от стенок оболочки.

Оптические волокна, применяемые в области телекоммуникаций, имеют диаметр в пределах 124-126 микрометров. Тем не менее, диаметр сердечника может изменяться в зависимости от типа волокна (я обсудю это в следующем разделе) и стандартов, принятых в различных странах.

1 микрон равен 0,001 мм. После вычислений я выяснил, что фактический диаметр составляет всего 0,125 мм.