Конструкция и характеристики оптических кабелей связи. Часть 1

Оптическим кабелем (ОК) называют волоконные световоды и группу волоконных световодов, оформленных в конструкцию, отвечающую комплексу оптических и механических требований, а также условиям окружающей среды.

Все конструкции оптических кабелей с технологической точки зрения можно разделить на 4 следующих типа (рис. 2.1):

1. Оптический кабель модульной конструкции (рис. 1,а);
2. Оптический кабель с профилирующим сердечником (рис. 1,б);
3. Оптический кабель ленточного типа (рис. 1,в);
4. Оптический кабель трубчатой конструкции (рис. 1,г).

К основным элементам конструкции ОК относятся следующие:

• оптические волокна, состоящие из сердцевины и оболочки с защитно-упрочняющими покрытиями;
• оптические модули – ОВ, свободно уложенные в полимерной трубке;
• упрочняющие силовые элементы – нити СВМ (синтетический высокомолекулярный материал), стеклопруток, стальные тросы, проволоки, броневые покровы (ленты, проволоки, стеклопрутки);
• заполняющие элементы – хлопчатобумажные нити различных номеров для демпфирования ОВ, гидрофобные заполнения;
• металлические элементы – медные жилы дистанционного питания, металлические оболочки (алюминиевые, в редких случаях медные), армирующие (силовые) элементы (тросы, проволоки, бронеленты и т.п.).

Количество оптических волокон в кабеле – от 2 до 96. В конструкцию кабеля могут быть введены медные жилы для дистанционного питания регенераторов и телеметрии.

В оптическом кабеле модульной конструкции ОВ уложены в оптические модули – специальные полимерные трубки. Количество ОВ в оптическом модуле от 1 до 4. Модули в свою очередь скручиваются вокруг центрального силового элемента (ЦСЭ) либо повивной, либо пучковой скруткой.

В оптическом кабеле с профилирующим сердечником оптические волокна в количестве от 1 до 4 укладываются в специальные пазы сердечника, который нанизан на ЦСЭ.

В оптическом кабеле ленточного типа оптические волокна укладываются послойно укладываются в прямоугольную или квадратную матрицу.

В ОК трубчатой конструкции оптические волокна свободно располагаются вместе с силовым элементом в общей оболочке.

Конструкция ОК должна обеспечивать:

• защиту от внешних механических, климатических и других видов воздействий;
• защиту от обрывов при растяжении;
• защиту от статического усталостного разрушения;
• защиту от микроизгибов ОВ;
• стабильность оптических характеристик;
• простоту эксплуатации и текущего ремонта ОК;
• относительно низкую стоимость;
• технологичность, т.е. простоту изготовления и большие строительные длины.

Для защиты ОВ при действии продольных механических нагрузок в конструкцию ОК вводят различные упрочняющие, силовые элементы. Они обычно размещаются в центре ОК (ЦСЭ – центральные силовые элементы), но возможно их размещение и по периферии.

Для защиты от раздавливающих нагрузок ОВ укладывают свободно в полимерных трубках (оптические модули) или в пазах фигурного сердечника. Кроме того, в конструкцию ОК вводят заполняющие элементы (хлопчатобумажные нити и т.п.) для демпфирования ОВ. Для защиты ОВ при изгибах они скручиваются вокруг ЦСЭ.

Статические усталостные разрушения обусловлены наличием в ОВ микротрещин и развитием их под действием различных внешних воздействий. Особая роль в этом принадлежит влаге и повышенной или пониженной температуре. Поэтому защита от этого вида разрушения – защита в первую очередь, от проникновения влаги и создание температурных барьеров. Этой цели служат полимерные покрытия ОК и его элементов, заполнение ОК водонепроницаемыми наполнителями – герметиками (гидрофобное заполнение).

Воздействие температуры и влаги ведет к увеличению затухания ОВ. При плотном размещении ОВ температурные воздействия вызывают поперечные механические нагрузки на ОВ за счет разницы коэффициентов температурного линейного расширения материалов. При свободном размещении из-за температурных воздействий возникает микроизгибы ОВ.

Стабильность передаточных характеристик ОВ обеспечивается оптимизацией конструкции ОК, оптимальным выбором материалов, размеров, элементов ОК и зазоров между ОВ и элементами ОК.

Основным элементом, определяющим информационные характеристики ОК является оптическое волокно (ОВ).

Всю совокупность параметров оптических волокон принято разделять на следующие группы:

1.1. В свою очередь геометрические иногда разделяют на:

1.1.1. Геометрические «поперечные» — параметры, характеризующие размеры и форму поперечного сечения ОВ. Измеряемыми являются некоаксиальность, средние диаметры сердцевины и оболочки.

1.1.2. Геометрические «продольные» — измерение различных длин и расстояний (строительная длина, расстояние до мест повреждения и стыков, длина РУ и т.д.)

1.2 Оптические параметры включают в себя:

1.2.1. Показатель преломления (ПП) сердцевины n_c.

1.2.2. Показатель преломления оболочки n_и.

1.2.3. Максимальная и относительная разности ПП сердцевины и оболочки

1.2.4. Профиль показателя преломления . Для градиентных волокон говорят о ППП, заданного соотношением

Показатель степени q определяет вид профиля (как правило, q = 2).

1.2.5. Апертурный угол (апертура — ϴ_А – угол между оптической осью ОВ и образующей светового конуса, падающего на торец ОВ, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения.

1.2.6. Числовая апертура NA

В этой группе параметров как правило измеряют ППП и NA.

2. Параметры распространения излучения.

2.1.Параметры затухания.

2.1.1.Показатель затухания или полное затухание – определяет полное ослабление излучения в ОВ.

2.1.2.Показатель поглощения характеризует ослабление излучения из-за собственного поглощения материалом сердцевины.

2.1.3.Показатель рассеянья – определяет ослабление ОВ, обусловленное несколькими механизмами рассеянья.

2.1.4.Коэффициент затухания – определяет приведенное к единице длины ОВ полное затухание.

2.1.5.Составляющие оптической плотности ослабления излучения. Традиционно измеряемыми параметрами являются полное затухание и коэффициент затухания.

2.2.Параметры широкополосности.

2.2.1.Модовая дисперсия – τ_мод.

2.2.2.Материальная дисперсия – τ_мат (обусловлена зависимостью ПП от частоты).

2.2.3.Волноводная дисперсия – τ_вв (определяется зависимостью коэффициента распространения мода от длины волны).

2.2.4.Хроматическая дисперсия – τ_хр (определяется групповым временем задержки, зависящим от длины волны)

2.2.5.Полная дисперсия ОВ

2.2.6.Полоса пропускания ОВ

Измеряют либо полную дисперсию, либо полосу пропускания.