Технические Заметки FOC № 06

F OC № 06

Введение в волоконно-оптические кабели

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ В ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ КАБЕЛИ 1

ОГЛАВЛЕНИЕ 2

1. Введение 3

2. Оптическое волокно 6

2.1. Про волокно 6

Покрытие волокна 7

2.2. Окраска ОВ 8

3. Модули 9

3.1. Модули со свободной укладкой волокон 9

3.2. Модули с плотной упаковкой волокон 12

3.3. Ленточные волокна 12

4. Оптический сердечник 13

4.1. Сердечник модульной скрутки 14

4.1.1. Центральный силовой элемент (ЦСЭ) сердечника модульной скрутки 14

4.1.2. Скрутка 14

4.1.3. Деформация растяжения и сжатия. 15

4.2. Профилированный оптический сердечник 16

4.3. Трубчатый сердечник 16

4.4. Заполнение сердечника 17

5. Защитные покровы 18

5.1. Силовые элементы защитных покровов 18

5.1.1. Стальная проволока 18

5.1.2. Медная, алюминиевая или свинцовая трубка 18

5.1.3. Арамидные нити 19

5.1.4. Поддерживающий силовой элемент 19

5.1.5. Оптический кабель, встроенный в грозозащитный трос (ОКГТ) 19

5.2. Наружная оболочка 19

5.2.1. Материалы, идущие на изготовление кабельных оболочек 20

5.2.1.1. Полиэтилен 20

5.2.1.2. Поливинилхлорид (ПВХ) 21

5.2.1.3. Полиамид 22

5.2.1.4. Фторопласты 22

5.2.1.5. Жаростойкие материалы, не содержащие галогенов 22

5.2.1.6. Термопластический полиуретан 23

5.2.2. Защита от влаги 23

5.2.3. Защита от грызунов 25

6. Заключение 25

2003 ЗАО «Оптиктелеком Комплект».

Настоящий документ может быть воспроизведен и передан какими бы то ни было средствами, будь то электронные или механические, включая фотокопирование и запись на магнитный носитель, только полностью и только в оригинальном виде, без ограничений по применению. Любое использование части документа или его содержимого в других изданиях или любые изменения формата документа запрещены без письменного разрешения ЗАО «Оптиктелеком Комплект».

«Non scholae, sed vitae discimus» (лат.) – «Мы учимся не для учения, а для жизни» - педагогический лозунг, перефразировка высказывания Люция Аннея Сенеки (4 г. до н.э. – 65 г. н.э.), римского философа, писателя и общественного деятеля.

1. Введение

История развития средств передачи информации является неотъемлемой частью истории развития общества, причем потребности в обмене информацией всегда превышали существующие технические возможности их удовлетворения. На протяжении всего предыдущего столетия связисты стремились повысить скорость передачи информации. Потребность в большем количестве передаваемой информации стала причиной перехода от телеграфа вначале к телефону, а затем – к радио. После этого встала задача передачи на более высоких частотах. Амплитудное модулирование позволяло передавать тысячи герц, частотное модулирование – миллионы, с развитием телевидения был освоен диапазон частот в сотни миллионов герц. Наконец в 60 годах началось освоение микроволнового диапазона (диапазона СВЧ), характеризующегося частотой в миллиарды герц. Именно в это время ведущим поставщикам телекоммуникационных услуг стало ясно, что технология высокочастотной радиосвязи, основанная на использовании медных кабелей, устаревает и не может справиться с бурным ростом потока информации. Возникла потребность в новом виде кабеля, способного передавать больше информации при меньшем объеме самого носителя информации. Поэтому сотрудники британской телефонной компании (Standard Telecommunications Laboratories Ltd.) д-р К.Ч.Чао и г-н Дж.А.Хоклхем предложили использовать волноводы из диэлектрического стекла, называемые теперь оптическим волокном, для оптической связи. У световых волн частота в 100 тысяч раз больше, чем у микроволн – впечатляющая разница! Но в то время никто еще не знал, как обуздать свет.

В 1960 году был изобретен лазер – идеальный источник света для оптической связи. Теперь ученым оставалось сделать специальные световоды для передачи оптических сигналов по кабелю. В это время об идее К.Ч.Чао и Дж.А.Хоклхема узнали в компании Corning, и начали активные исследования по созданию оптического волокна с низкими потерями. Успех пришел в 1970-х годах, когда было создано волокно с затуханием в 16 децибел. Именно этот год считается годом начала новой информационной эпохи – эры волоконно-оптической связи.

Развитие волоконно-оптических сетей связи характеризуется очень быстрым увеличением скорости передачи информации. Скорость передачи, достигнутая экспериментально в лабораторных условиях, и скорость передачи высоконадежных коммерческих сетей растут экспоненциально, удваиваются примерно каждые 2 года. Эта тенденция обеспечивается как неуклонным ростом скорости передачи информации по одному каналу, так и ростом числа одновременно передаваемых по одному волокну каналов в системах со спектральным разделением каналов. К середине 1990-х г.г. в нескольких национальных сетях были введены в эксплуатацию системы со скоростью передачи 2.5 Гб/с.

В настоящее время широко используются системы со скоростью передачи 10 Гб/с на один канал, внедряются системы со скоростью 40 Гб/с на один канал, ведутся работы по внедрению коммерческих систем со скоростью 160 Гб/с на один канал. В лабораторных экспериментах достигнуты скорости передачи информации 640 Гб/с и более на один спектральный канал.

Одновременно с увеличением скорости передачи информации неуклонно растет дальность передачи. Революционным событием в увеличении дальности передачи информации по волоконно-оптическим сетям явилось создание усилителей на волокне, легированном эрбием. В последнее время возрос интерес к рамановским (ВКР) усилителям, поскольку уровень шумов в них меньше, чем в эрбиевых усилителях, а полоса усиления определяется свойствами излучения накачки и не имеет физических ограничений. При использовании оптических усилителей длина ретрансляционного участка может быть увеличена до нескольких сотен или даже тысяч километров. Использование оптических усилителей особенно эффективно в системах передачи информации, использующих спектральное разделение каналов (WDM системах), т.к. в одном усилителе усиливаются все информационные каналы одновременно.

Большинство современных ВОЛС работает в третьем окне прозрачности (диапазон длин волн примерно 1530÷1560 нм), совпадающем с полосой усиления эрбиевых усилителей и с минимумом поглощения кварцевого волокна. Значительная часть одномодового волокна, используемого во всем мире, это так называемое обычное или стандартное волокно, длина волны нулевой хроматической дисперсии которого примерно 1300 нм. Такое волокно обладает значительной дисперсией (17 пс/км/нм) в третьем окне прозрачности. Большая величина хроматической дисперсии стандартного волокна вызывает значительные искажения световых сигналов и существенно ограничивает дальность действия систем передачи информации со скоростями более 1 Гбит/с. Так, при использовании узкополосного источника излучения с внешней модуляцией, дисперсионное ограничение дальности при скорости передачи 2,5 Гбит/с примерно равно 1000 км, а при увеличении скорости передачи информации до 10 Гбит/с дальность сокращается до 61 км.

Для ослабления влияния хроматической дисперсии разработаны специальные виды оптического волокна, обладающего малой величиной дисперсии. Некоторое время назад было создано волокно (DSF), обладающее нулевой дисперсией на длине волны в третьем окне прозрачности (l~1550 нм). Однако вскоре выяснилось, что это волокно, получившее название волокна со смещенной дисперсией, не пригодно для работы в системах со спектральным разделением каналов из-за их сильного нелинейного взаимодействия, обусловленного эффектом четырехволнового смешения а также эффектами фазовой само- и кросс-модуляции. Поскольку наличия в волокне хроматической дисперсии величиной порядка нескольких пс/нм/км достаточно для эффективного подавления эффектов кроссмодуляции и четырехволнового смешения, позднее было разработано волокно (NZDSF), обладающее малой, но ненулевой хроматической дисперсией в рабочем диапазоне длин волн.

Мир вступил в третье тысячелетие, характеризующееся, с одной стороны, непрерывно растущими потребностями мирового сообщества в обмене информацией, а с другой – технической возможностью практически полностью их удовлетворить. Переход на оптические системы связи позволяет получить выдающиеся результаты в увеличении скорости передачи информации и в настоящее время происходит повсеместно. В наиболее развитых европейских странах (Швеция, Финляндия) реализуется программа «волокно в каждый дом».

Масштабы развития волоконно-оптической связи действительно поразительны. Мировое производство волоконных световодов в настоящее время составляет 60 млн. км/год, то есть каждую минуту в системах связи прокладываются более 100 км волоконных световодов. Все материки связаны между собой подводными волоконно-оптическими кабелями связи, общая длина которых достаточна, чтобы обмотать земной шар шесть раз.

Что касается скорости передачи информации по волоконно-оптическим линям связи, то, по образному определению академика Е.М. Дианова, мир вступил в информационную эпоху или тера-эру. В настоящее время при использовании спектрального уплотнения скорость передачи информации может достигать нескольких Тбит/с, что отмечалось на состоявшейся в Анахейме (США) конференции по волоконно-оптической связи OFC-2002.

В настоящее время экспериментальные системы со спектральным разделением каналов используют спектральную область 1530-1610 нм (ширина около 80 нм). Успехи в технологии производства оптического волокна позволили практически полностью убрать полосу поглощения, связанную с гидроксильными группами в стекле, и расширить область с оптическими потерями менее 0,3 дБ/км до примерно 500 нм (1200-1700 нм). Воспользовавшись достигнутыми на сегодняшний день значениями плотности расположения каналов 0.2 нм на канал и скоростью передачи информации по одному каналу 160 Гбит/с получаем общее число спектрально разделенных каналов 2500 и суммарную скорость передачи информации 400 Тбит/с.

Таким образом, волоконно-оптическая технология имеет гигантский потенциал развития, что позволяет производителям волоконно-оптических систем связи уверенно смотреть в будущее, полное света.

Конструкция волоконно-оптического кабеля должна предусматривать защиту волокна от различных повреждений. Это значит что при проектировании кабеля волоконный световод должен размещаться так чтобы на него насколько это возможно не оказывали воздействия вышеперечисленные факторы. При этом такая конструкция должна быть пригодна для практического использования. Проведенные многочисленные исследования привели к разработке специализированных конструкций кабелей, которые используются в зависимости от различных видов применения. Ниже перечисляются стандартные виды оптических кабелей связи отличающиеся друг от друга областью применения и способом прокладки.

Таблица 1.

Кабель внутриобъектовой прокладки;

Кабель для прокладки в канализации, в т.ч. в пластмассовом трубопроводе;

Кабель для воздушной подвески, в т.ч. используемый в качестве провода или троса воздушной ЛЭП;

Кабель для прокладки в грунт, как в открытую траншею, так и бестраншейным способом

Подводный кабель, в т.ч. морской глубоководный кабель.