Оптические системы связи / 3.Волоконно-оптические системы связи (Фриман Р., 2003)

Рис. 2.7(б). Поперечные сечения скрутки и конструкция кабелей с плотной буферизацией компании Corning Cable Systems для использования внутри зданий. Это пожаробезопасные (с замедленным распространением горения) кабели, удовлетворяющие требованиям кодов NEC (магистральные кабели типа Unitized MIC) (с разрешения компании Corning Cable Systems, LANscape

Solution Catalog, c. 1.30 [2.7]).

Рис. 2.7(б) демонстрирует типичные характеристики ВОК с плотной буферизацией для использования в качестве магистральных кабелей внутренней прокладки. Они относятся к типу ВОК «Unitized MIC» компании Corning Cable Systems и имеют от 24 до 144 отдельных кабельных жил. Этот рисунок

использует табл. 2.2(б), которая содержит соответствующие физические характеристики и характеристики передачи.

Таблица 2.2(а) Физические характеристики ВОК сетей общего пользования компании

Belden.

Замечания. Максимальное затухание: на длине волны 1310 нм — 0,35 дБ/км, а на длине волны 1550 нм - 0,25 дБ/км.

Минимальный радиус изгиба (в дюймах) при монтаже — 20 диаметров ВОК. Минимальный радиус изгиба (в дюймах) при длительной эксплуатации

— 10 диаметров ВОК (с разрешения компании Belden Wire and Cable [2.5]).

Таблица 2.2(б)

Сводка физических параметров и характеристик передачи магистральных ВОК типа Unitized MIC компании Corning Cable Systems.

Таблица 2.2(б). Продолжение

Замечания.* = 1 модуль-наполнитель (кордель), ** = 2 модулянаполнителя (корделя), *** = 3 модуля-наполнителя (корделя), все варианты с *, **, *** соответствуют 3 внутренним (центральным) модулям. Число модулей включает и вариант исполнения с двумя слоями модулей. Например, 12 (9/3**) соответствует 9 внешним модулям, расположенным вокруг 3 внутренних (центральных) модулей, два из которых — кордели (с

разрешения Corning Cable Systems, см. LANscape Catalog, с. 1.31 [2.7])

2.5.Характеристики оптического волокна

2.5.1.Оптические характеристики

Как отмечалось ранее, в одномодовом волокне распространяется только одна мода на рабочей длине волны. В этой категории оптического волокна мы имеем следующие типы: стандартное одномодовое волокно, волокно со сдвигом нулевой дисперсии и волокно с малой ненулевой дисперсией. Они зависят от конструкции волокна. При тестировании этих типов волокон, нужно помнить, что источник света (лазерный диод или СИД) не является строго монохроматичным, а его выходное излучение покрывает определенную полосу длин волн. В результате того, что время распространения спектральных компонент различно, происходит уширение импульсов. Степень такого уширения пропорциональна спектральной ширине используемого источника. Близкие к монохроматическим (использующие одну продольную моду) лазерные источники (SLM-лазеры), как правило это лазеры с распределенной обратной связью, допускают нормальную работу с одномодовым волокном на длинах волн, которые отстоят от длины волны нулевой дисперсии дальше, чем это позволяют делать лазеры, использующие несколько продольных мод (MLM-лазеры).

Стандарты EIA/TIA — классифицируют одномодовые волокна в соответствии с их дисперсионными характеристиками. Существуют одномодовые волокна без сдвига нуля, которые имеют длину волны нулевой дисперсии в районе 1310 нм (эти волокна обычно называют стандартными одномодовы-ми волокнами). Эти волокна по классификации EIA/TIA соответствуют классу IVa. Существуют также два типа волокна со сдвигом дисперсии. Один — со сдвигом нуля дисперсии в область 1550 нм (эти волокна обычно называют одномодовыми волокнами со сдвигом дисперсии), который классифицируется EIA/TIA как волокно класса IVb. Другой - с ненулевой смещенной дисперсией, имеет ненулевую (но небольшую по величине) дисперсию в определенной области в окне прозрачности 1550 нм.

Это волокно классифицируется как волокно класса IVd.

В диапазоне 1550 нм затухание волокна может быть значительно ниже, чем в районе 1310 нм для любого типа волокон. Однако дисперсия волокон, спроектированных со сдвигом дисперсии, на длине волны 1310 нм может быть существенно выше, чем дисперсия на той же длине волны, но у волокон без сдвига дисперсии.

2.5.2. Механические характеристики

Одним из основных свойств оптического волокна является его прочность. Однако, в процессе изготовления на поверхности волокна появляются микроскопические изъяны, которые заметно ухудшают базовую прочность. Благодаря процессу производства кабеля и укладке волокна в кабель, происходит дальнейшее ухудшение прочности волокна. Ухудшение прочности и обрыв волокна в результате роста изъянов (трещин) на поверхности можно объяснить тремя причинами: динамической усталостью, статической усталостью и старением в отсутствие нагрузки. Многие монтажники ВОК работали раньше на монтаже медных кабелей, которые имеют совершенно отличные механические характеристики. Динамическая усталость возникает при кратковременном приложении значительных растягивающих усилий. Это соответствует типичному сценарию, когда ВОК затягивается на место через кабелепровод или протягивается вдоль направляющих труб/лотков. Статическая усталость, наоборот, приобретается тогда, когда кабель длительное время находится под постоянной нагрузкой. Старение в отсутствие нагрузки относится к такому типу ухудшения прочности, который происходит в условиях отсутствия нагрузки на кабель, но под действием высокой окружающей температуры и влажности.

2.5.3. Волоконно-оптические модули

Задача, выполняемая волоконно-оптическими (или оптическими) модулями, — организовать жилы волокна так, чтобы упростить их

идентификацию и обработку, а также в том, чтобы структура такой организации сохранялась не только тогда, когда жилы волокна находятся в собранном ВОК, но и тогда, когда с кабеля снята наружная оболочка. Волоконно-оптический модуль, может быть оформлен в виде пучка волокон, ленты с волокнами или свободной трубки.

Волоконно-оптический модуль, как правило, объединяет 6-12 волокон свободно собранных вместе с помощью спиральной обвязки. Эта обвязка должна быть сделана так, чтобы она сохраняла свое положение в ВОК и облегчала идентификацию оптических модулей, когда оболочка ВОК снята. Один из методов организации жил волокна - формирование ленточной структуры. Такие волоконно-оптические ленты позволяют упаковывать в кабель до нескольких тысяч волокон. Однако, как правило, такие ленты содержат 4, 6, 8, 12 или 24 волокна, расположенных в виде линейного массива жил, образующего модуль.

Ленты с волокном собираются в матрицу для облегчения идентификации волокон, а также для придания прочности и улучшения защитных свойств. Материал таких матриц оптимизируется для улучшения надежности и рабочих характеристик. Этот материал должен быть совместим с внешним покрытием матриц, когда монтажники используют инструменты с тепловым методом зачистки волокна при удалении покрытия с волокна, и формирующем матрицу материалом, при сращивании, оконцовке или осуществлении других монтажных действий. Формирующий матрицу материал должен быть прозрачен настолько, чтобы можно было идентифицировать отдельную жилу волокна.

Волокна могут быть помещены также внутрь трубки, чтобы изолировать их от внешних механических напряжений. В трубку, как правило, помещают 6 или 12 волокон. Трубка должна также обеспечить легкость идентификации модулей в случае удаления внешней оболочки ВОК.

2.6. Волокно с выровненным или с профильным показателем преломления оболочки

В наиболее простой конструкции одномодового волокна его оболочка имеет выровненный (одинаковый) показатель преломления вдоль всего сечения оболочки. Такая конструкция волокна формирует плоский пьедестал профиля показателя преломления (ППП) вплоть до границы с сердцевиной. Это способствует единообразию характеристик волокон, что особенно важно, когда различные волокна должны быть объединены в одну существующую сеть. Волокно с плоским пьедесталом ППП обеспечивает, в принципе, несколько меньшее затухание и большее значение диаметра поля моды (области, занятой световым потоком одномодового волокна, диаметр которой больше физического диаметра сердцевины), чем в случае использования конструкции волокна с профильным ППП.

Конструкции волокна с профильным ППП обычно получается при использовании метода внутреннего осаждения из паровой фазы или модифицированного метода химического осаждения из паровой фазы для получения оптического волокна. Показатель преломления называется профильным, потому что он не одинаков по сечению оболочки, а имеет профиль пьедестала, вдавленного в среднюю часть сечения оболочки. Вдавленный пьедестал говорит о том, что два показателя преломления не согласованы. Это происходит в том месте, где стеклянная трубка стыкуется с осаждаемым из паровой фазы стеклом. Сама вдавленность вызвана добавлением легирующих химических веществ в оболочку перед тем, как осуществить осаждение материала сердцевины из паровой фазы.

Этот тип оболочки влияет на потери волокна при изгибе. Как мы упоминали выше, чем меньше диаметр поля моды, тем меньше потери при изгибе. Это справедливо для обоих типов указанных волокон, отличающихся

ППП.

Однако, при одном и том же диаметре поля моды (MFD), внесенные (за

счет изгиба) потери больше для волокна с профильным показателем преломления, если диаметр изгиба больше 50 мм. Такие типы изгибов встречаются обычно в сростках монтажных шкафах и муфт и в кабелях. Следовательно, нужно ожидать, что стандартно изготовленное волокно с профильным показателем преломления оболочки имеет несколько меньший диаметр поля моды, при прочих равных условиях (достижения тех же показателей). Меньшие MFD проектируются в волокнах с профильным показателем преломления.

На рис. 2.8 (а) показан выровненный профиль показателя преломления оболочки, а на рис. 2.8(6) профиль с вдавленным пьедесталом [2.8].

Рис. 2.8. (а) Выровненный профиль показателя преломления оболочки (с раз-

решения «Corning News & Views», [2, 8]. (б) Профиль показателя преломления с вдавленным пьедесталом (с разрешения «Corning News & Views», [2, 8].

2.7. Типичные характеристики оптического волокна высокого качества

Компания Corning Fiber Systems выпустило волокно LEAF, имеющее большую эффективную активную площадь волокна. Оно является

идеальным для использования в широкополосных системах DWDM, работающих в окне прозрачности 1550 нм. В табл. 2.3 приведены оптические характеристики такого волокна, в табл. 2.4 приведены физические параметры этого же волокна, а в табл. 2.5 даны некоторые значения физических и механических параметров, полученные в результате тестирования.

Таблица 2.3 Оптические характеристики волокна LEAF компании Corning

Замечание. Параметр Дисперсия PMD для протяженной линии

(известный также как Среднеквадратическое PMD линии) используется для статистического описания PMD волокон в кабеле. Это значение используется для более точного определения статистической верхней границы PMD в ВОЛС.

Таблица 2.4

Физические размеры волокна LEAF

Замечание. Определяется как [1 - (минимальный диаметр оболочки) / (максимальный диаметр оболочки)] 100

Замечание. Возможно проведение испытаний и при больших значениях