Типы оптоволоконных кабелей

Оптоволоконный кабель содержит три компонента, показанных на рис. 17.11 и опи­санных ниже

.

• Внешнее защитное покрытие (protective outer coating). Оно также называется бу­ферной оболочкой);

• Внутренняя подложка (cladding). Эта подложка имеет иную плотность, чем сердцевина, поэтому свет от нее отражается;

• Волоконная сердцевина (fiber core). Эта сердцевина пропитана специальным химическим составом, который улучшает передающие свойства кабеля.

Используемый для телекоммуникации кабель может работать в двух режимах — многомодовом или одномодовом. Единственным физическим отличием этих двух типов кабелей является толщина сердцевины. Вследствие ее различной толщины ха­рактеристики кабелей также различаются. Вследствие меньшей толщины сердцеви­ны одномодовый кабель может передавать больший объем информации и на боль­шие расстояния. Одномодовый кабель также имеет меньший уровень потерь.

Многомодовый кабель

Многомодовый кабель используется для передачи по одному кабелю нескольких сигналов. Он предоставляет световым лучам несколько возможных маршрутов, так­же называемых модами. Большая толщина сердцевины кабеля позволяет расщеплять пучок света на несколько различных мод. Некоторые моды достигают удаленного конца кабеля быстрее других, в результате чего первоначальный сигнал "растяги­вается" во времени. При использовании мультиплексирования цифровых сигналов с разделением времени (Time-Division Multiplexing — TDM) вариация света ограни­чивает величину интервалов между отдельными информационными битами и, соот­ветственно, возможную скорость передачи этих битов. Это явление известно как дисперсия. Типичными для многомодовых кабелей являются скорости передачи в не­сколько сотен мегабит в секунду.

Одномодовые кабели

В одномодовых кабелях по одному кабелю передается только один сигнал. В таких кабелях возможен только один маршрут передачи сигнала по оси кабеля. При этом весь сигнал передается по всей длине кабеля с одной и той же скоростью, что позво­ляет добиться значительно более высоких скоростей передачи. Типичными скоро­стями передачи для одномодовых кабелей являются значения в миллионы и милли­арды битов в секунду (бит/с).

Геометрия оптоволоконного кабеля

Технологии производства оптоволоконных кабелей постоянно совершенствуются, что повышает качество кабелей и уменьшает их стоимость. Однако допустимы некото­рые вариации физической структуры оптоволоконных кабелей. Одной из наиболее важ­ных характеристик, связанных со сращиванием (и тестированием) кабелей, является форма и расположение сердцевины по отношению к подложке. Поскольку свет переме­щается только по сердцевине кабеля, при сращивании кабелей необходимо точное со­вмещение сердцевин. В некоторых случаях сердцевины кабелей могут не совпадать. Их центр может оказаться смещенным относительно центров подложек, они могут иметь разные размеры или форму, отклоняющуюся от окружности (рис. 17.13). В некоторых случаях из-за различия характеристик оказывается невозможным уменьшить потери при сращивании кабелей ниже значения 0,20 dB.

Факторы, вызывающие потери

При вводе светового пучка в оптоволоконный кабель необходимо следить за тем, чтобы он был качественно передан и не был утерян до поступления на другой конец кабеля. Величина потерь в оптоволоконном кабеле является самой важной характе­ристикой производительности кабеля. Если на выходе сигнал окажется слишком слабым, то работа всей системы может оказаться неудовлетворительной. В после­дующих разделах будут рассмотрены основные причины потерь в оптоволоконных кабелях, включая следующие:

• потери в соединениях двух кабелей;

• макроизгибы;

• микроизгибы;

• абсорбция.

Потери в соединениях двух кабелей

Потери в соединениях двух кабелей связаны с переходом светового пучка из сердцевины одного кабеля в сердцевину другого. Поскольку при соединении двух концов кабелей выравнивание их осей обеспечивается оболочкой, последняя прив­носит дополнительные потери. Если два торца кабелей оказываются разделенными, то потеря происходит из-за рассеяния света на выходе из первого кабеля. Такое яв­ление называется торцевым зазором (end-face separation). Даже если зазор невелик, то какая-то часть энергии сигнала все же теряется, и чем больше зазор, тем больше по­тери. Если оболочка изношена и позволяет смещение осей кабелей, то из-за этого смещения может быть утеряна часть световой энергии. Такое явление называется уг­ловым отклонением. Несовпадение осей сердцевин имеет место также и при сращи­вании кабелей. На рис. 17.14 проиллюстрированы три описанные выше причины потерь в соединениях двух кабелей.

Макроизгибы

Под макроизгибами понимаются изгибы оптоволоконных кабелей, которые видны невооруженным взглядом. При изгибе кабеля может возникнуть ситуация, когда угол падения луча на подложку превышает критический, и тогда свет выходит из сердцеви­ны кабеля и попадает в подложку. В этом случае он не может вернуться в сердцевину и поглощается буфером (рис. 17.15)

Потери в макроизгибе наиболее заметны для сигналов с большей длиной волны. Например, изгиб с радиусом монеты вызывает потерю в 0,5 дБ для сигнала с длиной волны 1310 нм, а для сигнала с длиной волны 1550 нм — потерю в 2,0 дБ. Отрицатель­ное влияние макроизгибов можно уменьшить, не допуская сильных изгибов кабеля.

Микроизгибы

Микроизгибы оптоволоконного кабеля вызывают те же последствия, какие на­блюдаются при макроизгибах— уровень падения света на подложку превышает критический и в результате сигнал поглощается подложкой (рис. 17.16). Микроиз­гибы имеют небольшие размеры и не видны невооруженным взглядом.

Микроизгибы появляются как складка в кабеле, вызванная перепадами темпера­тур в процессе изготовления кабеля. Они также могут быть вызваны большими пе­ременами температуры в уже установленном кабеле, в том случае, когда различные материалы кабельной структуры расширяются и сжимаются при различных скоро­стях передачи. Это вызывает сжатие или растяжение кабеля, что, в свою очередь, приводит к появлению микроизгибов.

Абсорбция

В любой ситуации какая-то часть световой энергии поглощается структурой ма­териала, в которой распространяется свет, т.е. в данном случае стеклом. Степень поглощения зависит от длины волны сигнала, и для некоторых длин волн поглоще­ние происходит более интенсивно. Пользователь не может контролировать или из­менить степень поглощения. Степень поглощения является характеристикой внут­ренних потерь в оптоволоконном кабеле (рис. 17.17).

В стекле наибольшее поглощение происходит вблизи рабочего диапазона длин волн 1310-1550 нм. В этих областях часто наблюдается высокий уровень поглощения, что вызвано присутствием ионов ОН-, которые появляются в процессе изготовления кабеля. При определенных условиях появляются пики поглощения, которые вызыва­ют повышенное ослабление сигнала в рабочем диапазоне длин волн.