Волоконно-оптический кабель

Волоконно-оптический кабель, также известный как волоконно-оптический кабель, представляет собой узел, аналогичный электрическому кабелю, но содержащий одно или несколько оптических волокон, которые используются для передачи света. Волоконно - оптические элементы, как правило, индивидуально покрыты пластиковыми слоями и заключены в защитную трубку, подходящую для окружающей среды, в которой используется кабель. Различные типы кабелей используются для различных применений, например, для междугородней связи или для обеспечения высокоскоростной передачи данных между различными частями здания

Дизайн[править]

Оптическое волокно состоит из сердцевины и слоя оболочки, выбранного для полного внутреннего отражения из-за разницы в показателе преломления между ними. В практических волокнах оболочка обычно покрывается слоем акрилатного полимера или полиимида. Это покрытие защищает волокно от повреждений, но не влияет на его оптические волноводные свойства. Отдельные волокна с покрытием (или волокна, сформированные в ленты или пучки) затем имеют жесткий буферный слой смолы или сердечниковую трубку(трубки), экструдированную вокруг них, чтобы сформировать сердечник кабеля. Для формирования кабеля добавляется несколько слоев защитной оболочки, в зависимости от области применения. Жесткие волоконные сборки иногда помещают светопоглощающее ("темное") стекло между волокнами, чтобы предотвратить попадание света, вытекающего из одного волокна, в другое. Это уменьшает перекрестные помехи между волокнами или уменьшает блики в приложениях для визуализации пучков волокон.[

Для внутренних применений волокно в оболочке обычно заключено вместе с пучком гибких волокнистых полимерных прочных элементов, таких как арамид (например, Тварон или кевлар), в легкую пластиковую оболочку, образующую простой кабель. Каждый конец кабеля может заканчиваться специализированным оптоволоконным разъемом, позволяющим легко подключать и отсоединять его от передающего и приемного оборудования.

Расследование неисправности в распределительной коробке оптоволоконного кабеля. Видны отдельные нити оптоволоконного кабеля внутри распределительной коробки.

Для использования в более напряженных условиях требуется гораздо более прочная конструкция кабеля. В конструкции со свободными трубками волокно укладывается по спирали в полужесткие трубки, что позволяет кабелю растягиваться, не растягивая само волокно. Это защищает волокно от натяжения во время укладки и из-за перепадов температуры. Рыхлое трубчатое волокно может быть "сухим блоком" или заполнено гелем. Сухой блок обеспечивает меньшую защиту волокон, чем заполненный гелем, но стоит значительно дешевле. Вместо свободной трубки волокно может быть встроено в тяжелую полимерную оболочку, обычно называемую конструкцией "плотного буфера". Кабели с плотным буфером предлагаются для различных применений, но два наиболее распространенных - "Прорыв" и "Распределение". Разрывные кабели обычно содержат разрывной шнур, два непроводящих диэлектрических упрочняющих элемента (обычно эпоксидная смола из стеклянного стержня), арамидную пряжу и 3-мм буферную трубку с дополнительным слоем кевлара, окружающим каждое волокно. Разрывной шнур представляет собой параллельный шнур из прочной нити, который расположен под оболочкой(оболочками) кабеля для снятия оболочки. Распределительные кабели имеют общую оболочку из кевлара, разрывной шнур и буферное покрытие диаметром 900 микрометров, окружающее каждое волокно. Этиволокнистые блоки обычно комплектуются дополнительными стальными прочностными элементами, опять же со спиральной закруткой, позволяющей растягиваться.

Важнейшей задачей при прокладке наружных кабелей является защита волокна от повреждения водой. Это достигается за счет использования твердых барьеров, таких как медные трубки, и водоотталкивающего желе или водопоглощающего порошка, окружающих волокно.

Наконец, кабель может быть бронирован, чтобы защитить его от опасностей окружающей среды, таких как строительные работы или грызущие животные. Подводные кабели имеют более прочную броню в их прибрежных частях, чтобы защитить их от лодочных якорей, рыболовных снастей и даже акул, которых может привлекать электрическая энергия, передаваемая на усилители мощности или ретрансляторы в кабеле.

Современные кабели выпускаются в самых разнообразных оболочках и броне, предназначенных для таких применений, как прямое захоронение в траншеях, двойное использование в качестве линий электропередач, установка в трубопроводах, крепление к воздушным телефонным столбам, подводная установка и прокладка на мощеных улицах.

Емкость и рынок[править]

В сентябре 2012 года NTT Japan продемонстрировала один оптоволоконный кабель, способный передавать 1 петабит в секунду (10-15 бит/с) на расстояние 50 километров.

Современные волоконные кабели могут содержать до тысячи волоконных нитей в одном кабеле, хотя обычно изготавливается одномодовый волоконный кабель с наибольшим количеством нитей-864, состоящий из 36 лент, каждая из которых содержит 24 нити волокна.

В некоторых случаях на самом деле может использоваться лишь небольшая часть волокон в кабеле. Компании могут сдавать в аренду или продавать неиспользуемое волокно другим поставщикам, которые ищут услуги в регионе или через него. В зависимости от конкретных местных правил компании могут перестраивать свои сети с определенной целью, чтобы иметь большую сеть темного волокна для продажи, что снижает общую потребность в прокладке траншей и муниципальных разрешениях. В качестве альтернативы, они могут намеренно недоинвестировать, чтобы помешать своим конкурентам получать прибыль от своих инвестиций.

Надежность и качество[править]

Оптические волокна очень прочны, но их прочность резко снижается из-за неизбежных микроскопических дефектов поверхности, присущих производственному процессу. Начальная прочность волокна, а также ее изменение со временем должны учитываться в зависимости от напряжения, создаваемого волокном во время обработки, прокладки кабелей и монтажа для данного набора условий окружающей среды. Существует три основных сценария, которые могут привести к снижению прочности и разрушению, вызывая рост дефектов: динамическая усталость, статическая усталость и старение при нулевом напряжении.

Telcordia GR-20, Общие требования к оптическому волокну и оптоволоконному кабелю, содержит критерии надежности и качества для защиты оптического волокна во всех условиях эксплуатации. Критерии сосредоточены на условиях внешней среды завода (OSP). Для комнатной установки аналогичные критерии содержатся в Telcordia GR-409, Общих требованиях к оптоволоконному кабелю для помещений.

Типы кабелей[править]

OFC: Оптическое волокно, проводящее
OFN: Оптическое волокно, непроводящее
OFCG: Оптическое волокно, проводящее, общего назначения
OFNG: Оптическое волокно, непроводящее, общего назначения
OFCP: Оптическое волокно, проводящее, пленум
OFNP: Оптическое волокно, непроводящее, пленум
OFCR: Оптическое волокно, проводящее, стояк
OFNR: Оптическое волокно, непроводящее, стояк
OPGW: Волоконно-оптический композитный верхний заземляющий провод
ADSS: Полностью диэлектрическая самонесущая
OSP: Волоконно-оптический кабель, внешний завод
MDU: Волоконно-оптический кабель, многоквартирный дом

Материал куртки[править]

Материал куртки зависит от конкретного применения. Материал определяет механическую прочность, устойчивость к химическому и ультрафиолетовому излучению и так далее. Некоторыми распространенными материалами оболочки являются LSZH, поливинилхлорид, полиэтилен, полиуретан, полибутилентерефталат и полиамид.

Волокнистый материал[править]

Существует два основных типа материалов, используемых для изготовления оптических волокон: стекло и пластик. Они обладают совершенно разными характеристиками и находят применение в самых разных областях применения. Как правило, пластиковое волокно используется для очень коротких и потребительских применений, в то время как стекловолокно используется для телекоммуникаций на короткие/средние (многорежимные) и дальние (однорежимные) расстояния.

Цветовое кодирование[править]

Патч-корды[править]

Буфер или оболочка на патч-корде часто имеют цветовую маркировку, указывающую тип используемого волокна. "Ботинок" для снятия напряжения, который защищает волокно от изгиба в соединителе, имеет цветовую маркировку, указывающую тип соединения. Разъемы с пластиковой оболочкой (например, разъемы SC) обычно используют оболочку с цветовой кодировкой. Стандартные цветовые кодировки для жилетов (или буферов) и ботинок (или оболочек разъемов) показаны ниже:

Цвета загрузки соединителя (или оболочки)

Примечание: Также возможно, что небольшая часть разъема дополнительно имеет цветовую маркировку, например, рычаг разъема E-2000 или рамка адаптера. Эта дополнительная цветовая кодировка указывает правильный порт для патч-корда, если в одной точке установлено много патч-кордов.

Многоволоконные кабели[править]

Отдельные волокна в многоволоконном кабеле часто отличаются друг от друга цветовыми маркировками или буферами на каждом волокне. Схема идентификации, используемая Corning Cable Systems, основана на EIA/TIA-598, "Цветовое кодирование волоконно-оптического кабеля", которое определяет схемы идентификации волокон, буферных волокон, волоконных блоков и групп волоконных блоков в волоконно-оптических кабелях за пределами завода и помещений. Этот стандарт позволяет идентифицировать волоконные блоки с помощью печатной легенды. Этот метод может быть использован для идентификации волоконных лент и волоконных субъединиц. Легенда будет содержать соответствующий напечатанный цифровой номер позиции или цвет для использования в идентификации.

Цветовое кодирование оптоволоконного кабеля

Используемый выше цветовой код напоминает PE-медные кабели, используемые в стандартной телефонной проводке.

В Великобритании цветовые коды COF200 и 201 различаются. Каждый пучок или элемент из 12 волокон в кабельном волоконно-оптическом кабеле 200/201 окрашен следующим образом:

Синий
Оранжевый
Зеленый
Красный
Серый
Желтый
Коричневый
Фиолетовый цвет
Черный
Белый
Розовый
Бирюзовый

Каждый элемент находится в трубке внутри кабеля (не в выдувной волоконной трубке). Кабельные элементы начинаются с красной трубки и отсчитываются вокруг кабеля до зеленой трубки. Активные элементы находятся в белых трубках, а в кабель закладываются желтые наполнители или манекены для его заполнения в зависимости от количества волокон и узлов – может быть до 276 волокон или 23 элементов для внешнего кабеля и 144 волокон или 12 элементов для внутреннего. Кабель имеет центральный элемент прочности, обычно изготовленный из стекловолокна или пластика. Во внешних кабелях также имеется медный проводник.

Скорость и задержка распространения[править]

Оптические кабели передают данные со скоростью света в стекле. Это скорость света в вакууме, деленная на показатель преломления используемого стекла, обычно от 180 000 до 200 000 км/с, что приводит к задержке от 5,0 до 5,5 микросекунд на километр. Таким образом, время задержки в оба конца на 1000 км составляет около 11 миллисекунд.

Потери[править]

Потеря сигнала в оптическом волокне измеряется в децибелах (дБ). Потеря 3 дБ по каналу связи означает, что свет на дальнем конце составляет лишь половину интенсивности света, который был послан в волокно. Потеря 6 дБ означает, что только четверть света прошла через волокно. Как только было потеряно слишком много света, сигнал становится слишком слабым, чтобы восстановиться, и связь становится ненадежной и в конечном итоге полностью перестает функционировать. Точная точка, в которой это происходит, зависит от мощности передатчика и чувствительности приемника.

Типичные современные многомодовые волокна с градуированным индексом имеют ослабление (потерю сигнала) 3 дБ на километр при длине волны 850 нм и 1 дБ/км при 1300 нм. Однорежимный теряет 0,35 дБ/км при 1310 нм и 0,25 дБ/км при 1550 нм. Очень высококачественное одномодовое волокно, предназначенное для применения на больших расстояниях, имеет потери 0,19 дБ/км при 1550 нм. Пластиковое оптическое волокно (POF) теряет гораздо больше: 1 дБ/м при 650 нм. POF-это крупноядерное (около 1 мм) волокно, подходящее только для коротких, низкоскоростных сетей, таких как оптическое аудио TOSLINK, или для использования в автомобилях.

Каждое соединение между кабелями добавляет около 0,6 дБ средних потерь, а каждое соединение (соединение) добавляет около 0,1 дБ.

Невидимый инфракрасный свет (750 нм и более) используется в коммерческих системах связи из стекловолокна, поскольку он имеет меньшее ослабление в таких материалах, чем видимый свет. Однако стеклянные волокна будут несколько пропускать видимый свет, что удобно для простого тестирования волокон без необходимости дорогостоящего оборудования. Соединения могут быть визуально проверены и отрегулированы для обеспечения минимальной утечки света в месте соединения, что максимизирует пропускание света между концами соединяемых волокон.

Диаграммы, показывающие длины волн в волоконной оптике и потери оптической мощности (затухание) в волокне, иллюстрируют взаимосвязь видимого света с используемыми инфракрасными частотами и показывают полосы поглощения воды между 850, 1300 и 1550 нм.

Безопасность[править]

Инфракрасный свет, используемый в телекоммуникациях, невидим, поэтому существует потенциальная опасность для техники безопасности при использовании лазера. Естественной защитой глаза от внезапного воздействия яркого света является рефлекс моргания, который не запускается инфракрасными источниками. В некоторых случаях уровни мощности достаточно высоки, чтобы повредить глаза, особенно когда линзы или микроскопы используются для проверки волокон, излучающих невидимый инфракрасный свет. Для защиты от этого имеются инспекционные микроскопы с оптическими защитными фильтрами. В последнее время используются средства косвенного просмотра, которые могут включать камеру, установленную в портативном устройстве, имеющем отверстие для подключаемого волокна и USB-выход для подключения к устройству отображения, такому как ноутбук. Это делает поиск повреждений или грязи на поверхности разъема намного безопаснее.

Мелкие осколки стекла также могут стать проблемой, если они попадут кому-то под кожу, поэтому необходимо соблюдать осторожность, чтобы обеспечить надлежащий сбор и утилизацию осколков, образующихся при расщеплении волокна.

Гибридные кабели[править]

Существуют гибридные оптические и электрические кабели, которые используются в приложениях беспроводного наружного волокна к антенне (FTTA). В этих кабелях оптические волокна несут информацию, а электрические проводники используются для передачи энергии. Эти кабели могут быть размещены в нескольких средах для обслуживания антенн, установленных на столбах, вышках и других конструкциях.

Согласно Telcordia GR-3173, Общим требованиям к Гибридным оптическим и электрическим кабелям для использования в приложениях Беспроводного наружного волокна к антенне (FTTA), эти гибридные кабели имеют оптические волокна, витые пары/четырехъядерные элементы, коаксиальные кабели или токопроводящие электрические проводники под общей внешней оболочкой. Силовые провода, используемые в этих гибридных кабелях, предназначены для непосредственного питания антенны или для питания электроники, установленной на башне, которая обслуживает исключительно антенну. Они обычно имеют номинальное напряжение менее 60 В постоянного тока или 108/120 В переменного тока. Другие напряжения могут присутствовать в зависимости от области применения и соответствующего Национального электрического кодекса (NEC).

Эти типы гибридных кабелей также могут быть полезны в других средах, таких как установки распределенных антенных систем (DAS), где они будут обслуживать антенны в помещениях, на открытом воздухе и на крыше. Для этих сред необходимо в полной мере учитывать такие соображения, как огнестойкость, Списки признанных на национальном уровне испытательных лабораторий (NRTL), размещение в вертикальных шахтах и другие вопросы, связанные с производительностью.

Поскольку уровни напряжения и мощности, используемые в этих гибридных кабелях, различаются, в кодексах электробезопасности гибридный кабель рассматривается как силовой кабель, который должен соответствовать правилам зазора, разделения и т.д.

Внутренние продукты[править]

Внутренние проводники устанавливаются в существующие подземные системы трубопроводов, чтобы обеспечить чистые, непрерывные пути с низким коэффициентом трения для размещения оптических кабелей с относительно низкими пределами натяжения. Они обеспечивают средство для разделения обычного трубопровода, который первоначально был разработан для одиночных кабелей с металлическими проводниками большого диаметра, на несколько каналов для оптических кабелей меньшего размера.

Типы[править]

Внутренние проводники, как правило, представляют собой полужесткие субдукты малого диаметра. Согласно Telcordia GR-356, существует три основных типа внутренней трубы: гладкостенная, гофрированная и ребристая. Эти различные конструкции основаны на профиле внутреннего и наружного диаметров внутренней трубы. Потребность в определенной характеристике или комбинации характеристик, таких как прочность на растяжение, гибкость или наименьший коэффициент трения, определяет тип требуемого внутреннего продукта.

Помимо основных профилей или контуров (гладкостенные, гофрированные или ребристые), innerduct также доступен во все большем разнообразии многопроводных конструкций. Мультипровод может быть либо составным блоком, состоящим из четырех или шести отдельных внутренних проводов, которые удерживаются вместе некоторыми механическими средствами, либо одним экструдированным продуктом, имеющим несколько каналов, через которые можно протянуть несколько кабелей. В любом случае многопровод является спиральным и может быть втянут в существующий трубопровод способом, аналогичным способу обычного внутреннего трубопровода.

Размещение[править]

Внутренние проводники в основном устанавливаются в подземных системах трубопроводов, которые обеспечивают соединительные пути между местами расположения люков. В дополнение к размещению в трубопроводе, внутренний трубопровод может быть непосредственно заглублен или установлен по воздуху путем крепления внутреннего трубопровода к стальной подвесной нити.

Как указано в GR-356, кабель обычно вводится во внутренний провод одним из трех способов. Это может быть

Предварительно установленный производителем внутреннего продукта во время процесса экструзии,
Втягивается во внутренний трубопровод с помощью тягового троса с механической поддержкой, или
Вдувается во внутренний трубопровод с помощью устройства для продувки кабеля с большим объемом воздуха.

Смотрите также[править]

Читать[править]

hardwarebook.info/

.youtube.com/watch?v=5bWlz4aXXZQ

Пруф[править]