Оптоволокно

История оптоволокна

Принцип передачи света, используемый в волоконной оптике, был впервые продемонстрирован во времена королевы Виктории (1837—1901 гг.), но развитие современной волоконной технологии началось в 1950-х годах. Изобретение лазеров сделало возможным построение волоконно-оптических линий передачи, превосходящих по своим характеристикам традиционные проводные средства связи.

В 1966 году уроженец Шанхая Чарльз Као, работая в британской лаборатории, открыл возможность передавать свет на большие расстояния, используя сверхчистое стекло как оптоволоконный материал. Таким способом учёные стали отправлять сигналы на расстояние более 100 километров, и это был прорыв по сравнению со всего лишь 20-метровым волокном, доступным в 1960-х годах. Энтузиазм Као вдохновил других исследователей на работу по практическому осуществлению его замысла.

Первое сверхчистое волокно было успешно произведено всего четыре года спустя, в 1970-м. И с тех пор нашу планету трудно представить без оптического волокна. Интернет, телефония, кабельное телевидение — всё это было бы лишь мечтой без гения Чарльза Као.

Строение оптоволокна

Оптоволокно представляет собой оптический волновод – круглый стержень из оптически прозрачного диэлектрика. Оптические волноводы из-за малых размеров поперечного сечения принято называть волоконно оптическими светодиодами или  оптическими волокнами.

Оптическое волокно состоит из небольшой по размеру кварцевой трубочки. Из-за добавления различных легирующих добавок оптическая плотность у кварцевой трубочки меняется. Образуется, как бы, две трубочки, имеющие разную оптическую плотность. Внутренняя трубочка – это сердцевина (ядро) и она более темная, а внешняя – это оболочка и она более светлая. Световой импульс находится практически все время внутри сердцевины и на границе двух сред сердцевины и оболочки отражается внутрь сердцевины. Назначение оболочки – создание лучших условий отражения на границе «сердцевина-оболочка» и защита от излучения в окружающее пространство. Поверх оболочки оптического волокна наложено первичное защитно-упрочняющее покрытие, которое повышает прочность волокна.

Для лучшего представления процессов, происходящих в оптическом волокне, удобно использовать законы геометрической оптики. Согласно этим законам, световые волны(моды) изображают лучами, которые отражаются и преломляются на границах раздела сред с разными оптическими свойствами. Оптические свойства среды принято характеризовать показателем преломления. Среда с большим показателем преломления  называется оптически более плотной. Оптические волны распространяются в оптическом волокне при условии, что сердцевина оптически более плотна по отношению к оптической плотности оболочки.

Чтобы защитить кварцевые трубочки от влаги и внешних воздействий, на внешнюю оболочку кварцевой трубочки наносят слой лака 2-3 мкм, а затем покрывают ее первичным защитным буфером, что позволяет придать эластичность и гибкость волокну. Внешний диаметр оптического волокна в первичном буфере — 250 мкм. Некоторые оптические волокна покрывают вторичным слоем защитного буфера. Внешний диаметр оптоволокна с вторичным буфером составляет 900 мкм. Диаметр внешней оболочки для всех оптоволокон, имеет стандартный размер 125 мкм, что позволяет использовать в структурированной кабельной системе стандартизованные разъемные и неразъемные соединения.

 Классификация оптических волокон

Оптические волокна могут быть:

- одномодовые(диаметром сердцевины 50 мкм);

- многомодовые(диаметром сердцевины 50 мкм и 62,5 мкм);

- со ступенчатым показателем профиля преломления(ППП);

- с градиентным ППП.

Показатель преломления оболочки имеет постоянное значение, а показатель преломления сердцевины может  оставаться постоянным или изменяться вдоль радиуса по определенному закону. Изменение показателя преломления вдоль радиуса называется профилем показателя преломления – может  быть ступенчатым или градиентным.

Обобщенным параметром оптического волокна, является нормированная частота. Нормированная частота, она же и характеристическая частота волокна представляет собой обобщенный параметр, включающий диаметр сердцевины, длину волны и коэффициенты преломления. Каждая из мод, имеет свою характеристическую частоту, которая определяет границы ее существования.

Выбирая параметры световода(диаметр, коэффициенты преломления и длину волны) таким образом, что следующие высшие моды с более высокими частотами отсечки не могли распространяться – одномодовый режим работы оптического волокна.  На практике, одномодовый режим достигается при диаметре оптического волокна примерно равном длине волны. Для установления многомодового режима необходимо увеличивать диаметр сердцевины или уменьшать длину волны.  

Оптический кабель(ОК) конструктивно может быть:

- с металлическими элементами(оболочки, жилы дистанционного питания, силовые проводники). Как и электрические кабели, подвержены всем видам влияний (гроза, коррозия, ЛЭП и т. д.)

- полностью диэлектрические, без металла. Конструкции, не имеющие металлических оболочек, менее стойки к внешним механическим воздействиям (повреждения, стихийные бедствия, просадка грунта, мерзлотные явления, грызуны и т. д.)

Затухание в оптоволокне

Затухание – один из важнейших параметров волоконного световода, определяет уровень потерь и, как следствие, определяет дальность передачи по оптическому кабелю. Могут быть собственные потери в волоконных светодиодах  и дополнительные потери:

- собственные потери(дБ/км): потери поглощения, зависящие от чистоты материала  и  наличия примесей; потери рассеяния. Потери не одинаковы на всем спектре, стоит учитывать окно прозрачности – область минимальных потерь, участок спектра, где достигаются минимальные потери(длина волн 0,85 мкм; 1,3мкм; 1,55мкм);

- дополнительные потери: при деформации и изгибах световодов, при наложении покрытий, защитной оболочки при изготовлении кабеля, проявляются, если радиус изгиба кабеля меньше минимального радиуса изгиба, указанного в спецификации.

Достоинства оптоволокна

- широкополосность, возможность передачи большого потока информации (несколько тысяч каналов);

- малые потери и, соответственно, большая длина трансляционных участков         (30...70 и 100 км);

- малые габаритные размеры и масса (в 10 раз меньше, чем электрических кабелей);

- высокая защищенность от внешних воздействий и переходных помех;

- надежная техника безопасности (отсутствие искрения и короткого замыкания).

Недостатки оптоволокна

- подверженность волоконных световодов радиации, за счет которой появляются пятна затемнения и возрастает затухание;

- водородная коррозия стекла, приводящая к микротрещинам световода и ухудшению его свойств.

Применение оптического кабеля

Оптический кабель(ОК) по своему назначению может быть классифицирован на 3 группы: магистральные, зоновые и городские. В отдельные группы выделяются подводные, объектовые и монтажные.

Магистральные ОК предназначаются для передачи информации на большие расстояния и значительное число каналов. Они должны обладать малыми: затуханием и дисперсией и большой информационно-пропускной способностью. В таких кабелях используется одномодовое волокно с размерами сердцевины и оболочки 8/125 мкм. Длина волны лежит в диапазоне от 1,3...1,55 мкм.

Зоновые ОК служат для организации многоканальной связи между областным центром и районами с дальностью связи до 250 км. Используются градиентные волокна с размерами 50/125 мкм. Длина волны 1,3 мкм.

Городские ОК применяются в качестве соединительных между городскими АТС и узлами связи. Они рассчитаны на короткие расстояния (до 10 км) и большое число каналов. Волокна градиентные (50/125 мкм). Длина волны 0,85 и 1,3 мкм. Эти линии, как правило, работают без промежуточных линейных регенераторов.

Подводные ОК предназначаются для осуществления связи через большие водные преграды. Они должны обладать высокой механической прочностью на разрыв и иметь надежные влагостойкие покрытия. Для подводной связи важно иметь малое затухание и большие длины регенерационных участков.

Объектовые ОК служат для передачи информации внутри объекта. Сюда относятся учрежденческая и видеотелефонная связь, внутренняя сеть кабельного телевидения, а также бортовые информационные системы подвижных объектов (самолет, корабль и др.).

Монтажные ОК используются для внутреннего и межблочного монтажа аппаратуры. Они выполняются в виде жгутов или плоских лент.

Волоконная оптика сегодня получила широкое развитие и применяется в различных областях науки и производства, таких как: связь, радиоэлектроника, энергетика, термоядерный синтез, медицина, космос, машиностроение, летающие объекты, вычислительные комплексы и т. д.

Компания Партнер поставит высококачественный оптический кабель известных производителей.

дизайн
Компания Сансити