- •121099, Москва, Шубинский пер., 6
- •Глава 1. Оптические кабели
- •Глава 2. Оптические волокна
- •Глава 3. Основные материалы, используемые при изготовлении оптических кабелей
- •Глава 4. Конструкции и параметры оптических кабелей
- •Глава 5. Кабельная арматура и оборудование для монтажа оптических кабелей
- •Глава 6. Способы прокладки оптических кабелей
- •Глава 7. Измерительные приборы
- •Предисловие
- •Глава 1 Оптические кабели
- •1.1. Классификация оптических кабелей
- •1.2. Основные конструктивные элементы ок
- •1.3. Технические требования к оптическим кабелям
- •Глава 2 Оптические волокна
- •2.1. Структура, технология изготовления и типы оптических волокон
- •2.1.1. Общие положения
- •2.1.2. Материалы для изготовления оптических волокон
- •2.1.4. Типы оптических волокон
- •Одномодовое волокно
- •2.2. Характеристики оптических волокон
- •2.2.1. Оптические и передаточные характеристики
- •2.2.2. Нелинейные характеристики
- •2.2.3. Геометрические характеристики
- •2.2.4. Механические характеристики и эксплуатационная надежность
- •2.2.5. Характеристики ов при воздействии внешних факторов
- •2.3. Рекомендации мсэ-т по характеристикам и методам измерений параметров оптических волокон и кабелей
- •2.4. Оптические волокна, представленные на российском рынке, и их характеристики
- •Глава 3 Основные материалы, используемые при изготовлении оптических кабелей
- •3.1. Общие сведения
- •3.2. Краски («чернила») для оптических волокон
- •3.3. Гидрофобные заполнители
- •3.4. Материалы для скрепления элементов сердечника ок
- •3.5. Материалы для силовых элементов ок
- •3.6. Материалы для комбинированных оболочек (алюминиевая и стальная ленты с полимерным покрытием)
- •3.7. Материалы для изготовления оболочек ок
- •Глава 4 Конструкции и параметры оптических кабелей
- •4.1. Основные производители оптических кабелей
- •4.2. Номенклатура оптических кабелей
- •4.3. Оптические кабели сп зао «офс Связьстрой-1», Волоконно-оптическая кабельная компания
- •4.4. Оптические кабели сп зао «Москабель-Фуджикура»
- •4.5. Оптические кабели сп зао «Самарская оптическая кабельная компания»
- •4.6. Оптические кабели зао «окс 01»
- •4.7. Оптические кабели ооо «Оптен»
- •4.8. Оптические кабели зао «Сарансккабель-Оптика»
- •4.9. Оптические кабели оао «Севкабель», зао «Севкабель-Оптик»
- •4.10. Оптические кабели зао «Трансвок»
- •Технические параметры
- •4.11. Оптические кабели ооо «Эликс-кабель»
- •4.11.1. Кабели связи со свободно уложенными оптическими волокнами
- •4.11.2. Кабели связи с оптическими волокнами в плотном буферном исполнении
- •4.12. Оптические кабели зао нф «Электропровод»
- •4.13. Оптические кабели зао «Яуза-кабель»
- •Глава 5 Кабельная арматура и оборудование для монтажа оптических кабелей
- •5.1. Муфты для монтажа оптических кабелей
- •5.2. Аппараты для сварки оптических волокон, механические соединители оптических волокон
- •5.3. Кроссовое оборудование
- •Оптические шнуры
- •5.5. Устройства различного назначения для линейно-кабельных сооружений
- •Глава 6 Способы прокладки оптических кабелей
- •Прокладка оптических кабелей в грунт
- •6.2. Прокладка оптических кабелей в кабельной канализации
- •6.3. Пневмопрокладка оптических кабелей в защитные пластмассовые трубы
- •6.4. Подвеска ок на опорах линий связи, опорах контактной сети и высоковольтных линиях автоблокировки железных дорог, опорах линий электропередачи
- •6.5. Ввод оптических кабелей в объекты связи
- •Глава 7 Измерительные приборы
- •7.1. Общие сведения
- •7.2. Средства эксплуатационного контроля линий электросвязи
- •7.2.1. Рефлектометр оптический универсальный типа mts 5100е/5200е
- •7.2.2. Оптический мини-рефлектометр типа aq-7250
- •7.2.3. Оптический мини-рефлектометр типа ftb-100
- •7.2.4. Универсальная измерительная система ftb-300
- •Оптический рефлектометр малогабаритный типа сма-4000
- •7.2.6. Измеритель средней мощности оптического излучения типа «Алмаз-21»
- •7.2.7. Источник оптического излучения типа «Алмаз-11»
- •7.2.8. Тестер оптический портативный серии gn-6025
- •7.3. Другие оптические приборы
- •7.3.1. Аттенюатор оптический типа ola-15
2.1.4. Типы оптических волокон
В практике создания магистральных, внутризоновых и внутриобъектовых линий связи применяются два основных типа кварцевых оптических волокон — многомодовое и одномодовое, типичная структура которых приведена на рис. 2.4.
Рис. 2.4. Структура оптического волокна:
а) многомодового, б) одномодового:
1 — сердцевина, 2 — оболочка; 3 — внутренний слой защитного покрытия,
4 — наружный слой слой защитного покрытия
Многомодовое волокно
Существуют два варианта многомодовых волокон: со ступенчатым и градиентным профилем показателя преломления сердцевины.
В многомодовом волокне со ступенчатым профилем показателя преломления распространяется одновременно большое число мод — лучей, введенных в волокно под разными углами. Основным недостатком такого волокна является наличие межмодовой дисперсии, возникающей из-за того, что разные моды проделывают в волокне разный оптический путь.
В многомодовом волокне с градиентным профилем показателя преломления значение показателя преломления сердцевины плавно изменяется от центра к краям по закону [2.5]:
(3)
где — текущий радиус, — радиус сердцевины, — показатель преломления в центре сердцевины (тот же, что и для ступенчатого ОВ), — нормализованная разность показателей преломления, — параметр, определяющий форму профиля показателя преломления (при профиль ступенчатый, при профиль параболический).
В соответствии с уравнением (3) моды в волокне распространяются по параболическим траекториям, и разность их путей, а, следовательно, и межмодовая дисперсия существенно меньше, чем в многомодовом волокне со ступенчатым профилем показателя преломления.
Многомодовые волокна оптимизированы для работы на длинах волн 850 и 1310 нм. Эти волокна отличаются большим диаметром сердцевины (стандартное — 50 мкм, для особых целей — от 62,5 до 100 мкм) и высокой числовой апертурой (0,2. ..0,37), что позволяет вводить в волокно большую мощность и облегчает операцию сращивания волокон. Большая ширина полосы пропускания градиентных волокон (400.. .1000 ) обеспечивается жестким технологическим контролем формы (параболической) профиля показателя преломления. Эти волокна, в основном, применяются в локальных и внутриобъектовых сетях.
Необходимость создания высокоскоростных локальных сетей связи, работающих на протоколах типа Gigabit Ethernet (IEEE 802,32) с использованием лазерных источников, привела к созданию новой серии многомодовых волокон. Эти волокна (марка InfiniCor фирмы Corning, марки GigaGuide и LazerWave фирмы OFS, марка Multimode GLight фирмы Alcatel) способны обеспечить не только скорости передачи от 1 до 10 Гбит/с на относительно большие расстояния, но и увеличение скоростей передачи в будущем. Новые ОВ полностью совместимы с используемыми в локальных сетях многомодовыми волокнами и аппаратурой.
Одномодовое волокно
Потребность в увеличении полосы пропускания и дальности передачи сигнала привела к необходимости создания одномодового оптического волокна, диаметр сердцевины и соотношение показателей преломления сердцевины и оболочки которого выбраны таким образом, что в нем может распространяться только одна мода (строго говоря, две моды с взаимно ортогональными состояниями поляризации).
Развитие магистральных и внутризоновых систем связи в направлении роста скорости и дальности передачи обусловило создание нескольких типов одномодовых волокон, которые можно классифицировать по такому критерию, как хроматическая дисперсия. В Рекомендациях МСЭ-Т регламентированы параметры этих типов волокон (см. разд. 2.3).
Одномодовое волокно с дисперсией, оптимизированной для использования на длине волны 1310 нм (Рек. G.652 МСЭ-Т). Это исторически первое и наиболее широко распространенное волокно, производство которого осуществляется с 1983 г. для магистральных и внутризоновых сетей связи.
Стандартное одномодовое волокно предназначено для работы в двух рабочих диапазонах длин волн — 1285...1330 нм и 1530...1565 нм, и его затухание на длине волны 1550 нм очень мало (0,2 дБ/км), а дисперсия на этой длине волны составляет 18.. .20 пс/(нм·км) (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Коэффициент затухания и дисперсионные характеристики различных типов одномодовых волокон: 1 — зависимость коэффициента затухания оптических волокон от длины волны; 2 — зависимость стандартного оптического волокна; 3 — зависимость оптического волокна с нулевой смещенной в область 1550 нм дисперсией; 4 и 4' — зависимость оптического волокна с ненулевой смещенной дисперсией; 5 — ширина спектра оптического усилителя на эрбиевом волокне; 6 — диапазон минимального затухания ОВ
Принципиально новой модификацией этого типа 0В являются волокна с отсутствием гидроксильного пика: на длине волны 1383 нм коэффициент затухания равен 0,31 дБ/км, стабильность затухания сохраняется даже после испытаний на водородное старение. Эти волокна (марка AllWave фирмы OFS, марка SMF28e фирмы Coming) позволяют увеличить почти на 100 нм рабочий диапазон длин волн по сравнению со стандартным 0В, открывая пятое окно прозрачности 1360...1460 нм, и могут обеспечить многоканальную передачу без компенсации дисперсии в городских и внутризоновых сетях. Преимуществом использования волокон этого типа по сравнению со стандартным ОВ является возможность реализо-вать 16 недорогих CWDM каналов в диапазоне 1260... 1625 нм вместо 12. Волокна соответствуют Рек. G.652.C, полностью совместимы со стандартными ОВ и существующим оборудованием и могут заменить стандартные ОВ в системах связи.
Одномодовое волокно со смещенной в область 1550 нм длиной волны нулевой дисперсии (Рек. МСЭ-Т G.653). Имеет область минимума оптических потерь, совпадающую с областью минимальной хроматической дисперсии (рис. 2.5). Волокно этого типа хорошо со-дместимо с оптическими усилителями, поскольку интервал длин волн, в котором волокно имеет наилучшие параметры по затуханию и дисперсии, совпадает с полосой максимального усиления оптических усилителей на эрбиевом волокне.
Одномодовое волокно с ненулевой дисперсией, смещенной в область длин волн 1550 нм (Рек. МСЭ-Т G.655). Необходимость разработки этого типа ОВ была связана с внедрением эрбиевых оптических усилителей в линиях связи и развитием оптических систем со спектральным уплотнением каналов, что значительно снизило себестоимость каналов. Однако способность эрбиевых оптических усилителей одновременно усиливать уплотненные сигналы в диапазоне 1550 нм, высокий уровень мощности сигнала (100 мВт и более) и большие регенерационные участки (120 км и более) привели к возникновению нелинейных оптических эффектов в кварцевом волокне. Нелинейное взаимодействие вызовет искажение сигнала и накапливается вдоль всей длины регенерационного участка.
Одномодовое волокно с контролируемой величиной отличной от нуля хроматической дисперсии, находящейся в пределах 0,1...6,0 пс/нм·км в области спектра оптического усилителя (1530... 1565 нм), было разработано для уменьшения четырехволнового смешивания — эффекта, наиболее опасного для систем передачи со спектральным уплотнением при равномерно разнесенных по частоте каналах. Низкий наклон дисперсионной кривой и малое затухание обеспечивают использование этого волокна в расширенном диапазоне 1530...1625 нм. Структура волокна такова, что величина его дисперсии достаточно велика, чтобы подавить эффект четырехволнового смешивания, но мала, чтобы обеспечить скорость передачи до 10 Гбит/с на большие расстояния без компенсации дисперсии.
Важнейшей характеристикой волокна с ненулевой смещенной дисперсией является большая эффективная площадь сечения , что позволяет уменьшить нелинейные эффекты, не уменьшая мощности вводимого в волокно света и длины линии. При этом оптимизация профиля показателя преломления волокна в сочетании с совершенной технологией его изготовления позволила найти приемлемый компромисс при решении такой противоречивой задачи, как увеличение эффективной площади сечения, уменьшение наклона дисперсионной кривой и снижение оптических потерь на излучение на микро- и макроизгибах. Лучшим примером такого волокна может служить волокно марки LEAF, впервые изготовленное фирмой Corning, площадь эффективного сечения которого составляет , а также волокно марки TraeWave XL фирмы OFS для подводных кабелей. К этому типу ОВ относится также волокно марки MetroCor фирмы Corning, предназначенное для использования в высокоскоростных городских сетях, поскольку в диапазоне 1530...1605 нм волокно MetroCor имеет более низкую дисперсию (отрицательную), чем стандартное ОВ, и может обеспечить многоканальную передачу с применением недорогих систем спектрального уплотнения каналов DWDM (по сравнению со стандартным ОВ). Кроме того, диаметр модового поля волокна MetroCor невелик (8,0 мкм), что позволяет снизить наклон кривой дисперсии и сдвинуть на 160 нм вправо точку нулевой дисперсии (-1640 нм).