Опто-волоконный кабель

TOSLINK , волоконно - оптический кабель с чистой рубашкой. Эти кабели используются в основном для цифровых аудиоподключений между устройствами.

Волоконно-оптический кабель , также известный как оптоволоконный кабель , представляет собой сборку похож на электрический кабель , но содержащие один или более оптические волокна , которые используются для выполнения света. Элементы оптического волокна обычно индивидуально покрыты пластиковыми слоями и содержатся в защитной трубке, подходящей для среды, в которой используется кабель. Различные типы кабелей ^[1] используются для разных приложений, например, для дальней связи или для обеспечения высокоскоростного соединения для передачи данных между различными частями здания.

Дизайн [ править ]

Мультиволоконный кабель

Оптическое волокно состоит из сердцевины и слоя оболочки , выбранных для полного внутреннего отражения из-за разницы в показателях 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 свойства оптического волновода . Отдельные волокна с покрытием (или волокна, сформированные в виде лент или пучков) затем имеют прочный буфер из смолыслой или трубки с сердечником, выдавленные вокруг них, чтобы сформировать сердечник кабеля. Для формирования кабеля добавляется несколько слоев защитной оболочки, в зависимости от области применения. При сборке жестких волокон иногда между волокнами помещают светопоглощающее («темное») стекло, чтобы свет, выходящий из одного волокна, не попадал в другое. Это уменьшает перекрестные помехи между волокнами или уменьшает блики при визуализации пучков волокон. ^[2]

Для применения внутри помещений волокно с рубашкой обычно заключено в легкий пластиковый кожух вместе с пучком гибких волокнистых полимерных элементов прочности, таких как арамид (например, тварон или кевлар ), в виде простого кабеля. Каждый конец кабеля может быть прекращен со специализированным в волоконно - оптическом соединителе , чтобы позволить ему быть легко подключен и отключен от передачи и приема оборудования.

Для использования в более тяжелых условиях требуется гораздо более прочная конструкция кабеля. В конструкции со свободными трубками волокно укладывается по спирали в полужесткие трубки, что позволяет кабелю растягиваться без растяжения самого волокна. Это защищает волокно от натяжения при укладке и из-за перепадов температуры. Волокно со свободными трубками может быть «сухим блоком» или заполнено гелем. Сухой блок обеспечивает меньшую защиту волокон, чем гелевый, но стоит значительно дешевле. Вместо свободной трубки волокно может быть заключено в толстую полимерную оболочку, обычно называемую конструкцией «плотного буфера». Плотные буферные кабели предлагаются для множества применений, но наиболее распространенными являются два типа « Breakout » и « Distribution».". Коммутационные кабели обычно содержат рипкорд, два непроводящих диэлектрических упрочняющих элемента (обычно эпоксидную смолу из стеклянных стержней), арамидную нить и буферную трубку толщиной 3 мм с дополнительным слоем кевлара, окружающего каждое волокно. прочная пряжа, которая находится под оболочкой (-ами) кабеля для удаления оболочки. ^[3] Распределительные кабели имеют общую кевларовую обертку, рипкорд и буферное покрытие 900 микрометров, окружающее каждое волокно. Эти волоконно-оптические блоки обычно связаны с дополнительными стальные силовые элементы, опять же со спиральной закруткой для обеспечения растяжения.

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

Наконец, кабель может быть армирован, чтобы защитить его от опасностей окружающей среды, таких как строительные работы или грызущие животные. Подводные кабели более прочно бронируются в прибрежных участках, чтобы защитить их от якорей лодок, рыболовных снастей и даже акул , которые могут быть привлечены электрической мощностью, передаваемой к усилителям мощности или ретрансляторам в кабеле.

Современные кабели бывают самых разнообразных оболочек и брони, предназначенных для таких применений, как прямое закапывание в траншеях, двойное использование в качестве линий электропередач, установка в кабелепроводе, крепление к воздушным телефонным столбам, подводная установка и прокладка на мощеных улицах.

Емкость и рынок [ править ]

В сентябре 2012 года компания NTT Japan продемонстрировала одножильный кабель, способный передавать 1 петабит в секунду ( 10 ¹⁵ бит / с ) на расстояние 50 километров. ^[4]

Современные оптоволоконные кабели могут содержать до тысячи волокон в одном кабеле с потенциальной полосой пропускания в терабайтах в секунду. В некоторых случаях только небольшая часть волокон в кабеле может быть фактически «освещена». Компании могут сдавать в аренду или продавать неиспользованное волокно другим поставщикам, которые ищут услуги в районе или через него. В зависимости от конкретных местных правил компании могут «перестраивать» свои сети для конкретной цели - иметь большую сеть из темного волокна для продажи, уменьшая общую потребность в рытье траншей и получении муниципальных разрешений. ^{[ необходима цитата ]} Они также могут намеренно недоинвестировать, чтобы не дать своим конкурентам получить прибыль от их инвестиций.

Обычно производимый одномодовый волоконный кабель с самым большим количеством жил - это 864-й, состоящий из 36 лент, каждая из которых содержит 24 жилы волокна. ^[5]

Надежность и качество [ править ]

Оптические волокна очень прочные, но их прочность резко снижается из-за неизбежных микроскопических дефектов поверхности, присущих производственному процессу. Первоначальная прочность волокна, а также ее изменение во времени должны рассматриваться в зависимости от нагрузки, оказываемой на волокно во время обращения, прокладки кабеля и установки для данного набора условий окружающей среды. Существует три основных сценария, которые могут привести к снижению прочности и разрушению из-за роста дефектов: динамическая усталость, статическая усталость и старение без напряжения.

Telcordia GR-20, Общие требования к оптоволоконному и оптоволоконному кабелю , содержит критерии надежности и качества для защиты оптического волокна во всех условиях эксплуатации. ^[6] Критерии сконцентрированы на условиях внешней среды предприятия (OSP). Для комнатных растений аналогичные критерии указаны в Telcordia GR-409, Общие требования к внутреннему оптоволоконному кабелю . ^[7]

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: оптоволокно, проводящее, стояк
• OFNR: оптическое волокно, непроводящее, стояк
• OPGW: Композитный оптоволоконный провод заземления
• ADSS: полностью диэлектрический самонесущий
• OSP: оптоволоконный кабель, за пределами завода
• MDU: оптоволоконный кабель, многоквартирный дом

Материал куртки [ править ]

Материал куртки зависит от области применения. Материал определяет механическую прочность, химическую стойкость и устойчивость к УФ-излучению и так далее. Некоторые распространенные материалы оболочки - LSZH , поливинилхлорид , полиэтилен , полиуретан , полибутилентерефталат и полиамид .

Волокнистый материал [ править ]

Для оптических волокон используются два основных типа материалов: стекло и пластик. Они обладают самыми разными характеристиками и находят применение в самых разных приложениях. Как правило, пластиковое волокно используется для очень коротких и бытовых применений, тогда как стекловолокно используется для связи на короткие / средние ( многомодовые ) и дальние ( одномодовые ) связи. ^[8]

Цветовая кодировка [ править ]

Патч-корды [ править ]

Буфер или оболочка на патчкордах часто имеют цветовую маркировку, чтобы указать тип используемого волокна. «Пыльник» для снятия натяжения, который защищает волокно от изгиба в соединителе, имеет цветовую маркировку, указывающую на тип соединения. В разъемах с пластиковым корпусом (например, в разъемах SC ) обычно используется корпус с цветовой кодировкой. Стандартная цветовая кодировка курток (или буферов) и ботинок (или корпусов разъемов) показана ниже:

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

Многоволоконные кабели [ править ]

Отдельные волокна в многоволоконном кабеле часто отличаются друг от друга цветными оболочками или буферами на каждом волокне. Схема идентификации, используемая Corning Cable Systems , основана на EIA / TIA-598, «Цветовое кодирование оптоволоконного кабеля». EIA / TIA-598 определяет схемы идентификации для волокон, буферизованных волокон, волоконно-оптических блоков и групп волоконных блоков внутри оптоволоконных кабелей за пределами предприятия и внутри помещений. Этот стандарт позволяет идентифицировать единицы волокна по напечатанной легенде. Этот метод может использоваться для идентификации волоконных лент и волоконных субъединиц. Легенда будет содержать соответствующий напечатанный числовой номер позиции или цвет для использования при идентификации. ^[12]

Цветовой код, использованный выше, напоминает медные кабели PE, используемые в стандартной телефонной проводке.

В Великобритании цветовые коды COF200 и 201 отличаются. Каждый пучок или элемент из 12 волокон в кабеле Cable Optical Fiber 200/201 окрашен следующим образом:

Каждый элемент находится в трубке внутри кабеля (а не в трубке из выдувного волокна). Элементы кабеля начинаются с красной трубки и считаются от кабеля до зеленой трубки. Активные элементы находятся в белых трубках, а желтые наполнители или манекены проложены в кабеле, чтобы заполнить его, в зависимости от того, сколько волокон и единиц существует - может быть до 276 волокон или 23 элементов для внешнего кабеля и 144 волокон или 12 элементов для внутреннего. Кабель имеет центральный силовой элемент, обычно сделанный из стекловолокна или пластика. Во внешних кабелях также присутствует медный провод.

Скорость и задержка распространения [ править ]

Оптические кабели передают данные в стекле со скоростью света . Это скорость света в вакууме, деленная на показатель преломления используемого стекла, обычно от 180000 до 200000 км / с, что дает задержку от 5,0 до 5,5 микросекунд на км. Таким образом, время задержки туда и обратно на 1000 км составляет около 11 миллисекунд. ^[13]

Убытки [ править ]

Потери сигнала в оптоволокне измеряются в децибелах (дБ). Потери на 3 дБ в канале связи означают, что свет на дальнем конце составляет только половину интенсивности света, направленного в волокно. Потеря 6 дБ означает, что только четверть света прошла через волокно. Если слишком много света потеряно, сигнал становится слишком слабым для восстановления, 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 градиентным индексом преломления имеют ослабление (потерю сигнала) 3 дБ на километр на длине волны 850 нм и 1 дБ / км на 1300 нм. Одномодовый режим теряет 0,35 дБ / км на длине волны 1310 нм и 0,25 дБ / км на длине волны 1550 нм. Одномодовое волокно очень высокого качества, предназначенное для применения на больших расстояниях, имеет потери 0,19 дБ / км на длине волны 1550 нм. ^[14] Пластиковое оптическое волокно (POF) теряет гораздо больше: 1 дБ / м на длине волны 650 нм. POF - это волокно с большой сердцевиной (около 1 мм), подходящее только для коротких низкоскоростных сетей, таких как оптическое аудио TOSLINK, или для использования в автомобилях. ^[15]

Каждое соединение между кабелями добавляет около 0,6 дБ средних потерь, а каждое соединение (сращивание) добавляет около 0,1 дБ. ^[16]

Невидимый инфракрасный свет (750 нм и больше) используется в коммерческих системах связи из стекловолокна, поскольку он имеет меньшее затухание в таких материалах, чем видимый свет. Однако стеклянные волокна в некоторой степени пропускают видимый свет, что удобно для простого тестирования волокон без использования дорогостоящего оборудования. Сращивания можно проверить визуально и отрегулировать для минимальной утечки света на стыке, что максимизирует светопропускание между концами соединяемых волокон.

Диаграммы « Понимание длин волн в оптоволокне ^[17] и потерь оптической мощности (затухание) в волокне ^[18]] 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, нельзя увидеть, поэтому существует потенциальная угроза лазерной безопасности для технических специалистов. Естественная защита глаза от внезапного воздействия яркого света - это 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 доступны инспекционные микроскопы с оптическими защитными фильтрами. В последнее время используются средства непрямого обзора, которые могут включать камеру, установленную внутри портативного устройства, которая имеет отверстие для соединенного волокна и выход USB для подключения к устройству отображения, например портативному компьютеру. Это делает поиск повреждений или грязи на поверхности разъема намного безопаснее.

Небольшие осколки стекла также могут стать проблемой, если они попадут под чью-то кожу, поэтому необходимо следить за тем, чтобы фрагменты, образующиеся при раскалывании волокна, были надлежащим образом собраны и утилизированы.

Гибридные кабели [ править ]

Существуют гибридные оптические и электрические кабели, которые используются в беспроводных наружных приложениях «оптоволокно 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 опорах, мачтах и ​​других конструкциях.

Согласно Telcordia GR-3173 , Общие требования к гибридным оптическим и электрическим кабелям для использования в приложениях беспроводного подключения наружного волокна к антенне (FTTA), эти гибридные кабели содержат оптические волокна, элементы витой пары / квадрата, коаксиальные кабели или токопроводящие электрические проводники. под общую верхнюю куртку. Силовые проводники, используемые в этих гибридных кабелях, предназначены для непосредственного питания антенны или для питания установленной на опоре электроники, обслуживающей исключительно антенну. Обычно они имеют номинальное напряжение менее 60 В постоянного тока или 108/120 В переменного тока. ^[19] Могут присутствовать другие напряжения в зависимости от области применения и соответствующих национальных электрических правил (NEC).

Эти типы гибридных кабелей также могут быть полезны в других средах, таких как предприятия с распределенными антенными системами (DAS), где они будут обслуживать антенны в помещениях, на открытом воздухе и на крыше. В таких средах необходимо в полной мере учитывать такие факторы, как огнестойкость, списки Национально признанных испытательных лабораторий (NRTL), размещение в вертикальных валах и другие вопросы, связанные с производительностью.

Поскольку уровни напряжения и мощности, используемые в этих гибридных кабелях, различаются, правила электробезопасности рассматривают гибридный кабель как силовой кабель, который должен соответствовать правилам в отношении зазора, разделения и т. Д.

Внутренние каналы [ править ]

Внутренние каналы устанавливаются в существующих подземных системах трубопроводов, чтобы обеспечить чистые, непрерывные пути с низким коэффициентом трения для прокладки оптических кабелей, которые имеют относительно низкие пределы натяжения при растяжении. Они предоставляют средства для разделения обычного кабелепровода, который изначально был разработан для одиночных металлических проводников большого диаметра, на несколько каналов для меньших оптических кабелей.

Типы [ править ]

Внутренние каналы обычно представляют собой полугибкие субдукты малого диаметра. Согласно Telcordia GR-356 , существует три основных типа внутренних воздуховодов: гладкие, гофрированные и ребристые. ^[20] Эти различные конструкции основаны на профиле внутреннего и внешнего диаметров внутреннего канала. Необходимость в конкретной характеристике или комбинации характеристик, таких как сила тяги, гибкость или самый низкий коэффициент трения, диктует тип необходимого внутреннего канала.

Помимо основных профилей или контуров (гладкие, гофрированные или ребристые), внутренние воздуховоды также доступны во все большем разнообразии конструкций с несколькими воздуховодами. Мультипровод может представлять собой составной блок, состоящий из четырех или шести отдельных внутренних каналов, которые удерживаются вместе с помощью некоторых механических средств, или единый экструдированный продукт, имеющий несколько каналов, через которые протягиваются несколько кабелей. В любом случае многопровод может быть намотан на катушку и может быть втянут в существующий трубопровод аналогично обычному внутреннему каналу.

Место размещения [ править ]

Внутренние каналы в основном устанавливаются в подземных системах трубопроводов, которые обеспечивают соединительные пути между местоположениями колодцев . В дополнение к размещению в трубопроводе, внутренний канал может быть закопан прямо в землю или установлен по воздуху путем крепления внутреннего канала к стальной подвеске.

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

1. Предварительно установлен производителем внутреннего воздуховода во время процесса экструзии,
2. Втянута во внутренний канал с помощью тянущего троса с механической поддержкой, или
3. Вдувается во внутренний канал с помощью устройства для продувки кабеля с большим объемом воздуха.

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы, связанные с волоконно-оптическими кабелями .

• Fiber Optic Association Справочное руководство FOA по волоконной оптике
• Точное тестирование оптоволоконных кабелей