отдел продаж:
    +7 (495) 748-1730
    +7 (495) 748-1733
главная
О компании
Услуги
Статьи
Вакансии
Новости компании
Основные события происходящие в компании



Обзор оптических компонентов для волоконно-оптических линий передачи
Комаров М.Ю.
главный инженер ООО "ВОТ",
журнал "Телеспутник", №05 2002 г.
Немного истории
С древних времен человек использовал свет для передачи информации. Исторически, первым средством световой сигнализации являлись костры. Греческий драматург Эсхил (V-IV век до н.э.) изложил легенду о царе Агамемноне, который обещал сообщить своей супруге об окончании троянской войны и падении города Трои при помощи сигнальных костров. С тех пор прошло много времени, но принцип передачи информации при помощи света остался.
В 1934 г. американец Норман Р. Френч получил патент на оптическую телефонную систему, речевые сигналы в которой передавались при помощи света по стержням чистого стекла.
В 1958 г. лауреаты Нобелевской премии Артур Шавлов и Чарльз Г. Таунс разработали лазер - источник света для оптических систем.
В 1962 г. был создан полупроводниковый лазер и фотодиод - источник и приемник оптических систем.
В 1966 г. английские ученые Чарльз Г.Као и Джордж А.Хокем предложили использовать стекловолокно для передачи световой информации.
В 1972 г. появились световоды с градиентным профилем показателя преломления и коэффициентом затухания равным 4 дБ/км. В настоящее время эта величина в среднем составляет 0,2 дБ/км при передаче света с длиной волны 1550 нм.
Первый оптический кабель был использован ВМС США в 1973 г.
Первый оптический кабель для использования в телефонной сети был принят в эксплуатацию в 1976 г. в США.

Современная ситуация в области
1990-е годы отмечены широким использованием оптических сетей доступа. Сегодня оптические кабели приближаются к абоненту все ближе и ближе. Не стоит на месте и технология производства оптических кабелей. При использовании ленточной волоконной технологии можно изготовить оптический кабель ёмкостью 4000 оптических волокон и имеющий внешний диаметром всего 36 мм.
Резко изменились и системы передачи данных. Использование системы синхронной цифровой иерархии SDH, применение усилителей оптического диапазона, систем спектрального мультиплексирования (WDM) позволит передать по одному оптическому волокну громадные потоки информации на гигантские расстояния. Скорости в десятки Гбит/сек стали реальностью современных телекоммуникаций.
Скорость передачи 10 Гбит/сек - уже действительность, при использовании спектрального мультиплексирования (WDM) возможно достижение скорости передачи 80 Гбит/сек а при использовании солитонного режима передачи скорости могут вырасти до Тбит/сек.
Существует хорошо отработанная технология соединений оптических волокон, измерений их параметров, разработан и производится широчайший парк контрольно-измерительного, кроссового, технологического оборудования. Все это дает возможность для бурного развития этой самой современной области телекоммуникаций.
Рис. 1
Пропускная способность различных систем передачи
Рис. 2
Развитие от оптических линий к оптическим сетям
Стоит отметить, что передача сигнала по оптическому волокну имеет ряд серьёзных преимуществ перед передачей по медным кабелям. Минимальное значение затухания сигнала и широкая полоса пропускания. Оптические волокна никак не реагирует на электромагнитные влияния, и сами не являются источником электромагнитных колебаний. Оптические кабели практически не подвержены воздействию воды и не требуют поддува воздуха, имеют небольшой вес и малые габариты.

Принцип построения пассивного оптического тракта ВОСП
При передачи оптического сигнала, информация в виде света передается по оптическим волокнам кабеля от оптического передатчика к оптическому приемнику. Оптический передатчик преобразует передаваемый электрический сигнал в свет и направляет его в оптическую линию связи. Оптический приемник преобразует оптический сигнал, полученный из линии в информационный электрический.
Оптическая линия состоит из оптических кабелей проложенных по трассе и соединенных в муфтах. На концах оптической линии находятся оконечные устройства.
Распространение света в оптическом волокне основано на законе Снеллиуса, определяющем связь между углом падения и преломления лучей света на границе двух сред с разными показателями преломления на эффекте полного внутреннего отражения являющемся следствием этого закона.
Прохождение лучей света через оптическое волокно зависит от профиля показателя преломления сердцевины. В зависимости от размера сердцевины, профили показателя преломления оптического волокна делятся на одномодовые и многомодовые.
Оптические волокна используемые для передачи данных изготавливаются из кварца. Разность показателей преломления достигается путем легирования сердцевины оптического волокна специальными добавками.
Разность показателя преломления сердцевины и оболочки кабеля составляет до 1% от показателя преломления сердцевины.
Наружное покрытие оптического волокна обычно делается из акрила и его внешний диаметр составляет 250 мим.
Размеры оптических волокон указаны в таблице
Многомодовое волокно 50/125 Многомодовое волокно 62,5/125 Одногмодовое волокно
Диаметр сердцевины: 50 ± 3 мкм Диаметр сердцевины: 62,3 ± 3 мкм Диаметр модового поля: 9,3 ± 0,5 мкм (1310 нм)
Эллиптичность сердцевины: <= 6% Эллиптичность сердцевины: <= 6% Эксцентриситет оболочки: 125 ± 2 мкм
Диаметр оболочки: 125 ± 2 мкм Диаметр оболочки: 125 ± 2 мкм Диаметр оболочки: 125 ± 2 мкм
Эллиптичность оболочки: <= 2% Эллиптичность оболочки: <= 2% Эллиптичность оболочки: <= 2%
Основными характеристиками оптических волокон являются:
затухание
ширина полосы пропускания (для многомодового волокна)
Затухание оптического сигнала в волокне зависит от длины волны излучения и измеряется в дБ/км. Величина оптических потерь линии состоит из погонных потерь в кабеле, потерь в местах соединений и потерь в механических соединениях.
Одним из основополагающих параметров линии является ширина полосы пропускания линии, которая определяется дисперсией оптического волокна кабеля.
Самое меньшее затухание, которое может иметь волокно определяется уровнем Рэлеевского рассеяния и составляет приблизительно 0,16 дБ/км на длине волны 1550 нм. Зависимость затухания в кварцевом волокне от длины волны показана на рисунке 3.
Рис. 3
Зависимость затухания от длины волны
Наименьшее затухание достигается на длинах волн 850 нм, 1310 нм, и 1550 нм - так называемых окнах прозрачности оптического волокна.
Ширина полосы пропускания многомодового волокна определяется верхней частотой сигнала, который может передаваться по отрезку волокна определенной длины.
Типичные значения оптических характеристик волокон приведены в таблице

Многомодовые волокна:
- 62,5/125 50/125
Затухание
825 … 875 нм <= 3,5 дБ <= 2,7 дБ
1270 … 1340 нм <= 2,0 дБ <= 1,0 дБ
Полоса пропускания
825 … 875 нм >=200 МГц х км >=400 МГц х км
1270 … 1340 нм >=500 МГц х км >=600 МГц х км
Числовая апертура 0,28 0,2
Одномодовые волокна:
Затухание
1285 … 1330 нм <= 0,43 дБ
1525 … 1575 нм <= 0,28 дБ
Хроматическая дисперсия
1285 … 1330 нм <= 3,5 пс/(нм х км)
1525 … 1575 нм <= 18 пс/(нм х км)
Поляризационная внутримодовая дисперсия <= 0,5 пс/км1/2
Длина волны отсечки <= 1260 нм
Оптический кабель
Оптическое волокно - основа оптических кабелей связи. Все прочие элементы кабеля не более чем средства защиты оптического волокна от внешних воздействий. В связи с чем кабельную продукцию целесообразно квалифицировать способу прокладки - внутриобъектовые, для прокладки в кабельной канализации, для прокладки в грунт, для подвески. Основные параметры оптических кабелей приведены в таблице*
- Внутри- объектов. Для
проклад.
в канал.
Для
проклад.
в грунте
Подвесные Подвесные самонесущие
Диапазон рабочих температур, С -10 … +50 -40 … +50 -40 … +50 -40 … +50 -60 … +50
Допустимое растягивающее усилие, кН 0,5 … 1,5 3,5 10 3 3,5 … 10
Количество оптических волокон: 72 72 72 36 36
Тип центрального силового элемента: Стальной трос, стеклопластиковый пруток Внешний силовой элемент: стальной трос, стекло- пластковый пруток, арамидные нити Стекло- пластиковый пруток
Бронепокров: - Гофриро- ванная стальная лента Стальная оцинко- ванная проволока диаметром 1,8 … 2,4 мм - Кевларовые или арамидные нити
* - информация представлена в соответствии с ТУ завода "Электропровод"

В данном разделе стоит отметить, что производство оптических кабелей давно и успешно существует в Российской Федерации. Отечественная кабельная продукция не уступает по характеристикам импортным образцам при существенно меньшей цене и сроках поставки. Основные конструкции оптических кабелей представлены на рисунках 4 - 8.
Рис. 4
Конструкция внутриобъектового оптического кабеля
Рис. 5
Конструкция оптического кабеля для прокладки в кабельной канализации
Рис. 6
Конструкция кабеля для прокладки в грунт
Рис. 7
Конструкция подвесного оптического кабеля
Рис. 8
Конструкция самонесущего подвесного оптического кабеля
Волокна оптических кабелей соединяются при помощи сварки. Защищённые сварные соединения помещаются в сплайс кассеты оптических муфт.

Оптические муфты
Для соединения строительных длин оптических кабелей применяются оптические муфты. Оптические муфты как и кабели удобно классифицировать по принципу монтажа: для монтажа в кабельной канализации, для монтажа кабеля проложенного к грунте, для монтажа подвесного оптического кабеля. Характерным примером оптической муфты может служить муфта МТОК 96.
Рис. 9
Конструкция оптической муфты предусматривает крепление силовых элементов кабеля, последующую герметизацию корпуса и наличие приспособлений для выкладки запасов оптического волокна.

Оптическое кроссовое оборудование
Концы магистрального оптического кабеля обычно вводится в оптические распределительные устройства - стойки с размещенными в них шкафами кроссовыми оптическими (ШКО). Существуют конструкции оптических кроссов для установки на стену.
Конструкция ШКО позволяет произвести сварное соединение волокон оптического кабеля с пигтейлами (отрезками одножильного оптического кабеля, оконцованными с одной стороной разъемом). Для фиксации избытка оптических волокон и кабелей предусмотрены специальные устройства - органайзеры. Фиксация силовых элементов оптического кабеля происходит в специальных зажимах. Активная приёмо-передающая аппаратура соединяется с оптическими портами кросса при помощи оптических соединительных шнуров. Емкость оптических кроссов может достигать 96 портов. Тип портов - FC, ST, SC
Рис. 10
Рис. 11
Оптические соединительные шнуры
Оптические соединительные шнуры (оптические ратч-корды) - отрезки одноволоконного (двух волоконного) оптического кабеля оконцованные с двух концов коннекторами соответствующего типа. Основными характеристиками оптических патч-кордов являются: вносимые потери, обратные потери, стабильность соединений, повторяемость.
Вносимые оптические потери коннектора обычно не превышают 0,3 дБ.
Обратные потери для различных видов полировки составляют: РС > 30 дБ, SPC > 40 дБ, UPC > 50 дБ, APC > 60 дБ. Полированный торец наконечника должен иметь чистую и гладкую поверхность. Даже небольшое количество клея, пылинок может нарушить контакт и привести к значительным потерям.
Соединение оптических коннекторов осуществляется при помощи оптических адаптеров. Центрирование наконечников разъёмов осуществляется при помощи керамической втулки-центратора.
Основными видами оптических коннекторов являются FC, SC, ST
Рис. 12
Для производства оптических патч-кордов используется одномодовый или многомодовый оптический кабель с диаметром внешней оболочки 3 мм или 0,9 мм. Кабель под внешней оболочкой содержит кевларовые нити, повышающие прочность патч-корда.

В настоящее время получили распространение и другие пассивные компоненты ВОЛС:
разветвители
аттенюаторы
переключатели
устройство спектрального уплотнения (WDM)
Но рамки данного обзора не позволяют остановиться на них более подробно


Использованная литература:

1. "Волоконно-оптические кабели для телекоммуникаций" HELKAMA BICA,
2. "Мир связи Сonnect" № 2 1998 г.
3. "Волоконно-оптические кабели" Г.Мальке / П.Чессинг
4. "Магистрали микронных размеров" И.Н.Чепурин, Сети и системы связи , № 1 2001 г.
о компании | услуги | статьи | вакансии | служба технической поддержки

Copyright © 1990-2003 Волоконно-оптическая техника. Все права сохранены.
Отдел продаж: sales@fot-company.ru +7 (495) 748-1730 |  +7 (495) 748-1724, 748-1725.

Дизайн FIRONdesign, 2001