Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое волоконно-оптический кабель, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое волоконно-оптический кабель, оптоволоконный кабель , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Компьютерные сети.
Волоконно -оптический кабель , также известный как оптоволоконный кабель , представляет собой сборку, похожую на электрический кабель , но содержащую одно или несколько оптических волокон , используемых для передачи света. Оптические волоконные элементы обычно индивидуально покрыты пластиковыми слоями и заключены в защитную трубку, подходящую для условий, в которых используется кабель. Различные типы кабелей [ 1 ] используются для волоконно-оптической связи в различных областях применения, например, для дальней связи или обеспечения высокоскоростного соединения данных между различными частями здания.
Оптический кабель TOSLINK с прозрачной оболочкой. Эти кабели используются в основном для цифрового аудиосоединения между устройствами.
Стеклянные оптические волокна делаются из кварцевого стекла, но для дальнего инфракрасного диапазона могут использоваться другие материалы, такие как фторцирконат, фторалюминат и халькогенидные стекла. Как и другие стекла, эти имеют показатель преломления около 1,5.
Изготовления кварцевых волокон проходит в 2 этапа:
В настоящее время развивается применение пластиковых оптических волокон. Сердечник в таком волокне изготовляют из полиметилметакрилата (PMMA), а оболочку — из фторированных PMMA (фторполимеров).
Многоволоконный кабель
Оптическое волокно состоит из сердцевины и оболочки , выбранной для полного внутреннего отражения из-за разницы показателей преломления между ними. В практических волокнах оболочка обычно покрыта слоем акрилатного полимера или полиимида . Это покрытие защищает волокно от повреждений, но не влияет на его оптические волноводные свойства. Затем на отдельные покрытые волокна (или волокна, сформированные в ленты или пучки) экструдируется прочный буферный слой из смолы или сердцевинная трубка (трубки) для образования сердцевины кабеля. В зависимости от применения, для формирования кабеля добавляется несколько слоев защитной оболочки. В жестких волоконно-оптических сборках иногда между волокнами помещается светопоглощающее («темное») стекло, чтобы предотвратить проникновение света, выходящего из одного волокна, в другое. Это уменьшает перекрестные помехи между волокнами или уменьшает блики в приложениях визуализации волоконных пучков. [ 2 ]
Слева: разъемы LC/PC.
Справа: разъемы SC/PC.
Все четыре разъема имеют белые колпачки, закрывающие наконечники .
Для использования внутри помещений оптоволокно в оболочке обычно помещают вместе с пучком гибких волокнистых полимерных элементов, таких как арамид (например, Twaron или Kevlar ), в легкую пластиковую оболочку, образуя простой кабель. Каждый конец кабеля может быть оснащен специальным оптоволоконным разъемом , позволяющим легко подключать и отключать его от передающего и приемного оборудования.
волоконно-оптический кабель в шахте Telstra
Расследование неисправности в распределительной коробке оптоволоконного кабеля. Видны отдельные жилы оптоволоконного кабеля внутри распределительной коробки.
Кабель для разветвления оптического волокна
Для использования в более сложных условиях требуется гораздо более прочная конструкция кабеля. В конструкции с неплотно прилегающей трубкой волокно укладывается спирально в полужесткие трубки, что позволяет кабелю растягиваться без растяжения самого волокна. Это защищает волокно от натяжения во время укладки и от перепадов температуры. Волокно в неплотно прилегающей трубке может быть сухим блоком или заполнено гелем. Сухой блок обеспечивает меньшую защиту волокон, чем гелеобразный, но стоит значительно дешевле. Вместо неплотно прилегающей трубки волокно может быть заключено в прочную полимерную оболочку, обычно называемую конструкцией с плотным буфером . Кабели с плотным буфером предлагаются для различных применений, но два наиболее распространенных — это разветвительные и распределительные кабели. Разветвительные кабели обычно содержат шнур для разрыва, два непроводящих диэлектрических усиливающих элемента (обычно стекловолоконный стержень, залитый эпоксидной смолой), арамидную нить и буферную трубку диаметром 3 мм с дополнительным слоем кевлара, окружающим каждое волокно. Шнур для разрыва представляет собой параллельный шнур из прочной нити, расположенный под оболочкой (оболочками) кабеля для снятия оболочки. [ 3 ] Распределительные кабели имеют общую кевларовую оболочку, защитный шнур и буферное покрытие толщиной 900 микрометров, окружающее каждое волокно. Эти волоконные блоки обычно связываются с дополнительными стальными элементами усиления, также с винтовой скруткой для обеспечения растяжения.
Важнейшая задача при прокладке кабелей на открытом воздухе — защита волокна от повреждений водой. Это достигается использованием твердых барьеров, таких как медные трубки, а также водоотталкивающего геля или влагопоглощающего порошка, окружающего волокно.
Наконец, кабель может быть бронирован для защиты от опасностей окружающей среды, таких как строительные работы или грызущие его животные. Подводные кабели имеют более прочное бронирование в прибрежной зоне, чтобы защитить их от якорей лодок, рыболовных снастей и даже акул , которых может привлекать электрический ток, передаваемый для питания усилителей или ретрансляторов в кабеле.
Современные кабели выпускаются с широким разнообразием оболочек и брони, предназначенных для таких применений, как прямая прокладка в траншеях, двойное использование в качестве линий электропередачи, прокладка в трубах, крепление к воздушным телефонным столбам, подводная прокладка и прокладка по асфальтированным улицам.
Материал оболочки зависит от конкретного применения. Он определяет механическую прочность, химическую стойкость, устойчивость к УФ-излучению и т.д. К распространенным материалам для оболочки относятся LSZH , поливинилхлорид , полиэтилен , полиуретан , полибутилентерефталат и полиамид .
Для изготовления оптических волокон используются два основных типа материалов: стекло и пластик. Они обладают совершенно разными характеристиками и находят применение в самых разных областях. Как правило, пластиковое волокно используется для очень коротких расстояний и потребительских приложений, тогда как стекловолокно используется для телекоммуникаций на коротких/средних ( многомодовых ) и дальних ( одномодовых ) расстояниях. [ 4 ]
В оптических волокнах с полой сердцевиной свет распространяется через воздух, а не через твердое стекло. В 2025 году двойное вложенное антирезонансное безузловое волокно (DNANF) достигло рекордных потерь передачи 0,091 дБ/км на длине волны 1550 нм, что ниже, чем у лучших волокон из твердого кремния (≈0,14 дБ/км). [ 5 ] [ 6 ] Полевые испытания в Китае продемонстрировали канал связи с полой сердцевиной со скоростью 800 Гбит/с на расстоянии более 20 км с потерями при сварке всего 0,05 дБ и средними потерями в кабеле 0,6 дБ/км. [ 7 ] Волокна с полой сердцевиной уменьшают задержку, поскольку свет распространяется быстрее в воздухе, чем в стекле, а также подавляют нелинейные эффекты и дисперсию. [ 8 ] [ 9 ]
В сентябре 2012 года компания NTT Japan продемонстрировала один волоконно-оптический кабель, способный передавать 1 петабит в секунду ( 10¹⁵ бит/с ) на расстояние 50 километров. [ 10 ]
Хотя доступны и более крупные кабели, [ 11 ] наиболее распространенным одномодовым волоконным кабелем с наибольшим количеством жил является кабель с 864 жилами, состоящий из 36 лент, каждая из которых содержит 24 жилы волокна. [ 12 ] Эти кабели с большим количеством волокон используются в центрах обработки данных , [ 11 ] а также в качестве распределительных кабелей в сетях HFC и PON . [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
В некоторых случаях фактически используется лишь небольшая часть волокон в кабеле. Компании могут сдавать в аренду или продавать неиспользуемое волокно другим провайдерам, которые ищут услуги в данном районе или через него. В зависимости от конкретных местных правил, компании могут строить свои сети с избыточным количеством волокна с целью создания большой сети неиспользуемого волокна для продажи, что снижает общую потребность в прокладке траншей и получении разрешений от муниципалитета. В качестве альтернативы, они могут намеренно недоинвестировать, чтобы помешать своим конкурентам получить прибыль от их инвестиций.
Оптические волокна очень прочны, но их прочность резко снижается из-за неизбежных микроскопических дефектов поверхности, присущих процессу производства. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Начальную прочность волокна, а также ее изменение со временем, необходимо рассматривать относительно напряжений, воздействующих на волокно во время транспортировки, прокладки кабеля и монтажа при заданных условиях окружающей среды. Существует три основных сценария, которые могут привести к снижению прочности и выходу из строя из-за роста дефектов: динамическая усталость, статическая усталость и старение при нулевом напряжении.
В документе Telcordia GR-20 « Общие требования к оптическому волокну и оптико-волоконному кабелю » содержатся критерии надежности и качества для защиты оптического волокна во всех условиях эксплуатации. [ 16 ] Критерии сосредоточены на условиях внешней сети (OSP). Для внутренней сети аналогичные критерии приведены в документе Telcordia GR-409 « Общие требования к внутреннему оптоволоконному кабелю» . [ 17 ]
Оптические кабели передают данные со скоростью света в стекле. Это скорость света в вакууме, деленная на показатель преломления используемого стекла, обычно около 180 000–200 000 км/с , что приводит к задержке в 5,0–5,5 микросекунд на километр. Таким образом, время задержки в обоих направлениях на расстояние 1000 км составляет около 11 миллисекунд. [ 18 ]
Потеря сигнала в оптическом волокне измеряется в децибелах (дБ). Потеря 3 дБ на линии связи означает, что интенсивность света на другом конце составляет лишь половину интенсивности света, прошедшего через волокно. Потеря 6 дБ означает, что через волокно прошла только четверть света. Как только теряется слишком много света, сигнал становится слишком слабым, чтобы его восстановить, линия связи становится ненадежной и в конечном итоге полностью перестает функционировать. Точный момент, когда это происходит, зависит от мощности передатчика и чувствительности приемника.
Типичные современные многомодовые волокна с градиентным показателем преломления имеют затухание 3 дБ на километр (потери сигнала) на длине волны 850 нм и 1 дБ/км на 1300 нм. Одномодовое волокно теряет 0,35 дБ/км на 1310 нм и 0,25 дБ/км на 1550 нм. Высококачественное одномодовое волокно, предназначенное для передачи на большие расстояния, имеет потери 0,19 дБ/км на 1550 нм. [ 19 ] Пластиковое оптическое волокно (POF) теряет гораздо больше: 1 дБ/м на 650 нм. POF — это волокно с большим сердечником (около 1 мм), подходящее только для коротких низкоскоростных сетей, таких как оптическая аудиосистема TOSLINK , или для использования в автомобилях. [ 20 ]
Каждое соединение между кабелями добавляет примерно 0,6 дБ средних потерь, а каждое соединение (спица) добавляет примерно 0,1 дБ. [ 21 ] Многие соединения оптоволоконных кабелей имеют бюджет потерь , который представляет собой максимально допустимое количество потерь. [ 22 ]
В коммерческих системах связи на основе стекловолокна используется невидимый инфракрасный свет (750 нм и более), поскольку он имеет меньшее затухание в таких материалах, чем видимый свет. Однако стекловолокно пропускает и видимый свет, что удобно для простого тестирования волокон без необходимости использования дорогостоящего оборудования. Соединения можно визуально проверить и отрегулировать для минимизации утечки света в месте соединения, что максимизирует светопропускание между концами соединяемых волокон.
Диаграммы «Понимание длин волн в волоконной оптике» [ 23 ] и «Потери оптической мощности (затухание) в волокне» [ 24 ] иллюстрируют связь видимого света с используемыми инфракрасными частотами и показывают полосы поглощения воды между 850, 1300 и 1550 нм.
Волоконно-оптические кабели значительно эффективнее медных, что означает меньшее потребление энергии по сравнению с традиционной медной кабельной инфраструктурой. [ 25 ] [ 26 ] Это способствует большей экологической устойчивости как для самой передачи, так и за счет снижения потребности в охлаждении в центрах обработки данных и сетевых узлах. [ 27 ]
Инфракрасный свет, используемый в телекоммуникациях, невидим, поэтому существует потенциальная опасность для безопасности техников, работающих с лазерами . Естественная защита глаза от внезапного воздействия яркого света — это рефлекс моргания , который не срабатывает от источников инфракрасного излучения. [ 28 ] В некоторых случаях уровни мощности достаточно высоки, чтобы повредить глаза, особенно при использовании линз или микроскопов для осмотра волокон, излучающих невидимый инфракрасный свет. Для защиты от этого доступны микроскопы с оптическими защитными фильтрами. В последнее время используются средства непрямого осмотра, которые могут включать камеру, установленную в портативном устройстве, имеющем отверстие для подключенного волокна и USB-выход для подключения к устройству отображения, например, ноутбуку. Это делает осмотр повреждений или загрязнений на поверхности разъема гораздо безопаснее.
Мелкие осколки стекла также могут представлять проблему, если попадут под кожу, поэтому необходимо соблюдать осторожность, чтобы осколки, образующиеся при расщеплении волокна, были должным образом собраны и утилизированы.
В этот список включены как стандартные, так и реальные технические типы кабелей, используемые в волоконно-оптической инфраструктуре, телекоммуникациях, корпоративных сетях и наружных приложениях.
Оболочка или защитный чехол патч-кордов часто имеют цветовую маркировку, указывающую на тип используемого волокна. Защитный колпачок , предохраняющий волокно от изгиба в месте соединения, также имеет цветовую маркировку, указывающую на тип соединения. Разъемы с пластиковым корпусом (например, разъемы SC ) обычно имеют корпус с цветовой маркировкой. Стандартные цветовые обозначения для оболочек (или защитных чехлов) и защитных колпачков (или корпусов разъемов) показаны ниже:
| Цвет | Значение | |
|---|---|---|
| Апельсин | Многомодовое оптическое волокно | |
| Аква | Оптическое волокно OM3 или OM4 10 G с лазерной оптимизацией, многомодовое , 50/125 мкм. | |
| Эрика Вайолет [ 30 ] | многомодовое оптическое волокно OM4 (некоторые производители) [ 31 ] | |
| Салатовый [ 32 ] | OM5 10 G + широкополосное многомодовое оптическое волокно 50/125 мкм | |
| Серый | Устаревшая цветовая кодировка для многомодового оптического волокна. | |
| Желтый | Одномодовое оптическое волокно | |
| Синий | Иногда используется для обозначения оптического волокна, сохраняющего поляризацию. | |
| Цвет | Значение | Комментарий | |
|---|---|---|---|
| Синий | Физический контакт (ПК), 0° | В основном используется для одномодовых волокон; некоторые производители применяют его для оптических волокон с сохранением поляризации . | |
| Зеленый | Полировка под углом (APC), 8° | ||
| Черный | Физический контакт (ПК), 0° | ||
| Серый | Физический контакт (ПК), 0° | Многомодовые волоконно-оптические разъемы | |
| Бежевый | |||
| Белый | Физический контакт (ПК), 0° | ||
| Красный | Высокая оптическая мощность. Иногда используется для подключения внешних лазеров накачки или рамановских лазеров накачки. | ||
Примечание: Также возможно, что небольшая часть разъема дополнительно имеет цветовую маркировку, например, рычаг разъема E-2000 или рамка оптоволоконного адаптера . Эта дополнительная цветовая маркировка указывает на правильный порт для патч-корда, если в одной точке установлено много патч-кордов.
Отдельные волокна в многоволоконном кабеле часто различаются друг от друга по цветовой кодировке оболочек или буферов на каждом волокне. Схема идентификации, используемая компанией Corning Cable Systems, основана на стандарте EIA/TIA-598 «Цветовая кодировка оптических волоконных кабелей», который определяет схемы идентификации волокон, буферизованных волокон, волоконных блоков и групп волоконных блоков в наружных и внутридомовых оптических волоконных кабелях. Этот стандарт позволяет идентифицировать волоконные блоки с помощью печатной маркировки. Этот метод может использоваться для идентификации волоконных лент и волоконных субблоков. Маркировка будет содержать соответствующий печатный числовой номер позиции или цвет для использования при идентификации. [ 33 ]
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Приведенная выше цветовая кодировка напоминает цвета полиэтиленовых медных кабелей, используемых в стандартной телефонной проводке.
В Великобритании используется другая цветовая кодировка. Каждый 12-волоконный пучок или элемент в кабеле Cable Optical Fibre 200/201 окрашивается следующим образом:
| Позиция | цвет куртки | Позиция | цвет куртки |
|---|---|---|---|
| 1 |  синий |
7 |  коричневый |
| 2 |  апельсин |
8 |  фиолетовый |
| 3 |  зеленый |
9 |  черный |
| 4 |  красный |
10 |  белый |
| 5 |  серый |
11 |  розовый |
| 6 |  желтый |
12 |  бирюзовый |
Каждый элемент находится в трубке внутри кабеля (а не в трубке из искусственного волокна). Элементы кабеля начинаются с красной трубки и отсчитываются по окружности кабеля до зеленой трубки. Активные элементы находятся в белых трубках, а желтые наполнители или заглушки укладываются в кабель для его заполнения, в зависимости от количества волокон и элементов – 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 изготовленный из стекловолокна или пластика. Во внешних кабелях также имеется медный проводник.
В беспроводных наружных системах оптоволоконной связи до антенны (FTTA) используются гибридные оптические и электрические кабели. В этих кабелях оптические волокна передают информацию, а электрические проводники используются для передачи энергии. Такие кабели могут прокладываться в различных условиях для обслуживания антенн, установленных на столбах, башнях и других сооружениях.
Согласно Telcordia GR-3173 , Общие требования к гибридным оптическим и электрическим кабелям для использования в беспроводных наружных приложениях FTTA (Fiber To The Antenna), эти гибридные кабели имеют оптические волокна, витые пары/четверные элементы, коаксиальные кабели или токонесущие электрические проводники под общей внешней оболочкой. Силовые проводники, используемые в этих гибридных кабелях, предназначены для непосредственного питания антенны или для питания установленной на вышке электроники, обслуживающей исключительно антенну. Они имеют номинальное напряжение, обычно менее 60 В постоянного тока или 108/120 В переменного тока. [ 34 ] В зависимости от области применения и соответствующего Национального электротехнического кодекса (NEC) могут присутствовать и другие напряжения.
Эти типы гибридных кабелей могут быть полезны и в других условиях, например, на объектах распределенных антенных систем (DAS), где они будут обслуживать антенны внутри помещений, на открытом воздухе и на крышах. В таких условиях необходимо в полной мере учитывать такие факторы, как огнестойкость, соответствие стандартам Национально признанных 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 соответствии с нормами электробезопасности гибридный кабель рассматривается как силовой кабель, который должен соответствовать правилам обеспечения необходимого расстояния, дистанции и т. д.
Внутренний канал из полиэтилена высокой плотности (HDPE)
Внутренние кабельные каналы устанавливаются в существующих подземных системах трубопроводов для обеспечения чистых, непрерывных и малофрикционных путей прокладки оптических кабелей с относительно низким пределом натяжения при протягивании. Они позволяют разделить обычные трубопроводы , изначально предназначенные для кабелей с одним металлическим проводником большого диаметра, на несколько каналов для оптических кабелей меньшего диаметра.
Внутренние каналы обычно представляют собой полугибкие каналы малого диаметра. Согласно Telcordia GR-356, существует три основных типа внутренних каналов: с гладкими стенками, гофрированные и ребристые. [ 35 ] Эти различные конструкции основаны на профиле внутреннего и внешнего диаметров внутреннего канала. Необходимость в определенной характеристике или комбинации характеристик, таких как прочность на разрыв, гибкость или наименьший коэффициент трения, определяет требуемый тип внутреннего канала.
Помимо основных профилей или контуров (гладкие стенки, гофрированные или ребристые), внутренний кабельный канал также доступен во все большем разнообразии многоканальных конструкций. Многоканальный кабельный канал может представлять собой либо составной блок, состоящий из четырех или шести отдельных внутренних кабельных каналов, соединенных механическим способом, либо единое экструдированное изделие с несколькими каналами для прокладки нескольких кабелей. В любом случае, многоканальный кабельный канал может быть свернут в бухту и протянут в существующий кабельный канал аналогично тому, как это делается с обычным внутренним кабельным каналом.
Внутренние кабельные каналы в основном устанавливаются в подземных трубопроводах, обеспечивающих соединительные пути между смотровыми колодцами. Помимо прокладки в трубопроводах, внутренний кабельный канал может быть закопан непосредственно в землю или установлен на высоте путем крепления к стальной подвесной веревке.
Как указано в документе GR-356, кабель обычно укладывается во внутренний канал одним из трех способов. Это может быть
Исследование, описанное в статье про волоконно-оптический кабель, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое волоконно-оптический кабель, оптоволоконный кабель и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Компьютерные сети
Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.
Комментарии
Оставить комментарий
Компьютерные сети
Термины: Компьютерные сети