Основные конструктивные элементы ОКС

Можно выделить несколько основных групп конструктивных элементов: ОВ с защитными покрытиями, оптические модули, сердечники, силовые элементы, гидрофобные материалы, оболочки и броня. В зависимости от назначения и условий применения ОКС конструкция имеет свои особенности.

Основной элемент ОКС - оптическое волокно (ОВ), изготовленное из высококачественного кварцевого стела, обеспечивающее распространение световых сигналов. Различают одно- и многомодовые градиентные ОВ. Конструктивные и оптические характеристики ОВ определены Рекомендациями G.651, G.652, G.653 и G.654 МСЭ-Т (табл. 1).

Таблица 1

Типовые характеристики одномодовых оптических волокон

На практике стремятся к тому, чтобы максимальная кратковременная величина деформации ОВ не превышала 1%, а величина длительной деформации составляла небольшую долю от величины максимальной деформации. Чувствительны ОВ и к таким воздействующим факторам, как изгибы, перепады температур и водород, выделяемый элементами, входящими в конструкцию кабеля. Эти свойства ОВ и предопределяют конструкцию ОКС при использовании их в различных средах.

Для обеспечения стабильной работы ОВ и уменьшения опасности их разрыва под воздействием продольных и поперечных напряжений волокна защищают первичными и вторичными покрытиями. Первичное покрытие, накладываемое сплошным слоем непосредственно на оболочку ОВ после его вытяжки, предохраняет поверхность ОВ от повреждения и придает ему дополнительную механическую прочность. В качестве вторичного покрытия ОВ используются: трубка или паз со свободно размещаемыми в них ОВ с первичным защитным покрытием; сплошное полимерное покрытие; ленточный элемент, в котором, образуя линейную матрицу, размещаются ОВ с первичным защитным покрытием. В трубчатом элементе (трубке), выполняющем роль вторичного защитного покрытия, свободно размещаемые ОВ с первичным защитным покрытием обычно укладываются без скрутки либо путем скрутки вокруг центрального силового элемента. В многомодовом световоде одновременно распространяются несколько волн с различными углами падения и отражения (эти волны называют модами). Вследствие этого происходит некоторое размывание формы первоначального сигнала, что ограничивает передающие возможности световода. Многомодовые световоды проще изготавливать, в них легче вводить световые лучи, их легче сращивать.

В свою очередь, многомодовые световоды различаются в зависимости от профиля показателя преломления в направлении от центра к периферии в поперечном сечении световодов. Эти световоды бывают со ступенчатым и плавно изменяющимся (градиентным) профилем. Градиентные многомодовые световоды предпочтительнее, так как в них, во-первых, распространяется меньше мод и, во-вторых, меньше различаются их углы падения и отражения, а следовательно, благоприятнее условия передачи (рис. 1).

В многомодовых световодах П_с/п_oб=1,51/1,49 или 1,515/1,50 (различие всего 1...1,5%). При этом апертура NA=0,30...0,20 и угол падения светового луча на границу сердцевины и оболочки составляет 72°30'...78°30' относительно перпендикуляра к оси световода. В одномодовых световодах различие п_с и п_oб еще меньше, например, 1,505/1,50; числовая апертура NA=0,122; луч падает на границу сред под углом еще более близким к прямому - 83°.

Многомодовые световоды характеризуются полосой пропускания частот, выражаемой в мегагерцах. В спецификациях принято указывать не полосу пропускания, а так называемый коэффициент широкополосности, присущий данному типу световода, в мегагерцах, умноженных на километры (МГц x км). При заданном коэффициенте широкополосности (обозначим его S) полоса пропускания AF будет зависеть от длины линии или ее регенерационного участка модификаций AF=S. Для многомодовых волокон 50/125 нормируемые значения S составляют 400...1500 МГц*км. Для линии длиной 10км полоса пропускания равна 40...150 МГц. Чем длиннее линия, тем меньше полоса пропускания частот и, следовательно, меньше объем передаваемой информации.

По одномодовым световодам в идеальном случае распространяется только одна волна. Они обладают значительно меньшим коэффициентом затухания (в зависимости от длины волны в 2...4 и даже в 7...10 раз) по сравнению с многомодовыми и наибольшей пропускной способностью, так как в них почти не искажается сигнал (рис. 2). Но для этого диаметр сердцевины световода (его называют диаметром поля моды или медового пятна) должен быть соизмерим с длиной волны (во всяком случае d < А < 10). Практически d_c=8...10 мкм.

По своему профилю одномодовые световоды более разнообразны: есть ступенчатого профиля, есть условно W-образного или двухступенчатого (с так называемой депрессированной двойной оболочкой и с тремя показателями преломления п1, п3, п2, например, п1=1,51; п2=1,49 и п3=1,50) и, наконец, треугольного (рис. 3). Корпорация AT&T (США) назвала последние "True Wave", что можно перевести как "истинная волна".

Профиль световода выбирается в зависимости от проектируемой системы передачи. Диаметр оболочки многомодовых и одномодовых световодов унифицирован и равен 125 мкм. Размеры световодов записываются в виде d_o/d_o6, (например, 50/125).

Коэффициент затухания световодов уменьшается с увеличением длины волны. При этом кривая зависимости имеет области минимума (окна прозрачности): первый на длине волны Я=0,85 мкм, второй - около 1,3 мкм и третий - в районе Х=1,5... 1,6 мкм (рис. 4).

Различие значений а в разных окнах прозрачности довольно существенно, особенно в многомодовых световодах. Таблица 2 наглядно иллюстрирует преимущество одномодовых световодов перед многомодовыми. Объем производства и потребления первых много больше, чем вторых.

Таблица 2

ОВ весьма чувствительно к внешним воздействиям: механическому давлению и изгибам, температуре, влажности (особенно к группам ОН). Для защиты от них на ОВ обязательно накладывается покрытие, как правило, двухслойное, в частности, на основе акрилата. Возможно применение и других материалов. Толщина покрытия небольшая - всего 60 мкм.

ОВ с защитным покрытием является "главным действующим лицом" волоконно-оптического кабеля аналогичного изолированной токопроводящей жиле электрического кабеля связи. Стандартизованный номинальный диаметр оптического волокна равен 245 мкм.

С целью идентификации ОВ на покрытие наносится слой краски толщиной 3...6 мкм. Надежность соединения красителя с покрытием обеспечивается интенсивным ультрафиолетовым облучением.