Особливості ОВ, що нечутливі до вигинів

Маркування ОК.

Маркування ОК може бути записано умовно у вигляді: NNNРВ-Н-n1-n2-n3/n4-n5/n6-А, де n1 - діаметр серцевини ОВ, зазвичай рівний 10 або 50 мкм для одно-і багатомодових ОВ відповідно (показник в марці кабелю може бути опущений); n2 - номер розробки конструкції даного типу ОК; n3 - максимальне загасання ОВ, дБ/км; n4 - максимальна дисперсія ОВ, пс/(нм*км) (показник в марці кабелю може бути опущений); n5 - число ОВ; n6 - число мідних жив для дистанційного живлення (ДЖ) (показник в марці кабелю може бути опущений); NNN - найменування кабелю, визначається його призначенням і робочою довжиною хвилі ОВ; Р - позначення типу металевої оболонки (при відсутності металевої оболонки опускається); В - позначення типу броньованого покриття (може бути опущено); Н - параметр, що вказується у маркуванні кабелів, в якому не розповсюджується горіння оболонкою; А - параметр, що вказується у маркуванні кабелів, для ОВ яких характерна вибірковість коефіцієнта широкосмуговості (наприклад, від 500 до 800 МГц*км).

Розрізняють такі групи оптичних кабелів: магістральний (M), зоновий (3), міської (К), польовий (П), підводний вантажонесучий (Г), підводний невантажонесучий (Н), для стаціонарних об’єктів і споруд (С), для рухомих об’єктів (бортовий) (Б), спеціальний для дистанційного управління (Д), монтажний (М), шнур (Ш). Групи розподіляються на підгрупи: для стаціонарної (С) і нестаціонарної (Н) прокладки.

У конструкціях ОК використовуються мідні та алюмінієві металеві оболонки, які маркуються відповідно літерами М і А. Броньовані покриття ОК маркуються таким чином: з круглих дротів - К; із сталевих стрічок - Б; з сталевих дротів - О; з стеклопрутка - С. Якщо кабель має оболонку, яка не підтримує горіння, то в кінці найменування після позначення типу броньованого покриття вказується буква Н. Наприклад, ОКК-Н-50-01-0,7-8; ОКЗК-Н-0,7-4/4. Для магістральних, зонових та міських мереж зв’язку в Україні виготовляються оптичні кабелі типів ОКЛ, ОКЛБ, ОКЛБг, ОКЛК, ОКЛКК і ОКЛС за ТУ У 05758730.007-97. Кодове забарвлення оптичних модулів, пазів профільованого осердя та окремих ОВ у модулі має бути вказане в технічній документації на даний тип ОК та в паспорті на будівельну довжину. За наявності жил ДЖ та елементів заповнення вони у відліку не враховуються та їх положення не впливає на вибір напряму відліку. Основні відомості про дані ОК наведено в додатку 1 (за матеріалами http://www.teco.com.ua).

Як відомо, при поширенні світла в ОВ використовується принцип повного внутрішнього відбиття променів від границі розподілу серцевина/оболонка. При вигині волокна з якимсь малим радіусом порушується кутова умова, і частина випромінювання іде в оболонку, де потім і випромінюється.

Мікровигини викликані недосконалістю ОВ. Вони викликають збільшення втрат у кабелі. Ці втрати можуть бути дуже великими й у деяких випадках можуть навіть перевищувати 100 дБ/км. Основна причина виникнення цих втрат криється в процесі виробництва кабелю. Вона пов’язана зі скривленнями вісі, що неминуче відбуваються в процесі виробництва кабелю, коли волокно здавлюється недостатньо гладкими зовнішніми покриттями. Втрати від мікровигинів є функцією діаметра поля моди, конструкції кабелю та його виконанням. Втрати від загасання, викликаного мікровигинами, зменшуються з діаметром поля моди.

Макровигини співвідносять з деяким визначеним малим радіусом. Виробник кабелю повинний вказати в специфікації мінімальний радіус вигину. Коли ОК намотаний на котушку, то він, звичайно, згинається по радіусу котушки. Якщо він прокладається, зокрема, у будинках, то він може згинатися на кутах. При цьому, працівник, що прокладає, не повинний зменшувати радіус вигину менше мінімально припустимого при будь-якій необхідності обходу кутів. Звичайно передбачається, що типовий радіус вигину ОК повинний бути між 10 і 30 см у залежності від числа волокон у кабелі. Згинаючи ОК сильніше, ніж це допускається обмеженнями на радіус вигину, можна зашкодити кабелю, навіть порвати волокна в кабелі. Це може також викликати істотне збільшення загасання волокна. На рис. 5 показані відмінності між мікровигинами та макровигинами.

Рисунок 5. Макровигини (ліворуч) і мікровигини (праворуч).

З погляду електродинаміки, той же процес можна пояснити в інших термінах. Поле розповсюджуваного випромінювання, концентруючи в серцевині, частково виходить в оболонку (тому діаметр модового поля завжди небагато більше, ніж діаметр серцевини), загасаючи по експонентному закону. У місці вигину волокна ця периферійна частина моди поширюється з фазовою швидкістю, що перевищує швидкість світла в середовищі оболонки та, зрештою, випромінюється.

Крім того, відбуваються часткові втрати енергії при переході від прямолінійної ділянки до вигнутого та від вигину до прямого волокна. Це пов’язано з тим, що модові плями криволінійної та прямої ділянок не збігаються, і частина потужності основної моди передається модам оболонки. Досить цікавим моментом є спектральна залежність втрат на вигинах. Як відомо, у стандартних ОМ ОВ волокнах типу G.652 з ростом довжини хвилі загасання на вигинах істотно збільшується. Це обумовлене тим, що чим далі від довжини хвилі відсічення (1260 мкм) здійснюється випромінювання, тим більше воно виходить в оболонку, збільшуючи діаметр модового поля. До речі, саме тому при проблемах експлуатації ОК, зв’язаних з можливими деформаціями ОВ, їх краще тестувати на довжинах хвиль 1550 нм і 1625 мкм.

У грудні 2006 р. вийшла нова G.657, що нормує параметри і характеристики ОМ ОВ, малочутливих до вигинів і призначених для використання на оптичних мережах доступу. Цей нормативний документ відобразив технологічний прогрес провідних виробників ОВ у створенні волокон нового типу BI (Bend Insensitive, «нечуттєвих до вигинів»). Практичне дослідження величини втрат на вигині волокон типу G.657, виконане фахівцями компанії «OFS», показало вкрай слабку залежність від довжини хвилі, що дуже зручно, наприклад, для систем зі спектральним ущільненням різного типу. Що стосується якості рознімних з’єднань, то чисто теоретично деяке зменшення діаметра модового поля та більш складний багатошаровий профіль волокон зі зменшеним вигином повинні були б ускладнити стикування таких волокон. Однак іспити, проведені фахівцями компанії ADC, показали, що основні параметри (внесені втрати IL і втрати на відбиття RL) рознімань, що використовують волокна типу G.657, практично не відрізняються від рознімань з волокнами типу G.652. Це говорить про малі допуски та високий рівень дотримання геометричних характеристик ОВ.

Відносно G.657 (рис. 6) можна виділити 3 апробованих варіанти рішення поставленої задачі.

1. Перше рішення задачі, що називається, «на пряму», було реалізовано у вигляді волокон зі зменшеною серцевиною (рис. 6.в). Зі зменшенням діаметра модового поля (Mode Field Diameter, MFD) енергія концентрується в серцевині та менше поширюється в оболонці. Відповідно, менша її частина буде перетворюватися на вигинах у моди оболонки. Цей спосіб досить просто реалізується технологічно, однак виникає питання несумісності з традиційними волокнами G.652, що мають більший діаметр модового поля та меншу довжину хвилі відсічення. Крім того, у рознімних з’єднаннях таких волокон будуть рости втрати через складність стикування малих MFD.

2. Волокна зі збільшеною різницею показників переломлення також легко реалізовані за рахунок легування оболонки фтором, що знижує показник переломлення оксиду кремнію (рис. 6.г). Такі волокна повинні стикуватися між собою без особливих проблем, однак можуть виникнуть істотні втрати при стикуванні (і в розніманнях, і при зварюванні) з найбільш розповсюдженими волокнами G.652 через різницю числових апертур. Збільшення різниці показників переломлення також погіршує деякі параметри передачі волокон, зокрема збільшує матеріальну дисперсію в діапазоні довжин хвиль понад 1310 нм.

3. Найбільш вдалим зараз вважається розробка з так називаною кільцевою «траншеєю» профілю показника переломлення. Частина області оболонки додатково легується присадками, що знижують показник переломлення (рис. 6.д). Попросту говорячи, крім границі розподілу серцевина/оболонка ми створюємо додатковий бар’єр для висновку випромінювання - границю розподілу оболонка/«траншея».

Дослідження фахівців компанії CORNING показали, що чим об’ємніше «траншея», тим більше ефективне утримання полю у волокні й менше втрати на вигинах. При цьому розроблене ОВ практично цілком сумісне з традиційними ОМ ОВ зі східчастим профілем (G.652) і має цілком прийнятні втрати в зварених з’єднаннях між собою. Звичайно, технологічно забезпечити геометричні та оптичні параметри всіх шарів трохи складніше, ніж звичайно, що, відповідно, збільшує вартість таких волокон. У принципі, по розрахунках учених, при великій кількості «траншей» можна одержати на вигині з радіусом 10 мм утрати менш 0,001 дБ. Однак, на даний час такі рішення не будуть досить економічними. Крім того, при подальшому збільшенні обсягу «траншеї» або кількості шарів збільшується критична довжина хвилі, що може перевищити нормоване значення 1260 нм, тобто виникне проблема несумісності з волокнами зі східчастим профілем G.652.

Три розглянуті вище конструкції ОВ відповідають вимогам, зазначеним у G.657, де найменше нормоване значення радіуса вигину складає 10 мм. Наступна ж розробка дозволяє одержувати незначні втрати навіть при вигині радіусом 5 мм. Таку можливість надає принципово нова конструкція зі зменшеними втратами на вигинах - мікроструктуровані волокна типу HAF (Holed Assisted Fiber). Уже розглянута вище ідея створення подвійного захисного бар’єра тут виконана методами нанотехнологій (рис. 7). Навколо кварцової серцевини по периметру умовного 6-кутника розташовуються 2 кільця з порожніх повітряних наскрізних отворів, що забезпечують повне внутрішнє відбиття на границі розподілу кварц/повітря.

Рисунок 6.Профілі показників переломлення ОМ ОВ: а - з традиційним східчастим профілем показника переломлення; б - з дипресованою оболонкою; в - зі зменшеною серцевиною і, відповідно, зменшеним діаметром модового поля; г - зі зменшеним показником переломлення оболонки; д - з кільцевою «траншеєю» в оболонці; е - мікроструктуроване ОВ HAF (Holed Assisted Fiber) зі зменшеними втратами на вигинах.

Рисунок 7.Конструкція та принцип дії мікроструктурованих ОВ типу HAF:

а - загальна конструкція; б - поперечний переріз.

Другий шар потрібний для відбиття випромінювання, що частково проникає за межі першої періодичної структури. Дослідження показали, що при оптимальному підборі діаметра отворів d і кроку розміщення першого та другого шару L1, L2 можна одержати втрати менш 0,1 дБ на вигині з радіусом до 5 мм.

На рис. 8показаний механізм утримання випромінювання на вигинах у мікроструктурованих волокнах. На жаль, неможливо робити такі конструкції традиційними методами. Досить складно забезпечити необхідне взаємне розташування всіх структурних елементів і точно дотриматися їхніх розмірів. Недотримання внутрішньої геометрії може навіть призвести до порушення режиму ОМ. Усе це значно збільшує вартість таких конструкцій. Також існує серйозна проблема стикування таких волокон (з діаметром модового поля близько 6,4 мкм) як зі стандартними волокнами G.652, так і між собою. Саме в місці звареного з’єднання напевно буде порушена структура повітряних отворів в оболонці, хоча збережеться положення кварцової серцевини. І це важливо, тому що в місці зварювання не буде вигинів (через наявність 60-мм захисної гільзи), а в частині, що залишилася, структура ОВ залишиться колишньою - з отворами. Проте, такі ОВ виробляються кількома компаніями - світовими лідерами в області волоконної оптики та доступні для спеціальних застосувань.

Варто пам’ятати, що нові типи волокон просто утримують світло в серцевині і забезпечують мінімальний вивід випромінювання при навантаженнях, але зовсім не захищають волокна від таких навантажень. Механічну міцність волокон забезпечують власне захисне покриття та конструкція оптичного кабелю. Саме кабель є фізичним елементом, що забезпечує роботу волокон будь-якого типу в заданих умовах експлуатації. До новинок конструкцій ОК варто віднести розробки японських компаній конструкції типу «подвійний квадрат». Такий ОК, точніше ряд його модифікацій, був цілеспрямовано сконструйований для застосування на мережах FTTH (Fiber To The Home, «волокно в квартиру»).

Рисунок 8.Дія стандартних ОМ ОВ і мікроструктурованих волокон типу HAF на вигині: а - вихід випромінювання на вигинах ОВ G.652; б - утримання випромінювання на вигинах ОВ G.657.

Рисунок 9.Конструкції кабелів FTTH типу «подвійний квадрат»: а - внутрішній 2-волоконний; б - внутрішній стрічковий; в - підвісний стрічковий; г - підвісний 2-волоконний.

Ідея цього 2-волоконного кабелю полягає в розташуванні 2-х волокон у первинному покритті (245 мкм) між двома діелектричними армируючими елементами в загальній оболонці. Все це виглядає як 2 злитих квадрати зі склопрутками, у перетині між якими й покладені ОВ (рис. 9.а).

У чому ж полягають переваги нового типу кабелів?

1. Такий кабель можна дуже просто та швидко кріпити до будь-якої плоскої дерев’яної поверхні (наприклад, плінтусу) за допомогою степлера. Цьому сприяє його плоска поверхня, м’яка оболонка, розташування ОВ у «міжквадратній» перетинці, надійність силових елементів.

2. Малі габарити та вага дозволяють легко прокладати його у всіляких внутрішніх каналах, стояках й т. ін.

3. Канавки між «квадратами» оболонки дозволяють дуже легко обробляти кабель.

4. Оболонка, що не підтримує горіння, забезпечує пожежну безпеку.

5. Волокна типу G.657, м’яка конструкція і малі габарити – все це дозволяє згинати кабель з дуже маленькими радіусами вигину, майже під 90⁰, що часто буває зручним на реальних трасах.

6. Діелектричні силові елементи та досить великі, у порівнянні з малим перетином, квадрати оболонки добре захищають волокна від розтягування, роздавлювання, скручування, удару.

Для перевірки властивостей ОВ зі зменшеним загасанням на вигинах і ОК з такими ОВ для мереж FTTH компанія «ДЕПС» провела низку експериментів. Основною їх метою було підтвердження на практиці властивостей зазначених ОВ, виявлення переваг і недоліків використання в реальних умовах кабелів і шнурів з такими ОВ. Як приклад, можна розглянути один з них.

Рисунок 10.Витки ОВ типів G.652 і G.657 на оправленні.

В якості зразків використовувалися з’єднувальні шнури (рис. 10), ОК і ОВ типу G.657A з «траншейним» ППП. Залучити до експерименту мікроструктуровані волокна типу G.657В не вдалося через дуже високу вартість. При цьому було перевірено втрати на вигинах шнурів (патч-кордів, пігтейлів) з волокнами G.657 і G.652 - для порівняння. Намотані на оправлення діаметром 10 мм 2 шнури з ОВ в щільному буфері 0,9 мм підсвічувались червоним джерелом з довжиною хвилі 650 нм оптичного випромінювача MULTITEST МТ3106. На рис. 10 видно яскраве світіння (тобто вивід випромінювання із серцевини) для ОВ типу G.652. Чисельні виміри на довжині хвилі 1310 нм показали 0,6 дБ і 0,08 дБ для ОВ G.652 і G.657 відповідно. Дослідження показали принципову перевагу використання ОК із припустимим радіусом вигину не більш 10 мм і не більш 5 мм. У цих випадках можуть бути значно скорочені витрати на прокладку ОК по реальних трасах, значно зменшені розміри касет і кабельних боксів, допускається більш щільне розташування шнурів і рознімань у кросі.

Дата добавления: 2014-01-20