Волоконно-оптичні лінії зв&#39;язку

Волоконно-оптичні лінії зв'язку

Волоконно-оптичні лінії зв'язку

Введення

Хоча й існують мережі, які для передачі даних застосовують радіопередачу та інші види бездротових технологій, але переважна більшість ЛОМ як передавальної середовища використовують кабель. Найчастіше це кабель з мідною жилою для перенесення електричних сигналів, але оптоволоконний кабель зі скляним серцевиною, по якому передаються світлові імпульси, починає набувати все більшої популярності. У силу того, що оптичне волокно використовує світло (фотони) замість електрики, майже всі проблеми, властиві мідного кабелю, такі як електромагнітні перешкоди, перехресні перешкоди (перехідне затухання) і необхідність заземлення, повністю усуваються.

Передача інформації з оптичних лініях зв'язку має всього лише 50-річну, але вельми бурхливу історію. В основі оптичної передачі лежить ефект повного внутрішнього відображення променя, що падає на границю двох середовищ з різними показниками заломлення. Світловод являє собою тонкий двошаровий скляний стержень, у якого показник заломлення внутрішнього шару більше, ніж зовнішнього. Світловод, керований джерело світла і фотодетектора утворюють канал оптичної передачі інформації, довжина якого може досягати десятків кілометрів. Світловоди пропускають світло з довжиною хвилі 0,4-3 мкм (400-3000 нм), але поки що практично не використовується тільки діапазон 600-1600 нм (частина видимого спектру та інфрачервоного діапазону). Історія оптоволоконної передачі почалася з короткохвильових (близько 800 нм) систем. По мірі вдосконалення технологій виробництва випромінювачів і приймачів йдуть у бік більш довгих хвиль -- через 1300 і 1500 до 2800 нм, передача яких може бути більш ефективним. Висока частота електромагнітних коливань цього діапазону (1013-1014 Гц) дає потенційну можливість досягнення швидкості передачі інформації аж до терабіт в секунду. Реально досяжний межа швидкості визначається існуючими джерелами і приймачами сигналів - в даний час освоєно швидкості до декількох гігабіт на секунду.

Структура оптичного волокна . Пристрій світловода

Пристрій світловода ілюструє рис. 1. Внутрішня частина світловода називається серцевиною (іноді перекладають як "ядро"), яка являє собою нитку з скла або пластику, зовнішня - оптичної оболонкою волокна, або просто оболонкою (cladding) є спеціальним покриттям серцевини, що відображає світло від її країв до центру.

В залежно від траєкторії поширення світла розрізняють одномодове і багатомодове волокно. Багатомодове (багаточастотної) волокно (MMF - Multi Mode Fiber) має досить великий діаметр серцевини - 50 або 62,5 мкм при діаметрі оболонки 125 мкм або 100 мкм пої оболонці 140 мкм. Одномодове (одночастотне) волокно (SMF - Single Mode Fiber) має діаметр серцевини 8 або 9,5 мкм при тому ж діаметрі оболонки. Зовні оболонка має пластикове захисне покриття (coating) товщиною 60 мкм, зване також захисною оболонкою. Світловод (серцевина в оболонці) із захисним покриттям називається оптичним волокном.

Рис. 1 Оптоволокно в буфері: а - одномодове, б - багатомодове

1 - Серцевина

2 - Оптична оболонка

3 - захисне покриття

4 - буфер (необов'язковий)

Оптоволокно в першу чергу характеризується діаметрами серцевини і оболонки, ці розміри в мікрометрах записуються через дріб: 50/125, 62,5/125, 100/140, 8/125, 9,5/125 мкм. Зовнішній діаметр волокна (з покриттям) теж стандартизований, в телекомунікації в основному використовуються волокна з діаметром 250 мкм. Застосовуються також і волокна з буферним покриттям або просто буфером (buffer), діаметром 900 мкм, нанесеним на первинне 250-мкм покриття.

Одномодове і багатомодове волокна

Як уже зазначалося, існує два типи оптоволоконного кабелю: одномодовий і багатомодовий. Основна відмінність між ними полягає в товщині сердечника і оболонки. Одномодовий світловод зазвичай має товщину близько 8/125 мікрон, а багатомодове волокно 50/125 мікрон. Ці значення відповідають діаметру сердечника і діаметру разом узятих: сердечника і оболонки.

Світловий промінь, що поширюється за порівняно тонкому сердечникові одномодового кабелю, відбивається від оболонки не так часто, як це відбувається в більш товстому сердечнику багатомодового кабелю. Для передачі даних в останньому застосовується поліхромний (багаточастотний) світло, а в одномодовим використовується світло тільки однієї частоти (монохромне випромінювання), звідси вони і отримали свої назви. Сигнал, який передається одномодовим кабелем, генерується за допомогою лазера, і являє собою хвилю, природно, однієї довжини, у той час як багатомодові сигнали, що генеруються світлодіодом (LED - Light Emitted Diode), переносять хвилі різної довжини. У одномодовим кабелі загасання сигналу (втрати потужності сигналу) практично виключені. Це і ряд вище перерахованих якостей дозволяють одномодовому кабелю функціонувати з більшою пропускною здатністю по порівняно з багатомодовим кабелем і долати відстані в 50 разів довше.

З іншого боку, одномодовий кабель набагато дорожче й має порівняно великий радіус вигину в порівнянні з багатомодовим оптичним кабелем, що робить роботу з ним незручною. Більшість оптоволоконних мереж використовують багатомодовий кабель, який хоч і поступається за продуктивністю одномодовому кабелю, але зате значно ефективніше, ніж мідний. Телефонні компанії та кабельне телебачення, тим не менше, прагнуть застосовувати одномодовий кабель, так як він може передавати більшу кількість даних і на більш довгі дистанції.

Режими проходження променя

Розповсюдження світла в волокні ілюструє рис. 2. Для того щоб промінь розповсюджувався уздовж світловода, він повинен входити в нього під кутом не більше критичного щодо осі волокна, тобто потрапляти в уявний вхідний конус. Синус цього критичного кута називається числовий апертурою світловода NA.

Рис. 2 Введення світла в оптоволокно

1 - вхідний косинус

2 - осьова мода

3 - мода низького порядку

4 - мода високого порядку

5 - критичний кут

В багатомодового волокна показники заломлення серцевини і оболонки розрізняються всього на 1-1,5% (наприклад, 1,515:1,50) При цьому апертура NA - 0,2-0,3, і кут, під яким промінь може увійти до світловод, не перевищує 12-18 ° від осі. У одномодовим ж волокні показники заломлення розрізняються ще менше (1,505:1,50), апертура NA - 0,122 і кут не перевищує 7 ° від осі. Чим більше апертура, тим легше ввести промінь у волокно, але при цьому збільшується модів дисперсія і звужується смуга пропускання.

Числова апертура характеризує всі компоненти оптичного каналу - світлопроводи, джерела і приймачі випромінювання. Для мінімізації втрат енергії апертури з'єднуються елементів повинні бути узгодженими один з одним.

Строго кажучи, розповсюдження сигналу в оптоволокні описується рівняннями Максвелла. У більшості випадків можна користуватися наближенням геометричної оптики. Якщо розглядати поширення сигналу з позицій геометричної оптики, то світлові промені, що входять під різними кутами, будуть поширюватися по різними траєкторіями (рис. 3). Більш високим модам відповідають промені, вхідні під великим кутом, вони будуть мати більшу кількість внутрішніх відображень по дорозі в світловод і будуть проходити більш довгий шлях. Число мод для конкретного світловода залежить від його конструкції: показників заломлення і діаметрів серцевини і оболонки, а також і довжини хвилі.

Рис. 3 Розповсюдження хвиль у світловода: а - одномодовим, б - багатомодовим з ступінчастий профіль, в - багатомодовим з градієнтним профілем

1 - профіль показника заломлення

2 - вхідний імпульс

3 - вихідний імпульс

Світловий імпульс, проходячи по волокну, через явища дисперсії змінить свою форму -- "Розмаже". Розрізняють декілька видів дисперсії: модів, матеріальна і хвильове. Модів дисперсія властива багатомодовому волокну і обумовлена наявністю великої кількості мод, час розповсюдження яких по-різному. Матеріальна дисперсія обумовлена залежністю показника заломлення від довжини хвилі. Хвильове дисперсія обумовлена процесами всередині моди і характеризується залежністю швидкості поширення моди від довжини хвилі.

Потужність і втрати сигналу

Потужність оптичного сигналу вимірюється в логарифмічних одиницях дБм (децибел до мілліватту): рівню 0 дБм відповідає сигнал з потужністю 1 мВт. Втрати (loss) сигналу в будь-якому елементі є загасанням. Тоді більше затухання буде відповідати і великих втрат сигналу.

За міру поширення променя відбувається його затухання, викликане розсіюванням і поглинанням. Поглинання - перетворення в теплову енергію - відбувається під вкраплення домішок; ніж чистіше скло, тим ці втрати менше. Розсіювання - вихід променів з світловода - відбувається у вигинах волокон, коли промені більш високих мод залишають волокно. Розсіювання відбувається і в мікроізгібах, і на інших дефектах поверхні кордону середовищ.

Рис. 4 Графік залежності загасання від довжини хвилі

Для волокна вказують погонною загасання (дБ/км), і для отримання значення загасання в конкретної лінії погонною загасання множать на її довжину. Загасання має тенденцію до зниження із збільшенням довжини хвилі, але при цьому залежність немонотонного, що видно з рис. 4. На ньому видно вікна прозорості багатомодового волокна в областях з довжиною хвиль 850 мкм і 1300 мкм. Для одномодового волокна вікна знаходяться в діапазонах близько 1300 і 1500-1600 мкм. Природно, що з метою підвищення ефективності зв'язку апаратура налаштовується на довжину хвилі, що знаходиться в одному з вікон. Одномодове волокно використовується для хвиль 1550 і 1300 нм, при цьому типове погонною загасання складає 0,25 і 0,35 дБ/км відповідно. Багатомодове волокно використовується для хвиль 1300 і 850 нм, де погонною загасання - 0,75 і 2,7 дБ/км.

В оптичної передачі найскладніші завдання пов'язані з кінцями і стиками волокон. Це генерація світлових імпульсів і введення їх у волокно, прийом та детектування сигналів, і просто з'єднання відрізків волокон між собою. Луч, що падає на торець волокна, входить до нього не весь: він частково відбивається назад, частина що проходить енергії розсіюється на дефекти (шорсткості) поверхні торця, частина "промахується" повз конуса, що приймає світло. Те ж саме відбувається і на виході променя з волокна. В результаті кожен стик вносить втрати проходить сигналу (типове значення 0,1-1 дБ), а рівень відбитого сигналу може перебувати в межах - 15-60 дБ.

Пропускна здатність

В більшості сучасних технологій інформація по світловода передається з допомогою імпульсів у дворівневої дискретної формі (є сигнал - немає сигналу), аналога полярності електричного сигналу тут немає. Інформаційна пропускна здатність лінії визначається її смугою пропускання і прийнятою схемою кодування. Смуга пропускання визначається як максимальна частота імпульсів, помітних приймачем. Смуга пропускання волоконної лінії обмежується через явища дисперсії, тому вона залежить від довжини. Особливо це помітно на багатомодового волокна.

Для багатомодового волокна ширина смуги пропускання BW (МГц) пов'язана з довжиною L (км) через параметр, що називається смугою пропускання - А (МГц * км). Для одномодового волокна смуга пропускання залежить від молекулярної дисперсії і ширини спектра джерела SW.

За смузі пропускання А можна визначити максимальну частоту, при якій імпульси будуть ще помітними після проходження через світловод заданої довжини. Можна вирішити і зворотну задачу - визначити максимальну довжину світловода, пропускає імпульси заданої частоти. Коефіцієнт А наводиться в специфікації на волокно і вказується для певної довжини хвилі. Сучасні багатомодові кабелі мають А = 160-500 МГц * км. Що стосується сучасних одномодових кабелів і лазерних випромінювачів, то вони забезпечують смугу пропускання близько 1 Ггц при довжині лінії 100 км.

Ефективність використання смуги пропускання визначається прийнятою схемою кодування. У технології FDDI (і 100BaseFX), наприклад, застосовується фізичне кодування за методу NRZI, при якому один біт передається за один такт синхронізації. Це означає, що кожні 4 біти корисної інформації кодуються 5-бітним символом, передаються за 5 тактів. Таким чином, коефіцієнт використання смуги пропускання становить 4/5 = 0,8, і для передачі даних зі швидкістю 100 Мбіт/с потрібно забезпечити передачу імпульсів з частотою (смугою) 125 МГц.

В технологіях сучасних поколінь використовується когерентне випромінювання з модуляцією частоти або фази сигналу. При цьому досягається пропускна здатність, вимірювана гігабіт на секунду при довжині в сотні кілометрів без регенерації. Інший напрям - солітоновая технологія, заснована на передачі надкоротких (10 пс) імпульсів-солітонів. Ці імпульси поширюються без спотворення форми, і в ідеальній лінії (без загасання) дальність зв'язку не обмежена при гігабітних швидкостях передачі. Для цих технологій, поки не мають відношення до локальних мереж, пропускна здатність лінії визначається іншими способами.

Джерела і приймачі випромінювання

В Як джерела випромінювання використовуються світлодіоди та напівпровідникові лазери. Світлодіоди (LED - Light Emitted Diode) є некогерентного джерелами, які генерують випромінювання в деякій безперервної області спектра шириною 30-50 нм. Через значну ширини діаграми спрямованості їх застосовують тільки при роботі з багатомодовим волокном. Найдешевші випромінювачі працюють в діапазоні хвиль 850 нм (з них почалася волоконна зв'язок). Передача на більш довгих хвилях ефективніше, але технологія виготовлення випромінювачів на 1300 нм складніше і вони дорожче.

Лазери є когерентним джерелами, що володіють вузькою спектральної шириною випромінювання (1-3 нм, в ідеалі - монохромні). Лазер дає вузьконаправлений промінь, необхідний для одномодового волокна. Довжина хвилі - 1300 або 1550 нм, освоюються і більше довгохвильові діапазони. Швидкодія вище, ніж у світлодіодів. Лазер менш довговічний, ніж світлодіод, і більш складний у управлінні. Потужність випромінювання сильно залежить від температури, тому доводиться застосовувати зворотний зв'язок для регулювання струму. Лазерний джерело чутливий до зворотних відображення: відбитий промінь, потрапляючи в оптичну резонансну систему лазера, залежно від зсуву фаз може викликати як ослаблення, так і посилення вихідного сигналу. Нестабільність рівня сигналу може приводити до не працювати з'єднання, тому вимоги до величини зворотних відображень у лінії для лазерних джерел набагато жорсткіше. Лазерні джерела застосовуються і для роботи з багатомодовим волокном (наприклад, в технології Gigabit Ethernet 1000Base-LX). Спектральні характеристики випромінювачів зображені на рис. 5.

Рис. 5 Спектральні характеристики випромінювачів:

а - світлодіод

б - лазер

детекторами випромінювання служать фотодіоди. Існує ряд типів фотодіодів, що розрізняються за чутливості і швидкодією. Найпростіші фотодіоди мають низьку чутливість і великий час відгуку. Великим швидкодією володіють діоди, у яких час відгуку вимірюється одиницями наносекунд при доданому напрузі від одиниць до десятків вольт. Лавинні діоди мають максимальну чутливістю, але вимагають програми напруги в сотні вольт, і їх характерістікі сильно залежать від температури. Залежність чутливості фотодіодів від довжини хвилі має явно виражені максимуми на довжинах хвиль, визначаються матеріалом напівпровідника. Найдешевші кремнієві фотодіоди мають максимальну чутливість в діапазоні 800-900 нм, різко спадають вже на 1000 нм. Для більш довгохвильових діапазонів використовують германій і арсенід індію та галію.

На основі випромінювачів і детекторів випускають готові компоненти - передавачі, приймачі та приймач. Ці компоненти мають зовнішній електричний інтерфейс ТТЛ або ЕСЛ. Оптичний інтерфейс - конектор певного типу, який часто встановлюють на відрізок волокна, приклеєний безпосередньо до кристалу випромінювача або детектора.

Передавач (transmitter) являє собою випромінювач зі схемою управління. Основними оптичними параметрами передавача є вихідна потужність, довжина хвилі, спектральна ширина, швидкодія та довговічність. Потужність передавачів вказують для конкретних типів волокон (щоб у розрахунках не враховувати діаграму спрямованості, діаметр і апертуру випромінювача).

Приймач (receiver) - це детектор з підсилювачем-формувачі. Приймач характеризується прийнятих діапазоном хвиль, чутливість, динамічний діапазон і швидкодією (смугою пропускання).

Оскільки в мережах завжди використовується двонаправлена зв'язок, випускають і трансивери (transceiver) - складання передавача і приймача з узгодженими параметрами.

Топологія з'єднань

Оптоволоконна передача допускає різноманітність топологій з'єднання пристроїв. Кожне пристрій з оптичним портом, як правило, має приймач і передавач кожен зі своїм коннектором. Найбільш проста і поширена топологія з'єднань - Двоточковим (рис. 6, а). Тут вихід передавача одного порту з'єднується волокном з окремим входом протилежної порту. Таким чином, для дуплексної зв'язку необхідно два волокна. На основі двоточковим з'єднання будується і зіркоподібна топологія (мал. 6, б), де кожен порт периферійного пристрою з'єднується парою волокон з окремим портом центрального пристрою, який може бути як активним, так і пасивним.

В кільцевої топології вихід передавача одного пристрою з'єднується з входом наступного і так далі до замикання кільця. Для того щоб пристрої могли обмінюватися інформацією по кільцю, вони всі мають бути включені і справні, що не завжди можна досягти. Для можливості роботи кільця при відключенні окремих пристроїв, застосовують обхідні комутатори (bypass switch).

Рис. 6 Топологія сполук: а - двоточковим, б - зіркоподібна

Обхідний (він же прохідний) комутатор представляє собою пасивне кероване пристрій, що включається між лініями зв'язку та коннекторами приймача і передавача пристрою. Він має поворотний дзеркало з електричним приводом. За наявності керуючого напруги дзеркало приймає таке положення, при якому станція включена в кільце. При відсутності керуючого напруги дзеркало повертається так, що кільце замикається, минаючи станцію, і, крім того, в тестових цілях приймач станції підключається до її передавача. Під пасивністю комутатора мається на увазі те, що він не має власних приймачів і передавачів, а також підсилювальних схем.

З оптоволокном також можлива організація розділяється середовища передачі на чисто пасивних елементах-розгалужувачі. Разветвітел' (coupler) являє собою багатопортовий пристрій для розподілу оптичної потужності (тут під портом розуміється точка підключення волокна). Світлова енергія, що надходить на один з портів, розподіляється між іншими портами в заданому співвідношенні. У реальному розгалужувачі присутні і різні втрати, так що сума вихідних потужностей буде менше вхідний. Розгалужувачі реалізуються за допомогою зварювання вузла з декількох волокон або за допомогою спрямованих відбивачів.

Т-разветвітел' має 3 порти, такі розгалужувачі можна поєднувати в ланцюг, реалізуючи шинну топологію з розділяються доступом до середовища передачі (мал. 7, а). Для того щоб в ланцюжок можна було поєднувати значну кількість абонентів, розгалужувачі мають більшу частину потужності пропускати наскрізь, а до абонентів відгалужується меншу. Абоненти, що мають окремі коннектори приймачів і передавачів, повинні підключатися до шини через додаткові розгалужувачі. У такій мережі втрати між абонентами сильно залежать від їх взаємного розташування в ланцюжку, у внаслідок чого підвищуються вимоги до ширини динамічного діапазону приймачів. Зі зростанням кількості абонентів втрати (в децибелах) зростає лінійно.

Рис. 7 Застосування T-розгалуджувачів: а - оптична шина, б - Двоточковим з'єднання

Рис. 8 Графік залежності втрат від числа абонентів

В розгалужувачі "зірка" світло, що входить в будь-який порт, рівномірно розподіляється між всіма іншими. На основі такого розгалужувачі може будуватися мережу з розділяється середовищем передачі і зіркоподібній топологією. Тут зростання втрат з збільшенням числа вузлів відбувається набагато повільніше, але є розплатою велика потреба в оптичному кабелі - від кожного абонента до розгалужувачі йде пара волокон. На рис. 8 наведені графіки втрат для мереж з ідеальними (без внутрішніх втрат) і реальними розгалужувачі обох типів.

Оптоволоконні кабелі

Оптоволокно саме по собі дуже крихке і для використання потребує додаткового захисту від зовнішніх впливів. Кабелі, що застосовуються в мережах, використовують одномодові і багатомодові волокна з номінальним діаметром оболонки 125 мкм в покритті з зовнішнім діаметром 250 мкм, які можуть бути укладені і в 900-мкм буфер. Оптичний кабель складається з одного або декількох волокон, буферної оболонки, силових елементів і зовнішньої оболонки. У залежності від зовнішніх впливів, яким повинен протистояти кабель, ці елементи виконуються по-різному.

За кількістю волокон кабелі підрозділяють на симплексних (одножильні), дуплексні (2 волокна) і багатожильні (від 4 до декількох сотень волокон). У багатожильних кабелях звичайно застосовуються однотипні волокна, хоча виробники кабелю під замовлення можуть комплектувати його і різнотипними (ММ і SM) волокнами. Орієнтовні значення основних параметрів волокон наведено в табл. 1. Найбільш популярне багатомодове волокно 62,5/125, однак його смуги пропускання на хвилях 850 нм недостатньо для організації довгих магістралей Gigabit Ethernet. Волокно 100/140, вказане в специфікації Token Ring, застосовується обмежено. З одномодових більше поширене волокно 9,5/125.

Таблиця 1. Основні параметри оптичних волокон

ВОЛОКНО

загасання, дБ/км

ШПАЛЬТА ПРОПУСКАННЯ, МГц * км

Апертура

мкм/мкм

850 нм

1300 нм

1550 нм

850 нм

1300 нм

8/125, 9,5/125

0,35

0,22

0,1

50/125

2,7-3,5

0,7-2,0

400-500

0,20

62,5/125

2,7-3,5

0,7-1,5

160-200

400-500

0,275

100/140

5,0

4,0

100

200

0,29

Волокна характеризуються і більш докладними геометричними параметрами (допуски діаметрів, ексцентриситет, некруглих), але їх приводять не у всіх специфікаціях і в практичних розрахунках вони не фігурують.

Буфер відокремлює волокно від інших елементів кабелю і є першим ступенем захисту волокна. Буфер може бути щільним або пустотілою. Щільний буфер (tight buffer) заповнює весь простір між покриттям і зовнішньою оболонкою кабелю. Найпростішим щільним буфером є 900-мкм захисне покриття волокна. Щільний буфер забезпечує гарний захист волокна від тиску і ударів, кабель в щільному буфері має невеликий діаметр і допускає вигин з відносно невеликим радіусом. Недоліком щільного буфера є чутливість кабелю до зміни температури: через різницю в коефіцієнтах теплового розширення волокна (малий) і буфера (великий) при охолодженні буфер буде «с'ежіваться», що може викликати мікроізгіби волокна. Кабель з щільним буфером застосовують у основному для розведення усередині приміщень і виготовлення комутаційних шнурів.

В кабелі з пустотілою буфером (loose tube) волокна вільно розташовуються в порожнини буфера - жорсткої пластикової трубки, а час, що залишився простір може бути заповнено гідрофобним гелем. Така конструкція більш громіздка, але забезпечує велику стійкість до розтягування і змін температури. Тут волокна мають довжину більшу, ніж довжина кабелю, тому деформації оболонки не зачіпають саме волокно. У залежності від призначення і числа волокон профіль буфера може мати різну форму.

Силові елементи забезпечують необхідну механічну міцність кабелю, приймаючи на себе розтягуючі навантаження. В якості силових елементів використовують кевларові нитки, сталеві стрижні, Стренга з скрученою сталевого дроту, склопластикові стрижні. Найвищу міцність має сталевий дріт, але для повністю непровідних кабелів вона непридатна.

Зовнішня оболонка захищає всю конструкцію кабелю від вологи, хімічних і механічних впливів. Кабелі для важких умов експлуатації можуть мати багатошарову оболонку, що включає і бронюють сорочку із сталевої стрічки або дроту. Матеріал зовнішньої оболонки визначає захищеність кабелю від тих чи інших впливів, а також горючість кабелю і токсичність виділяється диму.

В локальних мережах застосовують кабелі зовнішньої, внутрішньої та універсальної прокладки. Зовнішні (outdoor) кабелі відрізняються кращою захищеністю від зовнішніх впливів і більш широким діапазоном допустимих температур. Однак за протипожежним нормам їх не дозволяється використовувати всередині приміщення, оскільки при горінні вони виділяють токсичний дим. З цієї причини довжина прокладання такого кабелю усередині приміщення обмежується 15 м - далі повинна бути розподільна коробка, в якій цей кабель стикується з внутрішнім.

Внутрішній (indoor) кабель, як правило, менш захищений, але і менш небезпечний у випадку загоряння. Універсальний (indoor/outdoor) кабель поєднує в собі захищеність і нешкідливість, але, як правило, він дорожчий спеціалізованого.

Розподільний (distribution) кабель складається з безлічі волокон (часто в 900-мкм буфері), його обробляють в розподільних коробках і панелях, корпуси яких захищають волокна від механічних впливів.

В загальних специфікаціях на оптичний кабель вказують, наступні параметри (наводяться без позначень, в силу неоднозначностей різних класифікацій):

призначення кабелю, його захищеність, наявність електропровідних елементів, можливі способи прокладки;

тип і кількість волокон;

діапазон робочих температур, окремо може вказуватися для прокладки і експлуатації;

припустиме розтягуюче зусилля;

мінімальний радіус вигину, постійного і короткочасного;

максимальне розчавлює зусилля;

для самонесучих кабелів - довжина прольоту і стріла провис;

зовнішній діаметр;

погонний вага;

матеріал зовнішньої оболонки та/або характеристики горючості.

Оптичний кабель вимагає особливо дбайливого ставлення при прокладці. Якщо для мідного кабелю порушення гранично допустимих параметрів (зусилля, радіус вигину) призводить, як правило, тільки до погіршення характеристик (до обриву провідників справа доходить рідко), то такі «вольності» з оптичним кабелем можуть призводити до розриву (зламу) волокна. Для оголеного волокна особливо небезпечне поєднання розтягування і згину, в кабелях з пустотілою буфером вплив на волокно пом'якшується.

Оптичний кабель чутливий до перепадів температур, від яких волокно може тріскатися. Для кабелів, що виходять з приміщення, потрібно брати до уваги і вплив градієнта температури: він визначається через різницю температур, яка взимку може досягати і 50-60 ° С, і товсті стіни. Якщо градієнт вище допустимого, волокно може тріснути.

Для роботи в умовах високого рівня радіації потрібен спеціальний кабель. Від високого рівня радіації волокно може мутнеть, в результаті чого зросте загасання сигналу в кабелі. Надпотужне опромінення (ядерний вибух) призводить до різкого зростання загасання, яке експоненціально знижується до припустимого за час, що обчислюються десятками хвилин.

Оптичні з'єднувачі

Оптичні з'єднувачі призначені для постійного або тимчасового, роз'ємного або нероз'ємного з'єднання волокон. Основні параметри з'єднувача - вносяться втрати і рівень зворотного відображення. Для мінімізації втрат необхідне точне взаємне позиціонування з'єднуються волокон, що особливо складно досягти для одномодових волокон. Важливою характеристикою з'єднувачів є діапазон робочих температур - теплове розширення компонентів з'єднувача впливає на точність позиціювання з усіма відповідними наслідками. Якість сполук сильно пов'язаний з вартістю з'єднувачів або необхідного обладнання, тому ідеального з'єднувача на всі випадки життя немає.

нероз'ємним з'єднувачі

Самое краще постійне нероз'ємне з'єднання волокон забезпечує зварювання - вносяться втрати <0,05 дБ (типове значення 0,01 дБ для ММ і 0,02 дБ для SM), зворотні відображення <-60 дБ. Перед зварюванням волокна звільняють від захисного буфера і спеціальним інструментом сколюють кінчики. Якісно виконана операція забезпечує досить гладку поверхню відколу, перпендикулярну до осі волокна. Підготовлені кінці закріплюють у зварювальному апараті, який здійснює точне позиціонування волокон за трьома координатами. Позиціонування виконується автоматично або вручну, під наглядом через мікроскоп. Після точного поєднання стик зварюється електричною дугою. Місце зварювання з-за внутрішніх напруг стає досить крихким. Від зламу його захищають спеціальної термозбіжною трубочкою, яку надягають на один з решт до сварки, а потім насуваються на стик і нагрівають. Головний недолік зварювання-zнеобходімость використання дорогого обладнання та джерела електроенергії на місці роботи. Зварювання в основному застосовується при прокладанні довгих ліній, де велика кількість стиків ставить жорсткі обмеження на внесене загасання і надійність з'єднання.

Для нероз'ємного (постійного або тимчасового) з'єднання волокон без використання зварювання застосовують механічні з'єднувачі - Сплайс (splice). Сплайс фіксують волокна в необхідному положенні і зазвичай допускають багаторазове використання.

Роз'ємні з'єднувачі

Для роз'ємного з'єднання двох волокон на їх кінці встановлюють коннектори (connector), вони ж качани, які вставляють у сполучні розетки (receptacle), які зображені на рис. 9.

Коннектор має два функціональних елементи - корпус 1 і наконечник 2. Наконечник (ferrule), який закріплюється на волокні, забезпечує його центровку в розетці. Від матеріалу, з якого виготовлений наконечник, залежить якість коннектора -- рівень внесених втрат. Кращим матеріалом вважається кераміка - допуски при її обробці мінімальні, потім йде нержавіюча сталь, найдешевші коннектори мають пластмасовий наконечник. Волокно закріплюється в наконечнику або з епоксидного допомогою клею (традиційний спосіб), або за допомогою обтиску відповідної деталі конектора. Виступаючий кінчик волокна сколюють і полірують. Полірування необхідна для того, щоб стикуємих волокна в наконечниках могли якомога ближче присуватися один до одного, а шорсткості поверхонь не вносили б додаткових втрат. Наконечник закріплюється в корпусі коннектора або нерухомо, або відносно вільно. Корпз забезпечує закріплення кабелю та фіксацію коннектора в розетці. "Плаваюче" закріплення наконечника захищає сам оптичний стик від механічних впливів на корпус коннектора і кабель.

Рис. 9 роз'ємне з'єднання

Розетка складається з корпусу і центруючі вставки. Корпус розетки 3 забезпечує її кріплення на панелі і фіксацію конекторів. Вставка 4 забезпечує точне взаємне позиціонування наконечників конекторів. Матеріал вставки - кераміка або бронза - впливає на якість з'єднувача, їм визначається точність позиціонування наконечників.

За типу з'єднуються волокон з'єднувачі діляться на одномодові і багатомодові. Для одномодових потрібна вища точність позиціонування (через малу діаметра серцевини волокна). Тут для наконечників конекторів і центрах вставок розеток зазвичай використовують кераміку, яку можна обробляти за меншими допусками. У таких коннектора часто застосовують "плаваючий" наконечник, щоб зовнішні механічні дії не призводили до порушення позиціонування. Деякі типи конекторів випускають з внутрішнім діаметром наконечника 125, 126 і 127 мкм, що пов'язано з допуском на зовнішній діаметр оболонки волокна. При збірці таких конекторів підбирають наконечник з мінімальним діаметром, який вдається одягти на конкретне волокно. Цим досягається найбільша точність центрування. Для зниження рівня зворотних відображень застосовують наконечники з поліровкою PC і АРС. З цих причин одномодові коннектори дорожче багатомодових варіантів конекторів того ж типу. Одномодові коннектори можна використовувати і для багатомодового волокна, але це занадто дорого.

Кольорова маркування (за TIA/EIA-568A): багатомодові коннектори та адаптери (розетки) -- бежеві, одномодові - сині.

За кількості з'єднуються волокон коннектори діляться на одинарні (симплексних), дуплексні (подвійні) і багатоканальні.

В оптичних коннектора використовуються різні механізми фіксації. Поворотні фіксатори - байонетні (ST) або гвинтові (FC) - не дозволяють отримувати дуплексні конструкції з високою щільністю портів. Набагато зручніше фіксація "Тягни-штовхай" (push-pull), що застосовується в роз'ємах SC (одиночних і дуплексних).

Типи конекторів

В відміну від електричних роз'ємів, з яких у мережах застосовується в основному один тип (RJ-45), оптичних конекторів існує велика кількість, що не сприяє здешевленню оптичних технологій. Роз'єми розрізняються розмірами, формою, способом фіксації коннектора, що з'єднуються кількістю волокон, простотою установки і необхідним для цього інструментом. При уявній простоті цих виробів вони мають високу ціну, обумовлену необхідністю застосування прецизійної механічної обробки деталей із спеціальних матеріалів для отримання стабільних та повторюваних характеристик при роботі в заданому діапазоні температур з гарантованим числом циклів з'єднань.

Конектори ST - одиночні, з байонетним фіксацією, діаметр наконечника 2,5 мм. Втрати 0,2-0,3 дБ. Технологія у