Доклад по волоконной оптике

конструкции, в которых вместо стержней применяется оплетка (ОККО).

Для подводных речных переходов применяется кабель в алюминиевой

оболочке с броневым покровом из круглых стальных проволок и полиэтиленовым

шлангом (ОККАК). Для станционных вводов и монтажа создан кабель ОКС.

Кабель зоновой связи марки ОЗКГ (рис.14) содержит восемь градиентных

волокон, расположенных в пазах профилированного пластмассового сердечника.

Так как кабель предназначен для непосредственной прокладки в грунт, он

имеет защитный броневой покров из стальных проволок диаметром 1,2 мм.

Дистанционное электропитание регенераторов осуществляется по четырем медным

изолированным проводникам диаметром 1,2 мм, расположенным в броневом

покрове кабеля. Снаружи кабель имеет полиэтиленовую оболочку.

Рис. 14. Оптический кабель зоновой связи марки ОЗКГ:

1— профилированный сердечник; 2 — силовой элемент; 3 — волокно; 4 —

внутренняя пластмассовая оболочка; 5—стальная проволока; 6—наружная

полиэтиленовая оболочка; 7—медный проводник

Зоновый кабель ОКЗ содержит четыре или восемь многомодовых ОВ,

расположенных в четырех модулях сердечника кабеля, покрытых снаружи

полиэтиленовой оболочкой (см. рис.15). Кабель предназначен для прокладки в

грунт, поэтому имеет защитный броневой покров. Возможны различные варианты

брони: стальные круглые проволоки (ОКЗК), бронеленты (ОКЗБ),

стеклопластиковые стержни (ОКЗС), стальная оплетка (ОКЗО). Изготовляются

также подводные кабели с алюминиевой оболочкой и круглой стальной броней

(ОКЗАК). Станционные кабели маркируются ОКС.

Рис. 15. Оптический кабель зоновой связи марки ОКЗ:

1 — силовой элемент; 2 — оптическое волокно; 3 — медный проводник; 4 и 6 —

полиэтиленовая оболочка; 5—стальная броня

Дистанционное электропитание регенераторов осуществляется по четырем

медным изолированным проводникам диаметром 1,2 мм, расположенным в

сердечнике кабеля.

Кабель магистральной связи ОМЗКГ (рис.16) содержит одномодовые волокна,

обеспечивающие многоканальную связь на большие расстояния. Кабель содержит

четыре или восемь волокон, расположенных в пазах профилированного

пластмассового сердечника. Защитный покров изготавливается в двух

модификациях: из стеклопластиковых стержней или стальных проволок. Снаружи

имеется пластмассовая оболочка. Кабель предназначен для прокладки в грунт.

Рис.16. Магистральный оптический кабель марки ОМЗКГ:

1 — профилированный сердечник; 2 — волокно; 3 — силовой элемент; 4 —

внутренняя пластмассовая оболочка;

5 — стеклопластиковые нити; 6 — наружная полиэтиленовая оболочка

Магистральный кабель ОКЛ изготавливается из одномодовых волокон с

сердцевиной диаметром 10 мкм, имеет две модификации: с медными проводниками

диаметром 1,2 мм для дистанционного питания регенераторов (рис.17) и без

медных проводников с питанием от местной сети или автономных источников

теплоэлектрогенераторов (ТЭГ).

Рис. 17. Магистральный оптический кабель марки ОКЛ:

1 — оптическое волокно; 2 — оболочка оптического модуля; 3 — центральный

силовой элемент из стеклопластикового стержня;4—оболочка; 5—медная жила;

6—изоляция медной жилы; 7—гидрофобное заполнение; 8 — обмоточная лента; 9 —

промежуточная оболочка из полиэтилена; 10— подушка из крепированной бумаги;

11 — сталеленточная броня; 12—наружная защитная оболочка из полиэтилена (с

битумной подклейкой к броне)

Центральный силовой элемент выполнен из стеклопластиковых стержней.

Наружный покров кабеля имеет несколько разновидностей: для прокладки в

канализации — это полиэтиленовый шланг (марка ОКЛ), для подземной

прокладки—броневой покров из стеклопластиковых стержней (ОКЛС), стальных

лент (марка ОКЛБ), круглой проволоки (ОКЛК).

Для подводных речных переходов создан кабель с алюминиевой оболочкой и

круглопроволочной броней (ОКЛАК). Для станционных вводов и монтажа

используется кабель ОКС.

Основные оптические и физико-механические свойства ОК отечественного

производства приведены в таблице №2

Таблица №2

|Характе| |ОК-50 |ОКК |ОЗКГ |ОКЗ |ОМЗКГ |ОКЛ |

|передач| |-2” | |3” | |” |м”, |

|и | | | | | | |“Сопка-5|

| | | | | | | |” |

|Число | |120 |120, 480|480 |480 |1920 |1920; |

|цифровы| | | | | | |7680 |

|х | | | | | | | |

|?, мкм | |0,85 |1,3 |1,3 |1,3 |1,3 |1,55 |

|?, дБ/ | |3 |0,7…1,0 |0,7… |0,7… |0,7 |0,3 |

|км | | | |1,0 |1,5 | | |

|?F, МГц| |250… |1000 |500…800| |5000 |5000 |

|км | |500 | | | | | |

|Длина | |12 |30 |30 |30 |40 |100 |

|го | | | | | | | |

|, км | | | | | | | |

|Число | |4 и 8 |4, 8, 16|4 и 8 |4 и 8 |4, 8, 16|4, 8, 16|

|Тип | |МОВ |ООВ и |МОВ |МОВ |ООВ |ООВ |

|волокна| | |МОВ | | | | |

|Подземн|d , мм |11…15 |12…18 |17 |18…20 |12…18 |14…18 |

|ые | |100…300|110…320 |370 |406…445|130…400 |140…404 |

| |Q , | |300…3500|3000 | |1300…400|1000…350|

| |кг/км |1200 | | |— |0 |0 |

| |P , Н | | | | | | |

|Подводн|d , мм |— |24 |— |20 |— |25 |

|ые | |— |1200 |— |1040 |— |1300 |

| |Q , |— |25000 |— |25000 |— |25000 |

| |P , Н | | | | | | |

|Строите| |1…2 | |2 | |2 | |

|км | | | | | | | |

|Срок | |25 | |25 | |25 | |

|лет | | | | | | | |

Примечание. —коэффициет широкополосноети; Q — масса; Р—разрывная прочность;

ООВ—одномодовое, МОВ— многомодовое оптическое волокно.

Теория направляющих систем

Развитие волоконно-оптической связи

Волоконная оптика в настоящее время получила широкое развитие и находит

применение в различных областях науки и производства (связь,

радиоэлектроника, энергетика, термоядерный синтез, медицина, космос,

машиностроение, летающие объекты, вычислительные комплексы и т. д.). Темпы

роста волоконной оптики и оптоэлектроники на мировом рынке опережают все

другие отрасли техники и составляют 40 % в год. В ряде стран (Англия,

Япония, Франция, Италия и др.) уже сейчас при строительстве сооружений

связи используются в основном оптические кабели (ОК). Ожидается, что к 2000

г. они займут доминирующее место на сетях междугородной и городской связи.

О масштабах развития волоконно-оптических систем передачи (ВОСП)

свидетельствуют объемы производства оптических волокон в США. За последнее

время ими изготовлено около 10 млн. км волокна. Такое количество позволило

бы сделать 250 витков вокруг всего земного шара.

Технико-экономический анализ показал, что в перспективе при массовом

производстве оптических кабелей они будут конкурентоспособными с

электрическими при потребностях обеспечения передачи сигналов в диапазонах

частот 107...109 Гц.

Важнейшим фактором в развитии оптических систем и кабелей связи явилось

появление оптического квантового генератора лазера.

Советскими учеными, академиками Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым,

выполнены фундаментальные исследования в области оптоэлектроники и

квантовой техники. Первые работы по освоению оптического диапазона волн для

целей связи относятся к началу 60-х годов. В качестве тракта передачи

использовались приземные слои атмосферы и световоды с периодической

коррекцией расходимости и направления луча с помощью системы линз и зеркал.

Открытые (атмосферные) линии оказались подверженными влиянию

метеорологических условий и не обеспечивали необходимой надежности связи.

Линзовые световоды с дискретной коррекцией оказались весьма дорогостоящими,

требовали тщательной юстировки линз и сложных устройств автоматического

управления лучом. Они не нашли практического применения на сетях связи.

Создание высоконадежных оптических кабельных систем связи стало

возможным в результате разработки в начале 70-х годов оптических волокон с

малыми потерями. Такие волокна в значительной мере стимулировали разработку

специализированного оборудования и элементов линейного тракта ВОСП.

В России активно ведется строительство волоконно-оптических линий связи

(ВОЛС) различного назначения: городских, зоновых, магистральных. В 86

городах (Москва, Нижний Новгород, С.-Петербург, Новосибирск, Тбилиси, Киев,

Баку, Ташкент, Минск, Кишинев и др.) действуют оптические соединительные

линии между АТС с цифровыми системами передачи ИКМ-120. Построен ряд

зоновых линий внутриобластного назначения, например: С.-Петербург—Сосновый

бор, Уфа—Стерлитамак, Тула—Щекино, Воронеж—Павловск, Рязань—Мосолово,

Майкоп—Краснодар, Клин—Солнечногорск, Ростов—Азов, Курская область,

Минск—Смолевичи, Рига—Юрмала и др. Построена одномодовая магистраль С.-

Петербург—Минск протяженностью 1000 км на большое число каналов.

В России с участием инофирм осуществляется строительство транссибирской

линии (ТСЛ), которая свяжет Японию, Россию, Европу. Общее число каналов

составит 30 000. Половина из них предназначена для России; в крупных

городах, расположенных по трассе, часть этих каналов будет выделяться,

вторая половина каналов пройдет транзитом на Европу.

Транссибирская линия после включения в мировую межнациональную сеть

связи замкнет глобальное волоконно-оптическое кольцо, которое охватит

четыре континента (Европа—Америка—Азия—Австралия) и пройдет через три

океана (Атлантический, Тихий, Индийский).

Достоинства оптических кабелей и область их применения

Наряду с экономией цветных металлов, и в первую очередь меди,

оптические кабели обладают следующими достоинствами:

широкополосность, возможность передачи большого потока информации

(несколько тысяч каналов);

малые потери и соответственно большие длины трансляционных участков

(30...70 и 100 км);

малые габаритные размеры и масса (в 10 раз меньше, чем электрических

кабелей);

высокая защищенность от внешних воздействий и переходных помех;

надежная техника безопасности (отсутствие искрения и короткого замыкания).

К недостаткам оптических кабелей можно отнести:

подверженность волоконных световодов радиации, за счет которой появляются

пятна затемнения и возрастает затухание;

водородная коррозия стекла, приводящая к микротрещинам световода и

ухудшению его свойств.

Области применения ОК с учетом их достоинств перечислены на (рис.18).

Рис. 18. Свойства и области использования ВОЛС

Для систем связи существенными являются показатели 1—5, для

автоматизированных систем управления и ЭВМ—показатели 1, 2, 3. Мобильные

подвижные системы требуют выполнения в первую очередь показателей 1, 2, 6.

Область возможных применений ВОЛС весьма широка — от линии городской и

сельской связи и бортовых комплексов (самолеты, ракеты, корабли) до систем

связи на большие расстояния с высокой информационной .емкостью. На основе

оптической волоконной связи могут быть созданы принципиально новые системы

передачи информации. На базе ВОЛС развивается единая интегральная сеть

многоцелевого назначения. Весьма перспективно применение оптических систем

в кабельном телевидении, которое обеспечивает высокое качество изображения

и существенно расширяет возможности информационного обслуживания абонентов.

Физические прцессы в волоконных световодах

В отличие от обычных кабелей, обладающих электрической проводимостью и

током проводимости , ОК имеют совершенно другой механизм — они обладают

токами смещения , на основе которых действует также радиопередача. Отличие

от радиопередачи состоит в том, что волна не распространяется в свободном

пространстве, а концентрируется в самом объеме световода и передается по

нему в заданном направлении (рис.19).

Рис.19. Процесс передачи:

а—радиосвязь; б—волоконно-оптическая связь

Передача волны по световоду осуществляется за счет отражений ее от

границы сердцевины и оболочки, имеющих разные показатели преломления . В

обычных кабелях носителем передаваемой информации является электрический

ток, а в ОК—лазерный луч.

В обычных широко используемых в настоящее время симметричных и

коаксиальных кабелях передача организуется по двухпроводной схеме с

применением прямого и обратного проводников цепи (рис.20).

Рис. 20. Передача энергии по двухпроводным (а) и волноводным (б)

направляющим средам

В световодах, волноводах и других направляющих средах (НС) нет двух

проводников, и передача происходит волноводным методом по закону

многократного отражения волны от границ раздела сред. Такой отражательной

границей может быть металл—диэлектрик, диэлектрик—диэлектрик с различными

диэлектрическими (оптическими) свойствами и др.

Граница раздела двухпроводных (двухсвязных) и волноводных (односвязных)

НС характеризуется в первую очередь соотношением между длиной волны и

поперечными размерами направляющей среды .

При должно быть два провода: прямой и обратный, и передача происходит

по обычной двухпроводной схеме; в противном случае не требуется

двухпроводная система, и передача осуществляется за счет многократного

отражения волны от границ раздела сред с различными характеристиками.

Поэтому передача по волноводным системам (световодам, волноводам и другим

НС) возможна лишь в диапазоне очень высоких частот, когда длина волны

меньше, чем поперечные размеры—диаметр НС.

Оптические микронные волны подразделяются на три диапазона:

инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый (таблица №3). В настоящее время

используются в основном волны длиной 0,7...1,6 мкм и ведутся работы по

освоению ближнего инфракрасного диапазона: 2; 4; 6 мкм.

Таблица №3

|Диапазон |ИКЛ |ВЛ |УФЛ |

|f , Гц |1012... |10—14... |1015... |

| |1014 |1015 |1017 |

|? , мкм |0,75...100 |0,4...0,75 |0,01...0,4|

Таким образом, для передачи электромагнитной энергии применяются

электрические оптические кабели, а также радиосвязь (таблица №4).

Таблица №4 (Передача по электрическим (ЭК), оптическим (ОК) кабелям и

радиосвязным каналам (РС))

|Среда |НС |НС |ОС |

|чи | | | |

|Ток |IФ |Iсм |Iсм |

В разных системах используются различные среды (направляющая или

открытая) и токи ( и ). Особенности этих НС связаны с частотными

ограничениями при передаче энергии.

Принципиально различен частотный диапазон передачи по волноводным и

двухпроводным системам. Волноводные системы имеют частоту отсечки —

критическую частоту , ведут себя как фильтры ВЧ, и по ним возможна лишь

передача волн длиной менее чем . Двухпроводные системы свободны от этих

ограничений и способны передавать весь диапазон частот — от нуля и выше.

Волоконные световоды

Основным элементом ОК является волоконный световод, выполненный в виде

тонкого стеклянного волокна цилиндрической формы. Волоконный световод имеет

двухслойную конструкцию и состоит из сердцевины и оболочки с разными

оптическими характеристиками (показателями преломления ). Сердцевина служит

для передачи электромагнитной энергии. Назначение оболочки: создание лучших

условий отражения на границе “сердцевина—оболочка” и защита от излучения

энергии в окружающее пространство. Снаружи располагается защитное покрытие

для предохранения волокна от механических воздействий и нанесения

расцветки.Сердцевина и оболочка изготовляются из кварца , покрытие — из

эпоксиакрилата, фторопласта, нейлона, лака и других полимеров.

Оптические волокна классифицируются на одномодовые и многомодовые.

Последние подразделяются на ступенчатые и градиентные. Одномодовые волокна

Страницы: 1, 2, 3, 4

МЕНЮ

Доклад по волоконной оптике