Классификация и устройство оптоволоконных кабелей
Оптоволоконный кабель, впервые запущенный в массовое производство в 1977 году, стал основой для дальней связи и обеспечил взрывной характер развития мировой сети. Через него почти мгновенно передаются терабайты информации на расстояние в десятки тысяч километров. С помощью оптового кабеля пользователей обеспечили быстрым интернетом, а связистов — работой по освоению обширных территорий. Кроме того, стекловолокно долговечно, устойчиво к влиянию окружающей среды и воздействию электромагнитных полей.
Как выглядит оптоволокно
Эта стеклянная нить, у которой Ø = 125 микрометров (вместе с защитной оболочкой), производится при температуре в 2000 °С из кремнезема или пластика путем вытягивания до нужного диаметра. В принципе, ее устройство мало чем отличается от силовых кабелей с алюминиевыми или медными жилами. Вот только токоведущие металлы заменены гибким оптическим волокном. По нему сигналы передаются в виде световых импульсов, которые практически не затухают и не искажаются.
Описание и устройство
Оптические кабели (ОК), точно так же, как и силовые аналоги, различаются по видам, которые зависят от конструкции, типа исполнения, области применения и других критериев. Конструктивно они состоят из таких частей:
- Стекловолоконная нить, вытянутая из кварцевого стекла, заключенная в двухслойную защитную оболочку из стекла или пластика, а также лака. Отражающее покрытие не дает свету вырваться за пределы проводящего волокна. Защитный лак уменьшает хрупкость. Причем уровень отражения света у нити высокий, а у оболочки — низкий.
- Оптический модуль — пластиковая или металлическая оболочка в виде трубки, в которой размещены хрупкие стекловолокна, скрученные особым образом в пучок. Кабель может состоять из одного оптического модуля (тубы с оптоволокном) или, что гораздо чаще, из нескольких туб. Такой модуль обеспечивает защиту от механических воздействий и объединяет оптоволокна разных стандартов и назначений.
- Сердечник из стального канатика, пластика, стренги, проволоки, играющий роль центрального силового элемента. Он позволяет изгибать кабель без повреждения хрупких стекловолокон и принимает на себя все продольные нагрузки.
- Наружная оболочка, защищающая кабель от негативных воздействий влаги, температурных колебаний, механических воздействий. Обычно она делается двухслойной.
Кроме того, конструкция оптоволоконного кабеля может включать укрепляющие элементы:
- синтетические упругие арамидные нити, устойчивые к перепадам температур, влиянию химических реагентов, делающие кабель прочнее;
- стальная гофра или броня (оплетка из стальных проволочек или нитей кевлара), защищающая кабель от растягивающих усилий, механических повреждений и грызунов;
- пластиковые, отдельно поставляемые демпферы, применяемые при разводке аппаратуры;
- различные заполнители, защищающие оптический кабель от влаги — гидрофобные гели, порошки, компаунды, блокирующие воду ленты, нити;
- металлические проводники.
Одномодовые и многомодовые стекловолокна
ОК также различаются по конструктивному исполнению сердечника. Выпускаются два самых популярных типа оптического кабеля: с одномодовым (SM) стекловолокном и многомодовым (ММ). Принципиальное различие между ними заключается в разных способах движения луча света. У одномодового волокна диаметр проводящего стержня нити равняется 9 мкм, а у многомодового — 50 или 62,5 мкм. То есть размер отверстия в первом типе почти в 6 раз меньше, хотя диаметр защитной оболочки в обоих случаях равняется 125 мкм. Через одномодовый кабель можно передавать только одну длину волны света, которая не превышает диаметр светового канала. Световое излучение формируется с помощью лазерного передатчика. Оно передается по стекловолокну двумя способами:
- прямолинейно, угол ввода равен нулю, при этом возникает только однамода, которая распространяется строго по нити без отражений от внешних границ, разделяющих среды;
- под небольшим углом ввода в многомодовое волокно, при этом образуются несколькомод, бегущих по сложным траекториям много раз отражаясь от оболочки и достигающими приемника в разное время.
По SM передается четкий сигнал на расстояние до 500 км. По MM сигнал транслируется слегка размытый, длина уверенного приема не превышает 400–600 м.
Устройство оптического кабеля обусловлено способом и конкретными условиями использования:
- Для применения в помещениях кабель оснащается защитной оболочкой из огнеупорного пластика, с минимумом укрепляющих элементов.
- Для наружного использования в земле или на улице кабели оснащаются защитой в виде стальной гофры, слоя арамидных нитей или бронированной оболочки. Эти укрепляющие элементы устойчивы к влаге и механическим повреждениям.
- Для подвеса оптического кабеля используется конструкция с внешним несущим элементом — стальным тросом, расположенным отдельно в общей изоляции.
Классификация оптических кабелей и область применения
В зависимости от условий использования ОК для интернета и связи:
- прокладывают по опорам контактной сети железных дорог;
- подвешивают на провода линий электропередач;
- укладывают вместе с силовыми кабелями;
- протягивают в водопроводные и канализационные трубы;
- закапывают вдоль автомобильных магистралей;
- размещают на дне водоемов, по руслам рек, в глубинах морей и океанов.
- Стекловолоконные кабели различаются также по конструктивному исполнению центрального силового элемента (ЦСЭ):
- повивная концентрическая скрутка из оптических модулей, у которых число волокон варьируется от 1 до 24 штук вокруг ЦСЭ;
- фигурный сердечник с профилированными пазами, в которые укладываются до 576 оптоволокон.
- Магистральные, применяются для строительства протяженных многоканальных линий связи. Для этих целей подходят только одномодовые кабели, у которых диаметры сердцевины и оболочки составляют 8 и 125 мкм. Информация передается с помощью светового луча с длиной волны 1,3–1,55 мкм. Марки магистральных кабелей: ОКГЦ, ОККЦ, ОКГМ, ОККМ, ОКСМ, ОКСД.
- Зоновые служат для прокладки многополосных линий связи между областным центром и районными центрами (до 250 км). В этом типе оптических кабелей используются градиентные оптоволокна с диаметром сердцевины 50 и 62,5 мкм. Скорость передачи пакетов файлов 100 Мбайт/сек на волнах длиной 0,85 и 1,35 мкм. Примеры марок зоновых оптических кабелей: ОЗКГ, ОМЗКГЦ, ОМЗКГМ.
- Оптические кабели марок ОКСТЦ, ОККТМ, ОКСТМ предназначены для прокладки в коллекторах и трубах кабельной канализации на расстояниях до 10 км. Они водонепроницаемы, устойчивы к ударам, искривлениям, динамическим изгибам. У них высокая дата-пропускная способность. По техническим параметрам класс оптических городских кабелей приближен к зоновому типу.
- Полевые кабели марок ОК-ПН используются при прокладке магистральных линий связи в полевых условиях, в том числе под землей, под водой, на подвесах. Этот класс рассчитан на многократное использование. Отличается огнестойкостью, устойчивостью к растягивающим нагрузкам, влаге, нефтепродуктам. В него входит 1–12 оптических волокон.
- Подводные кабели марок ОА2, СПС, ДАС отличаются такой прочностью, что могут использоваться в качестве грузонесущего элемента. У этой категории повышенные требования к технико-эксплуатационным свойствам:
- устойчивость к разрывным и растягивающим нагрузкам;
- абсолютная водонепроницаемость (даже молекулярная);
- низкая степень дисперсионности;
- значительная длина участков регенерации, когда сигнал передается только в виде светового луча.
- Объектовые (стационарные) оптоволокна, используемые для прокладки систем связи в самолетах, кораблях, видеотелефонов между учреждениями, кабельного телевидения в зданиях. Так как они предназначены для внутренней укладки, у них нет гидрофобных заполнителей и большинства упрочняющих элементов. Легкие огнестойкие кабели этого типа быстро монтируются в кабельных каналах. Примеры марок: ОТЦ, ИКВ-Т2, ИКВА-П.
- Монтажные оптические кабели (ОК-МС с различными номерами разработки) изготавливаются в виде плоских жгутов или лент. Они используются внутри аппаратуры для соединения блоков при создании ограниченных информационных систем. По устройству относятся к многомодовым кабелям с градиентными оптическими волокнами.
- Специальные — для дистанционного управления.
Классификация по способу прокладки
В зависимости от области использования, способов монтажа, конструктивных, технологических особенностей, дальности передачи данных оптические интернет-кабели делятся на следующие типы:
Неплохая перспектива у полностью диэлектрических кабелей связи, которым не страшны сильные электромагнитные поля. Но при наружном использовании для них необходимо создать надежную защиту от механических воздействий. Тогда их можно применять в сейсмоопасных районах, в зоне вечной мерзлоты, в местах, где нередки падения камней, сходы селевых потоков и другие аномальные природные явления.