- станционные;
- зоновые;
- магистральные.
Первые два типа кабелей предназначены для прокладки внутри зданий и
сооружений. Они компактны, легки и, как правило, имеют небольшую
строительную длину.
Кабели последних двух типов предназначены для прокладки в колодцах
кабельных коммуникаций, в грунте, на опорах вдоль ЛЭП, под водой. Эти
кабели имеют защиту от внешних воздействий и строительную длину более двух
километров.
Для обеспечения большой пропускной способности линии связи
производятся ВОК, содержащие небольшое число (до 8) одномодовых волокон с
малым затуханием, а кабели для распределительных сетей могут содержать до
144 волокон как одномодовых, так и многомодовых, в зависимости от
расстояний между сегментами сети.
При изготовлении ВОК в основном используются два подхода:
- конструкции со свободным перемещением элементов;
- конструкции с жесткой связью между элементами.
По видам конструкций различают кабели повивной скрутки, пучковой
скрутки, кабели с профильным сердечником, а также ленточные кабели.
Существуют многочисленные комбинации конструкций ВОК, которые в сочетании с
большим ассортиментом применяемых материалов позволяют выбрать исполнение
кабеля, наилучшим образом удовлетворяющее всем условиям проекта, в том
числе - стоимостным.
Особый класс образуют кабели, встроенные в грозозащитный трос
(оптические волокна укладываются в стальные трубки, которые заменяют провод
заземления), используемые для подвески на опорах воздушных линий
электропередачи [4]. Такие кабели характеризуются способностью выдерживать
высокие механические и электрические нагрузки, обладают высокой
молниестойкостью и высокой стойкостью к вибрации, и предназначены для
соединения электростанций и станций управления, используя действующие
высоковольтные линии.
2.1.1. Соединение оптических волокон
Развитие волоконно-оптических телекоммуникационных технологий в
основном определяется качеством волоконно-оптических кабелей (ВОК) на
многомодовых и одномодовых оптических волокнах, изготовленных методом
покрытия кварцевой жилы полимерными или кварцевыми материалами. Некоторые
из этих волокон в настоящее время по ряду характеристик приблизились к
предельно возможным показателям. Так, одномодовое волокно с рабочей длиной
волны 1,55 мкм практически достигло предела по затуханию, равного 0,154
дБ/км. Это позволило в настоящее время строить регенерационные участки
длиной до 200 км и более, снижая тем самым затраты на строительство
волоконно-оптических линий связи. Однако ввиду естественных ограничений
производить волокна таких длин не представляется возможным. Поэтому
осуществляют соединение оптических волокон, называя участок между
соединениями строительной длиной. Снижение коэффициента затухания
оптического волокна обуславливает ужесточение требований к качеству
соединений. Это объясняется тем, что число таких соединений, как правило,
достаточно велико. Иные требования предъявляются к устройствам соединения
волоконно-оптических кабелей, предназначенных для локальных сетей, имеющих
небольшие длины участков. Данные устройства должны быть компактными,
допускать многоразовое соединение и отличаться простотой выполнения
соединения [5].
2.2. Оптическое волокно. Общие положения
Важнейший из компонентов ВОЛС - оптическое волокно. Для передачи
сигналов применяются два вида волокна: одномодовое и многомодовое. Свое
название волокна получили от способа распространения в них излучения.
Оптическое волокно (рис. 2.1) состоит из сердцевины, по которой
происходит распространение световых волн, и оболочки, предназначенной, с
одной стороны, для создания лучших условий отражения на границе раздела
«сердцевина - оболочка», а с другой - для снижения излучения энергии в
окружающее пространство. С целью повышения прочности и тем самым надежности
волокна поверх оболочки, как правило, накладываются защитные упрочняющие
покрытия.
Рис 2.1. Общий вид типового ОВ.
Такая конструкция ОВ используется в большинстве оптических кабелей
(ОК) в качестве базовой [5]. Сердцевина изготавливается из оптически более
плотного материала. Оптические волокна отличаются диаметром сердцевины и
оболочки, а также профилем показателя преломления сердцевины, т.е.
зависимостью показателя преломления от расстояния от оси ОВ (см. рис 2.3).
Все оптические волокна делятся на две основные группы: многомодовые
MMF (multi mode fiber) и одномодовые SMF (single mode fiber). В
многомодовых ОВ, имеющих диаметр светонесущей жилы на порядок больше длины
волны передачи, распространяется множество различных типов световых лучей -
мод. Многомодовые волокна разделяются по профилю показателя преломления на
ступенчатые (step index multi mode fiber) и градиентные (graded index multi
mode fiber).
2.3. Распространение световых лучей в оптических волокнах
Основными факторами, влияющими на характер распространения света в
волокне, наряду с длиной волны излучения, являются: геометрические
параметры волокна, затухание, дисперсия.
Рис. 2.2. Распространение излучения по ступенчатому и градиентному
многомодовым и одномодовому ОВ.
Принцип распространения оптического излучения вдоль оптического
волокна основан на явлении полного внутреннего отражения на границе сред с
разными показателями преломления. Процесс распространения световых лучей в
оптически более плотной среде, окруженной менее плотной показан на рис.
2.2. Угол полного внутреннего отражения, при котором падающее на границу
оптически более плотной и оптически менее плотной сред излучение полностью
отражается, определяется соотношением:
[pic], (2.3.1)
где n1 - показатель преломления сердцевины ОВ, n2 - показатель
преломления оболочки ОВ, причем n1 > n2. При попадании светового излучения
на торец ОВ в нем могут распространяться три типа световых лучей,
называемые направляемыми, вытекающими и излучаемыми лучами, наличие и
преобладание какого-либо типа лучей определяется углом их падения на
границу раздела «сердцевина - оболочка». Те лучи, которые падают на границу
раздела под углом [pic] (лучи 1, 2 и 3), отражаются от нее и вновь
возвращаются в сердцевину волокна, распространяясь в ней и не претерпевая
преломления. Так как траектории таких лучей полностью расположены внутри
среды распространения — сердцевины волокна, они распространяются на большие
расстояния и называются направляемыми.
Лучи, падающие на границу раздела под углами [pic] (лучи 4), носят
название вытекающих лучей (лучей оболочки). Достигая границы «сердцевина -
оболочка», эти лучи отражаются и преломляются, теряя каждый раз в оболочке
волокна часть энергии, в связи с чем исчезают вовсе на некотором расстоянии
от торца волокна. Лучи, которые излучаются из оболочки в окружающее
пространство (лучи 5), носят название излучаемых лучей и возникают в местах
нерегулярностей или из-за скручивания ОВ. Излучаемые и вытекающие лучи
являются паразитными и приводят к рассеиванию энергии и искажению
информационного сигнала.
2.4. Моды, распространяющиеся в оптических волноводах
В общем случае распространение электромагнитных волн описывается
системой уравнений Максвелла в дифференциальной форме:
[pic] (2.4.1)
где [pic]- плотность электрического заряда, [pic] и [pic] –
напряженности электрического и магнитного полей соответственно, [pic]–
плотность тока, [pic] и [pic] – электрическая и магнитная индукции.
Если представить напряженность электрического и магнитного поля
[pic] и [pic] при помощи преобразования Фурье [5]:
[pic], (2.4.2)
то волновые уравнения примут вид:
[pic], (2.4.3)
где [pic] - оператор Лапласа.
Световод можно представить идеальным цилиндром с продольной осью z,
оси х и у в поперечной (ху) плоскости образуют горизонтальную (xz) и
вертикальную (xz) плоскости. В этой системе существуют 4 класса волн (Е и Н
ортогональны):
поперечные Т: Ez = Нz = 0; Е = Еy; Н = Нx;
электрические Е: Еz = 0, Нz = 0; Е = (Еy , Еz) - распространяются в
плоскости (yz); Н = Нx ;
магнитные Н: Нz = 0, Еz = 0; Н = (Нx , Нz) - распространяются в
плоскости (xz), E = Ez;
смешанные ЕН или НЕ: Еz = 0, Нz = 0; Е = (Еy , Еz), Н = (Нx , Нz) -
распространяются в плоскостях (xz) и (yz).
При решении системы уравнений Максвелла удобнее использовать
цилиндрические координаты (z, r, ?), при этом решение ищется в виде волн с
компонентами Ez , Нz вида:
[pic], (2.4.4)
где [pic] и [pic] - нормирующие постоянные, [pic] - искомая функция,
[pic] - продольный коэффициент распространения волны.
Решения для [pic] получаются в виде наборов из m (появляются целые
индексы m) простых функций Бесселя [pic] для сердцевины и модифицированных
функций Ханкеля [pic] для оболочки, где [pic] и [pic] - поперечные
коэффициенты распространения в сердцевине и оболочке соответственно, [pic]
- волновое число. Параметр [pic] определяется как решение
характеристического уравнения, получаемого из граничных условий, требующих
непрерывности тангенциальных составляющих компонент Ez и Нz
электромагнитного поля на границе раздела сердцевины и оболочки.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
