Производство оптико волоконных кабелей сырье. Методы изготовления оптоволокна

Как производится оптоволоконный кабель

Производство оптико волоконных кабелей сырье. Методы изготовления оптоволокна

Оптическое волокно представляет собой одноцветную нить, полученную из расплавленного кварцевого стекла.

Эти волокна заменяют металлическую проволоку как среду передачи в высокоскоростных высокопроизводительных системах связи, преобразующие информацию в свет, которая затем передается по волоконно-оптическому кабелю.

В настоящее время американские телефонные компании являются крупнейшими пользователями волоконно-оптических кабелей, но технология также используется для линий электропередач, компьютерных сетей локального доступа и передачи видео.

Александр Грэхем Белл, американский изобретатель, наиболее известный по разработке телефона, сначала попытался осуществить связь с использованием света в 1880 году.

Однако световая волновая коммуникация не стала осуществимой до середины двадцатого века, когда передовая технология обеспечила источник передачи, лазер, и эффективный носитель – оптическое волокно.

Лазер был изобретен в 1960 году, а шесть лет спустя исследователи в Англии обнаружили, что волокна из кварцевого стекла будут пропускать световые волны без значительного ослабления или потери сигнала. В 1970 году был разработан новый тип лазера, и первые оптические волокна были получены коммерчески.

В волоконно-оптической системе связи кабели из оптических волокон соединяют источники данных, содержащие лазеры и световые детекторы.

Для передачи информации, цифровая линия преобразует аналоговый электронный сигнал – телефонный разговор или выход видеокамеры – в цифровые импульсы лазерного излучения.

Они проходят через оптическое волокно в другой канал передачи данных, где детектор света переводит их в электронный сигнал.

Сырье

Оптические волокна состоят в основном из диоксида кремния (SiO 2), хотя небольшие количества других химических веществ часто тоже добавляются.

Высокоочищенный порошок двуокиси кремния использовался в способе изготовления ныне устаревших тиглов, а жидкий тетрахлорид кремния (SiCl 4) в газообразном потоке чистого кислорода (02) является основным источником кремния для метода осаждения из паровой фазы, который в настоящее время широко используется.

Другие химические соединения, такие как тетрахлорид германия (GeCl 4) и оксихлорид фосфора (POC1 3), могут быть использованы для получения волокон сердцевины и наружных оболочек или оболочек с функциональными оптическими свойствами.

Поскольку чистота и химический состав стекла, используемого в оптических волокнах, определяют наиболее важную характеристику степени затухания волокон, исследование теперь фокусируется на создании стекол с максимально возможной чистотой.

Очки с высоким содержанием фтора наиболее перспективны для улучшения характеристик оптического волокна, поскольку они прозрачны почти для всего диапазона частот видимого света.

Это делает их особенно ценными для многомодовых оптических волокон, которые могут передавать сотни дискретных сигналов световой волны одновременно.

Как это сделано?

В волоконно-оптическом кабеле многие отдельные оптические волокна связаны вокруг центрального стального кабеля или высокопрочного пластикового носителя для поддержки. Затем это ядро покрывается защитными слоями таких материалов, как алюминий, кевлар и полиэтилен (оболочка).

Поскольку сердечник и оболочка выполнены из слегка отличающихся материалов, свет, проходит через них с разной скоростью. Поскольку световая волна, движущаяся в сердцевине волокна, достигает границы между сердечником и оболочкой, эти композиционные различия между ними заставляют световую волну сгибаться назад в ядро.

Таким образом, поскольку импульс света проходит через оптическое волокно, он постоянно отскакивает от оболочки.

Импульс проходит через оптическое волокно со скоростью света 186 290 миль в секунду (299 340 километров в секунду) в вакууме, несколько медленнее на практике, теряя энергию только из-за примесей в стекле и из-за поглощения энергии неровностями в стеклянной структуре.

Потери энергии (затухание) в оптическом волокне измеряются с точки зрения потери (в децибелах, единица энергии) на расстояние волокна. Как правило, оптическое волокно имеет потери до 0,2 децибел на километр, а это означает, что после определенного расстояния сигнал становится слабым и должен быть усилен или повторен.

При использовании современной технологии передачи данных лазерные повторители сигналов необходимы примерно каждые 30 километров (18,5 миль) в кабеле междугородной связи.

Однако продолжающиеся исследования чистоты оптического материала направлены на расширение расстояния между повторителями оптического волокна до 100 километров (62 мили).

Существует два типа оптических волокон. В одномодовом волокне сердечник меньше, обычно 10 микрометров (микрометр составляет один миллионный метр) в диаметре, а оболочка имеет диаметр 100 микрометров. Одномодовое волокно используется для переноса только одной световой волны на очень большие расстояния.

Связки одномодовых оптических волокон используются в междугородних телефонных линиях и подводных кабелях. Многомодовые оптические волокна с диаметром сердечника 50 микрометров и диаметром оболочки 125 микрометров могут переносить сотни отдельных сигналов световой волны на более короткие расстояния.

Этот тип волокна используется в городских системах, где многие сигналы должны передаваться на центральные коммутационные станции для распространения.

Производство

И сердечник, и оболочка оптического волокна изготовлены из высокоочищенного кварцевого стекла. Оптическое волокно изготавливается из двуокиси кремния одним из двух способов.

Во-первых, метод тигля, в котором расплавленный порошкообразный кремнезем расплавляется, производит более толстые многомодовые волокна, подходящие для короткой передачи многих сигналов световой волны.

Во-вторых, процесс осаждения из паровой фазы создает сплошной цилиндр из сердечника и облицовочного материала, который затем нагревается и втягивается в более тонкое одномодовое волокно для междугородной связи.

Существует три типа методов осаждения из паровой фазы: осаждение фазового пара, осаждение фазы паров и модифицированное химическое осаждение паров (MCVD). В этом разделе основное внимание будет уделено процессу MCVD, наиболее распространенной технологии производства в настоящее время. MCVD дает волокно с малыми потерями, хорошо подходящее для кабелей дальней связи.

Контроль качества

Контроль качества начинается с поставщиков химических соединений, используемых в качестве сырья для стержней подложки, химических реактивов и волоконных покрытий. Специализированные химические поставщики предоставляют подробный химический анализ составных соединений, и эти анализы постоянно проверяются компьютеризованными анализаторами на потоке, связанными с технологическими сосудами.

Инженеры-технолоджи и высококвалифицированные специалисты внимательно следят за герметичными сосудами, когда создаются заготовки и натягиваются волокна.

Компьютеры управляют сложными схемами управления, необходимыми для управления высокими температурами и высоким давлением производственного процесса.

Точные измерительные устройства непрерывно контролируют диаметр волокна и обеспечивают обратную связь для управления процессом.

Будущее

Будущие оптические волокна будут поступать от продолжающихся исследований материалов с улучшенными оптическими свойствами.

В настоящее время кремниевые стекла с высоким содержанием фтора наиболее перспективны для оптических волокон, потери на затухание даже ниже, чем современные высокоэффективные волокна.

Экспериментальные волокна, полученные из стекла, содержащего 50-60% фторида циркония (ZrF 4), теперь показывают потери в диапазоне от 0,005 до 0,008 децибел на километр, тогда как раньше волокна часто имели потери в 0,2 децибела на километр.

В дополнение к использованию более совершенных материалов производители волоконно-оптических кабелей экспериментируют с улучшением процесса. В настоящее время в самых сложных производственных процессах используются высокоэнергетические лазеры для расплавления заготовок для вытяжки волокна.

Волокна могут быть взяты из заготовки со скоростью от 10 до 20 метров (32,8 – 65,6 фута) в секунду, а одномодовые волокна длиной от 2 до 25 километров (от 1,2 до 15,5 миль) могут быть взяты из одной заготовки.

По крайней мере, одна компания сообщила о создании волокон длиной в 160 километров (99 миль), а частота, с которой компании по оптоволоконной оптике в настоящее время переоборудуют свои устройства составляет каждые восемнадцать месяцев, – предполагается, что впереди еще большие инновации.

Эти успехи будут отчасти обусловлены растущим использованием оптических волокон в компьютерных сетях, а также растущим спросом на технологию среди международных рынков, таких как Восточная Европа, Южная Америка и Дальний Восток.

Производство оптоволоконных кабелей

Источник: http://www.Norma-stab.ru/kak_proizvoditsya_opto-volokonnyiy_kabel.html

О производстве оптоволоконного кабеля в перми 6

Производство оптико волоконных кабелей сырье. Методы изготовления оптоволокна

Как известно, не так уж и много товаров для телеком-отрасли производится у нас, в России. Но оптоволоконный кабель – одно из редких исключений. Около 90% того кабеля, который покупается в России и СНГ, здесь же и производится (остальные 10% везут из Китая).

Всего на территории СНГ сегодня 20 предприятий, производящих оптоволоконные кабели, 12 из них можно отнести к крупным. Об одном из самых больших игроков на этом рынке мы как раз и поговорим.

Пермский завод “Инкаб” занимает 25% процентов рынка волоконно-оптических кабелей в СНГ. Основан 7 лет назад. Ниже представлен график, показывающий рост объемов производства и числа сотрудников на Инкабе за все эти годы.

На сегодняшний день основные потребители продукции “Инкаба”, это большая четверка – на нее приходится потребление примерно 70% продукции. Остальные тридцать процентов приходятся, в основном, на интеграторов.

Если говорить точнее про телеком-гигантов, то в этом году самым крупным покупателем был МТС – 25% (большая доля здесь у их дочернего МГТС), на втором месте Ростелеком – 20%, а далее идут Билайн (15%) и Мегафон (5%).

Объемы рынка

В этом году в Перми уже превратили в кабель 1 800 000 км оптоволокна, а во всей стране, соответственно, порядка 5 000 000 км.

При этом просто для сравнения: в Китае в год на создание кабеля уходит 150 млн. км оптоволокна. Собственно, там один завод может обрабатывать 20 млн. км в год, то есть в 4 раза больше, чем все заводы у нас.

Пик производства оптоволоконных кабелей пришелся в России на 2011 год – тогда по разным оценкам было обработано от 7 до 9 млн. км. Затем,  было некоторое сокращение производства.

А к 2014-2016 годам ожидался серьезный рост, но падение рубля в этом году несколько смешало карты.

Дорогой доллар отечественному производителю кабелей крайне не выгоден, так как сырье в основном импортное, а покупатели, за редким исключением, все в России.

Проблема импортозамещения

Очевидно, что вопрос импортозамещения на “Инкабе” возник не по политическим, а по экономическим мотивам. Все, что покупается за доллары или евро, сейчас подорожало. Так что руководство “Инкаба” сейчас активно занимается поиском отечественных производителей.

На “Инкабе” используют оптоволокно американской компании Corning. Пусть за доллары его, в связи с высоким курсом, покупать и накладно, но российских альтернатив пока нет. Сейчас, правда, существуют у нас в стране планы по открытию производства оптоволокна в городе Саранске.

Но там планируемые объемы таковы, что новый российский завод сможет покрыть не более четверти всех потребностей отечественных производителей кабеля.

Ну и к тому же данных о том, насколько саранское оптоволокно будет по качеству отличаться от оптоволокна Corning, пока нет, и не факт, что эти данные нас с вами обрадуют, когда появятся.

Полиэтилен для производства кабеля везется из Финляндии. Потому что в России не производят этого материала в нужном для оптоволоконного кабеля качестве. В этом направлении есть, правда, планы договориться с отечественными предприятиями о производстве специального полиэтилена подходящего для ВОЛС.

Собственно в России из нужного “Инкабу” производится только стальная и алюминиевая проволока, необходимая для особо прочных видов кабеля.

На “Инкабе” используется в основном оборудование из Европы, и есть немного китайского. Кое-где применяют и российское, но для выполнения совсем простых задач, вроде намотки кабеля. А, как отметил гендиректор “Инкаба” Александр Смильгевич, на появление чего-то более высокотехнологичного в исполнении отечественных машиностроителей пока надежды нет. 

Экскурсия по заводу

Нам организовали экскурсию по заводу и разрешили фотографировать, так что получился целый фоторепортаж о производстве оптоволоконных кабелей. На “Инкабе” производятся кабели, предназначенные для самых разных условий. Так как подробно писать о каждой разновидности не хватит никакой статьи, мы расскажем о процессе создания кабеля в целом. 

Вид сверху на одну из производственных площадок “Инкаба”

Мы проследили весь путь, который проходит оптоволокно для того, чтобы стать кабелем. 
Сначала оптоволокно красят.

Еще не покрашенное оптоволокно Corning

В нижнем левом углу емкости с краской

Красят в данном случае в желтый цвет

Превращение в кабель

В качестве примера берем кабель для прокладки в грунт. Уже покрашенные волокна помещаются в оптический модуль. 

Затем наносится первая оболочка из полиэтилена. Поверх этого всего накладываются стальные проволоки. На видео заготовка проходит через гидрофобную установку. 

После этого кабель покрывается внешней оболочкой, и на готовый кабель уже наносится маркировка.

Превращение в кабель попрочнее

Как нам рассказали на “Инкабе”, предметом отдельной гордости является у них так называемый “оптический грозотрос”. То есть, тот же самый грозотрос, что используется на линиях электропередач, но в нем еще есть и оптика. Здесь его начали выпускать совсем недавно, поэтому все, что с ним связанно, стремились показать в первую очередь.

Собственно так вот он выглядит на схеме:

Но тут мы показали не слишком защищенный кабель. Если же нужно положить оптику в грунт или, например, протянуть ее на линии электропередач, используют защиту посерьезнее. 

В первую очередь, волокно помещают в стальной модуль.

Исходные материалы

А вот что с этими исходными материалами делают

Как вы можете видеть, помимо оптических волокон в стальном модуле в производстве этого грозотроса используется стальная проволока покрытая алюминием и проволока из алюминиевого сплава. Плакирование происходит на самом “Инкабе”.

Еще необработанная стальная проволока и алюминиевая на заднем плане

Плакирование происходит так: 

Берется вот такая проволока

Вставляется вот сюда

Здесь она очищается при помощи кислоты и покрывается алюминием. После чего выглядит уже вот так:

А тут проволока скручивается вместе с оптическим модулем:

Испытание на прочность

Все кабели, произведенные на “Инкабе”, тестируются на устойчивость к внешним воздействиям. 

Испытывают устойчивость кабеля к растяжению:

Во время испытания на кабеле устанавливается датчик, измеряющий уровень растяжения.

К давлению:

К скручиванию (360 градусов в каждую сторону) 

К ударам (4 кг груз бросается с разной высоты)

Результат удара

К сгибанию (на 90 градусов 20 раз)

К прониканию жидкостей. Подкрашенная вода подается прямо в кабель, чтобы было лучше видно, как далеко она проникла.

И наконец, к воздействию электричества при помощи вот этого вот прибора:

И только после всех этих испытаний и перерождений кабель считается готовым к эксплуатации.

P.S

При всем том, что сказано было в начале о проблемах экономического порядка, в “Инкабе” говорят, что завод работает круглые сутки и без выходных. Заказы есть, операторы связи продолжают строиться. А все необходимое оборудование успели купить еще до падения рубля. 

Источник: https://nag.ru/articles/article/26712/o-proizvodstve-optovolokonnogo-kabelya-v-permi.html

Оптическое волокно (оптоволокно)

Производство оптико волоконных кабелей сырье. Методы изготовления оптоволокна

10.05.2016

Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) давно занимают одну из лидирующих позиций на рынке телекоммуникаций.

Имея ряд преимуществ перед другими способами передачи информации (витая пара, коаксиальный кабель, беспроводная связь…), ВОЛС широко используются в телекоммуникационных сетях разных уровней, а также в промышленности, энергетике, медицине, системах безопасности, высокопроизводительных вычислительных системах и во многих других областях.

Передача информации в ВОЛС осуществляется по оптическому волокну (optical fiber).

Для того чтобы грамотно подойти к вопросу использования ВОЛС, важно хорошо понимать, что из себя представляет оптическое волокно как среда передачи данных, каковы его основные свойства и характеристики, какие бывают разновидности оптических волокон. Именно этим базовым вопросам теории волоконно-оптической связи и посвящена данная статья.

Структура оптического волокна

Оптическое волокно (оптоволокно) – это волновод с круглым поперечным сечением очень малого диаметра (сравним с толщиной человеческого волоса), по которому передается электромагнитное излучение оптического диапазона.

Длины волн оптического излучения занимают область электромагнитного спектра от 100 нм до 1 мм, однако в ВОЛС обычно используется ближний инфракрасный (ИК) диапазон (760-1600 нм) и реже – видимый (380-760 нм).

Оптическое волокно состоит из сердцевины (ядра) и оптической оболочки, изготовленных из материалов, прозрачных для оптического излучения (рис. 1).

Рис. 1. Конструкция оптического волокна

Свет распространяется по оптоволокну благодаря явлению полного внутреннего отражения. Показатель преломления сердцевины, обычно имеющий величину от 1,4 до 1,5, всегда немного больше, чем показатель преломления оптической оболочки (разница порядка 1%).

Поэтому световые волны, распространяющиеся в сердцевине под углом, не превышающим некоторое критическое значение, претерпевают полное внутреннее отражение от оптической оболочки (рис. 2). Это следует из закона преломления Снеллиуса.

Путем многократных переотражений от оболочки эти волны распространяются по оптическому волокну.

Рис. 2. Полное внутреннее отражение в оптическом волокне

На первых метрах оптической линии связи часть световых волн гасят друг друга вследствие явления интерференции. Световые волны, которые продолжают распространяться в оптоволокне на значительные расстояния, называются пространственными модами оптического излучения.

Понятие моды описывается математически при помощи уравнений Максвелла для электромагнитных волн, однако в случае оптического излучения под модами удобно понимать траектории распространения разрешенных световых волн (обозначены черными линиями на рис. 2).

Понятие моды является одним из основных в теории волоконно-оптической связи.

Основные характеристики оптического волокна

Способность оптического волокна передавать информационный сигнал описывается при помощи ряда геометрических и оптических параметров и характеристик, из которых наиболее важными являются затухание и дисперсия.

1. Геометрические параметры

Помимо соотношения диаметров сердцевины и оболочки, большое значение для процесса передачи сигнала имеют и другие геометрические параметры оптоволокна, например:

  • некруглость (эллиптичность) сердцевины и оболочки, определяемая как разность максимального и минимального диаметров сердцевины (оболочки), деленная на номинальный радиус, выражается в процентах;
  • неконцентричность сердцевины и оболочки – расстояние между центрами сердцевины и оболочки (рис. 3).

Рис 3. Некруглость и неконцентричность сердцевины и оболочки

Геометрические параметры стандартизированы для разных типов оптического волокна. Благодаря совершенствованию технологии производства значения некруглости и неконцентричности удается свести к минимуму, так что влияние неточности геометрии оптоволокна на его оптические свойства оказывается несущественным.

2. Числовая апертура

Числовая апертура (NA) – это синус максимального угла падения луча света на торец волокна, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения (рис. 4).

Этот параметр определяет количество мод, распространяющихся в оптическом волокне.

Также величина числовой апертуры влияет на точность, с которой должна производиться стыковка оптических волокон друг с другом и с другими компонентами линии.

Рис 4. Числовая апертура

3. Профиль показателя преломления

Профиль показателя преломления – это зависимость показателя преломления сердцевины от ее поперечного радиуса.

Если показатель преломления остается одинаковым во всех точках поперечного сечения сердцевины, такой профиль называется ступенчатым.

Среди других профилей наибольшее распространение получил градиентныйпрофиль, при котором показатель преломления плавно увеличивается от оболочки к оси (рис. 5). Помимо этих двух основных, встречаются и более сложные профили.

Рис. 5. Профили показателя преломления

4. Затухание (потери)

Затухание – это уменьшение мощности оптического излучения по мере распространения по оптическому волокну (измеряется в дБ/км). Затухание возникает вследствие различных физических процессов, происходящих в материале, из которого изготавливается оптоволокно. Основными механизмами возникновения потерь в оптическом волокне являются поглощение и рассеяние.

а) Поглощение. В результате взаимодействия оптического излучения с частицами (атомами, ионами…) материала сердцевины часть оптической мощности выделяется в виде тепла.

Различают собственное поглощение, связанное со свойствами самого материала, и примесное поглощение, возникающее из-за взаимодействия световой волны с различными включениями, содержащимися в материале сердцевины (гидроксильные группы OH-, ионы металлов…).

б) Рассеяние света, то есть отклонение от исходной траектории распространения, происходит на различных неоднородностях показателя преломления, геометрические размеры которых меньше или сравнимы с длиной волны излучения.

Такие неоднородности являются следствием как наличия дефектов структуры волокна (рассеяние Ми), так и свойствами аморфного (некристаллического) вещества, из которого изготавливается волокно (рэлеевское рассеяние). Рэлеевское рассеяние является фундаментальным свойством материала и определяет нижний предел затухания оптического волокна.

Существуют и другие виды рассеяния (Бриллюэна-Мандельштама, Рамана), которые проявляются при уровнях мощности излучения, превышающих те, которые обычно используются в телекоммуникациях.

Величина коэффициента затухания имеют сложную зависимость от длины волны излучения. Пример такой спектральной зависимости приведен на рис. 6. Область длин волн с низким затуханием называется окном прозрачности оптического волокна. Таких окон может быть несколько, и именно на этих длинах волн обычно осуществляется передача информационного сигнала.

Рис. 6. Спектральная зависимость коэффициента затухания

Потери мощности в волокне обуславливаются также различными внешними факторами.

Так, механические воздействия (изгибы, растяжения, поперечные нагрузки) могут приводить к нарушению условия полного внутреннего отражения на границе сердцевины и оболочки и выходу части излучения из сердцевины. Определенное влияние на величину затухания оказывают условия окружающей среды (температура, влажность, радиационный фон…).

Поскольку приемник оптического излучения имеет некоторый порог чувствительности (минимальную мощность, которую должен иметь сигнал для корректного приема данных), затухание служит ограничивающим фактором для дальности передачи информации по оптическому волокну.

5.Дисперсионные свойства

Помимо расстояния, на которое передается излучение по оптическому волокну, важным параметром является скорость передачи информации. Распространяясь по волокну, оптические импульсы уширяются во времени.

При высокой частоте следования импульсов на определенном расстоянии от источника излучения может возникнуть ситуация, когда импульсы начнут перекрываться во времени (то есть следующий импульс придет на выход оптического волокна раньше, чем закончится предыдущий).

Это явление носит название межсимвольной интерференции (англ. ISI – InterSymbol Interference, см. рис. 7). Приемник обработает полученный сигнал с ошибками.

Рис. 7. Перекрывание импульсов, вызывающее межсимвольную интерференцию: а) входной сигнал; б) сигнал, прошедший некоторое расстояние L1 по оптическому волокну; в) сигнал, прошедший расстояние L2>L1.

Уширение импульса, или дисперсия, обуславливается зависимостью фазовой скорости распространения света от длины волны излучения, а также другими механизмами (табл. 1).

Таблица 1. Виды дисперсии в оптическом волокне

НазваниеКраткое описаниеПараметр
1. Хроматическая дисперсияЛюбой источник излучает не одну длину волны, а спектр незначительно отличающихся длин волн, которые распространяются с разной скоростью.Коэффициент хроматической дисперсии, пс/(нм*км). Может быть положительным (спектральные составляющие с большей длиной волны двигаются быстрее) и отрицательным (наоборот). Существует длина волны с нулевой дисперсией.
а) Материальная хроматическая дисперсияСвязана со свойствами материала (зависимость показателя преломления от длины волны излучения)
б) Волноводная хроматическая дисперсияСвязана с наличием волноводной структуры (профиль показателя преломления)
2. Межмодовая дисперсияМоды распространяются по разным траекториям, поэтому возникает задержка во времени их распространения.Ширина полосы пропускания (bandwidth), МГц*км. Эта величина определяет максимальную частоту следования импульсов, при которой не происходит межсимвольной интерференции (сигнал передается без существенных искажений). Пропускная способность канала (Мбит/с) может численно отличаться от ширины полосы пропускания (МГц*км) в зависимости от способа кодирования информации.
3. Поляризационная модовая дисперсия, PMDМода имеет две взаимно перпендикулярные составляющие (поляризационные моды), которые могут распространяться с различными скоростями.Коэффициент PMD, пс/√км. Временная задержка из-за PMD, нормируемая на 1 км.

Таким образом, дисперсия в оптическом волокне отрицательно сказывается как на дальности, так и на скорости передачи информации.

Разновидности и классификация оптических волокон

Рассмотренные свойства являются общими для всех оптических волокон. Однако описанные параметры и характеристики могут существенно отличаться и оказывать различное влияние на процесс передачи информации в зависимости от особенностей производства оптоволокна.

Фундаментальным является деление оптическим волокон по следующим критериям.

  1. Материал. Основным материалом для изготовления сердцевины и оболочки оптического волокна является кварцевое стекло различного состава. Однако используется большое количество других прозрачных материалов, в частности, полимерные соединения.
  2. Количество распространяющихся мод. В зависимости от геометрических размеров сердцевины и оболочки и величины показателя преломления в оптическом волокне может распространяться только одна (основная) или же большое количество пространственных мод. Поэтому все оптические волокна делят на два больших класса: одномодовые и многомодовые (рис. 8).

Рис. 8. Многомодовое и одномодовое волокно

На основании этих факторов можно выделить четыре основных класса оптических волокон, получивших распространение в телекоммуникациях:

Каждому из этих классов посвящена отдельная статья на нашем сайте. Внутри каждого из этих классов также существует своя классификация.

Производство оптических волокон

Процесс изготовления оптического волокна крайне сложен и требует большой точности.

Технологический процесс проходит в два этапа: 1) создание заготовки, представляющей собой стержень из выбранного материала со сформированным профилем показателя преломления, и 2) вытягивание волокна в вытяжной башне, сопровождающееся покрытием защитной оболочкой. Существует большое количество различных технологий создания заготовки оптического волокна, разработка и совершенствование которых происходит постоянно.

Волоконно-оптические кабели

Практическое использование оптического волокна в качестве среды передачи информации невозможно без дополнительного упрочнения и защиты.

Волоконно-оптическим кабелем называется конструкция, включающая в себя одно или множество оптических волокон, а также различные защитные покрытия, несущие и упрочняющие элементы, влагозащитные материалы.

По причине большого разнообразия областей применения оптоволокна производители выпускают огромное количество самых разных волоконно-оптических кабелей, отличающихся конструкцией, размерами, используемыми материалами и стоимостью (рис. 9).

Рис.9. Волоконно-оптические кабели

Источник: http://infiber.ru/biblioteka/stati/optical_fiber.html

Что такое и из чего состоит оптоволокно: полный разбор от Блондинки

Производство оптико волоконных кабелей сырье. Методы изготовления оптоволокна

Привет, друзья! О том, что такое оптоволокно, уже писал наш гуру Интернета и беспроводных технологий Бородач (ссылка на статью обязательно будет ниже). Но мои коллеги решили, что Блондинка тоже должна написать на эту тему и заодно добавить знаний в свою красивую головку. Ну что ж, надо – значит, надо! Будем разбираться.

Определение для чайников

Оптоволокно – это тончайшие проводки (нити) из стекла или пластика, по которым переносится свет за счет внутреннего отражения. Кабель из оптического волокна используется как способ передачи информации на высокой скорости на большие расстояния (в прямом смысле слова «со скоростью света»). Так строятся волоконно-оптические линии связи (ВОЛС).

Факт из истории развития в России. Первая ВОЛС «Санкт-Петербург-Аберслунд» (город в Дании) была проложена компанией Ростелеком (тогда она называлась Совтелеком).

Сразу предлагаю посмотреть документальный фильм по теме:

Материалы

Стеклянное оптоволокно производится из кварца. Это обеспечивает следующие характеристики:

  • Высокая оптическая проницаемость – это позволяет транслировать волны разных диапазонов;
  • Минимальная потеря сигнала (малое затухание);
  • Температурная устойчивость;
  • Гибкость.

Для дальнего диапазона применяют халькогенидные стекла, калий цирконий фтористый или криолит калия.

Сейчас развивается производство оптоволокна из пластика. При этом сердцевину (ядро) делают из органического стекла, а оболочку из фторопластов. Недостатком полимерных материалов считают низкую пропускную способность в зонах с инфракрасным излучением.

Строение

Из чего состоит оптоволокно? Это круглая в разрезе нить, внутри которой есть ядро (сердцевина), снаружи покрытое оболочкой. Чтобы обеспечить полное внутреннее отражение, показатель преломления ядра должен быть выше того же параметра для оболочки. Как это работает – луч света, направленный в ядро, многократно отражается от оболочки.

Диаметр оптоволоконной нити, которая используется в телекоммуникациях, равен 124-126 микрон. При этом диаметр ядра может отличаться – все зависит от типа оптоволокна (об этом я расскажу в следующем разделе) и национальных стандартов.

1 микрон – это 0,001 мм. Я посчитала, получается, что диаметр всего 0,125 мм.

Виды и области применения

Оптическое волокно бывает двух типов (в зависимости от количества лучей в волокне – мод):

  1. Одномодовое. Диаметр ядра – 7-10 микрон, светоотражение проходит в одной моде. Типы:
  • Стандартное (с несмещенной дисперсией);
  • Со смещенной дисперсией;
  • С ненулевой смещенной дисперсией.
  1. Многомодовое. Диаметр сердцевины – 50-62 микрон (зависит от национальных стандартов), излучение проходит по нескольким модам. Классифицируются на:

Этот раздел сложен для простого обывателя, но, если кому-то хочется разобраться подробнее, напишите в комментарии. Кто-то из ребят обязательно пояснит все, что было непонятно.

Основные направления, где применяется оптоволокно – это волоконно-оптическая связь и волоконно-оптический датчик. Другие области:

  • Освещение;
  • Формирование изображения;
  • Создание волоконного лазера.

Как я понимаю, все же основная область применения – это построение магистралей оптоволоконных линий связи. Проще говоря, это линии, с помощью которых передается Интернет во всех крупных городах.

А вот что рассказывает познавательная передача для детей и взрослых «Галилео»:

Оптический кабель

Вот мы и подобрались к самой большой тайне современности – оптоволоконный кабель, который соединяет города и континенты и передает информацию со скоростью света. При этом к нам в квартиру Интернет попадает через витую пару, чаще всего из 8 проводков. Максимальная скорость будет достигать значения в 1 Гбит/сек.

Кто в теме, тот знает, что разместить 8-жильный провод можно не в каждый кабель-канал. В этом и есть основное преимущество оптоволокна. Оптический кабель в несколько раз тоньше витой пары и обеспечивает более высокую скорость (до 10 Гбит/с).

Вроде как провайдеры стали потихоньку переводить абонентов на оптоволокно – то есть «оптика» будет идти не только ДО подъезда, но и ПО нему до квартиры. Неприятная новость – для использования такого кабеля нужен специальный маршрутизатор.

По способу монтажа оптический кабель классифицируется на следующие виды:

  • Прокладывается в земле;
  • Ведется через коллекторы и канализационные трубы;
  • Ведется под водой;
  • Прокладывается по воздуху (подвесной).

В зависимости от использования и дальности сигнала оптоволоконный кабель бывает:

  • Магистральный – создание длинных линий на большие расстояния;
  • Зоновый – организация магистрали между регионами;
  • Городской – схож с зоновым, но длина линии не больше 10 км;
  • Полевой – прокладка как по воздуху, так и под землей;
  • Водный – тут название говорит само за себя;
  • Объектовый – используется для конкретного участка, прост в прокладке;
  • Монтажный – применяется многомодовое градиентное оптоволокно.

Есть еще классификация по способу исполнения ядра и количеству волокон в нем. Я думаю, это вряд ли будет интересно, но, если что, коллеги расскажут и об этом – нужно только написать в комментарии.

Достоинства и недостатки

Напоследок давайте разберемся в плюсах и минусах оптоволоконного кабеля. Начнем с преимуществ:

  • Малые потери при большой длине ретрансляционного участка;
  • Возможность передачи информации по тысячам каналов;
  • Малые размеры и масса;
  • Высокая защищенность от помех и внешних воздействий;
  • Безопасность.

А теперь о недостатках:

  • Подверженность радиации, за счет чего возрастает затухание сигнала;
  • Подверженность стекла водородной коррозии, что приводит к повреждениям материала и ухудшению свойств.

По теме у нас есть еще 2 статьи. Почитать можно тут и тут.

На этом можно заканчивать. Надеюсь, была полезной, а мой рассказ интересным. Всем пока!

Источник: https://WiFiGid.ru/besprovodnye-tehnologii/optovolokno-eto

Волс (волоконно-оптические линии связи)

Производство оптико волоконных кабелей сырье. Методы изготовления оптоволокна

Самой высокой пропускной способностью среди всех существующих средств связи обладает оптическое волокно (диэлектрические волноводы).

Волоконно-оптические кабели применяются для создания ВОЛС – волоконно-оптических линий связи, способных обеспечить самую высокую скорость передачи информации (в зависимости от типа используемого активного оборудования скорость передачи может составлять десятки гигабайт и даже терабайт в секунду).

Кварцевое стекло, являющееся несущей средой ВОЛС, помимо уникальных пропускных характеристик, обладает ещё одним ценным свойством – малыми потерями и нечувствительностью к электромагнитным полям. Это выгодно отличает его от обычных медных кабельных систем.

Данная система передачи информации, как правило, используется при постройке рабочих объектов в качестве внешних магистралей, объединяющих разрозненные сооружения или корпуса, а также многоэтажные здания.

Она может использоваться и в качестве внутреннего носителя структурированной кабельной системы (СКС), однако законченные СКС полностью из волокна встречаются реже – в силу высокой стоимости строительства оптических линий связи.

Применение ВОЛС позволяет локально объединить рабочие места, обеспечить высокую скорость загрузки Интернета одновременно на всех машинах, качественную телефонную связь и телевизионный приём.

Преимущества ВОЛС

При грамотном проектировании будущей системы (этот этап подразумевает решение архитектурных вопросов, а также выбор подходящего оборудования и способов соединения несущих кабелей) и профессиональном монтаже применение волоконно-оптических линий обеспечивает ряд существенных преимуществ:

  • Высокую пропускную способность за счёт высокой несущей частоты. Потенциальная возможность одного оптического волокна – несколько терабит информации за 1 секунду.
  • Волоконно-оптический кабель отличается низким уровнем шума, что положительно сказывается на его пропускной способности и возможности передавать сигналы различной модуляции.
  • Пожарная безопасность (пожароустойчивость). В отличие от других систем связи, ВОЛС может использоваться безо всяких ограничений на предприятиях повышенной опасности, в частности на нефтехимических производствах, благодаря отсутствию искрообразования.
  • Благодаря малому затуханию светового сигнала оптические системы могут объединять рабочие участки на значительных расстояниях (более 100 км) без использования дополнительных ретрансляторов (усилителей).
  • Информационная безопасность. Волоконно-оптическая связь обеспечивает надёжную защиту от несанкционированного доступа и перехвата конфиденциальной информации. Такая способность оптики объясняется отсутствием излучений в радиодиапазоне, а также высокой чувствительностью к колебаниям. В случае попыток прослушки встроенная система контроля может отключить канал и предупредить о подозреваемом взломе. Именно поэтому ВОЛС активно используют современные банки, научные центры, правоохранительные организации и прочие структуры, работающие с секретной информацией.
  • Высокая надёжность и помехоустойчивость системы. Волокно, будучи диэлектрическим проводником, не чувствительно к электромагнитным излучениям, не боится окисления и влаги.
  • Экономичность. Несмотря на то, что создание оптических систем в силу своей сложности дороже, чем традиционных СКС, в общем итоге их владелец получает реальную экономическую выгоду. Оптическое волокно, которое изготавливается из кварца, стоит примерно в 2 раза дешевле медного кабеля, дополнительно при строительстве обширных систем можно сэкономить на усилителях. Если при использовании медной пары ретрансляторы нужно ставить через каждые несколько километров, то в ВОЛС это расстояние составляет не менее 100 км. При этом скорость, надёжность и долговечность традиционных СКС значительно уступают оптике.
  • Срок службы волоконно-оптических линий составляет полрядка четверти века. Через 25 лет непрерывного использования в несущей системе увеличивается затухание сигналов.
  • Если сравнивать медный и оптический кабель, то при одной и той же пропускной способности второй будет весить примерно в 4 раза меньше, а его объём даже при использовании защитных оболочек будет меньше, чем у медного, в несколько раз.
  • Перспективы. Использование волоконно-оптических линий связи позволяет легко наращивать вычислительные возможности локальных сетей благодаря установке более быстродействующего активного оборудования, причем без замены коммуникаций.

Область применения ВОЛС

Как уже было сказано выше, волоконно-оптические кабели (ВОК) используются для передачи сигналов вокруг (между) зданий и внутри объектов.

При построении вешних коммуникационных магистралей предпочтение отдаётся оптическим кабелям, а внутри зданий (внутренние подсистемы) наравне с ними используется традиционная витая пара.

Таким образом, различают ВОК для внешней (outdoor cables) и внутренней (indoor cables) прокладки.

К отдельному виду относятся соединительные кабели: внутри помещений они используются в качестве соединительных шнуров и коммуникаций горизонтальной разводки – для оснащения отдельных рабочих мест, а снаружи – для объединения зданий.

Монтаж волоконно-оптического кабеля осуществляется с помощью специальных инструментов и приборов.

Технологии соединения ВОЛС

Длина коммуникационных магистралей ВОЛС может достигать сотен километров (например, при постройке коммуникаций между городами), тогда как стандартная длина оптических волокон составляет несколько километров (в том числе потому, что работа со слишком большими длинами в некоторых случаях весьма неудобна). Таким образом, при построении трассы необходимо решить проблему сращивания отдельных световодов.

Различают два типа соединений: разъёмные и неразъёмные. В первом случае для соединения применяются оптические коннекторы (это связано с дополнительными финансовыми затратами, и, кроме того, при большом количестве промежуточных разъёмных соединений увеличиваются оптические потери).

Для неразъёмного соединения локальных участков (монтажа трасс) применяются механические соединители, клеевое сращивание и сваривание волокон. В последнем случае используют аппараты для сварки оптических волокон. Предпочтение тому или иному методу отдаётся с учётом назначения и условий применения оптики.

Наиболее распространённой является технология склеивания, для которой используется специальное оборудование и инструмент и которая включает несколько технологических операций.

В частности, перед соединением оптические кабели проходят предварительную подготовку: в местах будущих соединений удаляются защитное покрытие и лишнее волокно (подготовленный участок очищается от гидрофобного состава).

Для надёжной фиксации световода в соединителе (коннекторе) используется эпоксидный клей, которым заполняется внутреннее пространство коннектора (он вводится в корпус разъёма с помощью шприца или дозатора).

Для затвердевания и просушки клея применяется специальная печка, способная создать температуру 100 град. С.

После затвердевания клея излишки волокна удаляются, а наконечник коннектора шлифуется и полируется (качество скола имеет первостепенное значение). Для обеспечения высокой точности выполнение данных работ контролируется с помощью 200-кратного микроскопа. Полировка может осуществляться вручную или с помощью полированной машины.

Самое качественное соединение с минимальными потерями обеспечивает сваривание волокон. Этот метод используется при создании высокоскоростных ВОЛС. Во время сваривания происходит оплавление концов световода, для этого в качестве источника тепловой энергии могут использоваться газовая горелка, электрический заряд или лазерное излучение.

Каждый из методов имеет свои преимущества. Лазерная сварка благодаря отсутствию примесей позволяет получать самые чистые соединения.

Для прочной сварки многомодовых волокон, как правило, используют газовые горелки. Наиболее распространенной является электрическая сварка, обеспечивающая высокую скорость и качество выполнения работ.

Длительность плавления различных типов оптовых волокон отличается.

Для сварочных работ применяются специальный инструмент и дорогостоящее сварочное оборудование – автоматическое или полуавтоматическое.

Современные сварочные аппараты позволяют контролировать качество сварки, а также проводить тестирование мест соединения на растяжение.

Усовершенствованные модели оснащены программами, которые позволяют оптимизировать процесс сварки под конкретный тип оптоволокна.

После сращения место соединения защищается плотно насаживаемыми трубками, которые обеспечивают дополнительную механическую защиту.

Ещё один метод сращивания элементов оптоволокна в единую линию ВОЛС – механическое соединение. Этот способ обеспечивает меньшую чистоту соединения, чем сваривание, однако затухание сигнала в данном случае всё-таки меньше, чем при использовании оптических коннекторов.

Преимущество этого метода перед остальными состоит в том, что для проведения работ используются простые приспособления (например, монтажный столик), которые позволяют проводить работы в труднодоступных местах или внутри малогабаритных конструкций.

Механическое сращивание подразумевает использование специальных соединителей – так называемых сплайсов.

Существует несколько разновидностей механических соединителей, которые представляют собой вытянутую конструкцию с каналом для входа и фиксации сращиваемых оптических волокон.

Сама фиксация обеспечивается с помощью предусмотренных конструкцией защёлок. После соединения сплайсы дополнительно защищаются муфтами или коробами.

Механические соединители могут использоваться неоднократно. В частности, их применяют во время проведения ремонтных или восстановительных работ на линии.

ВОЛС: типы оптических волокон

Оптические волокна, используемые для построения ВОЛС, отличаются по материалу изготовления и по модовой структуре света.

Что касается материала, различают полностью стеклянные волокна (со стеклянной сердцевиной и стеклянной оптической оболочкой), полностью пластиковые волокна (с пластиковой сердцевиной и оболочкой) и комбинированные модели (со стеклянной сердцевиной и с пластиковой оболочкой).

Самую лучшую пропускную способность обеспечивают стеклянные волокна, более дешёвый пластиковый вариант используют в том случае, если требования к параметрам затухания и пропускной способности не критичны.

По типу путей, которые проходит свет в сердцевине волокна, различают одно- и многомодовые волокна (в первом случае распространяется один луч света, во втором – несколько: десятки, сотни и даже тысячи).

  • Одномодовые волокна (SM) отличаются малым диаметром сердцевины, по которой может пройти только один пучок света.
  • Многомодовые волокна (MM) отличаются большим диаметром сердцевины и могут быть со ступенчатым или градиентным профилем. В первом случае пучки света (моды) расходятся по различным траекториям и поэтому приходят к концу световода в различное время. При градиентном профиле временные задержки различных лучей практически полностью исчезают, и моды идут плавно благодаря изменению скорости распространения света по волнообразным спиралям.

Все современные ВОК (и одно-, и многомодовые), с помощью которых создаются линии передачи данных, имеют одинаковый внешний диаметр – 125 мкм. Толщина первичного защитного буферного покрытия составляет 250 мкм.

Толщина вторичного буферного покрытия составляет 900 мкм (используется для защиты соединительных шнуров и внутренних кабелей).

Оболочка многоволоконных кабелей для удобства работы окрашивается в различные цвета (для каждого волокна).

Диагностика волоконно-оптических линий связи

Основным инструментом для диагностики волоконно-оптических линий связи является оптический рефлектометр. Пример работы с таким прибором смотрите в следующем видео:

Посмотреть примеры оборудования и статьи по теме ВОЛС на fibertop.ru.

Примеры оборудования

Материал подготовлен
техническими специалистами компании “СвязКомплект”.

Источник: https://skomplekt.com/solution/vols.htm/

Юрист на связи
Добавить комментарий