Явление полного внутреннего отражения

Относительная магнитная проницаемость m материалов сердечника и оболочки, как правило, постоянна и равна единице. Показатель преломления оболочки n₂ обычно постоянен, а сердечника - n₁ в общем случае является функцией поперечной координаты. Эту функцию называют профилем показателя преломления (ППП) ОВ. Обычно n₁> n₂ и, следовательно, сердечник представляет более плотную оптическую среду.

При падении луча света на границу раздела двух сред (сердечника и оболочки ОВ), в самом общем случае, наблюдается его преломление и отражение, рис. 2.1 а, где приняты следующие обозначения: f _п – угол падения; f_отр – угол отражения; f_пр – угол преломления.

 

fотр кр

fп кр

fпр кр

p D9MLlvvDsdriXarU9dVcPgKLdo5/MPzqkzoU5FT5CU1gvQL5IBNCKUjEChgR6UpKYBVtUpEAL3L+ /4fiBwAA//8DAFBLAQItABQABgAIAAAAIQC2gziS/gAAAOEBAAATAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAABb Q29udGVudF9UeXBlc10ueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhADj9If/WAAAAlAEAAAsAAAAAAAAAAAAA AAAALwEAAF9yZWxzLy5yZWxzUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAN6CRhXDAwAAOAkAAA4AAAAAAAAAAAAA AAAALgIAAGRycy9lMm9Eb2MueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAEzzI0jgAAAACwEAAA8AAAAAAAAA AAAAAAAAHQYAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPMAAAAqBwAAAAA= " o:allowincell="f" path="m-1,nfc10269,,19119,7230,21166,17294em-1,nsc10269,,19119,7230,21166,17294l,21600,-1,xe" filled="f">

n2

б) полное внутренне отражение светового луча на границе двух сред

Рисунок 2.1 - Падение плоской волны на границу двух сред при n1 > n2

fотр

n1

n2

fпр

fп

а)отражение и преломление светового луча на границе двух сред

 

 

 

n1

 

 

 

 

 

 

Угол падения f_п связан с углами отражения f_отр и преломления f_пр следующими соотношениями:

f_п = f_отр, n₁ sin f_п = n₂ sin f_пр. (2.1)

По мере увеличения угла падения луча со стороны более плотной среды можно достичь такого состояния, когда преломленный луч начнет скользить по границе раздела сред без перехода в оптически менее плотную среду, рис. 2.1 б. Угол падения, при котором имеет место данный эффект, называется критическим углом f_{п кр} полного внутреннего отражения. Критический (или предельный) угол падения определяется из соотношения:

. (2.2)

При всех углах падения f_п > f_{п кр} преломленная волна отсутствует и свет полностью отражается от поверхности оптически менее плотной среды. Это явление называется полным внутренним отражением, и, поскольку вся мощность светового луча практически полностью возвращается в область более плотной среды, этот эффект используется для передачи оптического излучения по ОВ. Оболочка защищает распространяющийся по сердечнику свет от любых внешних воздействий и помех.

Процесс распространения световых лучей в оптически более плотной среде, окруженной менее плотной, в рамках геометрической оптики, показан на рис. 2.2.

qА

n2

n1

n2

Рисунок.2.2 - Распространение излучения по оптическому волокну

 

 

 

 

 

При попадании светового излучения на торец ОВ в нем могут распространяться три типа световых лучей: направляемые (лучи 1,2,6 рис. 2.2), вытекающие (луч 3, рис. 2.2) и излучаемые(луч 4, 5 рис. 2.2), причем наличие и преобладание какого-либо типа лучей определяется углом их падения на границу раздела “сердцевина – оболочка“. Очевидно, что при некотором угле падения лучей на торец волокна, т.е. угле ввода q_в, на границе раздела может иметь место полное внутреннее отражение. Те лучи, которые падают на границу раздела под углом q ³ q _кр (лучи 1,2, и 6), отражаются от нее и вновь возвращаются в сердцевину волокна, распространяясь в ней, не претерпевая преломления. Так как траектории таких лучей всегда расположены внутри сердцевины волокна, то они полностью распространяются на большие расстояния и называются направляемыми, являясь основным типом лучей сердцевины ОВ.

Лучи, падающие на границу раздела под углами q < q _кр (лучи 4,, рис. 2.2) носят название вытекающих лучей или лучей оболочки. Достигая границы “сердцевина – оболочка “, эти лучи отражаются и преломляются, теряя часть энергии, в связи с чем исчезают вовсе на некотором расстоянии от торца волокна. Те же лучи, которые излучаются в окружающее пространство (лучи 5), носят название излучаемых лучей. Они не распространяются вдоль ОВ, а, как правило, возникают в местах нерегулярностей волокна. Очевидно, что излучаемые и вытекающие волны – это паразитные волны, приводящие к рассеиванию энергии и искажению формы передаваемого оптического сигнала.

Отметим, что из всей совокупности световых лучей в пределах угла полного внутреннего отражения для данного типа оптического волокна только ограниченное число лучей с дискретными углами может образовать направляемые волны, которые принято называть волноводными модами, или просто модами. Каждая мода обладает характерной для нее структурой электромагнитного поля, фазовой и групповой скоростями.

Мода представляет вид траектории, вдоль которой может распространяться свет. Число мод в ОВ колеблется от 1 до 100000 и зависит от размера и свойств ОВ.

В зависимости от числа распространяющихся на рабочей частоте мод (волн) ОВ подразделяются на одномодовые (или single mode – SM)и многомодовые (или multi mode – MM).

Для характеристики ОВ большое значение имеет профиль показателя преломления (ППП) в поперечном сечении. Если сердцевина ОВ имеет постоянное по радиусу значение показателя преломления n₁, который скачком изменяется на границе раздела “сердцевина – оболочка” до значения n₂, то такие ОВ называются оптическими волокнами со ступенчатым ППП. Если показатель преломления от центра к краю изменяется плавно, то такие ОВ называются оптическими волокнами с градиентным ППП, или градиентными ОВ. Типичные радиальные ППП приведены на рис. 2.3.

n

n

r

r

r

r

r

n

n

n

Ступенчатый ПППW – тип ППП Кольцевой ступенчатый ППП

Градиентный ПППКольцевой градиентный ППП

Рисунок 2.3. - Радиальные профили показателя преломления ОВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Угол q _А между оптической осью ОВ и одной из образующих светового конуса лучей, падающих в торец ОВ (рис. 2.2), для которых в дальнейшем выполняется условие полного внутреннего отражения, носит название апертура ОВ и является важной его характеристикой. От значения апертуры зависят эффективность ввода оптического излучения в ОВ, потери на его микроизгибах, изменения формы и длительности импульсов оптического излучения, число распространяющихся мод. Для количественной оценки апертуры ОВ используется понятие номинальной числовой апертуры (Numerical Aperture – NA), значение которой для ступенчатого ОВ определяется выражением

NA = n₀ sin q_А , (2.4)

где n₀ – показатель преломления окружающей среды, равный для воздуха

n₀ = 1. Учитывая, что критическое значение угла q_А равно

q _кр = arcsin(n₂ / n₁), номинальную числовую апертуру можно представить в форме

. (2.5)

Из выражения (2.5) видно, что с увеличением разности показателей преломления сердцевины и оболочки значения NA возрастает и, следовательно, повышается эффективность ввода излучения в ОВ. Например, при n ₁ = 1,51 и n ₂ = 1,13 все меридиональные лучи, падающие из воздуха на торец ОВ, входят в сердцевину (NA=1, q_A=p / 2).

Для градиентных ОВ вводится понятие локальной числовой апертуры, равной

, (2.6)

которая показывает, что максимальный угол ввода оптического излучения в этом случае определяется тем, в какой точке сердцевины волокна находится вершина конуса, иными словами, захват волокном вводимого луча света зависит от того, в какой точке сердцевины он вводится а градиентное волокно. Очевидно, что при r=0, т.е. при вводе излучения по оси волокна, локальная числовая апертура равна номинальной числовой апертуре. Для ОВ с параболическим ППП числовая апертура определяется по формуле

. (2.7)

Знание числовой апертуры позволяет определить число мод по следующим формулам

(2.8)

для ступенчатого ОВ и

(2.9)

для градиентного ОВ.

В этих формулах: а – радиус сердцевины ОВ; l - рабочая длина оптического излучения.

Из рассмотрения формул (2.8) и (2.9) очевидно, что в градиентном ОВ число мод меньше, чем в ступенчатом ОВ тех же геометрических размеров и с теми же коэффициентами преломления сердцевины n ₁и оболочки n ₂.

Важным параметром ОВ являются геометрические размеры сердцевины и оболочки. Для многомодовых ОВ обычно диаметр сердцевины равен 50 мкм, а диаметр оболочки – 125 мкм. Диаметр сердечника одномодового ОВ необходимо выбирать таким, чтобы обеспечивались условия распространения только основной моды (обычно 8-10 мкм).

Затухание

При распространении оптического сигнала по ОВ он испытывает затухание, которое оценивается коэффициентом затухания a, в общем случае равным

a = a _п + a _р + a _пр + a _к +a _ик, дБ/км,

где a _п и a _р – коэффициенты затухания, обусловленные потерями соответственно на поглощение и рассеяние энергии оптического излучения; a _пр – коэффициент затухания, обусловленный присутствующими в ОВ примесями; a _к – дополнительные потери за счет скрутки, деформаций и изгибов ОВ при изготовлении оптического кабеля (их называют кабельными); a _ик – потери на поглощение в инфракрасной области.

Потери на поглощение a _п зависят от чистоты материала и при наличии посторонних примесей могут достигать значительной величины. Коэффициент затухания a_п за счет поглощения обратно пропорционален длине волны оптического излучения l, существенно зависит от показателя преломления n ₁и тангенса угла диэлектрических потерь tgd материала сердцевины ОВ и рассчитывается по формуле

, дБ/км,

здесь с – скорость света.

Потери рассеяния обусловлены неоднородностями материала ОВ, расстояние между которыми меньше длины волны, и тепловой флуктуацией показателя преломления. Потери на рассеяние часто называются рэлеевскими и оцениваются коэффициентом затухания, равным

a_р = К_р l^-4, дБ/км, (2.15)

где К_р – коэффициент рассеяния, зависящий от материала (для кварца К_р =0,8 мкм⁴ дБ/км). Потери на рэлеевское рассеяние определяют нижний предел потерь, присущих оптическим кабелям. Этот предел зависит от частоты оптического излучения и с увеличением частоты возрастает (уменьшается с увеличением длины волны).

На рис.2.4, а представлены частотные зависимости коэффициентов затухания a_п и a_р для оптического волокна. Из рисунка видно, что потери на поглощение растут линейно с увеличением частоты, а потери на рассеяние существенно быстрее – по закону f ⁴.

 

Рисунок 2.4 - Частотная зависимость затухания поглощения a и затухания рассеяния aр (а) и суммарное затухание ОВ (б)

f

а)

aп

aр

a, дБ/км

l, мкм

aр

aп

aик

aпр

a, дБ/км

0.5 1.0 1.5 2.0

б)

 

 

 

 

 

Коэффициент затухания a_пр связан с наличием в ОВ посторонних примесей, которые приводят к дополнительному поглощению оптической мощности и появлению резонансных всплесков затухания на определенных длинах волн.

Коэффициент затухания a_к вызван деформациями ОВ в процессе изготовления кабеля (скруткой, изгибами, отклонениями от прямолинейного расположения ОВ).

Типовая зависимость коэффициента затухания ОВ оптического кабеля от длины волны имеет вид, показанный на рисунке. Здесь указаны три окна прозрачности ОВ, из которых наименьшее затухание имеет место

0,8 0,85 0,9 1,3 1,35 1,4 1,5 1,5 1,55

3-ое окно прозрачности

2-ое окно прозрачности

1-ое окно прозрачности

a, дБ/ км

 

 

l, мкм

 

 

 

Типовая спектральная характеристика коэффициента затухания оптического волокна

 

в третьем окне на длине волны l = 1,55 мкм.

Отметим, что в оптических кабелях в весьма широком диапазоне частот затухание волокна практически не зависит от частоты и стабильно. Поэтому можно увеличить число каналов и мощность системы передачи без установки дополнительных ретрансляторов.

 

ДИСПЕРСИЯ

При прохождении оптического сигнала по волокну происходит рассеяние во времени его спектральных или модовых составляющих. Это явление носит название дисперсии и обусловлено различием времени распространения различных мод в ОВ и наличием частотной зависимости показателя преломления. При передаче импульсных сигналов изменяется не только их амплитуда, но и форма – импульсы уширяется. Под дисперсией понимается увеличение длительности (уширение) импульса оптического излучения при распространении его по ОВ.

Уширение импульсов за счет дисперсии

t

tвых

tвх

0,5Авых

Авых

0,5Авх

Импульс на на выходе ОВ

Авх

Импульс на входе ОВ

 

Уширение импульсов определяется по формуле

,

где значения t_вых и t_вх определяются на уровне половины амплитуды импульсов.

Следовательно, физический смысл дисперсии заключается в увеличении длительности импульса оптического излучения при его распространении по волокну длиной 1 км, причем значения длительности входного и выходного импульсов берутся на уровне половинной амплитуды.

Связь между величиной уширения импульсов и шириной полосы пропускания оптического волокна приближенно определяется соотношением

DF» 1 /t. (2.18)

Так, если t = 20 нс/км, то DF = 50 МГц × км.

Наличие дисперсии ОВ приводит к постепенному увеличению длительности импульсов и к появлению межсимвольной интерференции и к увеличению вероятности ошибки в принимаемом сигнале.

Следовательно, уширение импульсов определяет предельную скорость передачи цифровых потоков, а при малом затухании оптического кабеля для заданной скорости передачи ограничивает максимальное расстояние между ретрансляторами.

Уширение импульсов на выходе ОВ относительно импульса, поданного на его вход, происходит за счет модовой t _мм, материальной t_мат и волноводной (хроматической) t_в дисперсии и определяется по формуле

 

.

 

Модовая или межмодовая дисперсия обусловлена разностью времени прохождения направляемых мод на фиксируемой длине волны по ОВ от входа до выхода. В результате образуемый ими импульс оптического излучения уширяется, причем величина уширения равна разности времени распространения самой медленной и самой быстрой моды. Этот вид дисперсии обусловлен наличием большого числа мод N, время распространения которых различно [ t = j_мм (N) ], и преобладает в многомодовом волокне.

В одномодовых ОВ межмодовая дисперсия отсутствует, так как передается одна мода и, следовательно, взаимодействия мод, приводящих к уширению импульсов, наблюдаться не будет.

Хроматическая (частотная) дисперсия определяется некогерентностью источника оптического излучения, частотной зависимостью группового времени распространения ОВ и конечной шириной полосы пропускания. Чем шире спектр излучения оптического источника, тем больше хроматическая дисперсия. Хроматическая дисперсия делится на материальнуюи волноводную (или внутримодовую).

Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны, т.е. n = j_мат (l), что приводит к различным скоростям распространения спектральных составляющих источников излучения. Отметим, что материальная дисперсия кварцевого ОВ на длине волны l =1,28 мкм меняет свой знак. Эта точка называется точкой нулевой материальной дисперсии.

Волноводная дисперсия обусловлена направляющими свойствами сердцевины ОВ, и характеризуется зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны, т.е. g = j_вв (l).

Для расчетов материальной t_мат и волноводной t _в дисперсией пользуются экспериментальными данными и упрощенными формулами:

, (2.22)

(2.23)

где Dl - ширина спектральной линии источника излучения, равная 0,1…4 нм для лазеров и 15…80 нм для светодиодов; L – длина волокна, км; М(l) и В(l) – удельные материальная и волноводная дисперсии соответственно. Удельные дисперсии выражаются в пикосекундах на километр длины волокна и на метр ширины спектра. Величины M(l) и B(l) для кварцевого волокна приведены в таблице.

 

Таблица

l, мкм	0,6	0,8	1,0	1,2	1,3	1,4	1,55	1,6	1,8
В (l), пс/км
М (l), пс/км					-5	-5	-18	-20	-25

 

 

Зависимость материальной, волноводной и результирующей дисперсии от длины волны представлена на рис…….

 

 

0,8

1,0

1,4

1,2

1,6

tв

-1000

l, мкм

t, пс/км×км

-1500

Рисунок 2.7 - Зависимость материальной, волно- водной и результирующей диспер- сии от длины волны

tрез

tмат

Из рисунка следует, что с увеличением длины волны t_мат уменьшается и проходит через нуль (точка нулевой материальной дисперсии), а t_в несколько растет. Причем вблизи l= 1,35 мкм происходит их взаимная компенсация, и результирующая дисперсия приближается к нулевому значению. Поэтому волна 1,3 мкм нашла широкое применение в одномодовых оптических кабелях.

 

 

Однако по затуханию предпочтительнее волна 1,55 мкм и для достижения минимума дисперсии в этом случае приходиться варьировать профилем показателя преломления и диаметром сердцевины. При сложном профиле и трехслойном волокне можно и на волне 1,55 мкм получить минимум дисперсионных искажений.

С учетом реального соотношения вкладов отдельных видов дисперсий уширение импульсов для многомодовых ОВ t_рез = t_мм, а для одномодовых - t_рее = t_мат + t_в..

Сравнивая различные ОВ по их дисперсионным характеристикам, можно отметить, что лучшими в этом плане являются одномодовые волокна с градиентным законом изменения показателя преломления.

Дисперсионные свойства ОВ можно оценить коэффициентом широкополосности, имеющим размерность МГц ×км,

S = 1 t.

Широкополосность оптического волокна определяет предельный объем информации, который можно передать по волоконно-оптической линии связи.

 

Хроматическая дисперсия выбрана Международным Союзом Электросвязи (МСЭ) выбрана основным критерием для классификации одномодовых оптических волокон (ООМ), согласно которому существует три типа ООМ:

1. Стандартное ООМ (тип G.652). Это наиболее ходовой тип ОВ используется в мире с 1988 года на магистральных и зоновых ВОСП. Параметры (затухание и дисперсия) этого ОВ оптимизированы на длину волны 1310 нм (минимум хроматической дисперсии), оно может использоваться и в диапазоне длин волн 1525…1565 нм, где имеет абсолютный минимум затухания.

2. ООМ со смещенной дисперсией (тип G.653). Называется так потому, что абсолютный минимум хроматической дисперсии путем выбора специальной формы ППП смещен в диапазон длин волн 1550 нм абсолютного минимума затухания. ОВ G.653 оптимизировано для высокоскоростной передачи на одной длине волны и имеет ограниченные возможности для передачи на нескольких длинах волн.

3. ООМ со смещенной в область длин волн 1550 нм ненулевой дисперсии (тип G.655). ОВ оптимизировано для высокоскоростной передачи информации на нескольких длинах волн в третьем окне прозрачности. Волокно G.655 разработано для ВОСП со спектральным разделением каналов, т. н. - DWDM систем передачи.

7.Конструктивные параметры оптического волокна.

 

В зависимости от материала сердцевины и оболочки ОВ подразделяются на следующие типы: кварцевые, кварц-полимерные, многокомпонентные и полимерные.

В волоконно-оптических кабелях связи (ВОКС) в основном используются кварцевые ОВ. В таких ОВ сердцевина и оболочка изготовляются из высокочистого кварца, обладающего малыми потерями и высокой прозрачностью.

Кварц-полимерные ОВ изготовляются с сердцевиной из кварца и оболочкой из полимера.

Многокомпонентные ОВ изготовляются из стекла с добавками различных окислов металлов.

Кварц-полимерные и многокомпонентные ОВ используются для организации внутри-и межобъектовой связи.

В полимерных ОВ сердцевина и оболочка изготовляются из полимерных материалов. Из-за значительных потерь и нестабильности параметров во времени полимерные ОВ для целей связи не нашли применения.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ

В конструкции ОВ в целях сохранения передаточных параметров и механической прочности используют различные покрытия (рис. 2.3). Сразу же после вытяжки ОВ на него наносится первичное защитное покрытие (ПЗП) толщиной 5…10 мкм из материала, обладающего несколько большим коэффициентом преломления, чем оболочка ОВ и большими потерями на поглощение для подавления распространения нежелательных мод и исключения вытекающих и излучаемых волн.

Рисунок 2.8 - Оптические волокна (ОВ) с различными покрытиями: первичное защитное покрытие (ПЗП), вторичное защитное покрытие (ВЗП) и армирующее покрытие АП

ВЗП

ПЗП

ОВ

АП

ВЗП

ПЗП

ОВ

а)

б)

 

В качестве материала для ПЗП обычно используется акрил. В отдельных случаях для защиты от механических воздействий на ОВ наносится вторичное защитное покрытие (ВЗП) толщиной 200…300 мкм из материала с высокими механическими характеристиками и влагостойкостью (рис. 2.8а). Выполняется ВЗП из традиционных для кабельной промышленности термопластичных материалов: полиамидов, фторопластов и некоторых других. Иногда в конструкцию ОВ вводится дополнительное армирующее покрытие, обеспечивающее стабильность его характеристик при радиальном (поперечном) сжатии (рис. 2.8,б).

 

Процесс совершенствования ОВ, как основного элемента конструкции любого ОК, происходит непрерывно. Это касается улучшения конструктивных, механических и оптических параметров, а также расширения используемого диапазона длин волн.

Лидерами мирового производства ОВ являются компании Corning, Lucent Technologies, Fujikura и Alcatel, а также отечественные производители: ЗАО «Электропровод», Фирма «СОКК», ЗАО «Севкабель-Оптик», ЗАО «Сарансккабель» и «Лусент Технолоджис Связьстрой-1».

ОВ изготовляется из высококачественного кварцевого стекла, обеспечивающее распространение светового сигнала. Различают одно-и многомодовые градиентные ОВ.

Градиентное одномодовое волокно. Конструктивные и оптические характеристики одномодовых ОВ определены Рекомендациями G.651 (МОВ градиентные типа 50/125), G.652 (ООВ), G.653(ООВ со сдвигом дисперсии), G.654 (ООВ для l = 1,55 мкм) и G.655 (ОВВ со смещенной ненулевой дисперсией) МСЭ-Т (табл. 2.2).

По характеру дисперсии одномодовые волокна (ОМ) подразделяются на

- ОВ с несмещенной дисперсией (SSF - Standard Single Fiber или SSMF - Standard Single Mode Fiber);

- ОВ со смещенной нулевой дисперсией (DSF - Dispersion Shifted Fiber);

- ОВ со смещенной ненулевой дисперсией (NZDSF - Non-Zero Dispersion Shifted Fiber);

Стандартные ООВ с несмещенной дисперсией выпускаются в соответствие с рекомендацией МСЭ-Т G.652.

В ООВ отношение n_c/n_об» 1,505/1,50, а числовая апертура NA = 0,122, луч падает на границу сред под углом близким к прямому» 83^о.

Чтобы распространялась одна мода, отношение диаметра сердцевины ООВ d_c к длине волны оптического сигнала l должно удовлетворять условию d_c/l < 10 (практически d_c = 8…10 мкм).

Градиентное многомодовое волокно. Широко используются два стандарта многомодового градиентного ОВ - 62,5/125 и 50/125. Основные характеристики градиентного МОВ для этих стандартов приведены в табл. 2

Профили показателя преломления и спектральные характеристики коэффициента затухания имеют вид, показанный на рис. 1 и рис. 2 соответственно.

Напомним, что МОВ характеризуется таким параметром, как ширина полосы пропускания частот D F. Ширина полосы пропускания D F определяет допустимую верхнюю частоту спектра сигнала, которая может передаваться по ОВ определенной длины. Часто вместо ширины полосы пропускания используют понятие коэффициент широкополосности S, МГц × км.

Например, если МОВ характеризуется коэффициентом широкополосности 500 МГц × км, это означает, что сигнал с верхней частотой 500

Таблица 2.3

Параметры	Градиентное многомодовое волокно
MMF 50/125	MMF 62.5/125
Номинальное затухание, дБ/км, на длине волны: 850 нм 1300 нм	£ 2,4 £ 0,5	£ 2,8 £ 0,6
Максимальное затухание, дБ/км, на длине волны: 850 нм 1300 нм	£ 2,5 £ 0,8	£ 3,0 £ 0,7
Полоса пропускания, МГц ×км на длине волны 850 нм 1300 нм	³ 400 ³ 800	³ 200 ³ 400
Длина волны нулевой дисперсии (lо), нм	1297…1319	1332…1354
Диаметр сердцевины, мкм	50,0 ± 3,0	62,5 ± 3,0
Диаметр оболочки, мкм	125,0 ± 2,0	125,0 ± 2,0
Числовая апертура (NA)	0,2 ± 0,015	0,275 ± 0,015
Рабочий диапазон температур, ^оС	-60…+85	-60…+85
Стандартная длина волокна, поставляемого на катушке, м	1100…4400	1100…8800
Диаметр защитного покрытия	245 ± 10	245 ± 10

 

При заданном коэффициенте широкополосности S полоса пропускания D F ОВ в зависимости от его длины l определяется соотношением

.

Как видно, чем длиннее ОВ, тем меньше полоса пропускания и, следовательно, меньше объем передаваемой информации (например, если для МОВ с типоразмерами 50/125 нормируемые значения коэффициента широкополосности S 400…1500 МГц × км, то для ОВ длиной 10 км полоса пропускания составит 40…150 МГц × км).

Таким образом, ширина полосы пропускания ограничивает как скорость передачи информации, так и расстояние, на которое может быть передан сигнал.

Полоса пропускания ОВ в зависимости от дисперсии равна

,

где t - уширение импульса в МОВ, которое для ОВ со ступенчатым профилем показателя определяется по формуле

.

Уширение импульса в МОВ с параболическим профилем показателя преломления (ППП) равно

.

Сравнивая значения уширения для ступенчатого и параболического ППП, видно, что для ОВ с параболическим ППП уширение в (2 n ₁ / NA)² раз меньше, чем в ОВ с дискретным законом изменения ППП.

В связи с тем, что МОВ со ступенчатым ППП характеризуется большим значением межмодовой дисперсии, коэффициент широкополосности S не превышает 50 МГц × км. В то же время в ОВ с параболическим ППП он равен 100…200 МГц × км. При соответствующей конструкции ОВ с параболическим ППП коэффициент широкополосности S достигает 1000 МГц × км

Таблица 2.4

Параметры	Тип ОВ
МСО1-2	МСО2-2	МГО1-1 МГО2-1	ЕСО1-1 ЕСО2-1
Диаметр сердцевины, мкм	200 ± 10	400 ± 15	50 ± 3	-
Диаметр оболочки, мкм	360 ± 40	600 ± 50	125 ± 3	125± 3
Наружный диаметр защитного покрытия, мкм	600 ± 100	900 ± 150	230 ± 20	230 ± 20
Неконцентричность защитного покрытия, мкм
Неконцентричность сердцевины и оболочки не более, мкм
Строительная длина не менее, м
Рабочая масса 1 км, кг	0,52	1,2	0,086	0,086

Отечественной промышленностью изготовляются следующие типы ОВ (табл. 2.4).

МСО1-2, МСО2-2 - многомодовое ступенчатое волокно с кварцевой сердцевиной, полимерной оболочкой из силиконового (МСО1-2) или морозостойкого (МСО2-2) компаунда и защитным покрытием из фторопласта;

МСО1-1, МСО2-1 - многомодовое ступенчатое волокно с кварцевой сердцевиной, кварцевой оболочкой и одно (МГО1-1) или двухслойной (МГО2-1) полимерной оболочкой из силиконового (МСО1-2) или морозостойкого (МСО2-2) эпоксиакрилата;.

ЕСО1-1, ЕСО2-1 - одномодовое ступенчатое волокно с кварцевой сердцевиной, кварцевой оболочкой и одно-(ЕСО1-1) или двухслойным (ЕСО2-1) защитным покрытием из эпоксиакрилата.

 

Оптические кабели

Классификация оптических кабелей. Оптический кабель (ОК) представляет собой совокупность скрученных по определенной системе оптических волокон, заключенных в общую влагозащитную оболочку, поверх которой, в зависимости от условий эксплуатации, могут быть наложены защитные покровы. При необходимости ОК может содержать силовые (упрочняющие) и демпфирующие элементы, металлические жилы. Основной задачей ОК является обеспечение требуемого качества передачи при существующих условиях эксплуатации.

К ОК, как и к электрическим кабелям связи, предъявляются следующие требования:

- возможность прокладки в тех же условиях, в каких прокладываются электрические кабели связи;

- использование при прокладке методов, техники и оборудования, применяемых при прокладке электрических кабелей;

- возможность сращивания и монтажа в полевых условиях;

- устойчивость к внешним механическим и климатическим воздействиям в процессе строительства и эксплуатации;

- эксплуатационная надежность с заданными показателями безотказности, долговечности и ремонтопригодности.

Конструкции ОК в основном определяется назначением и областью их применения. Они различаются видом защитных покровов ОК, характером компоновки ОВ в составе кабельного сердечника, характером и способом упрочнения ОК от продольных и радиальных воздействий.

В настоящее время выпускается большое количество типов ОК, отличающихся назначением, условиями прокладки и конструкцией составляющих элементов.

По своему назначению ОК подразделяются по месту в первичной сети на:

- магистральные;

- зоновые (внутризоновые);

- местные (городские, районные);

- объектовые и монтажные.

Магистральны и зоновые ОК предназначаются для передачи информации на большие расстояния и организации большого числа каналов. Они обладают малыми затуханием и дисперсией, но большой широкополосностью.

Местные ОК используются в качестве соединительных линий между городскими и районными АТС. Они рассчитаны на работу без промежуточных регенераторов, т.е. на сравнительно короткие расстояния (5…10 км) и относительно небольшое число каналов.

Объектовые ОК служат для передачи различной информации на малые расстояния внутри объекта и содержат, как правило, большое число ОВ.

Монтажные ОК предназначаются для внутри- и межблочного монтажа аппаратуры.

По способам прокладки. В зависимости от условий прокладки и эксплуатации ОК подразделяются:

- для внутренней прокладки;

- для наружной прокладки;

- специальные.

Кабели внутренней прокладки используются внутри телефонных станций, офисов, зданий и помещений. По условиям прокладки эти кабели подразделяются на:

- кабели вертикальной и горизонтальной прокладки;

- шнуры коммутации.

Кабели наружной прокладки применяются на любых (сельских, городских, зоновых и магистральных) линиях связи и по условию прокладки их можно разделить: воздушные, подземные, подводные.

Кабели воздушной прокладки подвешиваются на опорах различного типа и в свою очередь подразделяются на кабели:

- самонесущие - с несущим тросом или без него, подвешиваемые на опорах различного типа, в том числе на опорах ЛЭП и контактной сети железных дорог;

- прикрепляемые - крепятся к несущему проводу с пом