Оптические волоконные кабели

Оптические волоконные ка́бели — кабели, содержащие одно или более оптических волокон. Оптические элементы волокна индивидуально покрываются защитными полимерными слоями и размещены в защитной оболочке, подходящей для окружающей среды, в которой кабель будет проложен.

Устройство

На оптические волокна применяемые при производстве кабеля, обычно нанесена только первичная полимерная оболочка. Эти волокна затем помещаются в жёсткую полимерную трубку называемую оптическим модулем. Для защиты волокон от воды, полимерная трубка (оптический модуль) с волокнами часто заполняется гидрофобным (водоотталкивающим) гелем. В основе оптических кабелей лежит центральный силовой элемент (ЦСИ). В качестве центрального силового элемента часто используют стальной торс (в более дорогих, обычно полностью диэлектрических кабелях его роль выполняет стеклопластиковый стержень). Вокруг центрального силового элемента размещают оптические модули с оптическими волокнами. Чтобы при прокладке кабеля и его изгибах не повредить оптические волокна, модули с оптическими волокнами обвивают вокруг центрального силового элемента по спирали. Количество оптических модулей подбирают таким образом, чтобы равномерно заполнить пространство вокруг центрального силового элемента (обычно 6 - 8 модулей). В случае, если в кабеле используется всего несколько оптических модулей (или только один оптический модуль), для сохранения круглой формы кабеля, при свивке используют полиэтиленовые стержни размещённые вместо отсутствующих оптических модулей. Далее эту свивку также пропитывают гидрофобным гелем и оборачивают несколькими слоями тонкой полимерной ленты. Поверх полимерной ленты наносится внешняя оболочка кабеля. В специальных случаях кабель "бронируют" навивкой на него стальных лент или стальной проволоки. Как правило, поверх брони наносят ещё один внешний полимерный слой. Внешняя оболчка кабеля стойка к механичесим воздействиям и действию УФ излучения.

Элементы оптических кабелей

Бронированный волоконно-оптический кабель предназначенный для внешней прокладки.

Волоконно-оптический кабель предназначенный для непосредственной прокладки в грунте.

Волоконно-оптический кабель состоит из:

1. центрального силового элемента (ЦСИ),
2. оптических модулей (полимерные трубки с размещёнными в них оптическими волокнами),
3. силовых элементов,
4. брони,
5. защитных оболочек,
6. внешней оболочки кабеля.

Сердечник кабеля

Для повышения механической прочности волоконно-оптических кабелей, оптические модули этого кабеля свиваются вокруг центрального силового элемента, являющегося сердцевиной кабеля. При этом центральный силовой элемент может служить как опорой для защиты от продольного изгиба, так и для защиты от нагрузок на растяжение. Благодаря скрутке световоды в оптических модулях имеют определённое пространство, в пределах которого нагрузки на растяжение, изгиб, сжатие, не выходящее за определённые рамки, не оказывают влияния на передаточные характеристики. Наряду с оптическими модулями вокруг силового элемента могут навиваться наполнители, т. е. модули без световодов или чисто полиэтиленовые элементы, а также медные жилы в виде витых пар или четвёрок. Совокупность этих скручиваемых элементов и силовых элементов, а также скрепляющей ленты или оболочки вокруг них, если таковая имеется, называется сердечником кабеля.

Скрутка

В волоконно-оптической кабельной технике в основном применяется скрутка слоями (повивами). При этом скручиваемые элементы располагаются концентрически вокруг центрального силового элемента. Если скручиваются отдельные элементы (оптические модули, медные жилы, наполнители), то в этом случае говорят о кабеле повивной скрутки. Если же сердечник кабеля свивается из модулей состоящих из скрученных элементов (жгутов), то такой кабель называется модульным кабелем или кабелем жгутовой скрутки. Существуют два типа скрутки: спиральная скрутка и SZ-скрутка (скрутка с чередованием направления скрутки).

Заполнение сердечника

Для обеспечения водонепроницаемости волоконно-оптического кабеля по его длине при попадании воды, свободное пространство между элементами сердечника заполняется специальным гидрофобным компаундом под высоким давлением. При этом компаунд должен иметь состав не оказывающий вредного влияния на характеристики элементов кабеля и иметь малый коэффициент линейного расширения.

Оболочка кабеля

Оболочка кабеля должна защищать сердечник волоконно-оптического кабеля снаружи от механических, тепловых, химических, световых воздействий, а также от влаги. Наиболее часто используют полиэтилен. Для кабелей предназначенных для внутренней прокладки, в качестве материала оболочки используют перфторэтилен-пропилен, перфторалкокси-сополимер, сополимер этилена и винилацетата. Если для кабелей с наполнителем сердечника требуется диэлектрическая оболочка, не содержащая металл, то между оболочкой кабеля и упрочняющими волокнами помещается предохранительный слой пластика из полиамидного расплавленного связующего вещества. Он предотвращает попадание компаунда из сердечника кабеля в его оболочку. Основные типы оболочек кабеля: полиэтиленовые, поливинилхлоридные, оболочки из фтористых пластмасс, оболочки из материалов не содержащие галогенов.

Защитная оболочка

Для кабелей наружной прокладки и специальных кабелей требуются полиэтиленовые или поливинилхлоридные защитные покрытия, а для особых случаев — покрытие из полиамида. Они защищают броню, нанесённую поверх оболочки кабеля, от коррозии и от внешних повреждений, например при непосредственной прокладке кабеля в грунт или протягивании по кабельной канализации.

Броня

Для защиты сердечника волоконно-оптического кабеля и его оболочки в особых случаях, как например, для прокладки под водой или в шахтах, для кабелей с защитой от грызунов, для самонесущих кабелей или для случаев, когда требуются очень высокие величины механических нагрузок на растяжение и/или сжатие, применяется дополнительная броня. Броня может быть выполнена из волокон арамида (кевлара), стальных лент, стальной проволоки, гофрированной стальной ленты и пр.

Типы конструкции кабелей

Конструкции волоконно-оптических кабелей классифицируются в соответствии с определёнными характеристиками на следующие типы:

1. кабели наружной прокладки,
2. кабели внутренней прокладки,
3. специальные кабели.

Типичные температурные диапазоны для волоконно-оптических кабелей:

• Температура транспортировки и хранения от -25°С до +70°С
• Температура монтажа от -5°С до +50°С
• Температура при эксплуатации от -20°С до +60°С

Стандартная длина поставляемых волоконно-оптических кабелей для наружной прокладки от 2000 метров до 6000 метров.

Маркировка оптических волокон

Таблица 1. Цветовое кодирование согласно стандарту IEC 60304

Таблица 2. Цветовое кодирование оптических волокон, используемое зарубежными производителями оптических кабелей.

В 1982 г. стандартом IEC 304 Международного электротехнического комитета (МЭК) были определены двенадцать стандартных цветов изоляции низкочастотных кабелей и проводов (табл. 1), которые используются и для цветового кодирования оптических волокон (ОВ) в группах, содержащих до 12 ОВ. Нумерация же ОВ, сопоставляемая с цветом, предусмотренным названным стандартом МЭК, определяется национальными стандартами (табл. 2).

В случае, если в одном оптическом модуле одновременно находятся более 12-ти оптических волокон, то оболочки следующих по счёту оптических волокон, повторяют последовательность цветов предыдущих волокон с той разницей, что на них по всей длине ещё наносятся поперечные метки в виде например, чёрной полосы, через каждые 25 мм.

В некоторых случаях метки на оболочках последующих волокон, наносят через большие промежутки например, 40 мм., 60 мм, 80 мм. Некоторые производители оптических кабелей поступают иначе. Все волокна в каждом оптическом модуле разделяют на группы по 12 цветов в соответствии с принятым обозначением, оборачивая каждую группу оптических волокон нитью окрашенной в различные цвета (обычно красный, зелёный, синий и т. д.).

Дополнения

Наиболее часто встречающееся цветовое кодирование оптических волокон, используемое различными зарубежными производителями оптических кабелей, приведено в таблице.

См. Также

• Оптические материалы
• Стекло
• Оптическое волокно
• Многомодовое оптическое волокно
• Одномодовое оптическое волокно
• Сварка оптического волокна
• Сплайс-пластина
• Оптический кросс
• Оптическая муфта
• Оптический адаптер
• Оптический коннектор
• Оптический сплайс
• Оптический пигтейл
• Оптический патчкорд
• Оптический ответвитель
• Оптический WDM ответвитель
• Оптический аттенюатор
• Оптический кабель
• Оптический скалыватель
• Оптические устройства

Литература

• Gambling, W. A., «The Rise and Rise of Optical Fibers», IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 6, No. 6, pp. 1084—1093, Nov./Dec. 2000
• Gowar, John, Optical Communication Systems, 2 ed., Prentice-Hall, Hempstead UK, 1993 (ISBN 0-13-638727-6)
• Hecht, Jeff, City of Light, The Story of Fiber Optics, Oxford University Press, New York, 1999 (ISBN 0-19-510818-3)
• Hecht, Jeff, Understanding Fiber Optics, 4th ed., Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ, USA 2002 (ISBN 0-13-027828-9)
• Nagel S. R., MacChesney J. B., Walker K. L., «An Overview of the Modified Chemical Vapor Deposition (MCVD) Process and Performance», IEEE Journal of Quantum Mechanics, Vol. QE-18, No. 4, April 1982
• Ramaswami, R., Sivarajan, K. N., Optical Networks: A Practical Perspective, Morgan Kaufmann Publishers, San Francisco, 1998 (ISBN 1-55860-445-6)
• Fiber Optic Cables by G. Mahlke., P. Gossing, 1993 by Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich.
• Гюнтер Мальке, Петер Гёссинг «Волоконно-оптические кабели», 2001 Новосибирск, Издательский дом «Вояж».