10.1. КАБЕЛИ ОПТИЧЕСКИЕ ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Оптическими или оптиковолоконными называют кабели, предназначенные для передачи информации по жилам, представляющим собой кварцевые волокна, которые обеспечивают передачу информации в широком спектре частот с малыми потерями и высокой помехозащищенностью, что позволяет по сравнению с традиционными кабелями связи с металлическими жилами резко увеличить объем передаваемой информации.

Наиболее широко оптические кабели (ОК) применяются для создания систем магистральной, зоновой, городской связи, связи между различными объектами или внутренних, а также для внутри- и межблочного монтажа аппарата. Кроме того, ОК успешно применяются в автоматизированных и автоматических системах управления под влиянием сильных электромагнитных полей.

Система передачи информации по ОК включает источник оптического излучения – лазеры, мультиплексоры, демультиплексоры и другие устройства систем передачи и приема с уплотнением каналов. Суммарная информационная емкость для систем кабельной связи достигает 1 Терабит/с.

Волокно является двухслойным диэлектрическим волноводом, характеризующимся вполне определенными пространственно-временными распределениями электромагнитного поля, которые зависят от параметров волокна и длины волны оптического излучения и называются модами. Каждая мода удовлетворяет уранениям Максвелла и некоторым граничным условиям, определяемым геометрией и оптическими характеристиками волокна. Различают одномодовые и многомодовые оптические волокна. Диапазон длин волн сигналов, передаваемых по ОК находится в спектральном диапазоне от 850 до 1550 нм, который относится к ближайшему ИК-диапазону.

Оптические волокна получают путем вытяжки при высокой температуре из заготовок, созданных различными методами, например, химическим осаждением стекла из газовой фразы, включающих тетрахлориды кремния, германия и других высокоочищенных элементов. Оптические волокна имеют защитное, обычно акриловое покрытие, которое накладывается сразу после вытяжки волокна. Следует отметить, что в настоящее время отечественная промышленность выпускает ОК, в основном, на основе импортируемых из-за рубежа оптических волокон. Сведения о них приведены в таблицах 10.1-10.3. необходимо отметить, что эти и многие последующие данные приводятся автором преимущественно согласно данных Технического справочника (2), который содержит наиболее полные в литературе сведения об ОК, выпускаемых в настоящее время отечественной промышленностью. ОК по конструктивному исполнению делятся на кабели модульной конструкции, кабели с профилированным сердечником, кабели с центральной трубкой, ленточного типа и др. Конструкции ОК изображены на рис. 10.1 и 10.2. В модульной конструкции одно или несколько оптических волокон с защитными покрытиями расположены в защитной полимерной трубке свободно либо с гидрофобным заполнением и образуют оптический модуль. Такие модули располагаются вокруг силового центрального элемента, скручиваются в кабель, покрываются оболочкой из ПЭ. Некоторые кабели имеют медные жилы, используемые для служебной связи.

В ОК с профилированным полимерным сердечником оптические волокна укладываются в спиральные пазы сердечника с гидрофобным наполнением, закрывается защитной оболочкой, защищаются броней и оболочкой из ПВХ пластиката или ПЭ.

Магистральные и зоновые ОК предназначены для передачи информации на значительные (сотни км) расстояния. Магистральные ОК обладают высокой пропускной способностью и малым коэффициентом затухания ( не более 0,3 дБ/км при длине волны 1,55 мкм и не более 0,7 дБ/км при длине волны 1,3 мкм). Конструктивно эти ОК могут быть с модульным сердечником и с профилированным сердечником. Строительная длина магистральных и зоновых ОК не менее 2000 м, температура окружающей среды от +40 до +50 °С.

Рис. 10.1. Оптический кабель модульной конструкции: 1 — оптическое волокно, 2 — оболочка оптического модуля, 3 — центральный силовой элемент из стеклопластикового стержня или в виде стального троса, 4 — оболочка, 5 — медная жила, 6 — изоляция медной жилы, 7 — гидрофобное заполнение, 8 — скрепляющая лента, 9 — промежуточная оболочка из ПЭ, 10 — подушка из крепированной бумаги, 11 — броня из стальной ленты, 12 — наружная оболочка из ПЭ.

Рис. 10.2. Оптический кабель с профилированным сердечником: 1 — центральный профилированный полимерный элемент, 2 — упрочняющие нити, 3 — оптическое волокно, 4 — гидрофобное заполнение, 5 — скрепляющая лента, 6 — защитная оболочка из ПВХ пластиката, 7 — армирующий элемент, 8 — скрепляющая лента, 9 — защитная оболочка из ПЭ, 10 — ПЭ оболочка.

ОК для городской связи используют как линии связи между городскими АТС и узлами связи протяженностью не более 5…10 км, а также для обеспечения соединений внутри помещений телефонных станций. ОК могут иметь при этом конструкцию обоих указанных типов. Такие линии на основании ОК не требуют применения промежуточных усилителей-регенераторов сигнала. ОК могут прокладываться таким же способом, как кабели связи с металлическими жилами.ОК выдерживают до 20 изгибов на угол 90 при радиусе изгиба линейных ОК – 250 мм и станционных – 90 мм. Допустимый диапазон температур окружающей среды для линейных кабелей составляет от –4 до +55 °С, для станционных – от –10 до +55 °С. При этих условиях укладки и эксплуатации ОК сохраняют работоспособность.

Для эксплуатации в местных телефонных сетях выпускают ОК, состоящие из параллельно расположенных сердечника с 30…300 парами медных жил с ПО изоляцией и оптической модульной четверкой с числом волокон от одного до восьми в каждой. ОК прокладывают, так же как и обычные кабели с медными жилами в кабельной канализации, в коллекторах, по стенам зданий и сооружения и в подвесках с применением несущего троса на воздушных линиях связи. ОК для местных телефонных сетей имеют коэффициент затухания оптических волокон на длине волны 1,3 мкм в пределах 0,7…1 дБ/км при коэффициенте широкополосного соответственно 800…500МГц*км. На длине волны 0,85 мкм эти показатели равны 3…5 дБ/км при широкополосности 500…250МГц*км соответственно.