Структура оптического волокна

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ....................................... 2

СТРУКТУРА ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА...................... 3

УСТРОЙСТВО СВЕТОВОДА.......................................................................................................... 3

ОДНОМОДОВОЕ И МНОГОМОДОВОЕ ВОЛОКНА................................................................. 3

РЕЖИМЫ ПРОХОЖДЕНИЯ ЛУЧА............................................................................................... 4

МОЩНОСТЬ И ПОТЕРИ СИГНАЛА............................................................................................. 5

ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ................................................................................................... 6

ИСТОЧНИКИ И ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ............................................................................. 7

ТОПОЛОГИЯ СОЕДИНЕНИЙ............................. 9

ОПТОВОЛОКОННЫЕ КАБЕЛИ........................... 11

ОПТИЧЕСКИЕ СОЕДИНИТЕЛИ.......................... 14

НЕРАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНИТЕЛИ.............................................................................................. 14

РАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНИТЕЛИ.................................................................................................... 14

ТИПЫ КОННЕКТОРОВ................................................................................................................. 15

РОЗЕТКИ, АДАПТЕРЫ, АТТЕНЮАТОРЫ................................................................................. 16

СЕТЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИ............................... 18

МОНТАЖ....................................... 19

ИНСТРУМЕНТЫ, РАСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ПРИБОРЫ............................................... 19

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................... 21

ДОСТОИНСТВА.............................................................................................................................. 21

НЕДОСТАТКИ................................................................................................................................. 22

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.............................. 24

ВВЕДЕНИЕ

 

Хотя и существуют сети, которые для передачи данных применяют радиопередачу и другие виды беспроводных технологий, но подавляющее большинство ЛВС в качестве передающей среды используют кабель. Чаще всего это кабель с медной жилой для переноса электрических сигналов, но оптоволоконный кабель со стеклянным сердечником, по которому передаются световые импульсы, начинает приобретать все большую популярность. В силу того, что оптоволоконный кабель использует свет (фотоны) вместо электричества, почти все проблемы, присущие медному кабелю, такие как электромагнитные помехи, перекрестные помехи (переходное затухание) и необходимость заземления, полностью устраняются.

Передача информации по оптическим линиям связи имеет всего лишь 50-лет­нюю, но весьма бурную историю. В основе оптической передачи лежит эффект полного внутреннего отражения луча, падающего на границу двух сред с различ­ными показателями преломления. Световод представляет собой тонкий двух­слойный стеклянный стержень, у которого показатель преломления внутреннего слоя больше, чем наружного. Световод, управляемый источник света и фотодетектор образуют канал оптической передачи информа­ции, протяженность которого может достигать десятков километров. Световоды пропускают свет с длиной волны 0,4-3 мкм (400-3000 нм), но пока практически используется только диапазон 600-1600 нм (часть видимого спектра и инфрак­расного диапазона). История оптоволоконной передачи началась с коротковол­новых (около 800 нм) систем. По мере совершенствования технологий производ­ства излучателей и приемников уходят в сторону более длинных волн — через 1300 и 1500 к 2800 нм, передача которых может быть эффективнее. Высокая час­тота электромагнитных колебаний этого диапазона (1013-1014 Гц) дает потенциа­льную возможность достижения скорости передачи информации вплоть до терабит в секунду. Реально достижимый предел скорости определяется сущест­вующими источниками и приемниками сигналов — в настоящее время освоены скорости до нескольких гигабит в секунду.

СТРУКТУРА ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА

УСТРОЙСТВО СВЕТОВОДА

Устройство световода иллюстрирует рис. 1. Внутренняя часть световода называется сердцевиной (иногда переводят как “ ядро ”), которая представляет собой нить из стекла или пластика, внешняя – оптической оболочкой волокна, или просто оболочкой (cladding) являющаяся специальным по­крытием сердцевины, отражающим свет от ее краев к центру.

В зависимости от траектории распространения света различают одномодовое и многомодовое волокно. Многомодовое (многочастотное) волокно (MMF – Multi Mode Fiber) имеет довольно большой диаметр сердцевины - 50 или 62,5 мкм при диаметре оболочки 125 мкм или 100 мкм пои оболочке 140 мкм. Одномодовое (одночастотное) волокно (SMF – Single Mode Fiber) имеет диаметр сердцевины 8 или 9,5 мкм при том же диаметре оболочки. Снаружи оболочка имеет пластиковое защитное покрытие (coating) толщиной 60 мкм, называемое также защитной оболочкой. Световод (сердцевина в оболочке) с защитным покрытием назы­вается оптическим волокном.

	Рис. 1 Оптоволокно в буфере: а – одномодовое, б – многомодовое            1 – сердцевина            2 – оптическая оболочка            3 – защитное покрытие            4 – буфер (необязательный)

 

 

Оптоволокно в первую очередь характеризуется диаметрами сердцевины и оболочки, эти размеры в микрометрах записываются через дробь: 50/125, 62,5/125, 100/140, 8/125, 9,5/125 мкм. Наружный диаметр волокна (с покрытием) тоже стандартизован, в телекоммуникациях в основном используются волокна с диаметром 250 мкм. Применяются также и волокна с буферным покрытием или просто буфером (buffer), диаметром 900 мкм, нане­сенным на первичное 250-мкм покрытие.

РЕЖИМЫ ПРОХОЖДЕНИЯ ЛУЧА

Распространение света в волокне иллюстрирует рис. 2. Для того чтобы луч распространялся вдоль световода, он должен входить в него под углом не более критического относительно оси волокна, то есть попадать в воображаемый входной конус. Синус этого критического угла называется числовой апертурой световода NA.

 

 

Рис. 2 Ввод света в оптоволокно            1 – входной косинус            2 – осевая мода            3 – мода низкого порядка            4 – мода высокого порядка            5 – критический угол

 

В многомодовом волокне показатели преломления сердцевины и оболочки различаются всего на 1-1,5 % (например, 1,515:1,50) При этом апертура NA – 0,2-0,3, и угол, под которым луч может войти в световод, не превышает 12-18° от оси. В одномодовом же волокне показатели преломления различаются еще меньше (1,505:1,50), апертура NA – 0,122 и угол не превышает 7° от оси. Чем больше апертура, тем легче ввести луч в волокно, но при этом увеличи­вается модовая дисперсия и сужается полоса пропускания.

Числовая апертура характеризует все компоненты оптического канала — световоды, источ­ники и приемники излучения. Для минимизации потерь энергии апертуры со­единяемых элементов должны быть согласованными друг с другом.

Строго говоря, распространение сигнала в оптоволокне описывается   уравне­ниями Максвелла. В большинстве случаев можно пользоваться при­ближением геометрической оптики. Если рассматривать распространение сигна­ла с позиций геометрической оптики, то световые лучи, входящие под различны­ми углами, будут распространяться по различным траекториям (рис. 3). Более высоким модам соответствуют лучи, входящие под большим углом, они будут иметь большее число внутренних отражений по пути в световоде и будут прохо­дить более длинный путь. Число мод для конкретного световода зависит от его конструкции: показателей преломления и диаметров сердцевины и оболочки, а также и длины волны.

Рис. 3 Распространение волн в световодах: а – одномодовом, б – многомодовом со ступенчатым профилем, в – многомодовом с градиентным профилем            1 – профиль показателя преломления            2 – входной импульс            3 – выходной импульс

Световой импульс, проходя по волокну, из-за явления дисперсии изменит свою форму – “размажется”. Различают несколько видов дисперсии: модовая, материальная и волноводная. Модовая дисперсия присуща многомодовому волокну и обусловлена наличием большого числа мод, время распространения которых различно. Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления от длины волны. Волноводная дисперсия обусловлена процессами внутри моды и характеризуется зависимостью скорости распространения моды от длины волны.

МОЩНОСТЬ И ПОТЕРИ СИГНАЛА

Мощность оптического сигнала измеряется в логарифмических единицах дБм (децибел к милливатту): уровню 0 дБм соответствует сигнал с мощностью 1 мВт. Потери (loss) сигнала в каком-либо элементе являются затуханием. Тогда большее затухание будет соответствовать и большим потерям сигнала.

По мере распространения луча происходит его затухание, вызванное рассея­нием и поглощением. Поглощение – преобразование в тепловую энергию – про­исходит во вкраплениях примесей; чем чище стекло, тем эти потери меньше. Рассеяние – выход лучей из световода – происходит в изгибах волокон, когда лучи более высоких мод покидают волокно. Рассеяние происходит и в микроизгибах, и на прочих дефектах поверхности границы сред.

Рис. 4 График зависимости затухания от длины волны

Для волокна указывают погонное затухание (дБ/км), и для получения значе­ния затухания в конкретной линии погонное затухание умножают на ее длину. Затухание имеет тенденцию к снижению с увеличением длины волны, но при этом зависимость немонотонна, что видно из рис. 4. На нем видны окна про­зрачности многомодового волокна в областях с длинами волн 850 мкм и 1300 мкм. Для одномодового волокна окна находятся в диапазонах около 1300 и 1500-1600 мкм. Естественно, что с целью повышения эффективности связи ап­паратура настраивается на длину волны, находящуюся в одном из окон. Одномодовое волокно используется для волн 1550 и 1300 нм, при этом типовое погон­ное затухание составляет 0,25 и 0,35 дБ/км соответственно. Многомодовое волокно используется для волн 1300 и 850 нм, где погонное затухание — 0,75 и 2,7 дБ/км.

В оптической передаче самые сложные задачи связаны с концами и стыками волокон. Это генерация световых импульсов и ввод их в волокно, прием и детек­тирование сигналов, и просто соединение отрезков волокон между собой. Луч, падающий на торец волокна, входит в него не весь: он частично отражается об­ратно, часть проходящей энергии рассеивается на дефектах (шероховатости) по­верхности торца, часть “промахивается” мимо конуса, принимающего свет. То же самое происходит и на выходе луча из волокна. В итоге каждый стык вносит потери проходящего сигнала (типовое значение 0,1-1 дБ), а уровень отраженно­го сигнала может находиться в пределах – 15-60 дБ.

 

ПРОПУСКНАЯ СПОСОБНОСТЬ

В большинстве современных технологий информация по световодам передается с помощью импульсов в двухуровневой дискретной форме (есть сигнал – нет сиг­нала), аналога полярности электрического сигнала здесь нет. Информационная пропускная способность линии определяется ее полосой пропускания и приня­той схемой кодирования. Полоса пропускания определяется как максимальная частота импульсов, различимых приемником. По­лоса пропускания волоконной линии ограничивается из-за явления дисперсии, поэтому она зависит от длины. Особенно это заметно на многомодовом волокне.

Для многомодового волокна ширина полосы пропускания BW (МГц) связана с длиной L (км) через параметр, называемый полосой пропускания – А (МГц*км). Для одномодового волокна полоса пропускания зависит от молеку­лярной дисперсии и ширины спектра источника SW.

По полосе пропускания А можно определить максимальную частоту, при кото­рой импульсы будут еще различимыми после прохождения через световод задан­ной длины. Можно решить и обратную задачу – определить максимальную длину световода, пропускающего импульсы заданной частоты. Коэффициент А приво­дится в спецификации на волокно и указывается для конкретной длины волны. Современные многомодовые кабели имеют А=160-500 МГц*км. Что касается современных одномодовых кабелей и лазерных излучателей, то они обеспечивают поло­су пропускания порядка 1 ГГц при длине линии 100 км.

Эффективность использования полосы пропускания определяется принятой схемой кодирования. В технологии FDDI (и 100BaseFX), например, применяет­ся физическое кодирование по методу NRZI, при котором один бит передается за один такт синхронизации. Это означает, что каждые 4 бита полезной информации кодируются 5-битным символом, передаваемым за 5 тактов. Таким образом, коэффициент использования полосы пропускания со­ставляет 4/5=0,8, и для передачи данных со скоростью 100 Мбит/с требуется обеспечить передачу импульсов с частотой (полосой) 125 МГц.

В технологиях современных поколений используется когерентное излучение с модуляцией частоты или фазы сигнала. При этом достигается пропускная спо­собность, измеряемая гигабитами в секунду при длине в сотни километров без ре­генерации. Другое направление — солитоновая технология, основанная на переда­че сверхкоротких (10 пс) импульсов-солитонов. Эти импульсы распространяются без искажения формы, и в идеальной линии (без затухания)  дальность связи не ограничена при гигабитных скоростях передачи. Для этих технологий, пока не имеющих отношения к локальным сетям, пропускная способность линии опре­деляется иными способами.

ТОПОЛОГИЯ СОЕДИНЕНИЙ

 

Оптоволоконная передача допускает разнообразие топологий соединения устройств. Каждое устройство с оптическим портом, как правило, имеет приемник и пере­датчик каждый со своим коннектором. Наиболее простая и распространенная то­пология соединений – двухточечная (рис. 6, а). Здесь выход передатчика од­ного порта соединяется отдельным волокном с входом противоположного порта. Таким образом, для дуплексной связи необходимо два волокна. На основе двухточечного соединения строится и звездообразная топология (рис. 6, б), где каждый порт периферийного устройства соединяется парой волокон с от­дельным портом центрального устройства, которое может быть как активным, так и пассивным.

В кольцевой топологии выход передатчика одного устройства соединяется с входом следующего и так далее до замыкания кольца. Для того чтобы уст­ройства могли обмениваться информацией по кольцу, они все должны быть включены и исправны, что не всегда достижимо. Для возможности работы коль­ца при отключении отдельных устройств, применяют обходные коммутаторы (bypass switch).

 

                                             

Рис. 6 Топология соединений: а – двухточечная, б – звездообразная

 

Обходной (он же проходной) коммутатор представляет собой пассивное управляемое устройство, включаемое между линиями связи и коннекторами приемника и передатчика устройства. Он имеет поворотное зеркало с электриче­ским приводом. При наличии управляющего напряжения зеркало принимает та­кое положение, при котором станция включена в кольцо. При от­сутствии управляющего напряжения зеркало поворачивается так, что кольцо замыкается, минуя станцию, и, кроме того, в тестовых целях приемник станции подключается к ее передатчику. Под пассивностью коммутатора подразумевается то, что он не имеет собственных приемников и передатчиков, а также усилительных схем.

С оптоволокном также возможна организация разделяемой среды передачи на чисто пассивных элементах-разветвителях. Разветвителъ (coupler) представ­ляет собой многопортовое устройство для распределения оптической мощности (здесь под портом понимается точка подключения волокна). Световая энергия, поступающая на один из портов, распределяется между другими портами в за­данном соотношении. В реальном разветвителе присутствуют и различные поте­ри, так что сумма выходных мощностей будет меньше входной. Разветвители ре­ализуются с помощью сварки узла из нескольких волокон или с помощью направленных отражателей.

Т-разветвителъ имеет 3 порта, такие разветвители можно соединять в цепь, реализуя шинную топологию с разделяемым доступом к среде передачи (рис. 7, а). Для того чтобы в цепочку можно было соединять значительное количество або­нентов, разветвители должны большую часть мощности пропускать насквозь, а к абонентам ответвлять меньшую. Абоненты, имеющие раздельные коннекторы приемников и передатчиков, должны подключаться к шине через дополнитель­ные разветвители. В такой сети потери между абонентами сильно зависят от их взаимного расположения в цепочке, в результате чего повышаются требования к ширине динамического диапазона приемников. С ростом количества абонентов потери (в децибелах) растут линейно.

	Рис. 7 Применение T-разветвителей: а – оптическая шина, б – двухточечное соединение

 

Рис. 8 График зависимости потерь от числа абонентов

В разветвителе “звезда” свет, входящий в любой порт, равномерно распреде­ляется между всеми остальными. На основе такого разветвителя может строиться сеть с разделяемой средой передачи и звездообразной топологией. Здесь рост потерь с увеличением числа узлов происходит гораздо медленнее, но расплатой является большая потребность в оптическом кабеле — от каждого абонента к разветвителю идет пара волокон. На рис. 8 приведены графики потерь для сетей с идеальными (без внутренних потерь) и реальными разветвителями обоих типов.

 

ОПТОВОЛОКОННЫЕ КАБЕЛИ

 

Оптоволокно само по себе очень хрупкое и для использования требует дополни­тельной защиты от внешних воздействий. Кабели, применяемые в сетях, исполь­зуют одномодовые и многомодовые волокна с номинальным диаметром оболоч­ки 125 мкм в покрытии с наружным диаметром 250 мкм, которые могут быть заключены и в 900-мкм буфер. Оптический кабель состоит из одного или не­скольких волокон, буферной оболочки, силовых элементов и внешней оболочки. В зависимости от внешних воздействий, которым должен противостоять кабель, эти элементы выполняются по-разному.

По количеству волокон кабели подразделяют на симплексные (одножильные), дуплексные (2 волокна) и многожильные (от 4 до нескольких сотен волокон). В многожильных кабелях обычно применяются однотипные волокна, хотя про­изводители кабеля под заказ могут комплектовать его и разнотипными (ММ и SM) волокнами. Ориентировочные значения основных параметров волокон при­ведены в табл. 1. Наиболее популярно многомодовое волокно 62,5/125, однако его полосы пропускания на волнах 850 нм недостаточно для организации длин­ных магистралей Gigabit Ethernet. Волокно 100/140, ука­занное в спецификации Token Ring, применяется ограниченно. Из одномодовых больше распространено волокно 9,5/125.

Таблица 1. Основные параметры оптических волокон

 

ВОЛОКНО	ЗАТУХАНИЕ, дБ/км			ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ, МГц*км		АПЕРТУРА
мкм/мкм	850 нм	1300 нм	1550 нм	850 нм	1300 нм	NA
8/125, 9,5/125	-	0,35	0,22	-	-	0,1
50/125	2,7-3,5	0,7-2,0	-	400-500	400-500	0,20
62,5/125	2,7-3,5	0,7-1,5	-	160-200	400-500	0,275
100/140	5,0	4,0	-	100	200	0,29

Волокна характеризуются и более подробными геометрическими параметра­ми (допуски диаметров, эксцентриситет, некруглость), но их приводят не во всех спецификациях и в практических расчетах они не фигурируют.

Буфер отделяет волокно от остальных элементов кабеля и является первой ступенью защиты волокна. Буфер может быть плотным или пустотелым. Плот­ный буфер (tight buffer) заполняет все пространство между покрытием и внеш­ней оболочкой кабеля. Простейшим плотным буфером является 900-мкм защит­ное покрытие волокна. Плотный буфер обеспечивает хорошую защиту волокна от давления и ударов, кабель в плотном буфере имеет небольшой диаметр и до­пускает изгиб с относительно небольшим радиусом. Недостатком плотного бу­фера является чувствительность кабеля к изменению температуры: из-за разницы в коэффициентах теплового расширения волокна (малый) и буфера (большой) при охлаждении буфер будет «съеживаться», что может вызвать микроизгибы волокна. Кабель с плотным буфером применяют в основном для разводки внут­ри помещений и изготовления коммутационных шнуров.

В кабеле с пустотелым буфером (loose tube) волокна свободно располагаются в полости буфера — жесткой пластиковой трубки, а оставшееся пространство может быть заполнено гидрофобным гелем. Такая конструкция более громоздка, но обеспечивает большую устойчивость к растяжению и изменениям температу­ры. Здесь волокна имеют длину большую, чем длина кабеля, поэтому деформа­ции оболочки не затрагивают само волокно. В зависимости от назначения и чис­ла волокон профиль буфера может иметь различную форму.

Силовые элементы обеспечивают требуемую механическую прочность кабеля, принимая на себя растягивающие нагрузки. В качестве силовых элементов ис­пользуют кевларовые нити, стальные стержни, стренги из скрученной сталь­ной проволоки, стеклопластиковые стержни. Самую высокую прочность имеет стальная проволока, но для полностью непроводящих кабелей она неприменима.

Внешняя оболочка защищает всю конструкцию кабеля от влаги, химических и механических воздействий. Кабели для тяжелых условий эксплуатации могут иметь многослойную оболочку, включающую и бронирующую рубашку из стальной ленты или проволоки. Материал внешней оболочки определяет защи­щенность кабеля от тех или иных воздействий, а также горючесть кабеля и токсичность выделяемого дыма.

В локальных сетях применяют кабели наружной, внутренней и универсаль­ной прокладки. Наружные (outdoor) кабели отличаются лучшей защищенно­стью от внешних воздействий и более широким диапазоном допустимых темпе­ратур. Однако по противопожарным нормам их не разрешается использовать внутри помещения, поскольку при горении они выделяют токсичный дым. По этой причине длина прокладки такого кабеля внутри помещения ограничивается 15 м — далее должна быть распределительная коробка, в которой этот кабель стыкуется с внутренним.

Внутренний (indoor) кабель, как правило, менее защищен, но и менее опасен при возгорании. Универсальный (indoor/outdoor) кабель сочетает в себе защи­щенность и безвредность, но, как правило, он дороже специализированного.

Распределительный (distribution) кабель состоит из множества во­локон (часто в 900-мкм буфере), его разделывают в распределительных коробках и панелях, корпуса которых защищают волокна от механических воздействий.

В общих спецификациях на оптический кабель указывают, следующие параметры (приводятся без обозначений, в силу неоднозначностей разных классификаций):

· назначение кабеля, его защищенность, наличие электропроводящих эле­ментов, возможные способы прокладки;

· тип и количество волокон;

· диапазон рабочих температур, отдельно может указываться для прокладки и эксплуатации;

· допустимое растягивающее усилие;

· минимальный радиус изгиба, постоянного и кратковременного;

· максимальное раздавливающее усилие;

· для самонесущих кабелей –  длина пролета и стрела провиса;

· внешний диаметр;

· погонный вес;

· материал внешней оболочки и/или характеристики горючести.

 

Оптический кабель требует особо бережного отношения при прокладке. Если для медного кабеля нарушение предельно допустимых параметров (усилия, ра­диус изгиба) приводит, как правило, только к ухудшению характеристик (до об­рыва проводников дело доходит редко), то такие «вольности» с оптическим ка­белем могут приводить к разрыву (излому) волокна. Для обнаженного волокна особенно опасно сочетание растяжения и изгиба, в кабелях с пустотелым буфе­ром воздействие на волокно смягчается.

Оптический кабель чувствителен к перепадам температур, от которых волок­но может трескаться. Для кабелей, выходящих из помещения, нужно принимать во внимание и воздействие градиента температуры: он определяется через раз­ницу температур, которая зимой может достигать и 50-60 °С, и толщину стен. Если градиент выше допустимого, волокно может треснуть.

Для работы в условиях высокого уровня радиации требуется специальный кабель. От высокого уровня радиации волокно может мутнеть, в результате чего возрастет затухание сигнала в кабеле. Сверхмощное облучение (ядерный взрыв) приводит к резкому возрастанию затухания, которое экспоненциально снижает­ся до допустимого за время, исчисляемое десятками минут.

 

ОПТИЧЕСКИЕ СОЕДИНИТЕЛИ

 

Оптические соединители предназначены для постоянного или временного, разъ­емного или неразъемного соединения волокон. Основные параметры соедините­ля –  вносимые потери и уровень обратного отражения. Для минимизации потерь необ­ходимо точное взаимное позиционирование соединяемых волокон, что особенно сложно достичь для одномодовых волокон. Важной характеристикой соединителей является диапазон рабочих темпера­тур – тепловое расширение компонентов соединителя влияет на точность пози­ционирования со всеми вытекающими последствиями. Качество соединений сильно связано со стоимостью соединителей или необходимого оборудования, поэтому идеального соединителя на все случаи жизни нет.

 

НЕРАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНИТЕЛИ

Самое лучшее постоянное неразъемное соединение волокон обеспечивает свар­ка –  вносимые потери < 0,05 дБ (типовое значение 0,01 дБ для ММ и 0,02 дБ для SM), обратные отражения < -60 дБ. Перед сваркой волокна освобождают от защитного буфера и специальным инструментом скалывают кончики. Качест­венно выполненная операция обеспечивает довольно гладкую поверхность ско­ла, перпендикулярную к оси волокна. Подготовленные концы закрепляют в сва­рочном аппарате, который осуществляет точное позиционирование волокон по трем координатам. Позиционирование выполняется автоматически или вруч­ную, под наблюдением через микроскоп. После точного совмещения стык свари­вается электрической дугой. Место сварки из-за внутренних напряжений стано­вится довольно хрупким. От излома его защищают специальной термоусадочной трубочкой, которую надевают на один из концов до сварки, а потом надвигают на стык и нагревают. Главный недостаток сварки –zнеобходимость использова­ния дорогого оборудования и источника электроэнергии на месте работы. Свар­ка в основном применяется при прокладке длинных линий, где большое количе­ство стыков ставит жесткие ограничения на вносимое затухание и надежность соединения.

Для неразъемного (постоянного или временного) соединения волокон без ис­пользования сварки применяют механические соединители – сплайсы (splice). Сплайсы фиксируют волокна в требуемом положении и обычно допускают мно­горазовое использование.

 

РАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНИТЕЛИ

Для разъемного соединения двух волокон на их концы устанавливают коннекто­ры (connector), они же вилки, которые вставляют в соединительные розет­ки (receptacle), изображенные на рис. 9.

Коннектор имеет два функциональных элемента – корпус 1 и наконечник 2. Наконечник (ferrule), закрепляемый на волокне, обеспечивает его центровку в розетке. От материала, из которого изготовлен наконечник, зависит качество коннектора – уровень вносимых потерь. Лучшим материалом считается керами­ка – допуски при ее обработке минимальны, затем идет нержавеющая сталь, са­мые дешевые коннекторы имеют пластмассовый наконечник. Волокно закрепля­ется в наконечнике либо с помощью эпоксидного клея (традиционный способ), либо с помощью обжима соответствующей детали коннектора. Выступающий кончик волокна скалывают и полируют. Полировка необходима для того, чтобы стыкуемые волокна в наконечниках могли как можно ближе придвигаться друг к другу, а шероховатости поверхностей не вносили бы дополнительных потерь. Наконечник закрепляется в корпусе коннектора либо неподвижно, либо относи­тельно свободно. Корпус обеспечивает закрепление кабеля и фиксацию коннек­тора в розетке. “Плавающее” закрепление наконечника защищает сам оптиче­ский стык от механических воздействий на корпус коннектора и кабель.

	Рис. 9 Разъемное соединение

 

Розетка состоит из корпуса и центрирующей вставки. Корпус розетки 3 обес­печивает ее крепление на панели и фиксацию коннекторов. Вставка 4 обеспечи­вает точное взаимное позиционирование наконечников коннекторов. Материал вставки – керамика или брон­за – влияет на качество соединителя, им определяется точность позиционирова­ния наконечников.

По типу соединяемых волокон разъемы делятся на одномодовые и многомодовые. Для одномодовых требуется более высокая точность позиционирования (из-за малого диаметра сердцевины волокна). Здесь для наконечников коннекто­ров и центрующих вставок розеток обычно используют керамику, которую мож­но обрабатывать с меньшими допусками. В таких коннекторах часто применяют “плавающий” наконечник, чтобы внешние механические воздействия не приво­дили к нарушению позиционирования. Некоторые типы коннекторов выпускают с внутренним диаметром наконечника 125, 126 и 127 мкм, что связано с допус­ком на наружный диаметр оболочки волокна. При сборке таких коннекторов подбирают наконечник с минимальным диаметром, который удается надеть на конкретное волокно. Этим достигается наибольшая точность центровки. Для снижения уровня обратных отражений применяют наконечники с полировкой PC и АРС. По этим причинам одномодовые коннекторы дороже многомодовых вариантов коннекторов того же типа. Одномодовые коннекторы можно исполь­зовать и для многомодового волокна, но это слишком дорого.

Цветовая маркировка (по TIA/EIA-568A): многомодовые коннекторы и адап­теры (розетки) – бежевые, одномодовые — синие.

По количеству соединяемых волокон коннекторы делятся на  одинарные (симп­лексные), дуплексные (двойные) и многоканальные.

В оптических коннекторах используются разные механизмы фиксации. Поворотные фиксаторы — байонетные (ST) или винтовые (FC) — не позволяют получать дуплексные конструк­ции с высокой плотностью портов. Гораздо удобнее фиксация “тяни-толкай” (push-pull), применяемая в разъемах SC (одиночных и дуплексных).

 

 

ТИПЫ КОННЕКТОРОВ

В отличие от электрических разъемов, из которых в сетях применяется в основ­ном один тип (RJ-45), оптических коннекторов существует великое множество, что не способствует удешевлению оптических технологий. Разъемы различаются размерами, формой, способом фиксации коннектора, количеством соединяемых волокон, простотой установки и требуемым для этого инструментом. При кажу­щейся простоте этих изделий они имеют высокую цену, обусловленную необхо­димостью применения прецизионной механической обработки деталей из специ­альных материалов для получения стабильных и повторяемых характеристик при работе в заданном диапазоне температур с гарантированным числом циклов соединений.

Коннекторы ST – одиночные, с байонетной фиксацией, диаметр наконечника 2,5 мм. Потери 0,2-0,3 дБ. Технология установки – клеевая или обжимная. Стандартами СКС допускаются, если уже используются в существующих линиях, но не рекомендуются для новых инсталляций.

Коннекторы ХТС – вариант ST с технологией обжима Light Crimp (только для ММ).

Коннекторы SC и SC Duplex – одиночные и дуплексные, диаметр наконечни­ка 2,5 мм. Потери 0,2-0,3 дБ. В дуплексном варианте два одиночных коннектора объединяются общим зажимом или соединяются защелками. Фиксация “тяни-тол­кай”. Технология установки – клеевая или обжимная (Light-Crimp – только для ММ). Стандарты СКС рекомендуют этот тип для использо­вания в кабельной сети здания.

Коннекторы FC и FC/PC – одиночные, с резьбовой фиксацией, диаметр нако­нечника 2,5 мм. Потери 0,2-0,3 дБ. Наконечник “плавает” относитель­но корпуса и оболочки кабеля. Устойчивы к вибрациям и ударам. Эффективны для SM-волокна, применяются в бортовых системах, кабельном телевидении, даль­ней связи.

Коннекторы FDDI – дуплексные, диаметр наконечника 2,5 мм. Фиксация с помощью двух боковых пружинящих защелок. Коннектор довольно громоздкий и дорогой. В основном применяется в аппаратуре FDDI. Система ключей предотвращает неправильное использование портов.

Рассмотренные выше коннекторы по сравнению с электрическими довольно громоздки, они не позволяют обеспечить высокую плотность портов на распре­делительных панелях и активном оборудовании. В TIA/EIA при разработке но­вой редакции стандарта 568 была предпринята попытка покончить с многообразием коннекторов и определить единый малогабаритный абонент­ский дуплексный соединитель, вписывающийся в габариты малогабаритной ро­зетки RJ-45. Однако принять единый из нижеследующих так и не удалось.

Коннектор MT-RJ – малогабаритный дуплексный, имеет двухволоконный наконечник с закрепленными и отполированными фрагментами волокна. Фиксируется защелкой, предназначен для проводки внутри здания. Для оконцовки необходимо лишь зачистить кабель, сколоть во­локна и зафиксировать их, как в сплайсе CoreLink. Выпускается для одномодовых и многомодовых (50/125 и 62,5/ 125) волокон. Уровень обратных отражений -44 дБ.

Коннектор OptiSPEED LC – улучшенный малогабаритный дуплексный ва­риант SC. Фиксация аналогична RJ-45. Поте­ри 0,1-0,2 дБ, обратные отражения -20 дБ для ММ и -40 дБ для SM.

Коннектор OPTI-JACK – дуплексный, диаметр наконечника 2,5 мм, фик­сация аналогична RJ-45. Потери 0,19 дБ SM и 0,16 дБ ММ, обратные отра­жения -20 дБ для ММ и -(40-45) дБ для SM.

Коннектор SCDC и SCQC – дуплексный и 4-канальный, наконечники 2,5 мм, фиксация аналогично SC.

Коннектор VF-45 – дуплексный, для выравнивания волокон используется V-образный профиль. Дешевый и простой в установке, потери 0,3 дБ, об­ратные отражения -20 дБ.

 

 

Ethernet 10/100/1000 Мбит/с

Для технологии Ethernet (10 Мбит/с) стандартный оптический коннектор, типа ST. Для технологии Fast Ethernet (100 Мбит/с) и Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с) в основном применяют коннекторы SC, в более современной ап­паратуре используют компактный MT-RJ.

IEEE 802.3

Стандарт 802.3 для оптической среды при скорости 10 Мбит/с, предусматри­вает длину волны 850 нм (ММ). Существуют и фирменные устройства на 1310 нм, используемые как с SM, так и с ММ. Предполагается введение альтернативного коротковолнового (850 нм) стандарта lOOBaseSX для связи ММ-волокном на короткие расстояния. Gigabit Ethernet имеет оптические версии с разной длиной волны: lOOOBaseSX -850 нм (MM), lOOOBaseLX - 1300 нм (MM/SM), lOOOBaseLH (предполагае­мая) - 1310 или 1550 нм (SM). Лазерные передатчики портов Gigabit Ethernet при работе с ММ-волокном вызывают эффект дифференциальной модовой задержки.

Token Ring

Фирма IBM первоначально использовала ММ-волокно 100/140 нм. Стандарт 802.5 определяет ММ-волокно, длину волны 850 нм. В “фирменных” решениях используется и SM-волокно, 1310 нм. О