Волоконно оптический кабель это


Кабель оптический - это... Что такое Кабель оптический?

Связка оптоволокна. Теоретически, использование передовых технологий, таких как DWDM, со скромным количеством волокон, которое представлено здесь, может дать достаточную пропускную способность, с помощью которой легко было бы передать всю необходимую информацию, в которой нуждается вся планета (около 100 терабит в секунду в одном оптоволокне. )

Оптоволокно — это стеклянная или пластиковая нить, используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения. Волоконная оптика — раздел прикладной науки и машиностроения, описывающий такие волокна. Оптоволокна используются в оптоволоконной связи, которая позволяет передавать цифровую информацию на большие расстояния и с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи. В ряде случаев они также используются при создании датчиков.

Простой принцип действия позволяет использовать различные методы, дающие возможность создавать самые разнообразные оптоволокна:

Из-за физических свойств оптоволокна необходимы специальные методы для их соединения с оборудованием. Оптоволокна являются базой для различных типов кабелей, в зависимости от того, где они будут использоваться.

Принцип передачи света внутри оптоволокна был впервые продемонстрирован во времена королевы Виктории (1837—1901 гг.), но развитие современных оптоволокон началось в 1950-х годах. Они стали использоваться в связи несколько позже, в 1970-х; с этого момента технический прогресс значительно увеличил диапазон применения и скорость распространения оптоволокон, а также уменьшил стоимость систем оптоволоконной связи.

Применение

Оптоволоконная связь

Основная статья: Оптоволоконная связь

Оптоволокно может быть использовано как средство для дальней связи и построения компьютерной сети, вследствие своей гибкости, позволяющей даже завязывать кабель в узел. Несмотря на то, что волокна могут быть сделаны из прозрачного пластичного оптоволокна или кварцевого волокна, волокна, использующиеся для передачи информации на большие расстояния, всегда сделаны из кварцевого стекла, из-за низкого оптического ослабления электромагнитного излучения. В связи используются многомодовые и одномодовые оптоволокна; многомодовое оптоволокно обычно используется на небольших расстояниях (до 500 м), а одномодовое оптоволокно — на длинных дистанциях. Из-за строгого допуска между одномодовым оптоволокном, передатчиком, приемником, усилителем и другими одномодовыми компонентами, их использование обычно дороже, чем применение мультимодовых компонентов.

Оптоволоконный датчик

Оптоволокно может быть использовано как датчик для измерения напряжения, температуры, давления и других параметров. Малый размер и фактическое отсутствие необходимости в электрической энергии, дает оптоволоконным датчикам преимущество перед традиционными электрическими в определенных областях.

Оптоволокно используется в гидрофонах в сейсмических или гидролокационных приборах. Созданы системы с гидрофонами, в которых на волоконный кабель приходится более 100 датчиков. Системы с гидрофоновым датчиком используются в нефтедобывающей промышленности, а также флотом некоторых стран. Немецкая компания лазерный микроскоп, работающий с лазером и оптоволокном[1].

Оптоволоконные датчики, измеряющие температуры и давления, разработаны для измерений в нефтяных скважинах. Оптоволоконные датчики хорошо подходят для такой среды, работая при температурах, слишком высоких для полупроводниковых датчиков (Оптоволоконное измерение температуры).

Разработаны устройства дуговой защиты с волоконно-оптическими датчиками, основными преимуществами которых перед традиционными устройствами дуговой защиты являются: высокое быстродействие, нечувствительность к электромагнитным помехам, гибкость и лёгкость монтажа, диэлектрические свойства.

Другое применение оптоволокна — в качестве датчика в лазерном гироскопе, который используется в Boeing 767 и в некоторых моделях машин (для навигации). Специальные оптические волокна используются в интерферометрических датчиках магнитного поля и электрического тока. Это волокна полученные при вращении заготовки с сильным встроеным двойным лучепреломлением.

Оптоволокно применяется в охранной сигнализации на особо важных объектах (например, ядерное оружие). Когда злоумышленик пытается переместить боеголовку, условия прохождения света через световод изменяются, и срабатывает сигнализация.

Другие применения оптоволокна

Диск фрисби, освещенный оптоволокном

Оптоволокна широко используются для освещения. Они используются как световоды в медицинских и других целях, где яркий свет необходимо доставить в труднодоступную зону. В некоторых зданиях оптоволокна используются для обозначения маршрута с крыши в какую-нибудь часть здания. Оптоволоконное освещение также используется в декоративных целях, включая коммерческую рекламу, искусство и искусственные ёлки.

Оптоволокно также используется для формирования изображения. Когерентный пучок, передаваемый оптоволокном, иногда используется совместно с линзами — например, в эндоскопе, который используется для просмотра объектов через маленькое отверстие.

Примечания

  1. ↑ TP: Der Glasfaser-Schallwandler. Проверено 4 декабря 2005.

См. также

Литература

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Волоконно- оптические кабели

⇐ ПредыдущаяСтр 34 из 43Следующая ⇒

Волоконно-оптический кабель (ВОК) состоит из нескольких волокон и упрочня­ющего материала типа пластика, стекловолокна или металла. Кабели общего назначе­ния не имеют огнестойких свойств, поэтому могут быть проложены только в огнестой­ких кабелепроводах.

Оптоволокно(или просто волокно) состоит из тонкой сердцевины для передачи светового сигнала, окруженной прозрачной оболочкой для удержания света внутри сер­дцевины (рис. 8.43). Сердцевина и оболочка имеют разные показатели преломления света, соответственно п1,n2 . Если показатели преломления оболочки выбираются все­гда постоянной величины, то показатель преломления сердцевины в общем случае мо­жет зависеть от радиуса R. На рис. 8.43 показаны пути прохождения по волокну двух лучей 1 и 2, попадающих в волокно под разными углами. Угол ϴА является максималь­ным, при котором вводимые излучения из свободного пространства испытывают пол­ное внутреннее отражение и распространяются по волокну. При этом угол падения ϴСна границу двух сред будет критическим, при котором преломленный луч идет вдоль границы сред (02 =90°). Если угол падения на границу меньше критического угла падения ϴС (луч 2), то при каждом внутреннем отражении часть энергии сигнала преломляется и уходит в оболочку, что приводит к затуханию светового сигнала. Если же угол падения больше критического, то при каждом отражении вся энергия сигнала от границы воз­вращается в сердцевину, благодаря полному внутреннему отражению. Лучи, траектории которых полностью лежат в оптически более плотной среде, называются направляемы­ми. Поскольку энергия направляемых лучей не рассеивается наружу, то такие лучи мо­гут распространяться на большие расстояния.

Мода — это каждый световой луч, распространяемый в волокне, или его световой путь. Применяют одномодовые или многомодовые волокна. В одномодовом волокне ди­аметр светонесущей жилы составляет 8—10 мкм и сравним с длиной световой волны X. В таком волокне при достаточно большой длине распространяется только один луч (одна мода). В стандартном многомодовом волокне диаметр светонесущей жилы состав­ляет 50 и 62,5 мкм, что значительно больше длины волны передачи. Это приводит к распространению множества различных типов световых лучей — мод. Большинство ус­тройств волоконной оптики используют область инфракрасного спектра в диапазоне от 0,8 до 1,6 мкм в основном в трех окнах прозрачности: 0,8; 1,310 и 1,55 мкм.

На рис. 8.44 показана общая картина распространения света по разным типам световодов: многомодовому ступенчатому (со ступенчатой характеристикой), много­модовому градиентному (с плавной характеристикой) и одномодовому ступенчатому.

По характеристикам зависимости мощности входного и выходного импульса Р от времени t (t1 соответствует моменту появления импульса на входе, t2 — на выходе волокна) видно, что одномодовое ступенчатое волокно обеспечивает прохождение импульса с наименьшим искажением и затуханием. В многомодовых волокнах на их выходах наблюдается дисперсия (рассеяние) волн, так как они перемещаются по пу­тям разной длины и с разной скоростью. Таким образом, различные волны на выходе волокна будут в разное время.

Минимальная длина волны, при которой волокно поддерживает только одну рас­пространяемую моду, называется длиной волны отсечки. Этот параметр характерен для одномодового волокна (рис. 8.44, в). Если рабочая дайна волны меньше длины волны отсечки, то имеет место многомодовый режим распространения света. В этом случае появляется дополнительный источник дисперсии — межмодовая дисперсия, ведущая к уменьшению полосы пропускания волокна.

По оптическому волокну передается не просто световая энергия, но также полез­ный информационный сигнал. В результате дисперсии происходит уширение импульсов. При достаточно большом уширении импульсы начинают перекрываться, накладывать­ся друг на друга, так что становится невозможным их выделение при приеме. Чем мень­ше значение дисперсии, тем больший поток информации можно передать по волокну.

Одномодовое волокно — оптоволокно с очень узкой сердцевиной с диаметром 10 мкм и меньше служит для скоростной передачи информации на большие рассто­яния. Благодаря тому, что диаметр сердцевины невелик, световой луч отражается от поверхности сердцевины гораздо реже, в результате этого — дисперсия меньше. Про­пускная способность одномодового волокна составляет около 5 Гбит/с.

Многомодовое волокно — оптоволокно с диаметром сердцевины от 50 до 125 мкм. Этот наиболее распространенный тип волокна способен передавать несколько мод (не­зависимых световых лучей) с различными длинами волн. Однако большой диаметр сер­дцевины приводит к тому, что световой поток отражается от поверхности сердцевины чаще, а это чревато сильной дисперсией. Дисперсия ограничивает пропускную способ­ность и расстояние между повторителями. Пропускная способность многомодового во­локна составляет примерно 2,5 Гбит/с.

Конструкция волоконно-оптического кабелядолжна отвечать следующим требова­ниям:

· защищать волокна от повреждений и разрушений в процессе производства, прокладки и эксплуатации;

· обеспечивать постоянство характеристики оптического волокна в процессе все­го срока службы кабеля на уровне характеристик некаблированного волокна;

· обеспечивать прочностные характеристики кабеля такие же, как у электричес­кого кабеля с тем, чтобы с ними можно было одинаково обращаться и использовать одни и те же механизмы для прокладки кабеля;

· обеспечивать идентификацию волокон кабелей при их соединении в про­цессе монтажа.

Основное отличие конструкции ВОК от электрических кабелей заключается в том, что они должны содержать упрочняющие (силовые) элементы. Сердечник электрическо­го кабеля, состоящий из медных жил, может использоваться в качестве несущего нагруз­ку элемента, так как медь может удлиняться более чем на 10 % без разрушения. Иначе ведут себя оптические волокна, которые разрушаются при удлинении в несколько про­центов. Волоконно-оптический кабель для защиты волокон от повреждений и дополни­тельных потерь из-за микроизгибов в процессе прокладки и эксплуатации конструирует­ся с упрочняющими элементами, чтобы выдержать нагрузки растяжения и нагрузки от температурных расширений и укорочений. Это требует, чтобы большая часть сечения ВОК состояла из прочностных и поддерживающих элементов. Поэтому конструкции оп­тических кабелей включают в себя компромисс между компактностью и прочностью.

По назначению сети волоконно-оптические кабели связи можно разделить на четыре группы: междугородные, городские, объектовые и монтажные. Назначение междугородных и городских кабелей такое же, как и соответствующих электричес­ких кабелей. Объектовые кабели служат для передачи информации внутри объекта, в частности, поста электрической и диспетчерской централизации, сортировочной горки, поезда, административных зданий. Применение этих кабелей особенно перс­пективно при создании: микропроцессорных систем автоматики и телемеханики; внутренних сетей кабельного телевидения; различных информационных сетей на станциях, в отделениях дороги; локальных вычислительных сетей. Внутриобъекто- вые кабели в сочетании со светодиодными датчиками могут использоваться для ди­станционных и телеизмерений различных параметров.

Для защиты оптических волокон от механических воздействий в процессе изго­товления, прокладки и эксплуатации кабелей возможны два конструктивных решения: наличие пустот между элементами сердечника кабеля, дающих им свободу перемеще­ния; применение демпфирующих слоев между элементами.

В настоящее время используется пять типов кабелей с различной компоновкой кабельного сердечника (рис. 8.45): кабели повивной скрутки (рис. 8.45, о); пучковой скрутки (рис. 8.45, б); с профильным сердечником (рис. 8.45, в); ленточные кабели (рис. 8.45, г); кабёлис сердечником в виде общей для всех волокон центральной трубки (рис. 8.45, д).

Оптические волокна 5 образуют одно- или многоволо­конные модули /, которые скручиваются вокруг кабельного сердечника 2 или собираются в пучок 4 из многоволоконных оптических модулей. Пластмассовая оболочка оптического кабеля 3 защищает сердечник кабеля от механических, теп­ловых и химических воздействий, а также от влаги.

Профильный сердечник 9 кабеля позволяет размес­тить волокна 5симметрично относительно упрочняющего элемента 2 (рис. 8.45, в). Оп­тические волокна могут располагаться в лентах б, которые слоями заполняют среднюю часть кабеля (рис. 8.45, г). Вместо лент среднюю часть кабеля может Заполнять пучок оптических волокон 7, помещенных в центральную трубку 8.

Скрутка оптических модулей может быть спиральная или SZ-скрутка, показанная на рис. 8.46. При SZ-скрутке величина радиуса кривизны изменяется вдоль оси кабеля и достигает максимума в точках смены направления скрутки. Эта скрутка обеспечивает более высокую стойкость к растягивающим усилиям. До середины строительной длины кабеля применяется направление скрутки Sj, далее — Z2.

Для предотвращения распространения влаги подлине кабеля свободное простран­ство между элементами сердечника заполняется специальным гидрофобным компаун­дом (гелем). Если продольная водонепроницаемость не требуется, например, для кабе­лей внутренней прокладки, то необходимость в заполнении сердечника компаундом отпадает. Для предотвращения нежелательного воздействия компаунда на силовые эле­менты и оболочку кабеля сердечник изолируют от внешних элементов кабеля несколь­кими слоями тонкой пластмассовой пленки.

Упрочняющие элементы в оптических кабелях могут располагаться в сердечнике, оболочке или там и там. Упрочняющие элементы наиболее часто изготовляются из ста­ли, арамидной пряжи (кевлара), стеклопластиковых стержней и синтетических высо­копрочных нитей. Выбор материалов для упрочняющих элементов зависит от допусти­мого радиуса изгиба кабеля, доступных механических нагрузок, диапазона температур, в котором должен эксплуатироваться кабель.

Оболочка оптического кабеля служит для защиты сердечника кабеля от механи­ческих, тепловых и химических воздействий. Наибольшее применение в качестве мате­риала оболочек получили полиэтиленовые и поливинилхлоридные (ПВХ).

Кабели с полиэтиленовой оболочкой используются при их наружной прокладке. Номинальная толщина полиэтилена составляет 2 мм.

Поливинилхлоридная оболочка применяется для кабелей внутренней прокладки в производственных зданиях и для кабелей наружной прокладки в агрессивных средах.

Электронные компоненты систем оптической связи

Передающие оптоэлектронные модули(ПОМ), применяемые в волоконно-опти­ческих системах, предназначены для преобразования электрических сигналов в опти­ческие. Последние должны вводиться в оптоволокно с минимальными потерями. Про­изводятся самые разнообразные ПОМ, отличающиеся по конструкции, а также по типу источника излучения. Одни работают на телефонном диапазоне частот с макси­мальным расстоянием до нескольких метров, другие передают сотни и даже тысячи мегабит в секунду на расстояния в несколько десятков километров.

Главным элементом ПОМ является источник излучения, к которому предъявля­ются следующие требования:

— излучение должно вестись на длине волны одного из окон прозрачности волок­на (0,85; 1,31 и 1,55 мкм);

5источник излучения должен выдерживать необходимую частоту модуляции для обеспечения требуемой скорости передачи информации;

6источник излучения должен быть эффективным, то есть большая часть его излу­чения должна попадать в волокно с минимальными потерями;

7источник излучения должен быть достаточно мощным, чтобы сигнал можно было передавать на большие расстояния, но не на столько, чтобы излучение могло повредить волокно или оптический приемник;

8температурные изменения не должны влиять на функционирование источника излучения;

9стоимость источника излучения должна быть относительно невысокой.

В настоящее время используются два основных типа источников излучения: по­лупроводниковые лазерные диоды и светодиоды. Оба типа источников излучения весь­ма компактны и хорошо сопрягаются со стандартными электронными цепями. Лазер­ные диоды, выпускавшиеся 10 лет назад, обладали значительно меньшей надежностью по сравнению со светодиодами. Однако в настоящее время, благодаря совершенствова­нию конструкций и технологии изготовления, удалось значительно повысить надеж­ность лазерных диодов и приблизить их к светодиодам по времени наработки на отказ, которое составляет до 50000 часов и более (5—8 лет).

На рис. 8.47 представлена структурная схема передающего оптоэлектронного мо­дуля, составными элементами которого являются:

электрические интерфейсы ввода информации;

электрические преобразователи для преобразования поступающих электричес­ких сигналов в оптические;

источник излучения светового луча, на который накладывается световой сигнал;

блоки оптического и температурного мониторинга для контроля параметров источника излучения и поддержания их в заданных пределах с помощью блоков охлаж­дения и тока накачки;

внутренний модулятор для формирования оптических модулированных потоков;

аттенюатор для осуществления снижения уровня излучения до необходимой величины;

оптические интерфейсы для вывода информации и ввода ее в оптический кабель.

В конструкцию ПОМ входит специальный держатель, который позволяет закре­пить и защитить составные элементы передатчика.

Приемные оптоэлектронные модули (ПРОМ) служат для преобразования оптичес­кого сигнала, принятого из оптоволокна, в электрический. Основными функциональ­ными элементами ПРОМ являются:

· фотоприемник, преобразующий полученный оптический сигнал в электричес­кую форму;

· каскад электрических усилителей, усиливающих сигнал и преобразующих его в форму, удобную и пригодную к дальнейшей обработке;

· демодулятор, воспроизводящий первоначальную форму электрического сигнала.

На рис. 8.48 приведены структурные схемы аналогового (рис. 8.48, а) и цифрового

(рис. 8.48, б) ПРОМ. Аналоговые. ПРОМ принимают аналоговый оптический сигнал, а на выходе выдают электрический аналоговый сигнал. К аналоговым приемникам предъяв­ляют требования высокой линейности преобразования и усиления сигнала при мини­муме побочных частот, в противном случае возрастают искажения сигнала. На протя­женных линиях с большим количеством приемо-передающих узлов искажения и по­бочные шумы накапливаются, что снижает эффективность аналоговых многоретранс­ляционных линий связи.

При цифровой передаче информации не требуется очень точная ретрансляция форм импульсов. Цифровой приемник (рис. 8.48, б), включающий «Цепь принятия ре­шения» или дискриминатор, имеющий установленные пороги на принятие сигналов О и 1, который распознает, какой сигнал пришел, устраняет шумы и восстанавливает необходимую амплитуду сигнала. Правильное выделение нужного сигнала может про­исходить при большом уровне шумов.

Различают синхронные и асинхронные режимы приема-передачи цифрового сиг­нала. При синхронном режиме поток информации между передатчиком и приемником носит непрерывный характер. Таймер блока регенерации приемника выделяет в прихо­дящей серии импульсов специальные сигналы — синхроимпульсы, на основе которых приемник регулярно настраивает или подстраивает свои часы (таймер).

При асинхронном режиме данные передаются в виде организованных последова­тельностей импульсов — пакетов. В промежутках между пакетами линия молчит — сиг­нала нет. При этом режиме приемник имеет свой независимый таймер. Принимая на­чальные импульсы пакета (преамбулу), таймер настраивает «Цепь принятия решений» так, чтобы определение приходящего импульса выполнялось на его середине. Электри­ческий сигнал, который выдает «Цепь принятия решения», идет на частоте таймера. Так как у разных таймеров есть погрешность, то, по мере принятия последующих им-

пульсов пакета, момент определения приходящего импульса плавно смещается в одну из сторон относительно середины приходящего импульса. Для правильной индентифика- ции всех импульсов пакета важно, чтобы смешение за время принятия пакета не превы­сило 0,5 импульса. Это приводит к ограничению максимальной длины пакета. Чем мень­ше погрешность таймера, тем больше длина пакета, используемого для передачи.

Повторители и оптические усилители являются ретрансляторами оптических сиг­налов. По мере распространения оптического сигнала происходит его ослабление, а также уширение импульсов из-за дисперсии. Любой из этих факторов может оказаться причиной ограничения максимальной длины безтрансляционного участка волоконно- оптической связи. Если же максимальная допустимая длина между приемником и пере­датчиком превышает действительную, то необходимо в промежуточных точках линии связи добавлять один или несколько ретрансляторов. В общем случае ретранслятор вы­полняет функцию усилителя оптического сигнала, и дополнительно (при цифровой передаче) восстанавливает форму импульсов, уменьшает уровень шумов и устраняет ошибки. Такой ретранслятор называется регенератором.

В локальных волоконно-оптических сетях ЛВОС повторители значительно больше распространены, чем оптические усилители, в то время как при построении оптичес­ких магистралей оптические усилители играют незаменимую роль.

Повторитель (рис. 8.49, а) преобразует оптический сигнал в электрическую фор­му, усиливает, корректирует, а затем преобразовывает обратно в оптический сигнал, то есть повторитель можно рассматривать как последовательное соединение приемного и передающего оптических модулей.

Аналоговый повторитель в основном выполняет функцию усилителя сигналов. При этом вместе с полезным сигналом усиливается также входной шум. Однако при цифровой передаче повторитель наряду с усилением может выполнять регенерацию сигнала, свойственную цифровому оптическому приемнику (рис. 8.48, б). Обычно блок регенерации охватывает «Цепь принятия решения» и таймер. Блок регенерации вос­станавливает прямоугольную форму импульсов, устраняет шум, рассинхронизирует передачу так, чтобы выходные импульсы совпадали с соответствующими синхроим­пульсами таймера. Повторитель может и не содержать таймера и восстанавливать пря­моугольную форму импульсов по определенному порогу, независимо от того, на ка­кой скорости ведется передача. Такие повторители применяются в локальных сетях, где имеет место асинхронный режим передачи.

Оптический усилитель (ОУ), в отличие от повторителей, не осуществляет опто­электронного преобразования, а сразу производит усиление оптического сигнала (рис. 8.49, б). Оптические усилители не производят также регенерацию оптического сигнала. Они в равной степени усиливают как входной сигнал, так и шум, а также вносят собственный шум в выходной оптический канал. ОУ имеют более высокую надежность, чем повторители. Они не привязаны к скорости передачи информации, в то время как повторители выполняются для работы на определенной скорости. Имен­но на эту скорость настраивается таймер повторителя. Повторитель работает с одним сигналом. ОУ может усиливать несколько оптических сигналов на разных длинах волн в пределах определенного интервала, который называется зоной усиления. Это позво­ляет увеличивать пропускную способность линий связи, на которой установлены ОУ, без добавления новых волокон.

⇐ Предыдущая29303132333435363738Следующая ⇒

Читайте также:

lektsia.com

волоконно-оптический кабель - это... Что такое волоконно-оптический кабель?

dic.academic.ru

волоконно-оптический кабель - это... Что такое волоконно-оптический кабель?

волоконно-оптический кабель Кабель, содержащий одно или несколько оптических волокон и предназначенный для передачи данных.  [http://www.lexikon.ru/dict/net/index.html]

волоконно-оптический кабель

- [Лугинский Я. Н. и др. Англо-русский словарь по электротехнике и электроэнергетике. 2-е издание - М.: РУССО, 1995 - 616 с.]

оптический кабель

Кабельное изделие, содержащее одно или несколько оптических волокон, объединенных в единую конструкцию, обеспечивающую их работоспособность в заданных условиях эксплуатации.

Примечание. При необходимости оптический кабель может содержать также токопроводящие жилы.

[ГОСТ 26599-85]

КЛАССИФИКАЦИЯ

По назначению все кабели можно разделить на три категории:

Кабели внутренней или внутреобъектовой прокладки. используются внутри телефонных станций, офисов, зданий и помещений клиентов/абонентов. По условию прокладки эти кабели в свою очередь можно разделить на:

Кабели наружной прокладки могут применяться практически на любых линиях связи;

Кабели воздушной подвески подвешиваются на опорах различного типа и, в свою очередь, делятся на кабели:

Кабели подземной прокладки в свою очередь делятся на:

Подводные кабели имеют следующие разновидности:

К специальным кабелям относят следующие:

По конструкции кабели делятся на ряд типов в зависимости от назначения, условий прокладки и других конструктивных элементов. К этим элементам относятся:

Справочник технического переводчика. – Интент. 2009-2013.

technical_translator_dictionary.academic.ru


Смотрите также