Волоконно-оптические линии связи (волс)

По виду оптоволокна

По виду оптоволокна ВОК подразделяются на одномодовые и многомодовые. Под модой понимается траектория распространения светового луча внутри световода. ОВ этих видов отличаются диаметром сердцевины и оболочки.

Световой луч вводят в оптическое волокно одним их двух способов:

• под нулевым углом — одномодовое волокно. Возникает лишь одна мода, распространяющаяся прямолинейно;
• под небольшим углом — многомодовое волокно. Образуются много мод, которые распространяются, многократно отражаясь от оболочки, и достигают точки приема за различное время.

Схема ввода светового луча в оптоволокно

Оптоволоконные кабели с одномодовыми волокнами обеспечивают повышенную дальность передачи без восстановления сигнала и лучшую пропускную способность. Для сравнения:

• одномодовое волокно — 100 км, до 200 Тбит/сек;
• многомодовое волокно — 500 м, до 10 Гбит/сек.

Очевиден вывод о эффективности применения одномодовых волоконно-оптических кабелей на магистралях связи большой протяженности и подключения удаленных сегментов высокоскоростных информационных сетей. Для мультимодовых ВОК находится применение при создании локальных кабельных сетей на небольшой территории.

Цена вопроса

Оптические линии связи давно перестали быть “диковинкой” и поэтому цены на комплектующие не то что вполне умеренные, а если не гнаться за “брендом” (Commscope, R&M и т.п.) – смешные: посмотрите ассортимент магазина “Связьстройдеталь”.

P.S. В заметке намеренно не приводил:

• теоретическую информацию о том, как свет распространяется в волокнах, так как к практической области проектирования систем связи это имеет слабое применение (если конечно вы еще не разработчик SFP-модулей);
• информацию о пластиковых/полимерных волокнах POF, которые обычно используют провайдеры GPON, хотя и у них встречаются интересные решения:

Как происходит подключение к интернету через оптоволокно

Подключением кабельного интернета занимаются специалисты

Чтобы провести стекловолокно интернет домой, необходимо выполнить такую последовательность действий:

1. Обратиться к местному провайдеру. Для начала надо связаться с поставщиком интернет-услуг. Можно оставить заявку на официальном сайте провайдера, позвонить или лично посетить офис. В некоторых случаях сразу после обращения просят внести предоплату.
2. Дождаться мастеров. В ближайшие дни должны приехать сотрудники, занимающиеся монтажом сетей. Они выполняют работы по проведению интернет-провода в квартиру.
3. Сначала они рассверливают стену в прихожей, после чего через проделанное отверстие проводят оптоволокно от распределительного щитка. Когда провод будет проведен в квартиру, на нем устанавливают оптическую розетку.

Монтаж оборудования и подключение модема

После того, как провод будет проведен в квартиру, необходимо заняться подключением модема. Эта работа выполняется не монтажниками, а наладчиками провайдера. Мастера приезжают со своим оптическим модемом. Его можно сразу приобрести или взять в аренду на время.

Модем соединяется с проводом, который идет из распределительного щитка. Затем при необходимости его подключают к маршрутизатору для организации беспроводной сети или подсоединяют напрямую к персональному компьютеру через Ethernet-разъем.

Затухание светового излучения[править]

Затухание определяет величину ослабления оптической мощности лазерного луча в децибелах на км (дБ/км) при прохождении по оптоволокну. Несмотря на высокий уровень технологий, используемых при изготовлении оптоволокна, оптическое волокно не лишено дефектов, приводящих к ослаблению передаваемого сигнала. Основными причинами, вызывающими затухание сигнала в оптоволокне, являются: поглощение и рассеивание, связанные с неоднородностью оптического материала из-за различного рода примесей, а также потери на микроизгибах оптического волокна. Зависимость значения затухания от величины волны (окна прозрачности) показана на ниже.

Кварцевое многомодовое волокно

Кварцевые волокна являются самым известным и распространенным типом оптических волокон. Поскольку многомодовые и одномодовые кварцевые волокна сильно отличаются по своим характеристикам и применению, удобнее рассмотреть их по отдельности.

Многомодовое кварцевое волокно имеет и сердцевину, и оптическую оболочку из кварцевого стекла. Как правило, такое оптоволокно имеет градиентный профиль показателя преломления. Это необходимо, чтобы снизить влияние межмодовой дисперсии. Как было показано выше, моды распространяются в оптическом волокне по разным траекториям, а значит, время распространения каждой моды также отличается. Это приводит к уширению передаваемого импульса. Градиентный профиль уменьшает разницу во времени распространения мод. За счет плавного изменения показателя преломления моды высшего порядка, которые попадают в волокно под бо́льшим углом и распространяются по более длинным траекториям, имеют и бо́льшую скорость, чем те, которые распространяются вблизи сердцевины. Полностью устранить влияние межмодовой дисперсии невозможно, поэтому многомодовое волокно уступает одномодовому по дальности и скорости передачи информации.

Рабочими для многомодового волокна обычно являются длины волн 850 и 1300 (1310) нм. Типичное затухание на этих длинах волн – 3,5 и 1,5 дБ/км соответственно.

Классификация. Кварцевое многомодовое волокно было первым типом волокна, которое стало широко применяться на практике. Распространение получили два стандартных размера многомодовых волокон (диаметр сердцевины/оболочки): 62,5/125 мкм и 50/125 мкм.

Общепринятая классификация многомодовых кварцевых волокон приводится в стандарте ISO/IEC 11801. Этот стандарт выделяет четыре класса многомодовых волокон (OM – Optical Multimode), отличающиеся шириной полосы пропускания (параметр, характеризующий межмодовую дисперсию и определяющий скорость передачи информации):

• OM1 – стандартное многомодовое волокно 62,5/125 мкм;
• OM2 – стандартное многомодовое волокно 50/125 мкм;
• OM3 – многомодовое волокно 50/125 мкм, оптимизированное для работы с лазером;
• OM4 – многомодовое волокно 50/125 мкм, оптимизированное для работы с лазером, с улучшенными характеристиками.

Фраза «оптимизированное для работы с лазером» напоминает о том, что изначальна для передачи сигнала по многомодовому волокну использовались светодиоды (LED). С появлением полупроводниковых лазеров стали разрабатываться волокна более совершенной структуры, названные оптимизированными для работы с лазерами.

Применение. Многомодовое волокно применяется в непротяженных линиях связи (обычно сотни метров), причем волокно 50/125 мкм (OM2, OM3, OM4) используется в основном в локальных сетях и дата-центрах, а волокно 62,5/125 мкм часто применяется в индустриальных сетях. В гигабитных приложениях рекомендуется применять волокна классов OM3 и OM4. Причина, по которой многомодовое волокно до сих пор не вытеснено одномодовым волокном, обладающим лучшими характеристиками, заключается в меньшей стоимости компонентов линии (активное оборудование, соединительные изделия). Цена снижается из-за большего диаметра сердцевины многомодового волокна, и, соответственно, меньших требований к точности изготовления и монтажа компонентов.

Оптоволоконный передатчик

В первоначальных ВОЛС использовались большие лазеры, сегодня можно использовать различные полупроводниковые устройства. Чаще всего используются светоизлучающие диоды, светодиоды и полупроводниковые лазерные диоды.

Самым простым передающим устройством является светодиод. Его главное преимущество заключается в дешевизне. Однако у них есть ряд недостатков. Во-первых, они имеют очень низкий уровень эффективности. Только около 1% мощности поступает в оптическое волокно, а это означает, что потребуются драйверы высокой мощности для обеспечения достаточного количества света для передачи на большие расстояния.

Второй недостаток светодиода в излучении некогерентного света широкого спектра 30–60 нм. Из-за этого дисперсия в волокне ограничивает предел пропускной способности волоконного световода.

Волоконные светодиоды используются для локальных сетей, где скорость передачи данных в диапазоне 10–100 Мбит/с, а расстояние передачи несколько километров.

Оптоволоконная связь на большие расстояния с более высокими скоростями передачи данных, потребует большей производительности источника света. В этих системах используют лазеры. Хотя они более дорогие, они обладают существенными преимуществами.

Во-первых, они могут обеспечить более высокий выходной уровень;

Во-вторых, световой поток является направленным, что обеспечивает гораздо более высокую эффективность передачи света в оптоволоконный кабель. Эффективность связи с одномодовым волокном может достигать 50%.

В-третьих, лазеры имеют очень узкую спектральную полосу пропускания, то есть они производят когерентный свет. Эта узкая спектральная ширина позволяет лазерам передавать данные с гораздо большей скоростью, поскольку модальная дисперсия менее заметна.

Для очень высоких скоростей передачи данных или очень больших расстояний более эффективно использовать лазер с постоянным уровнем выходной мощности (непрерывной волной). Затем свет модулируется с помощью внешнего устройства. Использования внешних средств модуляции увеличивает максимальное расстояние между линиями связи, поскольку устраняется эффект, известный как лазерный «чирп». Этот эффект расширяет спектр светового сигнала и увеличивает хроматическую дисперсию в оптоволоконном кабеле.

Оптоволоконная связь и оптический кабель

По сути, оптоволоконный кабель состоит из сердечника, вокруг которого находится еще один слой, называемый оболочкой. Снаружи есть защитное внешнее покрытие.

Оптические кабели работают, потому что их оболочка имеет намного меньший показатель преломления, чем у сердечника. Это означает, что свет, проходящий по сердцевине, подвергается полному внутреннему отражению, когда достигает границы сердцевина-оболочка. То есть отражаясь свет движется внутри сердцевины оптического волокна.

Усилители (репитеры)

Есть ограничения в расстояние передачи сигналов по оптоволоконным кабелям. Это ограничивается связаны с затуханием сигнала и искажением светового сигнала вдоль кабеля. Чтобы преодолеть эти эффекты и передавать сигналы на большие расстояния (например, между городами), используются повторители и усилители сигналов.

Часто используют фотоэлектрические повторители. Эти устройства преобразуют оптический сигнал в электрический формат, где его можно обработать, чтобы сигнал не искажался, а затем преобразовать обратно в оптический формат.

Альтернативный подход — использовать оптический усилитель (эрбиевые 1,55мкм, иттербиевые 1 мкм, тулиевые 2 и 1,47 мкм). Эти усилители напрямую усиливают оптический сигнал без необходимости преобразовывать сигнал обратно в электрический формат.

Ввиду гораздо более низкой стоимости ВОУ по сравнению с повторителями, они используются гораздо чаще.

Оптоволоконная связь и приемники

Свет, распространяющийся по оптоволоконному кабелю, необходимо преобразовать в электрический сигнал, чтобы его можно было обработать и извлечь передаваемые данные. Компонент, который лежит в основе приемника, — это детектор (фотодетектор).

Обычно это полупроводниковое устройство с pn-переходом, штыревым фотодиодом или лавинным фотодиодом. Фототранзисторы не используются, потому что они не имеют достаточного быстродействия.

После того как оптический сигнал от оптоволоконного кабеля был подан на детектор и преобразован в электрический формат, он может быть обработан для восстановления данных, которые затем могут быть переданы в конечный пункт назначения.

Оптические кабели для подводных протяжённых линий связи

Подводные протяжённые волоконно-оптические линии связи в России связаны прежде всего с международными линиями, построенными ОАО «Ростелеком» совместно с иностранными партнёрами: ВОЛС «Дания-Россия №1», ВОЛС «Италия-Турция-Украина-Россия — ИТУР», ВОЛС «Россия-Япония-Корея», ВОЛС «Новороссийск-Сочи». Эти системы базируются на подводных кабелях зарубежного производства. В России не производятся подводные оптические кабели. Единственным кабельным предприятием, которое ранее производило подводные медножильные кабели для нужд Министерства Обороны и ВМФ СССР, является завод «Севкабель». Однако этот завод не стал организовывать производство подводных волоконно-оптических кабелей из-за отсутствия заказов на них и финансирования разработок, но принципиально на этом заводе можно организовать такое производство.

Оптические кабели для подводных протяжённых систем конструктивно сложны и трудоёмки в изготовлении. Эти кабели должны содержать элементы, защищающие оптические волокна от влаги и атомарного водорода. Кабели должны выпускаться большими строительными длинами, причём, на строительной длине кабеля все оптические волокна не должны иметь сварок.

В рабочем диапазоне длин волн волокна должны обладать низкими значениями коэффициента затухания, хроматической и поляризационно-модовой дисперсии. Поэтому в современных условиях в качестве оптических волокон подводных кабелей выбирают волокна с ненулевой смещённой дисперсией по рекомендации МСЭ-Т G.655.

Подводные оптические кабели отличаются высокими значениями механических параметров растяжения и раздавливания. Обычно градация этих кабелей по механическим параметрам предполагает изготовление кабелей прибрежной прокладки (с наибольшими значениями механических параметров), кабелей для зоны морского рыболовства (чаще всего эти кабели заглубляются в донный грунт), кабелей для глубоководной зоны. В Чёрном море подводные кабели дополнительно должны быть устойчивы к воздействию сероводорода.

Показатели скорости прохода данных по медной витой паре

Медная витая пара делиться на несколько категорий по прописной способности и маркируется буквами CAT, согласно международной системе классификации.  Медная витая пара может делиться на классы. А-высший класс (чистая медь, диаметр жилы выше стандарта категории, В-высокий (вторичная медь или медь с примесями других металлов, диаметр жилы равный свой категории), С-средний класс или CCA- Cooper Clad Aluminum, (жилы из алюминия, плакированного медью. Плакирование — это процесс соединения двух и более металлов термомеханическим и химическим способом, напыления или протягивания. D-низкий обмедненный кабель с заниженным показателем сличения жилы. Недавно были добавлены ещё несколько классов кабеля «E, «EA»,»F»,»FA». Кабель данных классов имеет высокую пропускную способность и степень защиты кабеля от внешних электромагнитных помех.

CAT1 полоса пропуска сигнала — 100 кГц. Состоит из оной витой пары применяется для передачи, голосовых сообщений по телефонной или проводной модемной связи. Скорость передачи данных до 0.5 Мбит/с.

CAT2 полоса пропуска сигнала — 1000 кГц. Состоит из двух витых пар, поменяется с телефонии, домофонии старшего поколения. Скорость передачи данных до 4Мбит/с.

CAT3 полоса пропуска сигнала — 16 МГц., и класс кабеля «С». Состоит из двух витых или 4 пар обмедненного кабеля. Используется для снижения затрат при прокладке сетей не требовательных к передаче данных, обладает поддержкой стандарта связи IEEE 802.3. Скорость передачи данных по двум витым парам 10Мбит/с. до 100 Мбит/с по четырем, до 50 метров.

CAT4 полоса пропуска сигнала — 20 МГц. Состоит из четырех витых пар медного кабеля категории В. обмедненного кабеля. Обладает поддержкой стандарта связи IEEE 802.3.  Использовался в сетях token ring, 10BASE-T, 100BASE-T4. Скорость передачи данных до 16Мбит/ по одной пате.

CAT5 полоса пропуска сигнала — 100 МГц. Состоит из четырех витых пар медного кабеля категории «D».  Используется для снижения затрат при прокладке локальных сетей не требовательных к передаче данных. Скорость передачи данных по двум витым парам 100 Мбит/с. до 1Гбит/с по четырем, до 50 метров.

CAT5e полоса пропуска сигнала — 125 МГц. Это усовершенствованный аналог, витой пары пятой категории. Скорость передачи данных по двум витым парам 100 Мбит/с. до 1Гбит/с по четырем, до 100 метров.

CAT6 полоса пропуска сигнала — 250 МГц класс «E». Состоит из четырех витых пар медного кабеля используется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Скорость передачи данных до 10Гбит/с, на расстояние, не превышающее 55 метров.

CAT6a полоса пропуска сигнала -500 МГц. Класс «EA». Состоит из четырех витых пар медного кабеля используется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Скорость передачи данных до 10Гбит/с, на расстояние, не превышающее 100 метров.

CAT7 полоса пропуска сигнала 600 — 700 МГц. Класс «F Состоит из четырех витых пар медного кабеля используется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Скорость передачи данных до 10Гбит/с, на расстояние, не превышающее 100 метров

CAT7a полоса пропуска сигнала 1000 -1200 МГц. Класс «FA»). Скорость передачи данных до 40Гбит/с, на расстояние, до 50 метров и до 100 Гбит/с дистанцию до 15 метров.

CAT8 8 (8.1, 8.2) полоса пропуска сигнала 1600 -2000 МГц. Класс «FA» Скорость передачи данных до 40Гбит/с, на расстояние, до 100 метров и до 100 Гбит/с дистанцию до 55 метров. Достигает увеличение сечения жилы от Ø 7.7 — 8.5 mm

Дополнительную информацию читайте в разделе проводная компьютерная сеть

Внутренние потери

Внутренние потери

являются следствием соединения двух неодинаковых оптических волокон, обладающих в основном различными диаметрами и числовой апертурой.

При прямом распространении света (слева направо) потери на стыке равны нулю, при обратном направлении распространения света часть периферийных лучей переходит в оболочку оптического волокна с меньшим диаметром и теряется.

В одномодовых волоконных световодах внутренние потери не зависят от направления передачи и определяются только несоответствием диаметров поля моды сопрягаемых оптических волокон.

неконцентрическое размещение сердцевины

кабеле

Также внутренние потери могут быть обусловлены

неравенством диаметров оболочек

оптического волокна. Что может сказаться при механическом соединении оптических волокон.

Внутренние потери, обусловленные:

а — неконцентричностю;

б — эллиптичностью формы сердцевин.

Внутренние потери, обусловленные неравенством диаметров оболочек

Оптический кабель для подвеса

Самый распространённый метод строительства ВОЛС на сегодняшний день. Кабель должен выдерживать растягивающие нагрузки по всей своей длине. Оптические кабели для подвеса бывают по своей конструкции типа «8» (рис. 7,

Оптические кабели типа «8» имеют в своей конструкции металлический (рис. 7) либо стеклопластиковый трос (рис. 8). Кабель со стеклопластиковым тросом полностью диэлектрический (рис. 8).

Рис. 7 ОК для подвеса (с выносным силовым элементом, металлический трос)

Постепенно телеком-операторы переходят на круглый самонесущий оптический кабель (рис. 9) в виду некоторых недостатков кабеля типа «8». Более подробно про недостатки можно прочитать в статье про основные принципы подбора магистральных оптических кабелей.

Рис. 8 ОК для подвеса (с выносным силовым элементом, стеклопластиковый трос)

Подвесной самонесущий кабель или оптический кабель самонесущий неметаллический (ОКСН). Возможны исполнения данного кабеля как на арамидных нитях, так и на стеклонитях. Кабель на арамидных нитях меньше в диаметре и легче в сравнении со стеклонитями. Также у арамидных нитей двухкратный запас прочности на разрыв по отношению к максимально допустимым нагрузкам. Самонесущий кабель на арамидных нитях аттестован к применению на объектах ОАО «ФСК ЕЭС России» и ОАО «Холдинг МРСК», на стеклонитях — запрещен.

Читайте подробнее про применение и особенности монтажа кабеля ОКСН.

Рис. 9. Подвесной самонесущий ОК

Передатчики[править | править код]

Модуль GBIC, (использовался в оборудовании для компьютерных сетей до 2000 года), являлся унифицированным преобразователем оптических сигналов в электрические и наоборот

Лазерный излучающий диод

Наиболее часто используемые оптические передатчики — это полупроводниковые приборы, свето излучающие диоды (СИД) и лазерные диоды. Различие между СИД и лазерными диодами в том, что СИД излучают не когерентное оптическое излучение, в то время как излучение лазерных диодов когерентно. Для использования в оптических коммуникациях полупроводниковые оптические передатчики должны быть компактным, эффективным, и надежным, работать в оптимальном диапазоне длин волн, и быть работоспособными на высоких частотах.

Явление, при котором при прохождении тока через открытый P/N переход в прямом направлении происходит излучение фотонов называют электролюминисценцией. Испускаемое при этом излучение является не когерентным с относительно широкой спектральной шириной 30-60 нм. Эффективность первых светоизлучающих диодов была невелика. Однако, из-за относительно простого устройства и недорого производства, светоизлучающие диоды СИД были идеальны при использовании в недорогих устройствах.

Светоизлучающие диоды СИД для волоконно-оптического оборудования обычно сделаны на базе фосфида арсенида галлия (GaAsP) или арсенида галлия (GaAs). Поскольку СИД на основе GaAsP излучают на более длинноволновых диапазонах, чем СИД на основе GaAs (1.3 микрометра против 0.81-0.87 микрометров), их спектр излучения имеет большую величину, приблизительно в 1.7. Большая ширина спектра СИД вызывает более высокую дисперсию излучения в волокне, значительно ограничивая этим скорость передачи информации. Излучатели на основе СИД наиболее подходят прежде всего для использования в локальных сетях со скоростями передачи информации 10-100 Mbit/s и расстояниями до нескольких километров. Современные СИД могут излучать на различных длинах волн и используются в настоящее время для локальной сетей построенных по технологии WDM (Wavelength Division Multiplexing).

Полупроводниковый лазер генерирует излучение посредством стимулируемой эмиссии, а не непосредственную эмиссии (как в светоизлучающих диодах), которая позволяет получать высокую выходную мощность сигнала (~100 мВт) а так-же имеет и другие преимущества, связанные с природой когерентного излучения. Излучение полупроводникового лазера относительно направленно, позволяя получать высокую эффективность при передаче сигнала в оптических одномодовых волокнах. Узкая спектральная ширина излучения позволяет получать высокие скорости передачи информации, так как это связано с уменьшением эффекта модовой дисперсии. Кроме того, полупроводниковые лазеры легко могут быть промодулированы в области высоких частот из-за короткого времени рекомбинации носителей заряда в P/N переходе.

Непосредственное модулирование сигналом светоизлучающего диода позволяет строить относительно простые преобразователи электрических сигналов в оптические.

Использование волоконно-оптических кабелей в линиях электропередач

В линиях электропередач можно использовать различные типы кабелей, связанные с оптоволоконными кабелями. На выбор типа кабеля влияют многие факторы. Наиболее важными из них являются: напряжение в линии, наличие молниеотвода, тип, состояние и максимальное расстояние между опорными конструкциями линии, расположение линии в конкретной климатической зоны (посадка). Каждый тип трубы имеет определенный метод подвески на опорных конструкциях.

Кабельные аксессуары

Чтобы подвесить различные типы кабелей с оптическими волокнами в линиях электропередачи, необходимо использовать соответствующие аксессуары для проводника данного типа. Наиболее популярными кабелями, используемыми для подвески проводов, являются оплетка из стальной проволоки и дополнительные элементы оборудования, которые позволяют закрепить их на несущих конструкциях. Оптоволоконные кабели почти всегда требуют активной антивибрационной защиты, что исключает опасность, вызванную так называемыми ветровыми колебаниями. Чаще всего используются демпферы типа Stockbridge и специальные спиральные демпферы для кабелей ADSS. Соединение оптических изготавливаются путем их сварки, затем их помещают в специальные герметичные распределительные коробки (гильзы), закрепленные на несущих конструкциях линии.

Явление рассеивания[править]

Явление рассеивания может быть характеризовано как процесс, когда сигнал лазера рассеивается молекулярным колебанием волокна (оптические фотоны) или виртуальным трением.

Вынужденное рассеивание Раманаправить

Вынужденное Рамановское рассеиванием (Stimulated Raman Scattering — SRS) называется эффект, который преобразует энергию сигнала с короткой длиной волны в энергию сигнала с более длинной волной. Взаимодействие волны света с вибрирующими молекулами (оптические фотоны) в пределах кварцевого волокна вызывает SRS, рассеивая свет во всех направлениях. Длина волны разделяется между двумя сигналами интервалом приблизительно 100 нм (13.2 TГц), например, 1550 — 1650 нм отображают максимум эффекта SRS.

Вынужденное рассеяние Бриллюэна-Мандельштамаправить

Вынужденным рассеянием Бриллюэна — Мандельштама (Stimulated Brillouin Scattering — SBS) является явление обратного рассеяния, вызывающим потерю мощности. Мощные световые волны вызывают периодические изменения в показателе преломления волокна, которое могут быть описаны как виртуальное трение, перемещающееся как акустическая волна. Сигнал при этом явлении рассеивается обратно. Эффекты SBS происходят при передаче некоторого небольшого количества каналов.

Некоторая полезная информацияправить

С момента появления первого персонального компьютера фирмы IBM (1981 г.) скорость передачи данных выросла с 45 Мбит/с (линия T3 по телефонным проводам) до 100 Гбит/с (современная длинная линия), это означает не менее впечатляющий рост в 2000 раз или 16 раз за 10 лет. При этом вероятность ошибки при передаче уменьшилась с 105 на бит почти до нуля. Помимо этого, процессоры начинают приближаться к своим физическим пределам, поэтому теперь на одном кристалле их используется сразу несколько. Существующая ныне оптоволоконная технология, напротив, может развивать скорость передачи данных вплоть до 50 000 Гбит/с (50 Тбит/с), и до достижения ее физического предела нам еще далеко. Сегодняшний практический предел в 100 Гбит/с обусловлен нашей неспособностью быстрее преобразовывать электрические сигналы в оптические и обратно. Для того чтобы достичь более высокой скорости, по одному волокну просто одновременно передаются данные нескольких каналов.

Для двухслойного световода с ядром в 50 μm модальная дисперсия ограничивает частоту до 20 МГц при длине в 1 км. Кроме того, с помощью многослойного световода и специальных материалов можно достигнуть ограничения в 3.5 ГГц для 1 км.

Типичные характеристики (скорости/расстояния) передачи для многомодового оптоволокна — 100 Мбит/с для расстояний до 2 км (100BASE-FX), 1 Гбит/с для расстояний до 220/550 м. (1000BASE-SX), и 10 Гбит/s для расстояний до 300 м. (10GBASE-SR).

Первое знакомство с новой технологией

Полтора десятка лет назад на подстанцию 330 кВ, где я работал, пришло новое оборудование, осуществляющее регистрацию и обработку информации электрических сигналов от сети очень большего количества датчиков, расположенных в разных местах — регистратор «Парма».

Это обыкновенный компьютер со своим программным обеспечением, выполняющий чисто электротехнические задачи.

Его монтаж, подключение и наладка были поручены нам за исключением сборки и настройки оптоволоконных магистралей. Опыта работы с ними мы не имели.

До этого момента связь с этими датчиками происходила по обычным электрическим цепям, которые называют вторичными. Однако целая группа этих устройств находилась на большом удалении. Проект предусматривал обмен информацией с ними по оптоволоконному кабелю. Его внутрь кабельного канала мы укладывали сами, а подключением и проверкой занимался приехавший из Санкт Петербурга представитель производителя.

Именно тогда стало понятно, что без специализированного оборудования и должных навыков работать с оптоволокном нельзя. Своими руками с ним ничего сделать невозможно.

Конструкция оптоволоконного кабеля

Передача информации происходит по оптическим магистралям, состоящим из отдельных носителей, объединённых в общую конструкцию — кабель оптоволокна.

Принцип работы оптического носителя

Обмен информацией происходит за счет прохождения света лазера от встроенного светодиода. Его передача осуществляется импульсами двоичного кода в одном направлении. Поэтому для обмена сведениями создано сразу два индивидуальных канала.

О конструкции кабеля

Стекло относится к хрупким материалам. Его можно легко разбить, а оптоволокно работает за счет использования стеклянных волокон. Понятно, что они требуют надежной защиты как от механических повреждений, так и от потерь световой энергии.

С этой целью оптические носители разными способами объединяют в жесткие модули и создают из них оптоволоконный кабель. Он может быть разной конструкции. Одна из них показана на схеме.

У нас на подстанции были использованы два вида кабеля: один диаметром 6 мм, а второй толщиной указательного пальца руки.

Довольно подробно вопрос этой технологии изложен в видеоролике GalileoRU «Оптоволокно».

Перечень некоторых документов, регламентирующих правила прокладки ВОЛС

• Р 50-601-40-93. Рекомендации. Входной контроль. Основные положения.- М. 1993Б.
• РД.45.200-2001. Применение волоконно-оптических средств на сетях доступа. Рук.тех.материал.
• Руководство по строительству линейных сооружений магистральных и внутризоновых оптических линий связи, 1993г.
• Руководство по строительству международных и национальных волоконно-оптических линий связи. М., 1995г.
• Правила проектирования, строительства и эксплуатации волоконно-оптических линий связи на воздушных линиях электропередачи напряжением 0,4-35 кВ
• ТУ. Лаборатория для испытания и монтажа оптического кабеля ЛИОК на автомобиле УАЗ. М., 1997г.
• Монтаж и наладка (настройка) оборудования и систем связи и норм расходов материалов при строительстве ВОЛС (155 Мбит/с, 622 Мбит/с; 2,4 Гбит/с) и цифровых РРЛ (155 Мбит/с). Укрупненные нормы. — М., 1996г.
• Монтаж и наладка (настройка) оборудования и систем связи и норм расхода материалов при строительстве ВОЛС и цифровых РРЛ. Комплексные нормы.- М., 1997г.

Конструкция волоконно-оптического кабеля

Конструкция ВОК изменяется в зависимости от его типа и назначения при общем сходстве отдельных конструктивных элементов. Познакомимся с особенностями кабельной конструкции на примере оптоволоконного кабеля, изображенного на рисунке.

Волоконно-оптический кабель в разрезе

В центре конструкции виден силовой элемент из стеклопластикового прутка, предназначенный для демпфирования нагрузок, создаваемых при монтаже и эксплуатации. Волокна расположены внутри оптических модулей, оберегающих их от внешнего воздействия. Модули представляют собой пластиковые трубки, имеющие оптимальный диаметр для группирования нужного количества ОВ.

В состав ВОК входят один или несколько модулей, что зависит от общего числа волокон. Модульное группирование оптических волокон и их цветовая маркировка намного облегчают идентификацию каждого конкретного оптоволокна при монтаже муфт и расшивке оптоволоконного кабеля на кроссе.

Оптические модули покрыты водоотталкивающим гелем, предохраняющим от проникновения влаги. Бандажная лента из полиэтилена фиксирует оптические модули и не дает вытечь гелевому наполнителю.

Внутренняя полиэтиленовая оболочка является буферным слоем, разделяющим оптические модули и армирующую броню. В данном примере бронирование выполнено стальной оцинкованной проволокой, надежно защищающей от грызунов и экстремальных нагрузок.

Важнейшим элементом защиты является внешняя оболочка из негорючего высокоплотного полиэтилена. От надежности наружного покрытия зависит длительность безотказного функционирования оптоволоконного кабеля, что диктует строгие требования к технологии его производства.