Опто-волоконный кабель - Fiber-optic cable

А TOSLINK оптоволоконный кабель с прозрачной оболочкой. Эти кабели используются в основном для цифровых аудиоподключений между устройствами.

А опто-волоконный кабель, также известный как оптоволоконный кабель, представляет собой сборку, аналогичную электрический кабель, но содержащие один или несколько оптические волокна которые используются для переноса света. Элементы оптического волокна обычно индивидуально покрыты пластиковыми слоями и содержатся в защитной трубке, подходящей для среды, в которой будет проложен кабель. Различные типы кабеля[1] используются для разных приложений, например, для междугородних телекоммуникации, или обеспечение высокоскоростного соединения для передачи данных между различными частями здания.

Дизайн

Мультиволоконный кабель

Оптическое волокно состоит из основной и облицовка слой, выбранный для полное внутреннее отражение из-за разницы в показатель преломления между двумя. В практических волокнах оболочка обычно покрывается слоем акрилатный полимер или же полиимид. Это покрытие защищает волокно от повреждений, но не способствует его повреждению. оптический волновод характеристики. Отдельные волокна с покрытием (или волокна, сформированные в ленты или пучки) затем имеют жесткую смола буфер слой или трубки с сердечником, выдавленные вокруг них, чтобы сформировать сердечник кабеля. Для формирования кабеля добавляется несколько слоев защитной оболочки, в зависимости от области применения. При сборке жестких волокон иногда между волокнами помещают светопоглощающее («темное») стекло, чтобы свет, выходящий из одного волокна, не попадал в другое. Это снижает перекрестный разговор между волокнами или уменьшает вспышка в приложениях для визуализации пучков волокон.[2]

Оставили: LC / PC разъемы
Справа: разъемы SC / PC
Все четыре разъема имеют белые заглушки, закрывающие наконечники.

Для внутреннего применения волокно с рубашкой обычно заключено в пучок гибких волокнистых материалов. полимер члены силы подобно арамид (например. Twaron или же Кевлар ), в легкой пластиковой крышке, образующей простой кабель. Каждый конец кабеля может быть прекращено со специализированным соединитель оптического волокна чтобы его можно было легко подключать и отключать от передающего и принимающего оборудования.

Волоконно-оптический кабель в Telstra яма
Исследование неисправности в распределительной коробке оптоволоконного кабеля. Видны отдельные жилы оптоволоконного кабеля в распределительной коробке.
Разрывной оптоволоконный кабель

Для использования в более тяжелых условиях требуется гораздо более прочная конструкция кабеля. В трубчатая конструкция волокно уложено спирально в полужесткие трубки, позволяя кабелю растягиваться без растяжения самого волокна. Это защищает волокно от натяжения при укладке и из-за перепадов температуры. Волокно типа «свободная трубка» может быть «сухим блоком» или заполнено гелем. Сухой блок обеспечивает меньшую защиту волокон, чем гелевый, но стоит значительно дешевле. Вместо свободной трубки волокно может быть заключено в толстую полимерную оболочку, обычно называемую конструкцией «плотного буфера». Плотные буферные кабели предлагаются для множества применений, но два наиболее распространенных:Прорыв " и "Распределение ". Коммутационные кабели обычно содержат рипкорд, два непроводящих диэлектрических упрочняющих элемента (обычно эпоксидную смолу из стеклянных стержней), арамидную нить и буферную трубку толщиной 3 мм с дополнительным слоем кевлара, окружающего каждое волокно. прочная пряжа, которая находится под оболочкой (-ами) кабеля для снятия оболочки.[3] Распределительные кабели имеют общую кевларовую обертку, рипкорд и буферное покрытие 900 микрометров, окружающее каждое волокно. Эти волокна обычно объединяются с дополнительными стальными силовыми элементами, опять же со спиральной закруткой для обеспечения растяжения.

Важнейшей задачей при прокладке кабелей вне помещений является защита волокна от повреждения водой. Это достигается за счет использования твердых барьеров, таких как медные трубки, и водоотталкивающего желе или водопоглощающего порошка, окружающего волокно.

Наконец, кабель может быть армирован, чтобы защитить его от опасностей окружающей среды, таких как строительные работы или грызущие животные. Подводные тросы в прибрежных частях имеют более прочную броню, чтобы защитить их от якорей лодок, рыболовных снастей и даже акулы, которые могут быть привлечены к электрической энергии, которая передается к усилителям мощности или повторителям в кабеле.

Современные кабели имеют широкий спектр оболочек и брони, предназначенных для таких применений, как прямое закапывание в траншеях, двойное использование в качестве линий электропередач, прокладка в кабелепроводах, крепление к воздушным телефонным столбам, подводная установка, и вставка на мощеных улицах.

Емкость и рынок

В сентябре 2012 года NTT Japan продемонстрировала одножильный кабель, способный передавать 1 петабит в секунду (1015бит / с) на расстояние 50 километров.[4]

Современные оптоволоконные кабели могут содержать до тысячи волокон в одном кабеле с потенциальной полосой пропускания в терабайтах в секунду. В некоторых случаях только небольшая часть волокон в кабеле может быть фактически «освещена». Компании могут сдавать в аренду или продавать неиспользованное волокно другим поставщикам, которые ищут услуги в районе или через него. В зависимости от конкретных местных правил компании могут «перестраивать» свои сети для конкретной цели - иметь большую сеть темное волокно для продажи, что снижает общую потребность в рытье траншей и получении муниципальных разрешений.[нужна цитата ] Они также могут намеренно инвестировать недостаточно, чтобы не дать соперникам получить прибыль от их инвестиций.

Обычно производимый одномодовый волоконный кабель с самым большим количеством жил - это 864-й, состоящий из 36 лент, каждая из которых содержит 24 жилы волокна.[5]

Надежность и качество

Оптические волокна очень прочные, но их прочность резко снижается из-за неизбежных микроскопических дефектов поверхности, присущих производственному процессу. Первоначальная прочность волокна, а также ее изменение со временем должны рассматриваться в зависимости от нагрузки, оказываемой на волокно во время обращения, прокладки кабеля и установки для данного набора условий окружающей среды. Существует три основных сценария, которые могут привести к снижению прочности и разрушению из-за роста дефектов: динамическая усталость, статическая усталость и старение без напряжения.

Telcordia GR-20, Общие требования к оптоволоконному и оптоволоконному кабелю, содержит критерии надежности и качества для защиты оптического волокна в любых условиях эксплуатации.[6] Критерии концентрируются на условиях внешней среды предприятия (OSP). Для комнатных растений аналогичные критерии есть в Telcordia GR-409, Общие требования для внутреннего оптоволоконного кабеля.[7]

Типы кабелей

Материал куртки

Материал куртки зависит от области применения. Материал определяет механическую прочность, химическую стойкость и устойчивость к УФ-излучению и так далее. Некоторые распространенные материалы куртки: LSZH, поливинил хлорид, полиэтилен, полиуретан, полибутилентерефталат, и полиамид.

Волокнистый материал

Для оптических волокон используются два основных типа материалов: стекло и пластик. Они обладают самыми разными характеристиками и находят применение в самых разных приложениях. В общем, пластиковое волокно используется для очень коротких и бытовых применений, тогда как стекловолокно используется для коротких / средних (многомодовый ) и дальнего действия (одиночный режим ) телекоммуникации.[8]

Цветовое кодирование

Патч-корды

Буфер или оболочка патчкордов часто имеют цветовую маркировку, чтобы указать тип используемого волокна. «Пыльник» для снятия натяжения, который защищает волокно от изгиба в соединителе, имеет цветовую кодировку, указывающую на тип соединения. Разъемы с пластиковой оболочкой (например, Разъемы SC ) обычно используют оболочку с цветовым кодированием. Стандартная цветовая кодировка курток (или буферов) и ботинок (или корпусов разъемов) показана ниже:

Цвет кордной оболочки (или буфера)
ЦветСмысл
 оранжевыймногомодовое оптическое волокно
АкваOM3 или OM4 10 G, оптимизированное для лазера, многомодовое оптоволокно 50/125 мкм
Эрика Вайолет[9]Многомодовое оптическое волокно OM4 (некоторые производители)[10]
Лаймовый зеленый[11]OM5 10 G + широкополосное многомодовое оптоволокно 50/125 мкм
Серыйустаревший цветовой код для многомодовое оптическое волокно
Желтыйодномодовое оптическое волокно
СинийИногда используется для обозначения оптическое волокно с сохранением поляризации
Цвета корпуса (или корпуса) разъема
ЦветСмыслКомментарий
 СинийФизический контакт (ПК), 0 °в основном используется для одномодовых волокон; некоторые производители используют это для оптическое волокно с сохранением поляризации.
ЗеленыйУгловая полировка (APC), 8 °
ЧернитьФизический контакт (ПК), 0 °
СерыйФизический контакт (ПК), 0 °многомодовые оптоволоконные соединители
Бежевый
белыйФизический контакт (ПК), 0 °
красныйВысокая оптическая мощность. Иногда используется для подключения внешних лазеров накачки или рамановских насосов.

Примечание: также возможно, что небольшая часть разъема имеет дополнительную цветовую маркировку, например рычаг разъема E-2000 или рамку переходника. Эта дополнительная цветовая кодировка указывает правильный порт для патчкорда, если в одной точке установлено много патчкордов.

Многожильные кабели

Отдельные волокна в многоволоконном кабеле часто отличаются друг от друга цветными оболочками или буферами на каждом волокне. Схема идентификации, используемая Corning Cable Systems основан на EIA / TIA-598, «Цветовое кодирование оптоволоконного кабеля». EIA / TIA-598 определяет схемы идентификации для волокон, буферизованных волокон, волоконно-оптических блоков и групп волоконных блоков внутри оптоволоконных кабелей за пределами предприятия и внутри помещений. Этот стандарт позволяет идентифицировать единицы волокна по напечатанной легенде. Этот метод может использоваться для идентификации волоконных лент и волоконных субъединиц. Легенда будет содержать соответствующий напечатанный числовой номер позиции или цвет для использования при идентификации.[12]

Таблица цветов волокна EIA598-A[12]
ДолжностьЦвет курткиДолжностьЦвет куртки
1Волокно blue.svg
синий		13Волокно сине-черная полоса.svg
голубовато-черный
2Волокно orange.svg
апельсин		14Волокно оранжево-черная полоса.svg
оранжевый / черный
3Волокно green.svg
зеленый		15Волокно зеленая черная полоса.svg
зеленый / черный
4Волокно коричневый.svg
коричневый		16Волокно коричневый черный полосатый .svg
темно коричневый
5Волокно серый.svg
шифер		17Волокно серая черная полоса.svg
шифер / черный
6Волокно white.svg
белый		18Волокно белый черный stripe.svg
белый черный
7Волокно красное без полосы.svg
красный		19Волокно красный черный stripe.svg
красный / черный
8Волокно черный.svg
чернить		20Волокно черная желтая полоса.svg
черный желтый
9Волокно желтое.svg
желтый		21Волокно желто-черная полоса.svg
желтый / черный
10Волокно violet.svg
Виолетта		22Волоконно-фиолетовая черная полоса.svg
фиолетовый / черный
11Волокно rose.svg
Роза		23Волоконная роза черная полоса.svg
роза / черный
12Волокно aqua.svg
аква		24Волокно aqua black stripe.svg
аква / черный
Цветовая кодировка волоконно-оптического кабеля в помещении[12]
Тип / класс волокнаДиаметр (мкм)Цвет куртки
Многомодовый Ia50/125 оранжевый
Многомодовый Ia62.5/125Шифер
Многомодовый Ia85/125Синий
Многомодовый Ia100/140Зеленый
Одномодовый IVaВсеЖелтый
Одномодовый IVbВсекрасный

Цветовой код, использованный выше, напоминает медные кабели PE, используемые в стандартной телефонной проводке.

В Великобритании цветовые коды COF200 и 201 отличаются. Каждый пучок или элемент из 12 волокон в кабеле Cable Optical Fiber 200/201 окрашен следующим образом:

  • Синий
  • оранжевый
  • Зеленый
  • красный
  • Серый
  • Желтый
  • Коричневый
  • фиолетовый
  • Чернить
  • белый
  • Розовый
  • Бирюзовый

Каждый элемент находится в трубке внутри кабеля (а не в трубке из выдувного волокна). Элементы кабеля начинаются с красной трубки и считаются от кабеля до зеленой трубки. Активные элементы находятся в белых трубках, а желтые наполнители или манекены проложены в кабеле, чтобы заполнить его, в зависимости от того, сколько волокон и единиц существует - может быть до 276 волокон или 23 элементов для внешнего кабеля и 144 волокон или 12 элементов для внутреннего. Кабель имеет центральный силовой элемент, обычно сделанный из стекловолокна или пластика. Во внешних кабелях также присутствует медный провод.

Скорость распространения и задержка

Оптические кабели передают данные на скорость света в стекле. Это скорость света в вакууме, деленная на показатель преломления используемого стекла, обычно от 180 000 до 200 000 км / с, что дает задержку от 5,0 до 5,5 микросекунд на км. Таким образом, время задержки туда и обратно на 1000 км составляет около 11 миллисекунд.[13]

Убытки

Потери сигнала в оптоволокне измеряются в децибелы (дБ). Потери на 3 дБ в канале связи означают, что свет на дальнем конце составляет только половину интенсивности света, направленного в волокно. Потеря 6 дБ означает, что только четверть света прошла через волокно. Если слишком много света потеряно, сигнал становится слишком слабым для восстановления, и связь становится ненадежной и в конечном итоге полностью перестает функционировать. Точная точка, в которой это происходит, зависит от мощности передатчика и чувствительности приемника.

Типичные современные многомодовые волокна с градиентным индексом преломления имеют 3 дБ на километр затухания (потери сигнала) на длине волны 850 нм, и 1 дБ / км на 1300 нм. Одномодовый режим теряет 0,35 дБ / км на длине волны 1310 нм и 0,25 дБ / км на длине волны 1550 нм. Одномодовое волокно очень высокого качества, предназначенное для применения на больших расстояниях, имеет потери 0,19 дБ / км на длине волны 1550 нм.[14] Пластиковое оптическое волокно (POF) теряет намного больше: 1 дБ / м на длине волны 650 нм. POF - это волокно с большой сердцевиной (около 1 мм), подходящее только для коротких низкоскоростных сетей, таких как TOSLINK оптический звук или для использования в автомобилях.[15]

Каждое соединение между кабелями добавляет около 0,6 дБ средних потерь, а каждое соединение (сращивание) добавляет около 0,1 дБ.[16]

Невидимый инфракрасный свет (750 нм и больше) используется в коммерческих системах связи из стекловолокна, поскольку он имеет меньшее затухание в таких материалах, чем видимый свет. Однако стеклянные волокна в некоторой степени пропускают видимый свет, что удобно для простого тестирования волокон без использования дорогостоящего оборудования. Сращивания можно проверить визуально и отрегулировать для минимальной утечки света на стыке, что максимизирует светопропускание между концами соединяемых волокон.

Графики Понимание длин волн в волоконной оптике[17] и Потери (затухание) оптической мощности в волокне[18] проиллюстрировать взаимосвязь видимого света с используемыми инфракрасными частотами и показать полосы поглощения воды между 850, 1300 и 1550 нм.

Безопасность

Инфракрасный свет, используемый в телекоммуникациях, не виден, поэтому существует потенциальная возможность лазерная безопасность опасность для технических специалистов. Естественная защита глаза от внезапного воздействия яркого света - это мигающий рефлекс, который не запускается инфракрасными источниками. В некоторых случаях уровни мощности достаточно высоки, чтобы повредить глаза, особенно когда линзы или микроскопы используются для проверки волокон, излучающих невидимый инфракрасный свет. Для защиты от этого доступны инспекционные микроскопы с оптическими защитными фильтрами. В последнее время используются средства непрямого обзора, которые могут включать камеру, установленную в портативном устройстве, которая имеет отверстие для соединенного волокна и выход USB для подключения к устройству отображения, например портативному компьютеру. Это делает поиск повреждений или грязи на поверхности разъема намного безопаснее.

Небольшие осколки стекла также могут стать проблемой, если они попадут под чью-то кожу, поэтому необходимо следить за тем, чтобы осколки образовывались при раскалывание волокна собираются и утилизируются надлежащим образом.

Гибридные кабели

Существуют гибридные оптические и электрические кабели, которые используются в беспроводных наружных приложениях «оптоволокно к антенне» (FTTA). В этих кабелях оптические волокна несут информацию, а электрические проводники используются для передачи энергии. Эти кабели могут быть размещены в нескольких средах для обслуживания антенн, установленных на опорах, мачтах и ​​других конструкциях.

Согласно с Telcordia GR-3173, Общие требования к гибридным оптическим и электрическим кабелям для использования в приложениях беспроводного подключения к антенне на открытом воздухе (FTTA), Эти гибридные кабели имеют оптические волокна, элементы витой пары / квадрата, коаксиальные кабели или токопроводящие электрические проводники под общей внешней оболочкой. Силовые проводники, используемые в этих гибридных кабелях, предназначены для непосредственного питания антенны или для питания установленной на опоре электроники, обслуживающей исключительно антенну. Обычно они имеют номинальное напряжение менее 60 В постоянного тока или 108/120 В переменного тока.[19] Могут присутствовать другие напряжения в зависимости от области применения и соответствующего национального электрического кодекса (NEC).

Эти типы гибридных кабелей также могут быть полезны в других средах, таких как предприятия с распределенными антенными системами (DAS), где они будут обслуживать антенны в помещениях, на открытом воздухе и на крыше. В таких средах необходимо в полной мере учитывать такие факторы, как огнестойкость, списки Национально признанных испытательных лабораторий (NRTL), размещение в вертикальных валах и другие вопросы, связанные с производительностью.

Поскольку уровни напряжения и мощности, используемые в этих гибридных кабелях, различаются, нормы электробезопасности рассматривают гибридный кабель как силовой кабель, который должен соответствовать правилам в отношении зазоров, разделения и т. Д.

Внутренние каналы

Внутренние каналы устанавливаются в существующих подземных системах трубопроводов, чтобы обеспечить чистые, непрерывные пути с низким коэффициентом трения для прокладки оптических кабелей, которые имеют относительно низкие пределы натяжения. Они предоставляют средства для разделения обычных канал Первоначально он был разработан для одиночных металлических проводников большого диаметра в несколько каналов для оптических кабелей меньшего диаметра.

Типы

Внутренние каналы обычно представляют собой полугибкие субдукты малого диаметра. Согласно с Telcordia GR-356 Существует три основных типа внутренних воздуховодов: гладкие, гофрированные и оребренные.[20] Эти различные конструкции основаны на профиле внутреннего и внешнего диаметров внутреннего канала. Необходимость в конкретной характеристике или комбинации характеристик, таких как сила тяги, гибкость или самый низкий коэффициент трения, диктует тип требуемого внутреннего канала.

Помимо основных профилей или контуров (гладкие, гофрированные или ребристые), внутренние воздуховоды также доступны во все большем разнообразии конструкций с несколькими воздуховодами. Мультиканал может быть либо составным блоком, состоящим из четырех или шести отдельных внутренних каналов, которые удерживаются вместе с помощью некоторых механических средств, либо одним экструдированным продуктом, имеющим несколько каналов, через которые протягиваются несколько кабелей. В любом случае многопровод может быть намотан на катушку и может быть втянут в существующий трубопровод аналогично обычному внутреннему каналу.

Размещение

Внутренние каналы в основном устанавливаются в подземных системах трубопроводов, которые обеспечивают соединительные пути между люк локации. В дополнение к размещению в трубопроводе, внутренний канал может быть закопан прямо в землю или установлен по воздуху путем крепления внутреннего канала к стальной подвеске.

Как указано в GR-356, кабель обычно помещается во внутренний канал одним из трех способов. Это может быть

  1. Предварительно установлен производителем внутреннего воздуховода во время процесса экструзии,
  2. Втянута во внутренний канал с помощью тянущего троса с механической поддержкой, или
  3. Вдувается во внутренний канал с помощью устройства для продувки кабеля с большим объемом воздуха.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Позинна, Мариддетта (1 апреля 2014 г.). «различные типы оптоволоконных кабелей». HFCL. В архиве из оригинала от 20.04.2016. Получено 2016-04-11.
  2. ^ «Сбор и распространение света». Зона разработчиков National Instruments. В архиве из оригинала от 22.12.2015. Получено 2015-10-08.
    Хехт, Джефф (2002). Понимание волоконной оптики (4-е изд.). Прентис Холл. ISBN  0-13-027828-9.
  3. ^ «Определение: разрывной шнур». Its.bldrdoc.gov. В архиве из оригинала от 20.01.2012. Получено 2011-12-10.
  4. ^ Чиргвин, Ричард (23 сентября 2012 г.). «NTT демонстрирует петабитную передачу по одному волокну». Реестр. В архиве из оригинала от 21.02.2014. Получено 2014-02-16.
  5. ^ "OFS 864-жильный одномодовый волоконно-оптический кабель" (PDF). В архиве (PDF) из оригинала от 25.04.2016.
  6. ^ «GR-20, Общие требования к оптоволоконному и оптоволоконному кабелю». Telcordia. В архиве из оригинала от 20.01.2016.
  7. ^ «GR-409, Общие требования для внутреннего оптоволоконного кабеля». Telcordia. В архиве из оригинала от 30.09.2011.
  8. ^ "Одномодовый VS. многомодовый волоконно-оптический кабель". В архиве из оригинала от 29.09.2013. Получено 2013-09-24.
  9. ^ «Эрика фиолетовая» имеет цвет RAL 4003, согласно rgb.to В архиве 2016-10-18 на Wayback Machine. Похож на Pantone 675U или RGB (196,97,140)
  10. ^ Кроуфорд, Дуэйн (11 сентября 2013 г.). «Кто такая Эрика Вайолет и что она делает в моем дата-центре?». Технические темы. Belden. В архиве из оригинала от 22.02.2014. Получено 12 февраля, 2014.
  11. ^ «TIA одобряет салатовый цвет в качестве идентифицирующего цвета для оптоволоконного кабеля OM5». Монтаж и обслуживание кабелей. 14 мая 2017 года. В архиве из оригинала на 2019-08-06. Получено 6 августа, 2019.
  12. ^ а б c Лерой Дэвис (21 февраля 2007 г.). «Цветовая кодировка волоконно-оптического кабеля». В архиве из оригинала 12.12.2007. Получено 2007-12-01.
  13. ^ Задержка и джиттер В архиве 2016-04-27 в Wayback Machine Проверено 9 апреля 2016.
  14. ^ "Техническое описание одномодового волокна Corning LEAF G.655" (PDF). В архиве (PDF) из оригинала от 03.12.2015.
  15. ^ Оптоволокно В архиве 2010-08-12 в Wayback Machine (учебное пособие на lanshack.com) Дата обращения 20 августа 2010.
  16. ^ Расчет максимального затухания для волоконно-оптических линий связи В архиве 2011-06-09 на Wayback Machine. Cisco документ 27042. Проверено 20 августа 2010.
  17. ^ Хейс, Джим. «Понимание длин волн в волоконной оптике». Волоконно-оптическая ассоциация. В архиве из оригинала 2013-12-02. Получено 2014-01-13.
  18. ^ «Потери (затухание) оптической мощности в волокне». Ad-net.com.tw. В архиве из оригинала 2013-12-02. Получено 2014-01-13.
  19. ^ ГР-3173, Общие требования к гибридным оптическим и электрическим кабелям для использования в приложениях для беспроводного подключения оптоволокна к антенне (FTTA) В архиве 2016-01-20 в Wayback Machine. Telcordia.
  20. ^ ГР-356, Общие требования к внутреннему каналу оптического кабеля, связанному с ним трубопроводу и аксессуарам В архиве 2016-01-20 в Wayback Machine. Telcordia.

внешняя ссылка