Рис. 7.10. Конструкция оптического кабеля с гексагональной укладкой волокон в жгуте (1), с алюминиевым экраном (2) и полиэтиленовой защитной оболочкой (3)
Оптические кабели связи (ОКС) предназначены для передачи электромагнитных сигналов в диапазоне частот от 1014 до 1015 Гц [22, 23]. К настоящему времени разработано много различных конструкций оптических кабелей для разных областей применения (рис. 7.10—7.12).
В большинстве своем оптические кабели имеют сложную конструкцию и состоят из многих элементов, таких, например, как центральный армирующий стержень из пластмассы или из металла, светопроводящие жилы из стекловолокна, защитные оболочки.
При изготовлении оптических кабелей используют волокна с диаметром сердечника в несколько десятков микрон. Волокна большего размера применять нецелесообразно, так как в данном случае по волокну будет распространяться много типов волн с различными скоростями (многомодовая передача) и значительным искажением передаваемых сигналов.
Одномодовая передача, при которой искажения передаваемых сигналов значительно меньше, возможна только тогда, когда диаметр сердечника волокна близок к длине распространяющейся волны.
Рис. 7.11. Конструкции оптических кабелей, предназначенных для сети городской связи:
а) 1 — центральный армирующий стержень из полимерного материала; 2 — стекловолокно; 3 — полимерная защитная оболочка;
б) 1 — сердечник из стекловолокна; 2 — защитная оболочка из пластмассы
Рис. 7.12. Конструкции оптических кабелей связи:
а) кабель, состоящий из однослойных волокон без покрытия; б) кабель, состоящий из пучков волокон и армирующего сердечника; в), г) механически упрочненные конструкции кабеля
Однако изготовление таких сверхтонких оптических волокон и оптических кабелей на их основе сложно вследствие малой механической прочности. Кроме того, затрудняются условия стыковки возбуждения и приема сигналов из-за малой площади поперечного сечения волокна и соответственно малого значения числовой апертуры.
Компромиссным решением является использование волокон таких типов, которые позволяют осуществлять одномодовый режим работы по волокну с диаметром сердечника, большим распространяющейся длины волны. В этом случае затухание поглощения высших типов волн должно быть значительно больше затухания поглощения основной передаваемой волны.
При изготовлении сердечников оптических кабелей отдельные стекловолокна скручивают в гибкие пучки из 7, 12, 19 и даже большего числа волокон. Применяются следующие виды укладки: квадратная, гексагональная, повивная кабельная. Для повышения механической прочности кабеля вводятся армирующие элементы, защитные пластмассовые оболочки, а иногда и броневой покров (см. рис. 7.12). Оптические кабели наиболее сложных конструкций представлены на рис. 7.13.
Рис. 7.13. Оптические кабели наиболее сложных конструкций:
а) механически упрочненного; б) с повышенной экранировкой; в) с газовым наполнением; г) повышенной гибкости;
1 — стекловолокно; 2 — демпфирующее покрытие (например, из уретана); 3 — уретановая оболочка; 4 — армирующая жила; 5 — стеклянная оболочка; 6 — пластмассовое покрытие; 7 — оболочка повышенной прочности; 8 — обмотка лентами; 9 — профильный пластмассовый стержень; 10 — служебные проводники; 11 — оболочка из алюминия; 12 — оболочка из полиэтилена; 13 — заполняющая жила; 14 — армирующий трос; 15 — оплетка; 16 — обмотка лентами; 17 — оболочка из полиэтилена
Некоторые типы волокон из кварцевых стекол, изготавливаемых в промышленности, имеют коэффициент затухания в пределах от 5 до 10 дБ/км. Силикатные волокна имеют коэффициент затухания до 20 дБ/км.
Коэффициент затухания оптического кабеля по сравнению с его значением для волокон увеличивается в 2—3 раза за счет микродефектов, возникающих в процессе изготовления кабеля. Информационная емкость оптического кабеля зависит от его диаметра числа используемых волокон, конструкции и формы поперечного сечения. Степень защищенности кабеля определяется конструкцией и качеством защитной оболочки.
Выбор типа оптического волокна является важной задачей при проектировании волоконного оптического кабеля.
Потери в световоде зависят от:
1) длины волны, геометрических размеров световода, коэффициента преломления;
2) типа генератора несущей. Если генератор — светодиод, то оптическое волокно должно быть многомодовым либо иметь значительную разницу показателей преломления сердечника и оболочки. В этом случае мощность в большей степени концентрируется в сердечнике. Если генератор — лазер, оптические волокна могут быть одномодовые и многомодовые;
3) характера изменения показателя преломления многомодового волокна, что определяет искажения, связанные с задержкой мод. Минимальные искажения будут в волокне с параболическим изменением показателя преломления;
4) сопряжения оптических волокон, которые проще в случае многомодового волокна, так как поперечное сечение больше, при этом больше и механическая прочность многомодовых волокон по сравнению с одномодовыми.
