Название: Направление системы электросвязи Часть 1 - учебное пособие (Анатолий Денисов, Константин Алексеев)

Жанр: Технические

Просмотров: 4010


Защитные полимерные покрытия кварцевых ов

 

Несмотря на то что предел прочности массивного кварцевого стекла очень высок (~20 ГПа), волокно, имеющее развитую поверхность по отношению к малому объему стекла, крайне чувствительно к поверхностным дефектам (микротрещинам, пылинкам). Дефекты резко снижают его прочность, особенно в присутствии влаги и под действием высоких температур и напряжений. Для сохранения механической прочности и защиты поверхности ОВ наносятся полимерные покрытия.

Защитные полимерные покрытия ОВ имеют, как правило, двухслойную структуру, что обеспечивает также защиту ОВ от внешних воздействий, которые могут привести и к возрастанию оптических потерь. Причиной роста оптических потерь в ОВ являются микроизгибы, возникающие при каблировании ОВ или изменениях температуры, как следствие напряжений в конструкции «ОВ–покрытия–кабельные компоненты».

Материалы современных покрытий ОВ применяются двух типов. Первый тип имеет модуль упругости, равный ~0,7 МПа, образует мягкий внутренний слой поверх кварцевой оболочки ОВ, защищающий ОВ от внешних сжимающих усилий. Второй тип имеет модуль упругости почти на три порядка выше, образует твердый наружный слой, который обеспечивает прочность ОВ, его стойкость к абразивным воздействиям и влагозащиту.

Основными требованиями к защитным покрытиям ОВ являются стабильность характеристик в интервале рабочих температур и отсутствие химического взаимодействия с материалами кабеля (например, гидрофобным заполнителем и др.). Кроме того, покрытие должно легко механически удаляться с помощью стриппера. Обычно усилие стягивания покрытий составляет 1,3…8,9 Н.

 

Типы оптических волокон

 

В практике создания магистральных, внутризоновых и внутриобъектовых линий связи применяются два основных типа кварцевых оптических волокон – многомодовое и одномодовое, типичная структура которых приведена на рис. 11.

                   а                                                                       б

Рис. 11. Структура оптического волокна:

а – многомодового;  б – одномодового:

1 – сердцевина; 2 – оболочка; 3 – внутренний слой защитного покрытия;

4 – наружный слой защитного покрытия

 

Многомодовое волокно. Существуют два варианта многомодовых волокон: со ступенчатым и градиентным профилем показателя преломления сердцевины.

В многомодовом волокне со ступенчатым профилем показателя преломления распространяется одновременно большое число мод – лучей, введенных в волокно под разными углами. Основным недостатком такого волокна является наличие межмодовой дисперсии, возникающей из-за того, что разные моды проделывают в волокне разный оптический путь.

В многомодовом волокне с градиентным профилем показателя преломления значение показателя преломления сердцевины плавно изменяется от центра к краям. Моды в волокне распространяются по параболическим траекториям, и разность их путей, а следовательно, и межмодовая дисперсия существенно меньше, чем в многомодовом волокне со ступенчатым профилем показателя преломления.

Одномодовое волокно. Потребность в увеличении полосы пропускания и дальности передачи сигнала привела к необходимости создания одномодового оптического волокна, диаметр сердцевины и соотношение показателей преломления сердцевины и оболочки которого выбраны таким образом, что в нем может распространяться только одна мода (строго говоря, две моды с взаимно ортогональными состояниями поляризации).

Одномодовые волокна можно классифицировать по такому критерию, как хроматическая дисперсия. В рекомендациях МСЭ-Т регламентированы параметры этих типов волокон.

Одномодовое волокно с дисперсией, оптимизированной для использования на длине волны 1310 нм. Это исторически первое и наиболее широко распространенное волокно, производство которого осуществляется с 1983 года для магистральных и внутризоновых сетей связи.

Стандартное одномодовое волокно, предназначенное для работы в двух рабочих диапазонах длин волн – 1285…1330 нм и 1530…

1565 нм. Его затухание на длине волны 1550 нм очень мало

(0,2 дБ/км), а дисперсия на этой длине волны составляет 18…

20 пс/нм·км.

Принципиально новой модификацией этого типа ОВ являются волокна с отсутствием гидроксильного пика: на длине волны 1383 нм коэффициент затухания равен 0,31 дБ/км, стабильность затухания сохраняется даже после испытаний на водородное старение. Эти волокна (марка AllWave фирмы OFS, марка SMF28e фирмы Coming) позволяют увеличить почти на 100 нм рабочий диапазон длин волн по сравнению со стандартным ОВ, открывая пятое окно прозрачности 1360…1460 нм, и могут обеспечить многоканальную передачу без компенсации дисперсии в городских и внутризоновых сетях. Преимуществом использования волокон этого типа по сравнению со стандартным ОВ является возможность реализовать 16 недорогих CWDM каналов в диапазоне 1260…1625 нм вместо 12. Волокна существуют, полностью совместимы со стандартными ОВ и имеющимся оборудованием и могут заменить стандартные ОВ в системах связи.

Одномодовое волокно со смещенной в область 1550 нм длиной волны нулевой дисперсии. Имеет область минимума оптических потерь, совпадающую с областью минимальной хроматической дисперсии (рис. 12). Волокно этого типа хорошо совместимо с оптическими усилителями, поскольку интервал длин волн, в котором волокно имеет наилучшие параметры по затуханию и дисперсии, совпадает с полосой максимального усиления оптических усилителей на эрбиевом волокне.

Одномодовое волокно с ненулевой дисперсией, смещенной в область длин волн 1550 нм. Необходимость разработки этого типа ОВ была связана с внедрением эрбиевых оптических усилителей в линиях связи

и развитием оптических систем со спектральным уплотнением каналов, что значительно снизило себестоимость каналов. Однако способность эрбиевых оптических усилителей одновременно усиливать уплотненные сигналы в диапазоне 1550 нм, высокий уровень мощность сигнала

(100 мВт и более) и большие регенерационные участки (120 км и более) привели к возникновению нелинейных оптических эффектов в кварцевом волокне. Нелинейное взаимодействие вызывает искажение сигнала и накапливается вдоль всей длины регенерационного участка.

Одномодовое волокно с контролируемой величиной, отличной от нуля хроматической дисперсии, находящейся в пределах 0,1…

6,0 пс/нм·км в области спектра оптического усилителя (1530…

1565 нм). Оно было разработано для уменьшения четырехволнового смешивания – эффекта, наиболее опасного для систем передачи со спектральным уплотнением при равномерно разнесенных по частоте каналах. Низкий наклон дисперсионной кривой и малое затухание обеспечивают использование этого волокна в расширенном диапазоне 1530…1625 нм. Структура волокна такова, что величина его дисперсии достаточно велика, чтобы подавить эффект четырехволнового смешивания, но мала, чтобы обеспечить скорость передачи до 10 Гбит/с на большие расстояния без компенсации дисперсии.