Что такое оптоволокно для чего его применяют. Что такое оптоволоконный интернет и в чем его отличие. Сердечники подвесных кабелей бывают разными. По их типу кабели делят на

Рассказывалось о самых распространенных типах оптоволоконного кабеля, применяемых на Украине. А сегодня - кабель в разрезе, и по ходу повествования - некоторые практические моменты его монтажа.

Мы не будем останавливаться на подробной структуре всех видов кабеля. Возьмем некий усредненный типовой ОК:

Центральный (осевой) элемент.
Оптическое волокно.
Пластиковые модули для оптических волокон.
Пленка с гидрофобным гелем.
Полиэтиленовая оболочка.
Броня.
Внешняя полиэтиленовая оболочка.

Что же представляет каждый слой при подробном рассмотрении?

Центральный (осевой) элемент

Стеклопластиковый прут в полимерной оболочке или без нее. Основное назначение - придает жесткость кабелю . Стеклопластиковые стержни без оболочки плохи тем, что легко ломаются при изгибе и повреждают расположенное вокруг них оптоволокно.

Оптическое волокно

Нити оптического волокна чаще всего имеют толщину в 125 микрон (примерно с волос). Они состоят из сердечника (по которому, собственно, идет передача сигнала) и стеклянной же оболочки немного другого состава, обеспечивающей полное преломление в сердечнике.

В маркировке кабеля диаметр сердечника и оболочки обозначается цифрами через слэш. К примеру: 9/125 - сердцевина 9 мкм, оболочка - 125 мкм.

Количество волокон в кабеле варьируется от 2 до 144, это также фиксируется цифрой в маркировке.

В зависимости от толщины сердечника оптоволокно подразделяется на одномодовое (тонкий сердечник) и многомодовое (большего диаметра). В последнее время многомод применяется все реже, поэтому останавливаться на нем не будем. Отметим только, что предусмотрен он для использования на небольшие расстояния. Оболочку многомодового кабеля и патчкордов обычно делают оранжевого цвета (одномодовый - желтый).

В свою очередь одномодовое оптическое волокно бывает:

Стандартное (маркировка SF, SM или SMF );
Со смещенной дисперсией (DS, DSF );
С ненулевой смещенной дисперсией (NZ, NZDSF или NZDS).

В общих чертах - оптоволоконный кабель со смещенной дисперсией (в т.ч. с ненулевой) применяется на гораздо большие расстояния, чем обычный.

Поверх оболочки стеклянные нити покрыты лаком, и этот микроскопический слой тоже играет важную роль. Оптоволокно без лакового покрытия повреждается, крошится и ломается при малейшем воздействии. В то время как в лаковой изоляции его можно скручивать и подвергать некоторой нагрузке. На практике оптоволоконные нити неделями выдерживают вес кабеля на опорах, если в процессе эксплуатации рвутся все остальные силовые стержни.

Однако не стоит возлагать на прочность волокон слишком большие надежды - даже покрытые лаком они легко ломаются. Поэтому при монтаже оптических сетей, особенно при ремонте действующих магистралей, требуется предельная аккуратность.

Пластиковые модули для оптических волокон

Это пластиковые оболочки, внутри которых - пучок оптоволоконных нитей и гидрофобная смазка. В кабеле может быть либо одна такая туба с оптоволокном, либо несколько (последнее - чаще, особенно если волокон много). Модули выполняют функцию защиты волокон от механических повреждений и попутно - их объединения и маркировки (если модулей в кабеле несколько). Однако нужно помнить, что пластиковый модуль при изгибе довольно просто переламывается, и ломает находящиеся в нем волокна.

Какого-то одного стандарта на цветную маркировку модулей и волокон нет, но каждый производитель прикрепляет к барабану с кабелем паспорт, в котором это обозначено.

Пленка и полиэтиленовая оболочка

Это элементы дополнительной защиты волокон и модулей от трения, а также влаги - в некоторых видах оптического кабеля под пленкой содержится гидрофоб. Пленка сверху может быть дополнительно армирована переплетением нитей и пропитана гидрофобным гелем.

Пластиковая оболочка выполняет те же функции, что и пленка, плюс служит прослойкой между броней и модулями. Есть модификации кабеля, где ее вообще нет.

Броня

Это может быть либо кевларовая броня (сплетенные нити), либо кольцо стальных проволок, либо лист гофрированной стали:

Кевлар применяется в тех видах оптоволоконного кабеля, где содержание металла недопустимо или если нужно снизить его вес.
Кабель с броней из стальных проволочек предназначен для подземной укладки непосредственно в грунт - прочная броня защищает от многих повреждений, в т.ч. от лопаты.
Кабель с гофроброней прокладывают в трубах или кабельной канализации, защитить такая броня может лишь от грызунов.

Внешняя полиэтиленовая оболочка

Первый и практически самый важный уровень защиты. Плотный полиэтилен призван выдерживать все нагрузки, выпадающие на долю кабеля, поэтому если он повреждается, существенно увеличивается риск порчи кабеля. Нужно следить, чтобы оболочка:

a) Не была повреждена при монтаже - иначе попавшая внутрь влага увеличит потери на линии;

b) Не касалась в процессе эксплуатации о дерево, стену, угол или ребро конструкции и т.д., если есть риск возникновения трения в этом месте при ветровых и иных нагрузках.

Несмотря на то, что многие слышали о существовании оптических волокон и использовании их для скоростной передачи информации, очень мало людей знают, что они собой представляют и каким образом передают данные.

Даже самый простой оптический кабель имеет достаточно сложную структуру. В середине его расположен пучок тонких оптических проводков-волокон изолированных друг от друга, при этом каждое волокно находится в оболочке и имеет специальное изолирующее покрытие. Все волокна протянуты внутри стальной защитной трубки. Поверх трубки идет оплетка из медных токоведущих жил, закрытая слоем медной фольги. Следующий слой – диэлектрическая изоляция, выполненная чаще всего из полиэтилена. Самый верхний слой бронирующий, для обеспечения защиты кабеля от механических повреждений.

Устройство оптоволоконного кабеля

Само по себе оптическое волокно это пластиковая или стеклянная нить, способная проводить световые импульсы, а изменяемая длина волны и показатель преломления светового луча обеспечивает передачу необходимой информации.

Типы оптических волокон

Классификация оптических волокон производится в зависимости от количества мод или лучей, распространяющихся по волокну. Различают:

волокно одномодовое диаметром 7-9 мкм;
волокно многомодовое диаметром 50 или 62,5 мкм.

Кроме этого оптические волокна подразделяются на проводники с градиентным показателем преломления луча и со ступенчатым профилем распределения показателей преломления.

Преимущества оптоволоконной связи

Главное преимущество оптического волокна это высокий уровень пропускной способности в сравнении с коаксиальным кабелем. Большая скорость передачи данных на большие расстояния сопровождается высоким уровнем защиты от внешних помех и шумоподавления. При этом использование оптоволокна обеспечивает надежную защиту данных от несанкционированного доступа. Подключение кабеля с оптическими волокнами позволяет обеспечить одновременную работу сразу нескольких систем, например.

И нтернет по оптоволоконному кабелю является последним изменением способа передачи данных по всему миру. Это намного быстрее, чем обычный кабель, быстрее, чем dial-up, и может переносить большие объемы данных, часто довольно легко достигая нескольких терабайтов передачи данных.

До оптоволокна: DSL и кабель

Цифровая абонентская линия (DSL) использовала существующие телефонные линии для передачи данных, которые обычно делались из меди. DSL медленный, старый, и по большей части был поэтапно отменен в пользу кабеля, но он остается в некоторых сельских районах. Средняя скорость для DSL составляет около 2 Мбит/с.

Кабельный интернет использует коаксиальный кабель, также изготовленный из меди, и, как правило, поставляется с такими же кабелями, которые используются для управления телевизионной сетью. Вот почему многие интернет-провайдеры предлагают в комплекте планы с подпиской на телевидение и доступом в Интернет. Средняя скорость для кабеля варьируется, но колеблется от 20 Мбит/с до 100 Мбит/с.

Оптоволокно

Волоконно-оптические кабели используют небольшие стеклянные волокна для передачи данных с использованием импульсов света. Свет распространяется так же, как и электричество через медный провод, но преимущество заключается в том, что волоконные кабели могут одновременно передавать сразу несколько сигналов. Они невероятно малы, поэтому их часто объединяют в более крупные кабели под названием «волоконно-оптические магистральные кабели», каждая из которых содержит несколько волоконных линий. Волоконные кабели содержат огромное количество данных, а средняя скорость, которую Вы увидите у себя дома, составляет около 1 Гбит/с (часто называемый «гигабитный интернет»).

Волоконные магистральные кабели образуют основную часть современного Интернета, и Вы увидите их преимущества, даже если у Вас нет «волоконного интернета». Это связано с тем, что точки обмена через Интернет (IXP) — коммутационные и маршрутизационные станции которые соединяют Ваш дом с остальной частью мира — используют волоконно-оптические магистральные линии для подключения к другим IXP.

Но когда придет время соединить все дома в городе с Вашим местным IXP (термин, который обычно называют «последней милей»), Ваш провайдер обычно будет использовать традиционный коаксиальный кабель для Вашего дома. Этот вариант становится узким местом для Вашей интернет-скорости. Когда кто-то говорит, что у них есть «оптоволоконный интернет», они имеют в виду, что подключение из их дома к IXP также использует волокно, исключая ограничение скорости медного кабеля.

Ограничения оптоволокна

Есть причина, по которой оптоволоконный интернет не является общедоступным. Волокно намного дороже для запуска и не оправдывает затраты, когда кабельные линии часто уже доступны. Для большинства людей скорость 20-100 Мбит/с, которую они получают на кабеле, достаточна, так как большинство загрузок из Интернета в любом случае не превысят этого соединения.

И хотя волокно, безусловно, лучше, чем медь, Вы не увидите увеличения фактической скорости загрузки из-за ограничений на сервере, с которого Вы загружаете. Такое приложение, как Steam, загружающее игру на 10 ГБ, похоже, потребуется всего несколько секунд на волоконно-оптическом соединении 1000 Мбит/с, но на самом деле Вы получите максимальную скорость 50 Мбит/с от серверов Steam.

Постепенно оптические линии связи вытесняют обычные медные провода для передачи на большие расстояния, что существенно снижает стоимость обслуживания линий.

Чтобы понять как работает оптоволоконный кабель, представьте невероятно длинную, длиной несколько километров, соломинку для напитков из гибкого пластика. Теперь представьте, что внутренняя поверхность этой мегасоломинки имеет зеркальное покрытие и вы заглядываете в нее с одной стороны. На расстоянии в несколько километров, на другом конце, ваш друг светит внутрь соломинки. Благодаря тому, что внутренняя поверхность соломинки представляет из себя идеальное зеркало, свет от фонарика многократно отражается от стенок соломинки (даже в тех местах, где она сгибается) и вы можете его видеть в отверстие на другом ее конце. Если ваш друг начнет посылать вам через эту соломинку упорядоченные световые сигналы, например, используя азбуку Морзе, то он сможет держать с вами связь на расстоянии. Это и есть основной принцип работы оптоволоконного кабеля.

Делать кабель из трубок с отражающей поверхностью конечно можно, но будет крайне сложно превратить внутреннюю поверхность в идеальное зеркало. Поэтому оптоволоконный кабель, или кабель ВОЛС, делается из стекла. Стекло имеет невероятную прозрачность, поэтому способно проводить свет на огромные расстояния. Представьте себе обычное оконное стекло толщиной в несколько километров - оно по-прежнему будет прозрачным. Только в оптоволокне толщина стекла сопоставима с толщиной человеческого волоса и эта стеклянная нить покрыта двумя слоями пластика.

Покрывая стекло пластиком вы получаете эквивалент зеркала вокруг стеклянной нити. Это зеркало создает полное внутреннее отражение, как если бы это создавалось зеркальным покрытием нашей соломинки, которую вы себе представляли ранее. Свет путешествует по оптическом волокнам, отражаясь внутри под очень маленькими углами, и полностью остается внутри.

На одном конце оптического кабеля установлен , который включается для передачи каждого бита информации. Современные оптоволоконные системы с одним лазером способны передавать миллиарды бит в секунду, для чего лазер включается и выключается несколько миллиардов раз каждую секунду. Новейшие системы с несколькими лазерами разных цветов способны передавать сразу несколько видов сигнала по одному оптоволокну.

Современные оптоволоконные кабели способны передавать сигнал на расстояние около 100 километров. Примерно через каждые 70-100 километров необходимо устанавливать специальное оборудование, которое ретранслирует сигнал дальше, на следующий сегмент оптоволоконной линии.

И десяток лет назад и на конец 2013 года оптоволокно выпускаемое промышленностью стандартизировано и имеет множество типов и подтипов. Основные разновидности ОВ рассмотрены на страницах
Типы и стандарты оптических волокон
Типы оптических волокон

Наиболее кардинально различаются волокна многомодовые и одномодовые .

Теория передачи по ним рассмотрена на страницах Модовое распространение в волокнах . Число мод. Формула . Многомодовые волокна со ступенчатым и плавным изменением показателей преломления

По внешнему виду оптические волокна ни чем не отличаются. То есть, без соответствующих приборов разобраться какое оптоволокно попало к вам в руки невозможно. Внешний вид, цвет, да и некоторые свойства оптическим волокнам придаёт специальное покрытие. Стандартизированы несколько размеров ОВ.

250 мкм это же стекло покрытое лаковой изоляцией. Лак обычно используется разноцветный и кроме изоляционных свойств цвет волокна определяет его условный номер в модуле. (Цветовой счёт волокон, идентификация по цвету в оптических кабелях). Лаковое покрытие придаёт дополнительную устойчивость к изгибам. Такое волокно похоже на рыболовную леску и выдерживает изгибы радиусом в 5мм (см. фото)

900 мкм оптоволокно в буферном полимерном покрытии. Используется при изготовлении шнуров и подключения оптоволоконных кроссов. Цвет покрытия зачастую определяет тип оптоволокна. (Цветовой счёт в оптоволоконных кабелях)

Оптоволокно с лаковым (125 мкм) и полимерным (900 мкм) покрытием,
внизу коннектр закрытый колпачком (Все фото)

Производство оптических волокон и кабеля

Основная масса оптоволокна производится фирмами Fujikura (Япония) и Corning (США). Но всё чаще появляются технологические линии, в том числе и в России, производящие тот или иной вид оптических волокон. Некоторые этапы и принципы этого процесса описаны на страницах
Технология производства оптоволокна. Изготовление преформ для оптоволокна
Вытяжка оптоволокна из преформы

Далее оптоволокно на специальных барабанах поставляется на кабельные заводы, где его и используют в производстве оптического кабеля. Так как кабеля для ВОЛС различаются по назначению и способу прокладки, то соответственно они имеют разное количество броневых покровов и отличаются по профилю.

Маркировка оптических кабелей

В странах СНГ производителей оптоволоконных кабелей много и при этом каждое предприятие разрабатывает свои технические условия (ТУ) на свою продукцию и по-своему её маркирует. Системы маркировки различны и разбору этой проблемы посвящены следующие страницы
Справочник по маркировке и назначению оптоволоконных кабелей
Список возможных маркировок оптоволоконных кабелей в алфавитном порядке
Маркировка оптоволоконного кабеля с сортировкой по производителям

Прокладка волоконно-оптических линий связи (ВОЛС)

ВОЛС прокладываются по воздушным линиям электропередач, в грунте, кабельной канализации, по стенам зданий и внутри помещений. Прокладке оптоволоконных кабелей по воздушным линиям электропередач посвящены официальные документы:
Правила проектирования, строительства и эксплуатации волоконно-оптических линий связи на воздушных линиях электропередачи напряжением 0,4-35 кВ
Правила проектирования, строительства и эксплуатации волоконно-оптических линий связи на воздушных линиях электропередачи напряжением 110 кВ и выше

Остальные виды прокладки почти не отличаются от способов прокладки кабеля с металлическими жилами и их особенности описаны на странице из "Руководства по СЛСМСС": Особенности прокладки оптических кабелей

Монтаж муфт и оконечных устройств ВОЛС

Увеличить фото

Оптоволоконные кабеля по внешнему виду похоже на кабель обычный. Вся сложность "оптики" именно в соединении оптических волокон между собой. Соединить их "на коленке" не получится, для любого типа соединения ОВ требуются специализированные инструменты и приборы. Методам монтажа и измерений на оптоволокне при монтаже муфт, кроссов и коннекторов посвящены страницы
Оконечные устройства ВОЛС. Коннекторы
Оптоволоконные аттенюаторы для ВОЛС
Скалыватель оптоволокна. Гелевые соединители для ВОЛС
Сварка оптоволокна ВОЛС. Типы сварочных аппаратов
Описание монтажа оптоволоконных муфт и оптических кроссов

На следующей фотографии оптические волокна уложенные в кассету оптоволоконной муфты

Оптоволокно в кассете муфты (Увеличить фото)

Измерения оптоволокна

Измерения оптических волокон производятся до прокладки (контроль барабанов с кабелем), в процессе монтажа оптоволоконных муфт и кроссов, и в процессе ВОЛС. С измерения проводятся двумя типами приборов: измерение оптоволоконными тестерами и оптическими рефлектометрами (OTDR). Измерениям ОВ посвящены страницы
Виды измерений ВОЛС. Измерения оптоволокна
Измерения оптоволоконного кабеля (ВОЛС) в процессе монтажа

Ещё более подробно эта тема раскрыта на страницах книги Лиственных Рефлектометрия оптических волокон.
Измерение потерь с помощью оптических тестеров
Принцип действия OTDR
Назначение OTDR

Старение оптоволоконных (оптических) кабелей

Документация на ВОЛС

Монтаж оптоволоконных муфт и кроссов, а так же все измерения оптических кабелей должны оформляться соответствующими протоколами и паспортами. Далее представлены ссылки на страницы официальных правил и руководств по стоительству линий связи.
Протокол измерения затухания оптических волокон строительной длины, заводской № "n" перед прокладкой (входной контроль)