Конструкция волоконно- оптических кабелей связи

Световод – основной элемент ВОКС. Представляет собой тонкие стеклянное волокно цилиндрической формы. Имеет двухслойную структуру и состоит из сердечника и оболочки имеющих разные оптические характеристики (n₁, n₂), где n₁– показатель преломления сердечника,n₂ – оболочки.

Сердечникпредназначен для передачи электромагнитной энергии в виде светового потока. Оболочка – для создания оптимальных условий передачи и препятствия проникновению энергии в окружающее пространство. Основной оптической характеристикой световода является показатель преломления:

n = C₀ / C; (C₀ – скорость света в вакууме 300000 км/с; С – скорость света в данной среде), показывающий во сколько раз скорость света в вакууме больше скорости света в данном материале. Существуют два типа световодов: ступенчатые и градиентные.

У ступенчатыхпоказатель преломления сердечнике постоянени имеет резкий переход от n₁ сердечника кn₂оболочки.

Градиентные волокна имеют непрерывное плавное изменение n в сердечнике по радиусу световода от центра к периферии.

Ступенчатые световоды бывают одномодовые и многомодвые.Одномодовые имеют

d_c = и способны передавать один тип волны. Многомодовые имеют d_c >> и по нему распространяется большое количество волн. У одномодовых сердечников d_c = 6-8 мкм, у многомодовых d_c =50-140 мкм. Поверх оболочки располагается защитное покрытие диаметром 600 мкм. (d_c – диаметр сердечника световода; - длина волны, мкм.)

Рис.7

А) эпюра показателя приломления;

Б) прохождение луча

1 – одномодовые; 2- многомодовые; 3 – градиентные.

В оптическом кабеле (ОК) информация передается через диэлектрик (световод) в форме электромагнитной волны, выраженной в виде пучка световой энергии. Источником световой энергии может быть лазер, светодиод, фотодиод. В ОК энергия канализируется световодом и передается в заданном направлении путем многократного отражения от границы раздела двух сред (сердечник-оболочка) имеющих разные показатели преломления n₁, n₂.Граница раздела волноводных направляющих систем (НС) характеризуется соотношением между и d_c, поэтому передача по волноводным системам возможна в диапазоне СВЧ, когда длина волны меньше чем поперечные размеры диаметра НС, т.е. d_c > . Кроме этого при передаче энергии по световоду должно соблюдаться условие полного внутреннего отражения, принцип которого заключается в следующем. а) Луч света должен падать на границу раздела двух сред (сердечник-оболочка) из среды с большим показателем преломления n (сердечник) в среду с меньшим показателем преломления n₂ (оболочка),т.е.n₁ > n₂.

б) угол падения лучей должен быть таким, при котором все лучи света будут отражаться от границы сердечник-оболочка без

преломления.

Рис.8 Процесс передачи сигналов:

А) по радио

б) по световоду

Существует 3 режима передачи энергии по световоду6

1. 0 f 90⁰ отражений мало, волна стремится к прямолинейному движению вдоль световода. Передача проходит в выгодных условиях.

2. d_c f 0 число отражений максимально, поступательное движение мало. В этом случае по световоду передается незначительная часть энергии.

3. = 0 = d_c f= f₀ волна падает на оболочку световода и отражается перпендикулярно. Этот режим называется критическим и волна вдоль световода не перемещается.

₀ = d f₀ – С/ ₀ = С/ d

₀ – критическая длина волны; f₀ – критическая частота.

Рис.9 Распространение электромагнитной волны в световоде

А) очень высоких

Б) менее высоких

В) критических

В состав конструктивных элементов ВОКС кроме световода входят:

Центральный силовой элемент (ЦСЭ) – предназначен для защиты световодов при воздействии продольных нагрузок, возникающих при прокладке и монтаже кабеля. Выполняется из стальных стерней, стальных проволок или твердого пластика. Устанавливается либо в центре сердечника, либо по периферии.

Армирующие элементы – для защиты световодов от действия поперечных нагрузок, возникающих при изгибах. Выполняются из стальных стержней или твердого пластика и устанавливаются поверх сердечника.

Заполнители – для заполнения пустот сердечника кабеля.

Гофрированная стальная оболочка – выполняет роль наружных защитных покровов для защиты сердечника от механических повреждений.

Наружный полиэтиленовый шланг – защита от действия влаги коррозии.

Существуют 3 типа сердечников ВОКС:

1) Сердечник повивноготипа, состоящий из волокон послойной скрутки.

2) Фигурный, основой которого является твердый сердечник имеющий форму геликсоиды, выполненный из твердого пластика. В центре геликсоиды расположен ЦСЭ, а по краям пазы, в которые уложены световоды. Могут иметь 4, 6, 8, 10 волокон. Не испытывают продольного действия на разрыв.

3) Сердечникленточного типа,состоящего из стопки пластмассовых лент, в которых вмонтировано определенное количество оптических волокон. Обычно в одной лента расположено 12 волокон, а число лент составляет 6-8-12.

Рис.10 Ввод луча в световод