+380 44 323 88 88
вул. Маричанська, 18,
м. Київ, Україна, 03040
Написати нам

Волокно на олівці, або волокно прагне до будинку

24 січня 2016

У статті розглядаються оптичні кабелі нового типу, що мають малі втрати на вигинах (типу G.657), спеціально призначені для використання в оптичних мережах доступу. Наведено досягнуті результати експериментів з реальними конструкціями, що характеризують різні аспекти їхнього застосування.

Волокно на олівці, або волокно прагне до будинку

Як утримати світло

Волокна в подвійному чорному квадраті

Проводимо експеримент

Куди заверне волоконний вигин

В останні 2-3 роки починають збуватися найсміливіші прогнози щодо подальшого просування волоконно-оптичних технологій на телекомунікаційних мережах доступу. Реалізація концепції FITL (Fiber in the loop, «волокно на абонентській лінії») дозволяє побудувати дійсно широкосмугову, багатофункціональну, гнучку, керовану, надійну мережу доступу, замість набору абонентських ліній різних типів, що залишився в минулому столітті.

Серед лідерів у цьому напрямку (Японія, Ю.Корея, США, Франція, Швеція т.ін.) активно застосовується сценарій з найбільшим «ступенем проникнення волокна» до користувача - FTTH пасивна оптична мережа (PON), активна оптична мережа (AON), 100 Мбіт/с Ethernet мережа «точка-точка» (типу E-FTTH) та інші варіанти. Усі їх об'єднує простота реалізації, максимальна широкосмуговість, можливість масштабування, реальна інтерактивність і багато інших переваг. Така мережа доступу реально дозволяє забезпечити надання абонентам послуг «triple-play» із заданою якістю.

Однак, як і всяка гарна ідея, вона вимагає матеріального забезпечення. І якщо вартість оптичного кабелю вже порівняна з мідним малопарним, то витрати на монтаж і вимірювання, а також вартість оптоелектроніки (випромінювач + фотоприймач) ще здатні істотно збільшити вартість проекту. Причому важливим напрямом є дослідження і розробки, що дозволяють не тільки зменшити вартість окремих компонентів, скільки привести до поліпшення окупності проекту в цілому. У цьому плані показовим є розробка нових технологій у двох напрямках. По-перше, удосконалюються технології прокладки кабелю: в каналізації, всередині кварталів поза каналізацією і всередині будівель. Деякі виробники також просувають концепцію мікроканалів або трубчастих кабелів, при якій відбувається ніби конвергенція понять кабелю і кабельного каналу. Другий напрямок - це розробка нових типів оптичних волокон і кабелів. Ці конструкції покликані якнайповніше забезпечити специфічні вимоги мереж FTTH.

Останнім часом саме в цій сфері відбувся певний якісний стрибок - розробка одномодових оптичних волокон нового типу, чого не спостерігалося вже досить давно. Новий клас волокон відрізняється зниженими втратами на вигинах малого радіусу і призначений для використання в кабелях оптичних мереж доступу.

У мережах FTTH конструкції принципово важливі для волоконно-оптичних мереж в багатоквартирних будинках (MDU, Multiple Dwelling Unit), тому тут присутні обмежені простори, безліч кімнат, колон - тобто місць повороту траси під кутом 90 градусів. Крім того, в таких будинках вище потреба в кросових пристроях великої місткості і поверхових розподільчих боксах. А в сильно розгалуженій мережі приватних і котеджних будівель кабелі з малим допустимим вигином, при прокладці на горищах і в підвалах, безсумнівно дозволять заощадити кілька зовсім незайвих децибел загального бюджету оптичної потужності. (Fibrer to the home, «волокно в квартиру»). В рамках такої архітектури цілком можуть бути використані самі різні варіанти:

Серед ключових переваг даного типу волокон розробники відзначають наступні.

1. Можливе використання в з'єднувальних шнурах при щільному розміщенні портів і кабельних організаторів. Таким чином, економиться місце на оптичному і кросовому обладнанні в житлових будівлях без спеціальних приміщень, поліпшується надійність мережі в цілому.

2. Можливе використання в кабелях, що прокладаються всередині багатоквартирних будинків або службових приміщеннях при прокладці в обмежених умовах. Це спрощує вимоги до проектування і монтажу внутрішніх фрагментів мереж, економить оптичний бюджет лінії.

3. Можливе використання в кабелях з малими геометричними розмірами окремих волокон або волоконних стрічок. Це зменшує вартість кабелю, економить корисний перетин кабельних лотків і каналів.

4. Можливість використання у внутрішніх кабелях при їх спрощеному і жорсткому монтажі із застосуванням скоб. Це скорочує час і витрати на монтаж, знижує вимоги до кваліфікації монтажників.

Такі якості, безсумнівно, вимагають більш докладного розгляду принципів функціонування та більш докладних технічних параметрів згаданих волокон.

Як утримати світло

У грудні 2006 р вийшла нова Рекомендація ITU-T G.657, де нормуються параметри і характеристики одномодових волокон (ОВ), малочутливих до вигинів і призначених для використання на оптичних мережах доступу (СД). Цей нормативний документ відобразив технологічний прогрес провідних виробників ОВ у створенні згаданих волокон нового типу BI (Bend insensitive, «нечутливих до вигинів»). Основною передумовою для розробок у даному напрямку з'явився якісний стрибок у практичному впровадженні концепції FTTH в розвинених країнах у 2002-2004 роках, а також активне використання оптичного Gigabit Ethernet, особливо на магістральних і кампусних (між будівлями) ділянках мереж. Значна частина таких інсталяцій проводиться всередині приміщень, де траси часто проходять під прямими кутами, в умовах обмеженого простору, використовуючи компактні розподільчі пристрої. Для мереж великої ємності характерна щільна укладка з'єднувальних шнурів і компактне розміщення роз'ємів в кросових панелях. Всі ці випадки потребують укладання оптичних кабелів і шнурів з маленькими радіусами вигинів. Дослідження показали принципову перевагу використання ОК, з допустимим радіусом вигину не більше 10 мм і не більше 5 мм. У цих випадках можуть бути значно скорочені витрати на прокладку кабелів по реальним трасам, значно зменшені розміри касет і кабельних боксів, допускається більш щільне розташування шнурів і роз'ємів в кросі.

Проблема зменшення радіусу вигину волокна без внесення значних втрат виникла на телекомунікаційних транспортних мережах ще в минулому десятилітті, коли стали активно застосовуватися багатоволоконні кабелі і оптичні кросові пристрої. Ця проблема була вирішена за рахунок модифікації традиційного ступінчастого профілю показника заломлення (рис. 1а) і розробки волокон з дипресируваною оболонкою (рис. 1б) і зменшеним діаметром модового поля (рис. 1в). Це дозволило унормувати радіус вигину до 30 мм. Нинішня ж потреба в ще менших радіусах вигину також зажадала перетворення конструкції волокна. І тут можливо кілька варіантів:

1) зменшення серцевини і, відповідно діаметра модового поля (MFD, Mode Field Diameter) волокна;

2) зменшення показника заломлення оболонки (як правило, за рахунок легування кварцового скла фтором);

3) волокна з декількома оболонками, з різними показниками заломлення;

4) мікроструктурувані волокна, з кварцовою серцевиною і оболонкою з поздовжніми отворами.

Рис. 1. Профілі показників заломлення одномодових оптичних волокон

а) волокно з традиційним ступінчастим профілем показника заломлення

б) волокно з дипресируваною оболонкою

в) волокно зі зменшеною серцевиною і, відповідно, зменшеним діаметром модового поля

г) волокно зі зменшеним показником заломлення оболонки

д) волокно з кільцевою «траншеєю» в оболонці

е) мікроструктуроване волокно типу HAF (Holed Assisted Fiber) зі зменшеними втратами на вигинах

Кожен спосіб має свої переваги, недоліки і знайшов своє втілення в розробках провідних світових виробників. При їх порівнянні, з метою оптимального вибору для певної задачі, необхідно враховувати наступні критерії:

  • реальні величини внесених втрат на одноразових та багаторазових вигинах волокон нового типу, а також шнурів і кабелів на їх основі;
  • питання «зворотної сумісності», тобто можливості з'єднання нових волокон з встановленими раніше стандартними одномодовими волокнами (типу G.652) без істотних втрат;
  • вимога невеликих втрат при зварному з'єднанні волокон між собою, а також при з'єднанні з допомогою механічних з'єднувачів.
  • можливість вимірювання параметрів ліній на таких волокнах методом зворотного розсіювання (рефлектометрія) та інші способи тестування
  • невисока вартість і технологічність виробництва.

    Перше рішення завдання, що називається «в лоб», було реалізовано у вигляді волокон зі зменшеною серцевиною (див. рис. 1в). Зі зменшенням діаметра модового поля енергія концентрується в серцевині і менше поширюється в оболонці. Відповідно менша її частина буде перетворюватися на вигинах в модах оболонки. Цей спосіб досить просто реалізується технологічно, проте виникає питання несумісності з традиційними волокнами G.652, що мають більший діаметр модового поля і меншу довжину хвилі відсічення. Крім того, в роз'ємних з'єднаннях таких волокон будуть дещо більші втрати через складність стикування малих MFD.

    Волокна зі збільшеною різницею показників заломлення також легко реалізовані за рахунок легування оболонки фтором, що знижує показник заломлення оксиду кремнію (рис. 1г). Такі волокна повинні стикуватися між собою без великих проблем, але виникнуть істотні втрати при стикуванні (і в роз'ємах, і при зварці) з найпоширенішими волокнами G.652 через різницю числових апертур. Збільшення різниці показників заломлення також погіршує деякі параметри передачі волокон, зокрема збільшує матеріальну дисперсію в діапазоні довжин хвиль більше 1310 нм.

    Найбільш вдалою зараз вважається розробка з так званою кільцевою «траншеєю» профілю показника заломлення. Частина області оболонки додатково легується присадками, що знижують показник заломлення (рис. 1д). Просто кажучи, крім межі розділу серцевина/оболонка ми створюємо додатковий бар'єр для виведення випромінювання - межу розділу оболонка/«траншея». Дослідження фахівців Corning показали, що чим об'ємніше «траншея», тим більш ефективне утримання поля в волокні і менше втрати на вигинах. При цьому розроблене оптичне волокно цілком сумісне з традиційними одномодовими волокнами із ступінчастим профілем (G.652) і має цілком прийнятні втрати в зварних з'єднаннях між собою. Звичайно, технологічно забезпечити геометричні та оптичні параметри всіх шарів дещо складніше, ніж зазвичай, що відповідно збільшує вартість таких волокон. В принципі, розрахунки вчених показали, що при великій кількості «траншей» можна отримати на вигині з радіусом 10 мм втрати менше 0,001 дБ! Але, в даний час такі рішення не будуть досить економічними. Крім того, при подальшому збільшенні обсягу «траншеї» або кількості шарів збільшується критична довжина хвилі, яка може перевищити нормоване значення 1260 нм, тобто виникне проблема несумісності з волокнами із ступінчастим профілем G.652.

    Три розглянуті вище конструкції волокон відповідають вимогам, зазначеним у Рекомендації ITU-T G.657, таблиця А, для якої найменше нормоване значення радіусу вигину становить 10 мм. Наступна ж розробка дозволяє отримувати незначні втрати навіть при вигині радіусом 5 мм, що відповідає положенням таблиці В Рекомендації G.657.

    Таку можливість надає принципово нова конструкція зі зменшеними втратами на вигинах - мікроструктуровані волокна типу HAF (Holed assisted fiber). Вже розглянута вище ідея створення подвійного захисного бар'єру тут виконана методами нанотехнологій. Навколо кварцевої серцевини розташовуються два шестикутних кільця з порожнистих повітряних наскрізних отворів, що забезпечують повне внутрішнє віддзеркалення на межі розділу кварц/повітря (рис. 1е, 2б). Другий шар потрібен для відбиття випромінювання, що частково проникає за межі першої періодичної структури. Дослідження показали, що при оптимальному підборі діаметра отворів d і кроку розміщення першого і другого шару L1, L2 (рис. 2) можна отримати втрати менше 0,1 дБ на вигині з радіусом до 5 мм!

    Малюнок 2а Малюнок 2б

    а) загальна конструкція

    б) поперечний переріз

    Рис. 2. Конструкція і принцип дії мікроструктурованих волокон типу HAF

    На рис. 3 показані механізми утримання випромінювання на вигинах в мікроструктурованих волокнах. На жаль, неможливо робити їх традиційними методами. Досить складно забезпечити взаємне розташування всіх структурних елементів та їх розмірів. Недотримання внутрішньої геометрії може навіть призвести до порушення одномодового режиму. Все це значно збільшує питому вартість таких конструкцій. Також існує серйозна проблема стикування таких волокон (з діаметром модового поля близько 6,4 мкм) зі стандартними волокнами G.652. Деякі проблеми також можуть виникнути при зварці: при складності збереження вихідної наноструктури оболонки серцевина узгоджуватиметься краще.

    Малюнок 3а Малюнок 3б

    а) вихід випромінювання на вигинах волокон G.652

    б) утримання випромінювання на вигинах волокон G.657

    Рис. 3. Дія стандартних одономодових волокон і мікроструктурованих волокон типу HAF на вигині

    Тим не менш, такі волокна випускаються світовими лідерами в галузі волоконної оптики і доступні для будь-яких спеціальних застосувань.
    За останні роки всі традиційні лідери галузі, а також деякі молоді компанії, зробили свій внесок у розробку волокон нового типу (Табл. 1). Однак існують деякі відмінності параметрів (Табл. 2), що характеризують особливості кожного розробника. Хоча в цілому, за основним параметром - втрат на вигинах з малим радіусом, вони всі задовольняють технічним потребам мереж FTTH.

    Таблиця 1. Основні виробники ОВ, малочутливих до вигинів, і торгові марки таких волокон

    Виробник

    Марка ОВ

    Fujikura

    FutureGuide-SR15E

    Corning

    ClearCurve

    OFS

    AllWave Flex

    Sumitomo

    PureAccess PA

    Prysmian (колишній Pirelli)

    CasaLight

    Samsung

    WidePass Bendfree

    Sterlite (Індія)

    BendLite

    Draka Comteq (об'єднання Alcatel-Lucent)

    Bend Bright

    Слід пам'ятати, що нові типи волокон просто утримують світло в серцевині і забезпечують мінімальний вивід випромінювання при навантаженнях вигину, але зовсім не захищають волокна від таких навантажень. Механічну міцність волокон забезпечують власне захисне покриття і конструкція оптичного кабелю. Саме кабель є фізичним елементом, що забезпечує роботу волокон будь-якого типу в заданих умовах експлуатації.

    Таблиця 2. Основні параметри ОВ, зі зменшеним загасанням на вигинах

    Параметр (характеристика) типу волокна,
    відповідно до Рекомендацій ITU-T

    G.657A

    G.657B

    Draka
    Bend Bright

    Prysmian
    CasaLight

    Sumitomo
    PureAccess PA

    Діаметр модової плями на довжині хвилі:
    1310 нм;
    1550 нм

    -
    8,6 ... 9,5 ± 0,4

    -
    6,3 ... 9,5 ± 0,4

    8,5 ... 9,3
    9,4 ... 10,4

    8,4 ± 0,4
    -

    8,6 ± 0,4
    -

    Максимальні втрати на макрозгині, дБ,

    10 витків радіусом 15 мм, на довжині хвилі:
    1550 нм;
    1625 нм

    0,25
    1,0

    0,03
    0,1

    0,03
    0,1

    0,05
    0,5

    0,25
    1,0

    1 виток радіусом 10 мм, на довжині хвилі:
    1550 нм;
    1625 нм

    0,75
    1,5

    0,1
    0,2

    0,1
    0,2

    0,5
    -

    0,75
    1,5

    1 виток радіусом 7,5 мм, на довжині хвилі:
    1550 нм;
    1625 нм

    -
    -

    0,5
    1,0

    0,5
    1,0

    -
    -

    -
    -

    Довжина хвилі нульової дисперсії, мкм

    1300-1324

    1300-1420

    1300-1324

    1302-1322

    1300-1334

    Нахил хроматичної дисперсії поблизу нульового значення, пс/(нм2 × км)

    0,092

    0,1

    0,092

    0,089

    0,092

    Максимальний коефіцієнт загасання, дБ/км, в діапазоні довжин хвиль:
    1310 нм
    1383 нм
    1550 нм
    1625 нм



    0,4 ​​
    0,4 ​​
    0,3
    -



    0,5
    -
    0,3
    0,4 ​​



    0,33 ... 0,35
    0,32 ... 0,35
    0,19 ... 0,20
    0,19 ... 0,21



    0,35
    0,35
    0,21
    0,25



    0,35
    0,31
    0,22
    -

    Максимальний коефіцієнт PMD, пс/км½

    0,20

    -

    0,06

    0,10

    0,20

    Продовження:

    Таблиця 2. Основні параметри ОВ, зі зменшеним загасанням на вигинах

    Параметр (характеристика)
    Тип волокна, відповідно до Рекомендацій ITU-T

    Sterlite
    BendLite

    Sterlite
    BendLite (E)

    Samsung
    WidePass
    Bendfree

    Fujikura
    FutureGuide
    -SR15E

    Діаметр модової плями на довжині хвилі:
    1310 нм;
    1550 нм


    9,1 ± 0,3
    10,5 ± 1,0

    8,0 ± 0,4


    8,6 ± 0,4
    9,6 ± 0,5


    8,6 ± 0,4
    -

    Максимальні втрати на макрозгині, дБ,

    10 витків радіусом 15 мм, на довжині хвилі:
    1550 нм;
    1625 нм

     

    0,25
    1,0

     

    0,03
    0,1

     

    0,01 *
    0,01 *

     

    0,5
    -

    1 виток радіусом 10 мм, на довжині хвилі:
    1550 нм;
    1625 нм

     

    0,75
    1,5

     

    0,1
    0,2

     

    0,05
    0,20

     

    -
    -

    1 виток радіусом 7,5 мм, на довжині хвилі:
    1550 нм;
    1625 нм

     

    0,5
    1,0

     

    0,5
    1,0

     

    -
    -

     

    -
    -

    Довжина хвилі нульової дисперсії, мкм

    1304-1322

    1300-1322

    1300-1324

    1300-1324

    Нахил хроматичної дисперсії поблизу нульового значення, пс/(нм2 × км)

    0,090

    0,092

    0,095

    0,092

    Максимальний коефіцієнт загасання, дБ/км, в діапазоні довжин хвиль:
    1310 нм
    1383 нм
    1550 нм
    1625 нм

     

    0,34
    -
    0,20
    0,23

     

    0,35
    -
    0,21
    0,23

     

    0,35
    0,33
    0,21
    0,24

     

    0,35
    0,31
    0,21
    0,23

    Максимальний коефіцієнт PMD, пс/км½

    0,20

    0,20

    0,10

    0,20

    в початок

    Волокна в подвійному чорному квадраті
    Застосовувані на мережах FTTH конструкції оптичних кабелів (ОК) можуть досить сильно відрізнятися залежно від конфігурації мережі та умов прокладки таких кабелів. Наприклад, при забезпеченні користувачів приватних будинків або котеджів частіше використовуються ОК з невеликою кількістю волокон: підвісні - на зовнішній («вуличній») ділянці, або малогабаритні негорючі (рис. 4). У багатоквартирні будинки ОК, як правило, прокладаються в кабельній каналізації. Далі все залежить від схеми. При системі FTTB (Fiber to the Building, волокно до будинку) застосовуються маловолоконні (Small Count) кабелі, а при, власне, FTTH, навпаки - кабелі великої ємності (за кількістю абонентів) - всередині приміщень.

    Рис. 4. Схема застосування оптичних кабелів на мережах доступу

    З урахуванням різних умов використання, технічні вимоги до кабелів оптичних мереж доступу будуть відрізнятися. Зокрема, підвісні кабелі повинні мати більшу міцність до розтягуючих зусиль, хороший захист від потрапляння вологи, впливу ультрафіолету, стійкість до сильних перепадів температур, розчавлюючих і ударних навантажень, конструкцію, зручну для кріплення на опорах.
    ОК для прокладки в каналах кабельної каналізації повинні мати гарну захищеність до розтягування, кручення, утворення петлі, розчавлювання. Конструктивно ОК повинен бути захищений від потрапляння вологи і можливого пошкодження гризунами. Внутрішні ОК повинні бути гнучкими, захищеними від розтягуючих, ударних, розчавлюючих навантажень, зручними при прокладці та монтажі, несхильним до поширення полум'я (негорюча оболонка), відрізнятися малими габаритами і вагою. Розглянемо далі найбільш характерні і вдалі конструкції ОК, розроблені для оптичних мереж доступу лідерами кабельної промисловості - компаніями Commscope, Corning Cable System, Draka Comteq, Alkoa Fujikura, OFS, Prysmian, Sumitomo і Hitachi Cable.

    На більшості дільниць FTTH традиційно використовуються кабелі з трубчастим сердечником (UniTube, Central Tube, LightPack т.ін). Такі конструкції зазвичай мають до 12 волокон, малі габарити і вагу, невелику вартість, стійкість до навантажень згину і обертання. Якщо не враховувати додаткові конструктивні елементи, то до непринципових недоліків можна віднести слабку захищеність від розтягуючих навантажень (через відсутність центрального силового елемента), розчавлюючих впливів і атак гризунів (через малий діаметр кабелю).
    Розглянемо конкретні застосування такої конструкції в різних умовах.

    Для повітряних (підвісних кабелів) характерна конструкція з вбудованим несучим тросом типу «вісімка» («Figure 8») або самонесучі діелектричні кабелі без металевих елементів (ADSS) з периферійними силовими елементами з арамідних ниток (див. рис.5), зазвичай з модульним сердечником (типу Loose Tube). Але, внаслідок значного відносного подовження арамідних ниток в кабелях ADSS частіше використовується більш міцна до розтягування модульна конструкція сердечника. Перша конструкція досить проста, зручна для підвісу (зажим кріпиться до несучого тросу), недорога, добре захищена від розтягуючих зусиль (які прикладаються до троса), однак наявність металевого елемента вимагає запобіжних заходів щодо захисту від наведених струмів блискавки при обслуговуванні кабелю (заземлення). Повністю діелектрична конструкція, звісно, не схильна електромагнітних впливів, а наявність арамідних волокон надає ОК відмінну захищеність при розтягуванні і гнучкість.
    Проте, його вартість і необхідність застосування спеціальних зажимів роблять його неконкурентоспроможним для малобюджетних мереж.

    типу «вісімка»
    типу ADSS

    а) типу «вісімка»

    б) типу ADSS

    Рис. 5. Приклади конструкцій підвісних кабелів для оптичних мереж доступу

    Для прокладки в кабельній каналізації на мережах FTTH часто використовуються кабелі модульної конструкції (Loose Tube). В ОК трубчастої конструкції, як правило, використовується гофрована броня для захисту від гризунів і випадкових ударів, а також периферійні силові елементи у вигляді двох сталевих стрижнів, до яких прикладається розтягуюче навантаження при затягуванні в канал (рис. 6а). При вводі в будинок таких кабелів повинна використовуватися оболонка з негорючого матеріалу - полівінілхлориду (PVC) або малодимного безгалогенного пластикату LSZH (Low Smoke Zero Halogen).

    ОК для прокладки в кабельній каналізації і всередині помещени
    для прокладки усередині приміщень
    для прокладки усередині приміщень (плоский)

    а) ОК для прокладки в кабельній каналізації і всередині приміщення

    б) для прокладки всередині приміщень

    в) для прокладки усередині приміщень (плоский)

    Рис. 6. Приклади конструкцій ОК FTTH для прокладки в кабельній каналізації та всередині приміщень

    Для прокладки в пластикових субканалах каналізації, а також підвалах, горищах і внутрішніх каналах і стояках будівель вдалою є конструкція, показана на рис. 6б. При всій легкості і гнучкості такого ОК, він володіє достатнім захистом від механічних пошкоджень і головне - від гризунів. Це забезпечується наявністю досить товстого шару скловолоконних стрічок. Альтернатива у вигляді повиву арамідних ниток виходить більш дорогою і не служить надійним захистом від мишачих зубів. В якості зовнішнього покриву тут також використовується пластикат LSZH, що не підтримує горіння.
    Аналогічне застосування має плоский маловолоконний кабель, показаний на рис. 6в. Він має хороший механічний захист за рахунок вбудованих сталевих дротів (замість яких можуть застосовуватися склопластикові стрижні), проте може викликати деякі незручності при прокладці та монтажі.

    У приміщеннях користувачів традиційно використовуються одно- і двохволоконні конструкції типу круглого і чечевицеподібного перетину (Zip-cord), «двохстволка» (Shot-gun) та інші (рис. 7). Захист від можливих ударів, ривків, вигинів і натискань в процесі прокладки та експлуатації забезпечується шаром арамідного плетива, що робить такі ОК досить дорогими. Але такі кабелі зазвичай застосовуються на коротких ділянках - від розподільчого або кросового обладнання до кінцевого оптичного устаткування.

    конструкція круглого перетину
    «Чечевицеподібна» конструкція

    а) конструкція круглого перетину

    б) «чечевицеподібна» конструкція

    двохстволка
    плоска конструкція

    в) конструкція «двохстволка»

    г) плоска конструкція

    Рис. 7. Приклади конструкцій оптичних кабелів для прокладки всередині приміщень

    Для багатоволоконних рішень у межах приміщень останнім часом активно використовується розвивний кабель (breakout cable) (рис. 8). Такий ОК містить у своїй конструкції один або кілька звивів оптичних волокон в щільному буфері, звитих навколо центрального силового елемента, а вільний простір сердечника містить зміцнюючі елементи з арамідних ниток. У процесі прокладки такого кабелю, при необхідності відгалуження, його конструкція легко обробляється і необхідне число волокон, граючи роль малогабаритних кабелів, відводиться в потрібному напрямку. На жаль, безліч захисних елементів і чималі габарити кабелю визначають його досить велику вартість, яка не завжди виправдовує його застосування.

    Слід сказати, що в цьому розділі навмисне не розглянуті багатоволоконні оптичні кабелі мереж доступу стрічкового типу (з трубчастими, модульними і профільованими сердечниками) через їх вельми малу популярність в Україні і досить віддалену перспективу широкого їх впровадження.

    Приклад конструкції розвивного оптичного кабелю

    Рис. 8. Приклад конструкції розвивного оптичного кабелю

     

    Саме недоліки останніх конструкцій, а також потреба в найбільш ефективному застосуванні волокон нового типу - зі зменшеними втратами на вигинах - стали передумовою для розробки японськими компаніями конструкції типу «подвійний квадрат». Такий ОК, точніше, ряд його модифікацій, був цілеспрямовано сконструйований для застосування на мережах FTTH, що навіть відображено в його назві (див. наступний розділ).

    Ідея цього двохволоконного кабелю полягає в розташуванні двох волокон в первинному покритті (245 мкм) між двома діелектричними армуючим елементами в загальній оболонці. Все це виглядає як два злитих квадрата з склопрутка, в перетині між якими і укладені волокна (рис. 9а).

    Для організації повітряного підвісу до первинної конструкції органічно додається несучий сталевий дріт. Таким чином, отримана класична, хоч і малогабаритна «вісімка» (рис. 9в). А, враховуючи любов азіатських виробників до стрічкових ОК, конструкція може трансформуватися в «подвійний квадрат з волоконною стрічкою» (рис. 9б, г).

    внутрішній двохволоконний
    внутрішній стрічковий

    а) внутрішній двохволоконний

    б) внутрішній стрічковий

    підвісний двохволоконний
    підвісний стрічковий

    в) підвісний двохволоконний

    г) підвісний стрічковий

    Рис. 9. Конструкції кабелів FTTH типу «подвійний квадрат»

    У чому ж ще бачать переваги нового типу кабелів їх розробники? По-перше, такий кабель можна дуже просто і швидко кріпити до будь-якої плоскої дерев'яної поверхні (наприклад, плінтусу) за допомогою степлера. Цьому сприяє його плоска поверхня, м'яка LSZH оболонка, недоступність волокон в «міжквадратній» перетинці, надійність силових елементів. По-друге, малі габарити і вага дозволяють легко прокладати його у всіляких внутрішніх каналах, стояках т.ін. По-третє, канавки між «квадратами» оболонки дозволяють дуже легко обробляти кабель, буквально розриваючи його двома пальцями рук. По-четверте, негорюча оболонка з LSZH забезпечує пожежну безпеку. По-п'яте, волокна типу G.657, м'яка конструкція і малі габарити дозволяють згинати кабель з дуже маленькими радіусами вигину, майже під 90 градусів, що часто буває зручним на реальних трасах. По-шосте, діелектричні силові елементи досить великі, у порівнянні з маленькою перетинкою, квадрати оболонки добре захищають волокна від розтягування, роздушування, скручування, удару.

    Залишається додати, що «диво японської техніки» має всі шанси стати популярним і в Україні, природно, при достатньому розвитку мереж FTTH.
    Переваги останньої конструкції ОК очевидні, так само як і якості волокон типу G.657, для чого вона і розроблена. Однак автори цієї статті не задовольнилися описами японських розробників і вирішили самостійно придумати і здійснити ряд випробувань для перевірки настільки незвичайних властивостей нових оптичних компонентів.

    в початок

    Проводимо експеримент
    Для перевірки властивостей волокон із зменшеним загасанням на вигинах і кабелів з такими волокнами для мереж FTTH фахівці технічного відділу компанії ДЕПС провели ряд експериментів. Основною метою цих робіт було підтвердження на практиці властивостей таких волокон (відповідно до критеріїв, зазначених у другому розділі), виявлення переваг і недоліків використання в реальних умовах кабелів і шнурів з такими волокнами.

    Для початку були перевірені втрати на вигинах шнурів (патч-кордів, пігтейлів) з волокнами G.657 і G.652 для порівняння.

    Дослід 1. Намотані на оправку діаметром 10 мм два шнури з волокнами в щільному буфері 0,9 мм підсвічувались червоним джерелом з довжиною хвилі 650 нм оптичного випромінювача MULTITEST МТ3108. На рис.10 видно яскраве світіння (тобто вихід випромінювання з серцевини) для волокон типу G.652. Чисельні вимірювання на довжині хвилі 1310 показали 0,6 дБ і 0,08 дБ для волокон G.652 і G.657 відповідно.

    Витки волокон типів G.652 і G.657 на оправці

    Рис. 10. Виходи волокон типів G.652 і G.657 на оправці

    Дослід 2. На тугішу оправку почергово було намотано по 5 витків з'єднувальних шнурів (патчкордів) діаметром 3,0 мм (волокно в щільному буфері, арамідні волокна, ПВХ оболонка) з волокнами зазначених типів. За схемою, зазначеною на рис. 11, були заміряні додаткові втрати, що вносяться вигинами за допомогою джерела випромінення MULTITEST М3108 і оптичного вимірювача потужності MULTITEST М1116С. Для традиційних одномодових волокон результат (7,8 дБ) був значно більшим, ніж для волокон із зменшеним загасанням на вигинах (0,2 дБ).

    Рис. 11. Схема вимірювання втрат, внесених вигинами на оправці

    Дослід 3. У розподільчий оптичний мікро-бокс типу FOB-DM з касетами малого розміру S037 був введений двохволоконний кабель марки FinMark FTTH002-SM-02 з волокнами, малочутливими до вигинів, і два однороз'ємних з'єднувальних шнури (пігтейли) з волокнами типів G.652 і G.657. Обидва волокна кабелю були зварені з волокнами пігтейлів, місця зрощування захищені стандартними 60 мм гільзами, а запас волокон і шнурів покладений у касеті. При підсвічуванні зрощувань червоним джерелом випромінювання (з довжиною хвилі 650 нм) від приладу MULTITEST МT3108 добре видно, що при виході з захисної гільзи явно підсвічується вигин пігтейлу з волокном типу G.652 (рис. 12). Це пов'язано з тим, що внаслідок малого розміру касети вигин між цим волокном в гільзі і волокном, покладеним у касеті, мав радіус кривизни приблизно 20 мм. Додаткові втрати в цьому місці склали приблизно 0,2 дБ. У той же час видно, що три волокна типу G.657 не підсвічені, а вимірювання оптичним вимірювачем потужності MULTITEST МT1116C не виявило в місцях вигинів будь-яких втрат.

    укладка зростка волокон

    Рис. 12. Укладання зростка волокон типів G.652 і G.657 в касеті міні-боксу

    Також був проведений ряд експериментів зі зварки волокон із зниженою чутливістю до вигинів між собою і з стандартними одномодовими волокнами типу G.652D. Значення втрат на зварці передбачалося оцінювати за допомогою власної програми тестування зварювального обладнання за допомогою бічного підсвічування (метод PAS) і за допомогою оптичного рефлектометра Radiantech UFO-320.

    Дослід 4. На зварювальному апараті Fujikura FSM-60S було проведено 20 зварок волокон G.657 з кабелю FinMark FTTH002-SM-01 між собою в різних режимах. Найбільш типові значення втрат на зростках FSM-60S знаходяться в діапазоні 0-0,02 дБ (рис. 13а). При цьому емпірично було визначено, що найбільш вдалими є два режими автоматичного визначення апаратом типу волокон (і відповідно режиму зварки): «Auto» і «Auto SM».

    Також на цьому ж обладнанні було проведено 20 зварок різних волокон (типу G.652D і G.657). У цьому випадку FSM-60S показує в середньому дещо більші значення втрат (рис. 13б), але в цілому не більше 0,02-0,04 дБ. У цьому випадку також зручно користуватися режимами «Auto» або «Auto SM».

    а) зварка волокон «G.657 - G.657»

    б) зварка волокон «G.657 - G.652»

    Рис. 13. Розподіл втрат на зварних з'єднаннях однотипних і різнотипних волокон

    Таким чином, однотипні і різнотипні зварні з'єднання методами геометричної оптики характеризуються як дуже якісні.
    Наступні випробування були пов'язані з оцінкою можливості тестування оптичної лінії з волокнами нового типу методом зворотного розсіювання.
    Дослід 5. Була складена схема для оцінки втрат в зварних з'єднаннях методом зворотного розсіювання, а також перевірки можливості тестування волокон з малими втратами на вигинах оптичним рефлектометром (рис. 14). Для зменшення впливу «мертвої зони» в схемі використовувалося допоміжне волокно типу G.652D в касеті довжиною 200 м. Таке ж волокно використовувалося в з'єднувальних шнурах (патчкордах і пігтейлах). Тестовий зразок кабелю FinMark FTTH002-SM-01 довжиною 40 м містив два волокна типу G.657. Для зменшення відбиття від роз'ємів використовувалися конектори типу APC. Рефлектометр UFO-320 тестував зібрану лінію на довжині хвилі 1550 нм, тривалість імпульсу - 10 нс, діапазон відстаней: 0 - 6 км, інтервал накопичення - 5 хв.

    Рис. 14. Схема тестування оптичним рефлектометром лінії з волокнами типу G.657

    Приклади рефлектограмм показані на рис.15. За результатами рефлектометричних вимірів можна зробити наступні висновки:

    а) втрати на зварці «G.657 - G.657» (точка 1 на рис.14) дуже малі (0,01 - 0,03 дБ) і практично не помітні на рівні шумів рефлекторам;

    б) втрати на зварках «G.657 - G.652D» (точки 2 і 3 на рис.14) достатньо малі і не помітні на рефлектограмі з урахуванням відбиття від найближчих роз'ємів;

    в) рефлектограмні лінії після місця зрощування волокон різних типів показують деяке зростання рівня відбитого сигналу внаслідок різниці діаметрів модового поля і числових апертур у волокнах різного типу.

    Останній ефект може привести в процесі тестування до невірної оцінки втрат на зростках. Однак, якщо це принципово важливо, то проблема може бути вирішена повторним вимірюванням з протилежного кінця. Досить важливі практичний аспект прокладки кабелю з волокнами нового типу в обмежених умовах, був відтворений нами в наступному досліді.

    Рис. 15. Рефлектограми ділянки лінії, що включає волокнами зі зменшеними втратами на вигині

    Дослід 6. Кабель конструкції FinMark FTTH002-SM-01 був прокладений у кабельному каналі малого перетину (5 × 8 мм) уздовж косяка дверей офісного приміщення з поворотом траси під кутом 90 градусів. Прокладений кабель мав на місці повороту вигин з радіусом 12-15 мм (рис.16). Набором у складі оптичного джерела випромінювання MULTITEST МТ3109 і вимірювача потужності MULTITEST МТ1103С були проведені вимірювання внесених втрат на довжинах хвиль 1310 нм і 1550 нм в режимі безперервного вимірювання (без низькочастотної модуляції). На довжині хвилі 1310 нм детектор коливався в діапазоні 0-0,01 дБ, що відповідає рівню його власних шумів, а на 1550 нм - показав величину 0,02-0,03 дБ. Це відповідає вимогам нормативних документів та дозволяє успішно проводити практичну прокладку кабелю такого типу.

    кабель FTTH

    Рис. 16. Кабель FTTH, прокладений в каналі з малим радіусом вигину

    Ще один цікавий експеримент повинен був дати одночасно уявлення і про рівень потужності, виведеної на вигинах із з'єднувальних шнурів, і про можливості їх тестування. У цьому випадку ми використовували ідентифікатор оптичних волокон MULTITEST MT3316. Детектор, що працює на принципі виведення випромінювання на вигині, призначений для визначення (точніше, для приблизної оцінки) рівня оптичної потужності та її спрямування в з'єднувальних шнурах (патчкордах, пігтейлах) і має для цього набір змінних головок.


    Дослід 7. Оптичними з'эднувальними шнурами з діаметрами 0,9 мм і 3 мм і волокнами типів G.652 і G.657 з'єднувалися безпосередньо джерело випромінювання MULTITEST МT3109 і оптичний вимірювач потужності MULTITEST МT1106С. Посередині ділянки шнур без зняття покривів вводився в ідентифікатор MULTITEST MT3306A. При цьому використовувалися довжини хвиль 1310 нм, 1550 нм і низькочастотна модуляція сигналу: 270 Гц, 1 кГц і 2 кГц. Значення рівня потужності на ідентифікаторі звірялося зі значенням на детекторі вимірювача потужності. При тестуванні шнурів з волокнами G.652 оптичний ідентифікатор чітко визначав напрям передачі, довжину хвилі, частоту модуляції і оптичну потужність навіть при наявність в шнурі шару арамідних волокон (рис. 17а, 17в)! Звичайно, параметр, який визначає рівень потужності, мав достатньо велику відмінність від показань вимірювача потужності (± 0,5 ... 2,8 дБ в залежності від довжини хвилі і частоти низькочастотної модуляції), проте потрібно враховувати, що прилад по суті призначений тільки для визначення наявності сигналу.

    При тестуванні шнурів з волокнами G.657 картина сильно відрізнялася (рис. 17б, 17г). Оптичний ідентифікатор постійно плутався з довжиною хвилі, частотою модуляції і навіть напрямком передачі. Оптичну ж потужність він визначав з точністю ± 9 ... 32 дБ (якщо це можна назвати точністю), а на довжині хвилі 1310 взагалі не вловлював проходження випромінювання! Тобто можна констатувати, що випромінювання на вигині цих волокон було на рівні власних шумів детектора.

    типу G.652
    типу G.657

    а) тестування патчкорду 3 мм з волокнами типу G.652

    б) тестування патчкорду 3 мм з волокнами типу G.657

    0,9 мм типу G.652
    0,9 мм типу G.657

    в) тестування пігтейлів 0,9 мм з волокнами типу G.652

    г) тестування пігтейлів 0,9 мм з волокнами типу G.657

    Рис. 17. Тестування оптичних шнурів за допомогою ідентифікатора волокон

    Проведене випробування має ще один цікавий аспект. В останні роки велика увага приділяється питанням захисту інформації в корпоративних мережах. Як відомо, оптичні волокна найбільш вдала, в цьому сенсі, спрямовуюча система. Навколо оптичного кабелю, на відміну від мідних, не виникає електромагнітне поле, викликане проходженням повідомлень. Тим не менш, є можливість зняття сигналу з волокон в кабелі контактним способом - на вигині. Так от, результати останнього експерименту дозволяють зробити висновок про те, що контактне знімання інформації з волокон типу G.657 вкрай утруднене, а на довжині хвилі 1310 нм - практично неможливе.

    в початок

    Куди заверне волоконний вигин
    Підводячи підсумки теоретичних дослідів і практичних експериментів по дослідженню властивостей оптичних волокон і кабелів нового типу, можна сказати, що ОВ G.657 і кабелі на їх основі - новий технологічний прорив в плані впровадження оптичних технологій на мережах доступу (і локальних мережах) і значного просування концепції FTTH. Вже зараз спеціалізовані кабелі на основі таких волокон здатні явно поліпшити оптичний бюджет проектованих мереж. І це при тому, що роботи з подальшого вдосконалення їх конструкцій тривають в усіх наукових центрах і дослідницьких лабораторіях найбільших виробників. Подальше вдосконалення мікроструктурованих волокон, перехід в технологічну фазу розробок волокон з повітряною серцевиною дозволить на порядок поліпшити параметри сучасних конструкцій. Подальші розробки волокон типу G.657B можуть стати поштовхом до розробки нового покоління мініатюрних розподільчих пристроїв і кросових пристроїв з підвищеною щільністю розміщення з'єднувальних компонентів. А це в свою чергу дасть поштовх для нових технологій.

    Однак і існуючі системи підтвердили на практиці дуже високі технічні характеристики нових конструкцій волокон і кабелів. Експерименти із зразками оптичного кабелю FTTH і оптичних шнурів показали відмінні результати у порівнянні з G.652 при прокладці по реальним трасам (з вигинами, стисненням, розтягуванням т.ін.). Не підтвердилися побоювання на рахунок додаткових втрат при зварці волокон G.657, сумісності з існуючими волокнами типу G.652 і проблем з тестуванням. Крім того, при оцінці результатів, отриманих дослідним шляхом, була відзначена додаткова можливість добре забезпечувати захист інформації в оптичних кабелях від зняття її контактним методом.

    в початок

    Втрати випромінювання на вигині оптичного волокна

    Як відомо, при поширенні світла в оптичних волокнах використовується принцип повного внутрішнього відбиття променів від межі розділу серцевина/оболонка. Принцип дотримується, якщо кут падіння променя досить великий, тобто світло падає полого до площини відбиття (рис. А.1). При вигині волокна з якимось малим радіусом порушується кутова умова, і частина випромінювання йде в оболонку, де потім і висвічується.

    З точки зору електродинаміки той же процес можна пояснити в інших термінах. Поле розповсюджуваного випромінювання, концентруючись в серцевині, частково виходить в оболонку (тому діаметр модового поля завжди трохи більше, ніж діаметр серцевини), затухаючи за експоненціальним законом. У місці вигину волокна ця периферійна частина моди поширюється з фазовою швидкістю, що перевищує швидкість світла в середовищі оболонки і, врешті-решт, випромінюється.

    Крім того, відбуваються часткові втрати енергії при переході від прямолінійної ділянки до зігнутої і від вигину до прямого волокна. Це пов'язано з тим, що модові плями криволінійної і прямої ділянок не збігаються, і частина потужності основної моди передається модам оболонки.

    а) повне внутрішнє відбиття на прямолінійній ділянці

    б) виведення частини випромінювання на вигинах через порушення кутової умови

    1 - промінь, що падає під кутом більше критичного

    2 - промінь, що падає під малим кутом

    3 - промені в оболонці

    4 - промені, що виводяться з волокна

    Рис. А. Втрати на вигинах з погляду геометричної оптики

    а) поширення моди в серцевині волокна

    б) випромінювання частини енергії моди на вигині

    Рис. Б. Втрати на вигинах з погляду електродинаміки

    Досить цікавим моментом є спектральна залежність втрат на вигинах. Як відомо, в стандартних одномодових волокнах типу G.652 із зростанням довжини хвилі затухання на вигинах виразно збільшується (рис. В, верхня крива). Це пояснюється тим, що чим далі від довжини хвилі відсічення (1260 мкм) проходить випромінювання, тим більше воно виходить в оболонку, збільшуючи діаметр модового поля (рис. Г). До речі, саме тому при проблемах експлуатації оптичного кабелю, пов'язаних з можливими деформаціями волокон, їх краще тестувати на довжинах хвиль 1550 нм і 1625 мкм.

    Практичне дослідження величини втрат на вигині волокон типу G.657, виконане фахівцями компанії OFS, показало вкрай слабку залежність від довжини хвилі (рис. В, нижня крива), що дуже зручно, наприклад, для систем з різного типу спектральним ущільненням.

    Рис. В. Порівняння спектральних залежностей внесених втрат на вигині (1 виток, Ǿ 15 мм) волокон двох типів

    Рис. Г. Залежність модового поля від довжини хвилі

    Що стосується якості роз'ємних з'єднань, то чисто теоретично деяке зменшення діаметра модового поля і більш складний багатошаровий профіль волокон із зменшеним вигином мали б ускладнити стиковку таких волокон. Однак випробування, проведені фахівцями компанії ADC, показали, що основні параметри (внесені втрати IL і втрати на відбиття RL) роз'ємів, що використовують волокна типу G.657, практично не відрізняються від роз'ємів з волокнами типу G.652. Це говорить про малі допуски і високий рівень дотримання геометричних характеристик ОВ.

     

    Олександр ПЕТРЕНКО, Юрій НІКІТЧЕНКО, Богдан ВАСИЛЕНКО, Олександр БІДА

    Відділ волоконно-оптичних технологій і кабельних мереж, компанія "ДЕПС"

    В початок

     

Следите за последними новостями компании DEPS и телекоммуникационного рынка на нашем Telegram канале: Telegram

0 SELECT i.id iid, i.name, i.elements img, i.`publish_up` AS modified, c.id cid FROM `vjprf_zoo_item` i LEFT JOIN `vjprf_zoo_tag`t ON t.`item_id` = i.`id` LEFT JOIN `vjprf_zoo_category_item` ci ON ci.`item_id` = i.`id` LEFT JOIN `vjprf_zoo_category`c ON ci.`category_id`=c.`id` WHERE t.`name` IN ('') AND i.`id`<>63019 AND c.id >0 AND i.`type`='article' AND c.`parent` = 7169 GROUP BY i.`id` ORDER BY `publish_up` DESC LIMIT 0,3
Схожі матеріали
  • Каталог товарів
  • Системна інтеграція
  • Сервіс-центр
  • Послуги
  • Акції