Прокладкой волконно-оптических линий связи сейчас занимается множество компаний. Магистральные сети интернет полностью строятся на оптике. Кроме того, имеется тенденция, когда оптический кабель тянут прямиком до квартиры абонента частного дома. Как различные нагрузки при монтаже сказываются на стеклянном волокне? Под катом некоторые исследования на эту тему.
Оптика в квартиру абонента
Однако у стеклянного волокна есть свои существенные недостатки, а именно чувствительность к механическим нагрузкам и изгибам. При нагрузке применяют различные защитные элементы вроде бронированной оболочки, а вот обезопасить кабель от повреждения при изгибах практически нереально. Впрочем, основная проблема при изгибах — это даже не повреждения, а значительное увеличение потерь мощности сигнала на макроизгибах волокон, возникающих вследствие прокладки абонентского кабеля, в том числе в самой квартире абонента.
Например, в сетях PON, сигнал кабельного телевидения, которые передается на длине волны 1550 нм, на одном изгибе волокна радиусом 10 мм может терять до 60% (примерно 4 дБ) своей мощности.
Потери на макроизгибах, помимо сетей доступа, затрагивает и транспортные оптические сети. Некачественный монтаж муфт или применение оптического кабеля низкого качества влияет на появление макроизгибов, которые становятся причиной перебоев в работе сети. Именно поэтому, особенно актуально применение оптического волокна класса G.657А на транспортных сетях. Для решения данной проблемы сегодня существует множество типов нечувствительных к изгибу волокон стандарта G.657. Волокна класса G.657 позволяют увеличивать плотность размещения компонентов в кроссовом оборудовании. Также, если прибегнуть к усовершенствованной системе укладки волокна, то масса и размер распределительных шкафов может быть уменьшена на 40% и 75%, соответственно.
Ниже будут рассмотрены основные особенности и параметры некритичных к изгибу волокон.
Абонентский оптический кабель, закрепленный с помощью плоской скобки
Классы оптических волокон спецификации G.657
В ноябре минувшего года свет увидела новая редакция спецификации G.657 «Characteristics of a bending-loss insensitive single-mode optical fiber and cable», где отражены 4 класса оптических волокон стандарта G.657: А1, А2, B2, B3.
Волокна категории G.657.А идентичны по характеристикам с волокном класса G.652D, за исключением пониженных потерь на макроизгибе. Они отлично подойдут для работы в O-, E-, S-, C- и L- диапазонах (т.е., во всем рабочем диапазоне длин волн стандартных одномодовых волокон – от 1260 нм до 1625 нм). Кроме того, этот класс подойдет и для сетей, где по стандарту стоит применять волокна ITU-T G.652.D.
Волокна категории G.657.B нацелены на дальнейшее снижение потерь на макроизгибах, а значит могут применяться при еще меньшем значении радиуса изгиба. Основное их предназначение — сети протяженностью до 1000 метров (сети доступа). Подходят для использования в O-, E-, S-, C- и L- диапазонах (от 1260 нм до 1625 нм).
Категория G.657.A1 имеет минимальный радиус изгиба 10 мм, а подкатегории G.657.A2 уже 7,5 мм. В свою очередь, волокна категории G.657.B нацелены на дальнейшее снижение потерь на макроизгибах и, следовательно, могут быть использованы в случаях еще меньшего значения радиуса изгиба. Они также предназначены для использования в сетях доступа, и подходят для использования в O-, E-, S-, C- и L- диапазонах (от 1260 нм до 1625 нм).
Волокна категории B не обязаны соответствовать стандартам одномодовых волокн G.652.D в плане значений коэффициента хроматической дисперсии и поляризационной модовой дисперсии. Эти волокна считаются условно совместимыми с G.657.A и G.652.D в сетях доступа. Это означает, что совместное использование волокон G.657.B с волокнами G.657.A или G.652.D в некоторых случаях может отрицательно сказаться на работе оптической системы. Полной гарантии совместимости уже нет и некоторые волокна этого класса могут по своим параметрам значительно отличаться от волокон G.652.D.
Волокна подкатегории B2 имеют минимальный радиус изгиба 7,5 мм, волокна подкатегории B3 – радиус 5 мм.
Основные параметры волокон G.657 приведены в таблицах 1 и 2:
Стоит отметить, что при существующем критерии степени изгиба волокна по «радиусу изгиба», многие путаются, думая, что чем больше значение радиуса изгиба, тем больше изгиб. На самом деле все наоборот – чем больше радиус изгиба, тем, фактически, этот изгиб меньше.
Как видно из представленных графиков, волокна G.657.A2 и G.657.B1 имеют одинаковое значение потерь на изгибе.
Варианты реализации оптических волокон с уменьшенными потерями на макроизгибах
В настоящее время существует ряд подходов реализации оптических волокон с уменьшенными потерями на макроизгибах:
- оптическое волокно с уменьшенным диаметром сердцевины;
- оптическое волокно с уменьшенным показателем преломления оболочки;
- оптическое волокно с двухслойной оболочкой;
- оптическое волокно с воздушными полостями в оболочке;
- оптическое волокно с кольцевой неоднородностью показателя преломления оболочки;
- наноструктурированное оптическое волокно;
- фотонно-кристаллическое оптическое волокно;
- оптическое волокно с фотонной запрещенной зоной.
Оптическое волокно с кольцевой неоднородностью показателя преломления оболочки.
Такое волокно аналогично классу B2 стандарта G.657 и совместимо с волокнами стандарта G.652. При их изготовлении кольцевую область оболочки дополнительно легируют присадками, понижающими показатель преломления.
Увеличение ширины кольца уменьшает потери на изгибе, однако при этом увеличивается критическая длина волны. Этот факт может отрицательно сказаться на совместимости волокон со стандартными ОВ G.652.
Наноструктурированные волокна. Они состоят из сердцевины, легированной германием, и оболочкой, которая содержит наноструктурированную область в форме кольца. В отличие от волокон, приведенных выше с кольцевой неоднородностью показателя преломления оболочки, у которых толщина кольца составляет примерно 1 мкм, наноструктурированные волокна содержат вокруг сердцевины воздушные полости диаметром менее 200 нм. При этом данные нано-отверстия располагаются хаотически.
Оптическое волокно с воздушными полостями в оболочке (HAF). При изготовлении данных волокон вокруг сердцевины располагают уже крупные воздушные полости в форме кольца. Граница раздела стекло/воздух в местах макроизгиба обеспечивает отличный режим для эффекта полного внутреннего отражения, соответственно потерь энергии сигнала становится меньше. Эти волокна полностью совместимы с стандартом G.652D. Главный же их недостаток — это возможные осложнения при монтаже коннекторов из-за воздушных отверстий. Попадание пыли и грязи в полости приведет к ухудшению оптических характеристик разъемных соединений.
Фотонно-кристаллическое волокно (Photonic crystal fiber, PCF). В фотонно-кристаллическом волокне отсутствует сердцевина, а оптическая направляющая образуется за счет наличия в структуре волокна десятков отверстий. Такое волокно способно передавать оптическое излучение в одномодовом режиме в очень широком диапазоне длин волн: от видимой части спектра до инфракрасной. Изменяя размер и расположения воздушных отверстий, можно добиваться различных дисперсионных характеристик волокна. Сформировано оно может быть лишь из кварцевого стекла. Несмотря на отсутствие сердцевины, значение коэффициента затухания фотонно-кристаллических волокон находится на уровне значений стандартных одномодовых волокон SMF.
Фотонно-кристаллическое волокно имеет в 500 раз меньшие потери на микроизгибе, чем стандартное одномодовое волокно, в 100 раз меньшие потери, чем волокно с двойной оболочкой, и приблизительно в 10 раз меньшие потери, чем оптическое волокно с воздушными полостями.
Сегодня все крупные компании по производству волокон выпускают оптические волокна с уменьшенными потерями на макроизгибах. Например, корпорации Sumitomo, Corning, OFS используют различные описанные ранее подходы реализации данных волокон и соответственно выпускают такие волокна под разными марками.
Подготовил Дмитрий Кусайкин
Автор: NAGru
