Реферат: Доклад по волоконной оптике
Рис. 14.
Оптический кабель зоновой связи марки ОЗКГ:
1—
профилированный сердечник; 2 — силовой элемент; 3 — волокно; 4 — внутренняя
пластмассовая оболочка; 5—стальная проволока; 6—наружная полиэтиленовая
оболочка; 7—медный проводник
Зоновый
кабель ОКЗ
содержит четыре или восемь многомодовых ОВ, расположенных в четырех модулях
сердечника кабеля, покрытых снаружи полиэтиленовой оболочкой (см. рис.15).
Кабель предназначен для прокладки в грунт, поэтому имеет защитный броневой
покров. Возможны различные варианты брони: стальные круглые проволоки (ОКЗК),
бронеленты (ОКЗБ), стеклопластиковые стержни (ОКЗС), стальная оплетка (ОКЗО).
Изготовляются также подводные кабели с алюминиевой оболочкой и круглой стальной
броней (ОКЗАК). Станционные кабели маркируются ОКС.
Рис. 15.
Оптический кабель зоновой связи марки ОКЗ:
1 — силовой элемент; 2 —
оптическое волокно; 3 — медный проводник; 4 и 6 — полиэтиленовая оболочка;
5—стальная броня
Дистанционное
электропитание регенераторов осуществляется по четырем медным изолированным
проводникам диаметром 1,2 мм, расположенным в сердечнике кабеля.
Кабель
магистральной связи ОМЗКГ (рис.16) содержит одномодовые волокна,
обеспечивающие многоканальную связь на большие расстояния. Кабель содержит
четыре или восемь волокон, расположенных в пазах профилированного
пластмассового сердечника. Защитный покров изготавливается в двух модификациях:
из стеклопластиковых стержней или стальных проволок. Снаружи имеется
пластмассовая оболочка. Кабель предназначен для прокладки в грунт.
Рис.16.
Магистральный оптический кабель марки ОМЗКГ:
1 —
профилированный сердечник; 2 — волокно; 3 — силовой элемент; 4 — внутренняя
пластмассовая оболочка;
5 —
стеклопластиковые нити; 6 — наружная полиэтиленовая оболочка
Магистральный
кабель ОКЛ
изготавливается из одномодовых волокон с сердцевиной диаметром 10 мкм, имеет
две модификации: с медными проводниками диаметром 1,2 мм для дистанционного
питания регенераторов (рис.17) и без медных проводников с питанием от местной
сети или автономных источников теплоэлектрогенераторов (ТЭГ).
Рис. 17.
Магистральный оптический кабель марки ОКЛ:
1 — оптическое волокно; 2 —
оболочка оптического модуля; 3 — центральный силовой элемент из
стеклопластикового стержня;4—оболочка; 5—медная жила; 6—изоляция медной жилы;
7—гидрофобное заполнение; 8 — обмоточная лента; 9 — промежуточная оболочка из
полиэтилена; 10— подушка из крепированной бумаги; 11 — сталеленточная броня;
12—наружная защитная оболочка из полиэтилена (с битумной подклейкой к броне)
Центральный
силовой элемент выполнен из стеклопластиковых стержней. Наружный покров кабеля
имеет несколько разновидностей: для прокладки в канализации — это
полиэтиленовый шланг (марка ОКЛ), для подземной прокладки—броневой покров из
стеклопластиковых стержней (ОКЛС), стальных лент (марка ОКЛБ), круглой
проволоки (ОКЛК).
Для подводных
речных переходов создан кабель с алюминиевой оболочкой и круглопроволочной
броней (ОКЛАК). Для станционных вводов и монтажа используется кабель ОКС.
Основные оптические и
физико-механические свойства ОК отечественного производства приведены в таблице
№2
Таблица
№2
Характеристика |
ОК-50 |
ОКК |
ОЗКГ |
ОКЗ |
ОМЗКГ |
ОКЛ |
Система
передачи |
“Соната-2” |
ИКМ-4/5 |
“Сопка-3” |
“Сопка-4” |
“Сопка-4м”, “Сопка-5” |
Число
цифровых каналов |
120 |
120, 480 |
480 |
480 |
1920 |
1920; 7680 |
λ,
мкм |
0,85 |
1,3 |
1,3 |
1,3 |
1,3 |
1,55 |
Δ,
дБ/ км |
3 |
0,7…1,0 |
0,7… 1,0 |
0,7… 1,5 |
0,7 |
0,3 |
ΔF,
МГц км |
250… 500 |
1000 |
500…800 |
5000 |
5000 |
Длина
регенерационного участка, км |
12 |
30 |
30 |
30 |
40 |
100 |
Число
волокон |
4 и 8 |
4, 8, 16 |
4 и 8 |
4 и 8 |
4, 8, 16 |
4, 8, 16 |
Тип
волокна |
МОВ |
ООВ и МОВ |
МОВ |
МОВ |
ООВ |
ООВ |
Подземные |
d
, мм
Q , кг/км
P , Н
|
11…15
100…300
1200
|
12…18
110…320
300…3500
|
17
370
3000
|
18…20
406…445
—
|
12…18
130…400 1300…4000
|
14…18
140…404 1000…3500
|
Подводные |
d
, мм
Q , кг/км
P , Н
|
—
—
—
|
24
1200
25000
|
—
—
—
|
20
1040
25000
|
—
—
—
|
25
1300
25000
|
Строительная
длина, км |
1…2 |
2 |
2 |
Срок
службы, лет |
25 |
25 |
25 |
Электропитание |
Местное |
ДП |
Автономное, ДП |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание. —коэффициет
широкополосноети; Q — масса; Р—разрывная прочность; ООВ—одномодовое,
МОВ— многомодовое оптическое волокно.
Теория направляющих систем
Развитие
волоконно-оптической связи
Волоконная
оптика в настоящее время получила широкое развитие и находит применение в
различных областях науки и производства (связь, радиоэлектроника, энергетика,
термоядерный синтез, медицина, космос, машиностроение, летающие объекты,
вычислительные комплексы и т. д.). Темпы роста волоконной оптики и
оптоэлектроники на мировом рынке опережают все другие отрасли техники и
составляют 40 % в год. В ряде стран (Англия, Япония, Франция, Италия и др.) уже
сейчас при строительстве сооружений связи используются в основном оптические
кабели (ОК). Ожидается, что к 2000 г. они займут доминирующее место на сетях
междугородной и городской связи. О масштабах развития волоконно-оптических
систем передачи (ВОСП) свидетельствуют объемы производства оптических волокон в
США. За последнее время ими изготовлено около 10 млн. км волокна. Такое
количество позволило бы сделать 250 витков вокруг всего земного шара.
Технико-экономический
анализ показал, что в перспективе при массовом производстве оптических кабелей
они будут конкурентоспособными с электрическими при потребностях обеспечения
передачи сигналов в диапазонах частот 107...109 Гц.
Важнейшим
фактором в развитии оптических систем и кабелей связи явилось появление
оптического квантового генератора лазера.
Советскими
учеными, академиками Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым, выполнены
фундаментальные исследования в области оптоэлектроники и квантовой техники.
Первые работы по освоению оптического диапазона волн для целей связи относятся
к началу 60-х годов. В качестве тракта передачи использовались приземные слои
атмосферы и световоды с периодической коррекцией расходимости и направления
луча с помощью системы линз и зеркал. Открытые (атмосферные) линии оказались
подверженными влиянию метеорологических условий и не обеспечивали необходимой
надежности связи. Линзовые световоды с дискретной коррекцией оказались весьма
дорогостоящими, требовали тщательной юстировки линз и сложных устройств
автоматического управления лучом. Они не нашли практического применения на
сетях связи.
Создание
высоконадежных оптических кабельных систем связи стало возможным в результате
разработки в начале 70-х годов оптических волокон с малыми потерями. Такие
волокна в значительной мере стимулировали разработку специализированного
оборудования и элементов линейного тракта ВОСП.
В России
активно ведется строительство волоконно-оптических линий связи (ВОЛС)
различного назначения: городских, зоновых, магистральных. В 86 городах (Москва,
Нижний Новгород, С.-Петербург, Новосибирск, Тбилиси, Киев, Баку, Ташкент,
Минск, Кишинев и др.) действуют оптические соединительные линии между АТС с
цифровыми системами передачи ИКМ-120. Построен ряд зоновых линий внутриобластного
назначения, например: С.-Петербург—Сосновый бор, Уфа—Стерлитамак, Тула—Щекино,
Воронеж—Павловск, Рязань—Мосолово, Майкоп—Краснодар, Клин—Солнечногорск,
Ростов—Азов, Курская область, Минск—Смолевичи, Рига—Юрмала и др. Построена
одномодовая магистраль С.-Петербург—Минск протяженностью 1000 км на большое
число каналов.
В России с
участием инофирм осуществляется строительство транссибирской линии (ТСЛ),
которая свяжет Японию, Россию, Европу. Общее число каналов составит 30 000.
Половина из них предназначена для России; в крупных городах, расположенных по
трассе, часть этих каналов будет выделяться, вторая половина каналов пройдет
транзитом на Европу.
Транссибирская
линия после включения в мировую межнациональную сеть связи замкнет глобальное
волоконно-оптическое кольцо, которое охватит четыре континента
(Европа—Америка—Азия—Австралия) и пройдет через три океана (Атлантический,
Тихий, Индийский).
Достоинства
оптических кабелей и область их применения
Наряду с экономией цветных
металлов, и в первую очередь меди, оптические кабели обладают следующими
достоинствами:
·
широкополосность,
возможность передачи большого потока информации (несколько тысяч каналов);
·
малые
потери и соответственно большие длины трансляционных участков (30...70 и 100
км);
·
малые
габаритные размеры и масса (в 10 раз меньше, чем электрических кабелей);
·
высокая
защищенность от внешних воздействий и переходных помех;
·
надежная
техника безопасности (отсутствие искрения и короткого замыкания).
К недостаткам оптических
кабелей можно отнести:
·
подверженность
волоконных световодов радиации, за счет которой появляются пятна затемнения и
возрастает затухание;
·
водородная
коррозия стекла, приводящая к микротрещинам световода и ухудшению его свойств.
Области применения ОК с учетом
их достоинств перечислены на (рис.18).
Рис. 18.
Свойства и области использования ВОЛС
Для систем
связи существенными являются показатели 1—5, для автоматизированных систем
управления и ЭВМ—показатели 1, 2, 3. Мобильные подвижные системы требуют
выполнения в первую очередь показателей 1, 2, 6.
Область
возможных применений ВОЛС весьма широка — от линии городской и сельской связи и
бортовых комплексов (самолеты, ракеты, корабли) до систем связи на большие
расстояния с высокой информационной .емкостью. На основе оптической волоконной
связи могут быть созданы принципиально новые системы передачи информации. На
базе ВОЛС развивается единая интегральная сеть многоцелевого назначения. Весьма
перспективно применение оптических систем в кабельном телевидении, которое
обеспечивает высокое качество изображения и существенно расширяет возможности
информационного обслуживания абонентов.
Физические
прцессы в волоконных световодах
В
отличие от обычных кабелей, обладающих электрической проводимостью и током
проводимости , ОК имеют совершенно другой механизм — они обладают токами
смещения , на основе которых действует также радиопередача. Отличие от
радиопередачи состоит в том, что волна не распространяется в свободном пространстве,
а концентрируется в самом объеме световода и передается по нему в заданном
направлении (рис.19).
Рис.19.
Процесс передачи:
а—радиосвязь;
б—волоконно-оптическая связь
Передача
волны по световоду осуществляется за счет отражений ее от границы сердцевины и
оболочки, имеющих разные показатели преломления . В обычных кабелях носителем
передаваемой информации является электрический ток, а в ОК—лазерный луч.
В обычных широко используемых
в настоящее время симметричных и коаксиальных кабелях передача организуется по
двухпроводной схеме с применением прямого и обратного проводников цепи
(рис.20).
Рис. 20.
Передача энергии по двухпроводным (а) и волноводным (б) направляющим средам
В световодах, волноводах и
других направляющих средах (НС) нет двух проводников, и передача происходит
волноводным методом по закону многократного отражения волны от границ раздела
сред. Такой отражательной границей может быть металл—диэлектрик,
диэлектрик—диэлектрик с различными диэлектрическими (оптическими) свойствами и
др.
Граница
раздела двухпроводных (двухсвязных) и волноводных (односвязных) НС
характеризуется в первую очередь соотношением между длиной волны и поперечными
размерами направляющей среды .
При должно
быть два провода: прямой и обратный, и передача происходит по обычной
двухпроводной схеме; в противном случае не требуется двухпроводная система, и
передача осуществляется за счет многократного отражения волны от границ раздела
сред с различными характеристиками. Поэтому передача по волноводным системам
(световодам, волноводам и другим НС) возможна лишь в диапазоне очень высоких
частот, когда длина волны меньше, чем поперечные размеры—диаметр НС.
Оптические микронные волны
подразделяются на три диапазона: инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый
(таблица №3). В настоящее время используются в основном волны длиной 0,7...1,6
мкм и ведутся работы по освоению ближнего инфракрасного диапазона: 2; 4; 6 мкм.
Таблица
№3
Диапазон |
ИКЛ |
ВЛ |
УФЛ |
f , Гц
|
1012...
1014
|
10—14...
1015
|
1015...
1017
|
λ
,
мкм |
0,75...100 |
0,4...0,75 |
0,01...0,4 |
Таким образом, для передачи
электромагнитной энергии применяются электрические оптические кабели, а также
радиосвязь (таблица №4).
Страницы: 1, 2, 3, 4
|
|