Файл: Введение в радиооптику.pdf

Г.Г. Червяков, В.В. Роздобудько

Если межмодовая дисперсия слабо зависит от длины волны, то хроматическая дисперсия пропорциональна ширине спектра излучения. Коэффициент пропорциональности D(∆λ) при длинах волн в окрестности 1300 нм (λ0) близок к нулю, в то время как на длине волны 850 нм примерно равен 100 пс/(нм2км).

Специфика использования многомодового ОВ такова, что обычно в качестве передатчиков используются светоизлучающие диоды, имеющие уширения спектральной линии излучения благодаря некогерентности источника примерно ∆λ ~ 50 нм, в отличие от лазерных диодов с уширением ∆λ ~ 2 нм и меньше. Это приводит к тому, что хроматическая дисперсия на длине волны 850 нм начинает играть существенную роль наряду с межмодовой дисперсией. Основные характеристики многомодовых градиентных ОВ двух основных стандартов 50/125 и 62,5/125 приведены в табл. 6.4 [43].

Введение в радиооптику

Использование лазерных передатчиков (имеющих значительно меньшее спектральное уширение) можно значительно уменьшить хроматическую дисперсию.

Исследования показывают, что, когда длина волны нулевой дисперсии попадает в зону мультиплексного сигнала, начинают проявляться нежелательные интерференционные эффекты, приводящие к более быстрой деградации сигнала. Поэтому поставщики средств связи должны отчетливо представлять себе преимущества и недостатки каждого ОВ в аспекте эволюции традиционных сетей к полностью оптическим сетям

[44].

Стандартное ступенчатое ОВ SF (рис. 6.13, а) стало первым коммерческим волокном и сейчас наиболее широко распространено в телекоммуникационных сетях. Оно оптимизировано по дисперсии для работы в окне 1310 нм, хотя и дает меньшее затухание в окне 1550 нм.

а) б) Рисунок 6.13 − ППП наиболее распространенных одномодовых ОВ: а −

ступенчатое одномодовое ОВ (стандартное волокно); б − одномодовое ОВ со смещенной дисперсией (ОВ со специальным профилем)

ОВ со смещенной дисперсией DSF, полностью оптимизированное для работы в окне 1550 нм как по затуханию, так и по дисперсии. На протяжении многих лет ОВ DSF считается самым перспективным волокном.

С приходом новых технологий передачи мультиплексного оптического сигнала большую роль начинают играть эрбиевые оптические

155

Г.Г. Червяков, В.В. Роздобудько

усилители типа EFDA, способные усиливать многоканальный, сигнал. К сожалению, более поздние исследования (в начале 90-х годов) показывают, что именно длина волны нулевой дисперсии (1550 нм), попадающая внутрь рабочего диапазона эрбиевого усилителя, является главным потенциальным источником нелинейных эффектов (прежде всего, четырехволнового смешивания), которые проявляются в резком возрастании шума при распространении многоканального сигнала.

Дальнейшие исследования подтверждают ограниченные возможности DSF при использовании в системах WDM.

Волокно NZDSF создано в начале 90-х годов с целью преодолеть недостатки ОВ DSF (проявилось при работе с мультиплексным оптическим сигналом), известное еще как λ-смещенное ОВ, имеет особенность в том, что длина волны нулевой дисперсии вынесена за пределы полосы пропускания эрбия. Это уменьшает нелинейные эффекты и увеличивает характеристики ОВ при передаче DWDM сигнала.

Две марки λ-смещенного ОВ широко используются сегодня: ОВ

TrueWave фирмы Lucent Technologies [45] и ОВ SMF-LS фирмы Corning [46, 47]. Оба имеют ненулевую дисперсию во всем диапазоне полосы пропускания эрбия. ОВ TrueWave обеспечивает положительную дисперсию при точке нулевой дисперсии в районе 1523 нм, в то время как SMFLS обеспечивает отрицательную дисперсию с точкой нулевой дисперсией чуть выше 1560 нм, рис. 6.14. В начале 1998 года фирма Corning выпустила еще одну марку λ-смещенного волокна − LEAF™ [46]. Сравнительный анализ основных характеристик NZDSF ОВ TrueWave [45] и SMFLS, LEAF [46] приведен в табл. 6.5.

Таблица 6.5 Сравнительный анализ основных характеристик NZDSF волокон

156

Введение в радиооптику

По дисперсионным характеристикам волокно LEAF близко к волокну TrueWave. Главной отличительной чертой этого ОВ по сравнению с двумя предыдущими является большая эффективная площадь для светового потока − диаметр модового пятна возрос на 1 мкм. Beличина этого параметра становится весьма важной для оптимизации систем диапазона

1550 нм.

Рисунок 6.14 −Хроматическая дисперсия одномодовых ОВ в окне 1,55 мм

157

Г.Г. Червяков, В.В. Роздобудько

Больший диаметр модового пятна позволяет увеличить уровень мощности излучения вводимого волокна на 2 дБ, сохраняя при этом влияние ряда нелинейных эффектов, в особенности четырехволнового смешивания, на прежнем уровне.

Инсталляция новых кабельных сегментов, или наращивание существующих с учетом перехода на скорости передачи 2,4 и 10 Гбит/с может осуществляться с использованием трех перечисленных видов волокон. При выборе ОВ следует учитывать такие факторы, как общая стоимость проекта, требуемые емкости каналов, надежность, сложность системы и др.

6.5 Классификация и конструктивные особенности оптических кабелей

В настоящее время применяются две конструкции оптических кабелей (ОК): кабели, содержащие металлические элементы (проводники, броневые покровы и др.), и полностью диэлектрические кабели.

К достоинству первых относится более высокая механическая прочность и влагоустойчивость, защита от грызунов. ОК второго типа менее подвержены влиянию электромагнитных воздействий и имеют несколько меньшие габариты и массу.

ОК состоит из свободно уложенных или скрученных по определенной системе ОВ, заключенных в общую защитную оболочку. При необходимости ОК может содержать силовые, защитные и демпфирующие элементы, а также элементы продольной и поперечной герметизации (см.

рис. 6.15).

ОК классифицируются по назначению, области применения, конструкции сердечника и типу защитной оболочки. В зависимости от назначения различают ОК внешней прокладки, внутриобъектовые ОК и мини-кабели.

Рисунок 6.15 − Структура ОВ кабеля

Кабели внешней прокладки

ОК внешней прокладки (outdoor cables) используются для связи между зданиями. Основным требованием к конструкции таких ОК, по-

158

Введение в радиооптику

мимо малых затуханий и высокой широкополосности, является высокая механическая прочность к растягивающим и сдавливающим усилиям, а также влагостойкость и широкий диапазон рабочих температур. Большинство ОК имеют традиционную повивную скрутку, которая преимущественно образована пластиковыми тубами, получившими название модулей. В каждом модуле может размещаться от одного до 12 ОВ. Некоторые ОК имеют одну большую трубку для укладки ОВ, размещаемую по оси конструкции.

Элементы защиты от раздавливающих усилий представлены в основном различными покровами и оболочками.

Броневые покровы ОК придают ему дополнительную разрывную прочность и защищают его от сдавливающих усилий. В качестве брони могут быть использованы редкая или плотная металлическая оплетка, гофрированная лента и круглая стальная проволока различного диаметра. В качестве элементов защиты ОК от повреждения грызунами могут применяться металлические броневые покровы и оплетки из стекловолоконных нитей. Основным средством обеспечения продольной герметизации является гидрофобный гель, который заполняет пустоты кабельного сердечника. Поперечная герметизация ОК задается наружными оболочками.

ОК могут прокладываться в кабельной канализации, трубах, коллекторах, на мостах, эстакадах и в шахтах, а при наличии броневых покровов различного типа возможна непосредственная укладка ОК в грунт без мерзлотных деформаций (с использованием песчаной подушки или без нее). Допускается прокладка ОК при переходах через неглубокие озера, реки и болота. Специально для организации линий воздушной связи выпускаются ОК для подвески на опорах с интегрированным в конструкцию внешним несущим тросом. Многие ОК имеют так называемую самонесущую конструкцию. Такие ОК также можно использовать для воздушной подвески при условии применения для крепления специальных зажимов с пролетами до 150 метров и более. Рабочий температурный диапазон ОК внешней прокладки обычно составляет: −40 - +50 °С (отечественные); −40 - +70 °С (импортные ОК). Промышленность выпускает одномодовые, многомодовые и комбинированные ОК внешней прокладки, которые могут иметь и медные проводники для подачи напряжения дистанционного питания, ведения служебных телефонных переговоров и других целей.

Кабели внутриобъектовой прокладки

Межэтажная и поэтажная разводка внутри зданий осуществляется внутриобъектовым ОК (indoor cables), отличающимся от ОК внешней прокладки повышенной гибкостью и улучшенными массогабаритными показателями за счет использования в конструкции облегченных упроч-

159