Алматинский институт энергетики и связи 

Кафедра телекоммуникационных систем

                                                                                          

 

Направляющие системы электросвязи 
Конспект лекций

(для студентов – бакалавров всех видов обучения,

для специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации)

 

Алматы 2006 

СОСТАВИТЕЛЬ: Г.С. Казиева. Е.Ю.Елизарова. Направляющие системы электросвязи .Конспект лекций  (для студентов – бакалавров всех видов обучения для специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации)

Алматы: АИЭС, 2005. – 42с.

  

Данный конспект лекций освещает тенденции развития современных направляющих систем электросвязи ,принципы  и системы построения сетей связи, конструкции и характеристики кабельных и воздушных линий связи. Излагается теория распространения электромагнитной энергии по направляющим системам (коаксиальные и симметричные кабели, световоды ,оптические кабели и др.)  Лекции предназначены для студентов, обучающихся по специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

Ил. 34 , табл 5, библ.7 назв.

 

Рецензент: канд. техн. наук. доцент кафедры «АЭС» К.Х. Туманбаева.

  

Печатается по плану издания Алматинского института энергетики и связи на 2006 год.

 

Содержание

  

 

 

Введение

 

1

Современные направляющие системы передачи

 

2

Конструкция и некоторые характеристики кабелей связи

 

3

Электродинамика направляющих систем

 

4

Закон сохранения энергии в электромагнитном поле. Теорема Умова-Пойтинга

 

5

Кабели с индуктивно – увеличенной индуктивностью.

 

6

Физические основы передачи электромагнитной энергии по оптическим волокнам

 

7

Оптические волокна со ступенчатым профилем показателя преломления.

 

8

Многоступенчатый профиль показателя преломления

 

9

Нормированная и критическая частота.

 

10

Классификация   затуханий   в  оптических кабелях

 

11

Определение и виды дисперсии

 

12

Модовая дисперсия

 

13

Основные расчетные соотношения при расчете регенерационной длины ВОСП

 

14

Классификация оптических кабелей

 

15

Назначение, классификация соединений и основные требования к ним

 

16

Назначение и типы оптических разветвителей

 

17

Селективные оптические разветвители

 

 

Список литературы

 

 

 

     Введение

     Магистральная первичная сеть связи страны на данном этапе развития базируется на использовании кабельных, радиорелейных и спутниковых линий связи. Кабельные линии связи, обладающие высокой защищенностью каналов связи от атмосферных влияний и различных помех, эксплуатационной надежностью и долговечностью, являются основой сети связи республики; по кабельным сетям передается до 75% всей информации.

В настоящее время наиболее распространенными являются коаксиальные кабели, которые позволяют передавать достаточно мощные пучки связи различного назначения.

 По коаксиальным кабелям работают как аналоговые , так и цифровые системы передачи . Тем не менее, металлические кабели обладают существенными недостатками: ограниченная полоса пропускания частот; большая вероятность грозового поражения; дорогое содержание антикоррозийного оборудования; большое потребление цветных металлов (кабельная промышленность потребляет до 50% меди и до 25% свинца от общих ресурсов); наличие большого количества промежуточных усилительных пунктов - приводит к снижению надежности системы и ее удорожанию [1]

.Возможность резкого увеличения объема передаваемой информации наиболее полно реализуется в результате применения волоконно-оптических кабелей связи, которые по сравнению с такими широко распространенными средствами, как спутниковая связь и радиорелейные линии, имеют значительно более широкую полосу пропускания.

 Применение оптического кабеля целесообразно и экономически эффективно на всех участках взаимоувязанной сети связи. Это не только значительно повышает технико-экономические показатели систем передачи, но и обеспечивает возможность поэтапного перехода к цифровым сетям интегрального обслуживания (сети ISDN). Особенно актуально внедрение ВОЛС именно сейчас, когда во всем мире ощущается острый дефицит цветных металлов, особенно меди.

 

Лекция 1

   

      Цель лекции: ознакомить студентов с современными направляющими системами передачи высокочастотной энергии

 

1 Современные направляющие системы передачи

Направляющая система– симметричные, коаксиальные кабели   волоконно- оптические кабели и т. д ., то есть такая система,в которой распространение сигналов  в них  от одного абонента (  станции . устройства  и так далее ) к другому  абоненту осуществляется только по  специально заданным цепям  и трактам линий связи.

Направляющие  системы предназначены  для передачи электромагнитных сигналов в заданном направлении с должным качеством и надежностью .                                 

ЕСТ – единая автоматизированная система связи (общегосударственная  сеть связи страны). Она объединяет магистральные, зоновые и городские сети связи. Составными частями ЕСТ являются: общегосударственная автоматизация коммутированная телефонная сеть ОАКТС или СТОП; телеграфная сеть страны ТГ; общегосударственная сеть передачи данных (ОГСПД); сеть факсимильной связи ФС; сеть телевизионного вещания ТПВ.

  Современные  направляющие системы передачи высокочастотной энергии

разделяются на-  воздушные ЛС, симметричные кабели(СК), коаксиальные(КК),волноводы(В), световоды (С),оптические кабели (ОК), радиочастотные кабели и  так далее.

   Линии связи:

1 Радио – РЛ, РР, СЛ.

2 Проводные (направляющие ЛС) – ВЛ, КЛ(СЛ, КЛ), В и С(В и С)

Область применение линий линий связи- международные, местные – ГТС, СТС.

Междугородняя связь– магистральные и зоновые линии связи

Проводные системы делятся на: наземно-воздушные и подземно-кабельные.

Системы построения сети связи.

Сеть связи включают в себя устройство передачи информации (каналы); устройства коммутации каналов; оконечное устройство.

Сеть связи подразделяется на первичную и вторичную.

Первичная сеть связи– совокупность всех каналов без подразделения их по назначению и видам связи. В состав ее входят линии и каналообразующая аппаратура.

Вторичная сеть связи  состоит из каналов одного назначения (телефонная, телеграфная), которая образуется на базе первичной сети. Включает в себя коммутационное оборудование, узлы, оконечные пункты и каналы, выделенные на первичной сети.

  

Варианты построение сети:

-                                                                                                                                                                          узловое; радиальное ; радиально-узловое.

 

Рисунок 1- Варианты построения сетей

Основная система связи передачи реализуется в виде телефонного канала шириной 4 кГц. (на базе 0,3-0,4 кГц), этот канал называется – каналом тональной частоты.

 

 Таблица1-Цифровые системы передачи.

Система передачи

Скорость передачи (мБит/с)

Тип

кабеля

Длина усилительного участка в км.

Первичная ИКМ-30

Вторичная ИКМ-120

Третичная ИКМ-480

Четверичная ИКМ-1920

2

8,45

34

140

СК – симметричный

СК

КК – коаксиальный

КК

10

5

6

3

  

Принципы организации международной связи по кабельным линиям.

1. На международных линиях связи организуется по 2-х и 4-х проводным схемам. При 2-х проводной схеме передача осуществляется в прямом и обратном направлении по одной паре проводов. При 4-х проводной схеме передача в прямом направлении осуществляется по одной паре, а в обратном по другой паре. Если сравнивать обе схемы то по числу организуемых каналов обе схемы равно цены.

2. По взаимно - защищенности преимущество за 2-х проводными схемами.

3. По устойчивости и дальности связи преимущество за 4-х проводными схемами

 

Основные требования ,предъявляемые к линиям связи.

1.Дальность связи- в пределах страны до 12500 км,. за пределами страны  до 25000 км.

      2.Широкополосность и пригодность для передачи различных видов информации.

3.Защищенность цепей от взаимных и внешних полей от грозы и коррозий.

4.Стабильность электрических параметров надежность и устойчивость линии.

5.Экономичность систем связи.

Типы линии: радиолинии, радиорелейные линии ,спутниковые линии ,кабельные линии, воздушные линии.

Используемый диапазон частот:

105 Гц – воздушные;106 Гц – симметричный;108 Гц – коаксиальный (магистральная связь);109 Гц – коаксиальный (антенна - фидерные тракты);109 Гц – сверх проводящие кабели коаксиальной системы;1011 Гц – волноводы;1014 Гц – световоды

Радиолинии используют  диапазон длинных, средних и коротких волн.

РРЛ – на волнах прямой видимости, дециметровых (0,3 … 3 ГГц), сантиметровый (3 … 10 ГГц).

  

Лекция 2

 

Цель лекции:  дать характеристику кабелей связи ; ознакомить студентов с их конструкцией

 

2 Конструкция и некоторые характеристики кабелей связи

Кабель – это электротехническое изделие, содержащее изолированные проводники и объединенные в единую конструкцию , заключенную в единую металлическую, пластмассовую оболочку и защитные покровы.

По конструкции кабели делятся на симметричные и коаксиальные. Симметричный кабель состоит из 2-х совершенно одинаковых электрических и конструктивных изолированных проводников. Коаксиальный кабель – это два цилиндра, с совмещенной осью, один цилиндр сплошной проводник концентрически расположен внутри другого.

 

Рисунок 2- Симметричный и коаксиальные кабели

Маркировка– это система условных обозначений ,отражающих при помощи букв и цифр основные классификационные признаки и конструктивные особенности кабеля.

Материал и структура изоляции.

Материал-воздушно–бумажная изоляция; .кордельно–бумажная,. кордельно– стирофлексная,;пористо – полиэтиленовая,. балонно – полиэтиленовая,.шайбово– полиэтиленовая

Оболочка бывает металлическая и пластмассовая. Металлическая – свинец, алюминий и т.д.

Первые буквы: одна или две буквы определяют назначение или область применения. Городские телефонные кабели:  всегда  присутствует буква Т. Городской телефонный кабель с полиэтиленовой изоляции – ТПП. С кордельно – бумажной и пористой оболочкой–Т3, Т3ПП. Для сельской связи – КСПП. -одночетверочный кабель сельской связи с полиэтиленовой изоляций.

Кабель КМ – магистральный коаксиальный. МК – магистральный симметричный.

Последние 1 или 2 буквы обозначают род защитного покрова.

Г – голый о свинцованный кабель.

С – стальной кабель.

Б – бронированный кабель.

Если присутствует буква Р - принадлежность провода к радио связи.

КМГ, КМБ, КМК – коаксиально магистральные кабели.

Международный симметричный кабель свинцовой оболочки с кордельно – бумажной изоляцией МКГ, МКБ, МКК.

Проводники – токопроводящие жилы из меди и алюминия с удельными сопротивлениями :

 



Удельный вес: для

Диаметр жил:  = 0,32; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7 мм.

                             = 1,15; 1,55; 1,8 мм.

 

1-гибкие, 2-сплошные, 3-биметаллическая, 4 -многопроводная жила (подводный).

Рисунок 3- Конструкции жил

 

Изоляция – это диэлектрик, с абсолютной диэлектрической проницаемостью→ ,

 где , .

Угол потерь -  - характеризует высокочастотные потери

В качестве диэлектрика используются : кабельная бумага из сульфатной целлюлозы; бумажный кордель; полистирол (стирофлекс) ;жидкий стирол; полиэтилен;пористый – полиэтилен.

Типы изоляции:

-трубчатая, кордельная, сплошная, пористая, баллонная, шайбовая, спиральная, кордельно – трубчатая.

Отдельные жилы скручиваются в группы, которые называют элементами симметричного кабеля. Скрутка устраняет электромагнитную связь между цепями и повышает защищенность от взаимных и внешних полях.

1.                Виды скруток изолированных проводников в группы: повивная и пучковая

                        -                          -   

        

Рисунок 4 - Виды скруток (парная, звездная, двойная парная, двойная звездная ,восьмижильная)

 

1                   Парная скрутка –две изоляционные жилы скручивают вмести в пару с шагом скрутки не менее 300 мм. (шаг – линейное расстояние скрутки).

2                   Звездная скрутка –- 4 изоляционные жилы расположены по углам квадрата скручивается с шагом не более 250-300 мм.

3                   Двойная парная –- две предварительно свитые пары скручивается между собой в четверку, шагом – 200 мм.

4                   Двойная звезда –- четыре предварительно свитые пары вновь скручивается по способу звезды образуя восьмерку. Шаг 250-300 мм.

5                   Восемь жил - располагаются концентрически вокруг сердечника из изоляционного материала. Шаг – 300мм.

Группы располагается последовательными – концентрическими слоями (повивы), вокруг центрального повива, состоящего из 1-5 групп. Диаметр центрального повива определяется:

,

         где d – диаметр группы, n – число групп центрального повива. В каждой паре или четверке жилы должны иметь изоляцию разного вида. Сочетания этих цветов – расцветка. Защитные оболочки – броня.

Междугородние коаксиальные кабели.

Один из самых распространенных:

1                    кабель – КМ – 4(2,6/9,5).

2.                малогабаритный кабель – МКТ-4 (1,2/4,6).

3.                комбинированный кабель – КМ 8/6 (2,1/9,7), где 4, 8/6 – число коаксиальных пар. В числителе- число коаксиальных пар – внутренние.жилы, в знаменателе-– внешние.

Зоновые (внутриобластные) кабели.

имеют медные жилы диаметром 1,2 мм.

МКСШ – малогабаритный ,диаметр жил 1,5 мм.

Первая пара четверки состоит из жил синего, зеленого цвета. В центре четверки находится полистирольный кордель с d=1,1 мм. Имеет алюминиевую оболочку толщиной = 1мм.

 

Городские телефонные кабели.

 

ГТС подразделяются по назначению: абонентские, делающие связь от станции АТС к абонентам и соединительные. Соединительные связывают АТС между собой и междугородняя станцию МТС. Для ТПВ используется и кабели междугороднего типа МКС - , коаксиальный МКТ -4.

Абонентские телефонные кабели различаются:

а) с бумажной изоляцией;

б) с пластмассовой изоляцией.

Городские кабель имеет парную скрутку с шагом скрутки 100 мм и повивную скрутку .

Сельские кабели.

 Кабели сельской связи подразделяются на межстанционные и абонентские. Для межстанционной связи применяются одно-и двухчетверочные кабели типов КСПП-1Х4 и КСПП-2Х4 для цифровых систем передачи ИКМ-15,ИКМ-30 . Дальность связи на межстанционнцых соединительных линиях достигает 100км. Токопроводящие жилы кабеля КСПП имеют диаметры 0.9 и1.2мм.

Кроме одночетверочных кабелей на СТС находит применение однопарный кабель ПРППМ-1Х2 ,чаще с медными жилами диаметрами 0.8;0.9;1.2мм,с полиэтиленовой изоляцией и оболочкой. Перспективными для организации СТС являются абонентские кабели с биметаллическими( алюмомедными жилами диаметром 0,5 и0,9 мм)и влагостойким гидрофобным заполнением. Они имеют маркировку ТППЗ и емкостью 5Х2и 10Х2.

Сельские кабели – имеют упрощенную структуру вида: одной четверки или одной пары.

 

Лекция 3

     Цель лекции: ознакомить студентов с электродинамикой направляющих систем связи 

 

Электродинамика направляющих систем

Направляющие системы требуют для описания своих процессов решения уравнений классической  электродинамики и уравнений Максвелла. Применяется методы теории цепей и лучевой оптики.

Электрическое поле характеризуется силовым воздействием на неподвижные, а также на движущиеся заряды. Магнитное поле – характеризуется силовым воздействием на движущиеся заряды.

; . ,

где В- индукция магнитного поля, Н- напряженность магнитного поля

 

закон Ома в дифференциальном виде,

где  - проводимость электромагнитного поля.; Е- напряженность электрического поля

Уравнения:

 - Закон полного тока в дифференциальной форме.

 - Закон электромагнитной индукции в дифференциальной  форме.

              

где Ф- магнитный поток;

 S- площадь контура охватываемого потоком

 

Плотность тока:

 В правую часть уравнения1 подставляем плотность полного тока

Получены уравнения Максвелла в дифференциальной форме..

Уравнения Максвелла характеризуют взаимосвязь всех полей. Любое изменение электромагнитного поля во времени ведет к изменению магнитного я.

 -  данное уравнение характеризует непрерывность магнитных силовых линий.

.

 - полная система уравнений электромагнитного поля

 - объемные электромагнитные заряды

Граничные условия.

 (на границе раздела двух диэлектриков с разными диэлектрическими проницаемостями равны касательные составляющие векторов электрической напряженности).

на границе раздела двух диэлектриков равны нормальные составляющие векторов электрического смещения.

На границе раздела двух сред с разными электрическими проводимостями равны касательные составляющие векторов электрической напряженности и

нормальные составляющие векторов плотности токов

.

На границе раздела двух сред с разными магнитными проницаемостями равны касательные составляющие векторов магнитной напряженности и равны нормальные составляющие векторов магнитной индукции.

 

Граничные условия , первое и второе уравнения Максвелла  составляют полную систему уравнений электромагнитного поля.

 

 Полная система уравнений электромагнитного поля для гармонических сигналов.

; 

– 1-ое уравнение Максвелла в дифференциальной форме.

– 2-ое –уравнение Максвелла- для гармонических воздействий.

 

 

Для направляющих систем для решения задач электродинамики, необходимо знать продольные составляющие .

         Берем 1-ое уравнение Максвелла.

 (*), от левой и правой части берем rot.

 (**)

,

Используя  уравнения   .,

получаем            

                    - уравнение Гельмгольца.

Проделав  аналогичные  операции со 2-ым уравнением  Максвелла, мы получаем такое же уравнение только для вектора.

 - уравнение Гельмгольца.

Теперь делаем замену в этих уравнениях, вводя параметр (волновое число среды).

        

 - дифференциальные уравнения 2-го порядка.

 

·                   -набла, Лапласиан 

Для продольных составляющих ;  

 

 

Лекция 4

 

     Цель лекции: показать студентам энергетические соотношения в электромагнитном поле, ознакомить с теоремой Умова-Пойнтинга

 

Закон сохранения энергии в электромагнитном поле

Теорема Умова-Пойтинга.

- вектор Пойнтинга, который  выражает собой поток электромагнитной энергии в единицу объема сквозь замкнутую поверхность, охватывающую данный объем.

Энергия электрического поля

 

          

Энергия магнитного поля-.

.              

Электромагнитная энергия:

1-ая формула теоремы Умова-Пойтинга.

,.

где ds – это элемент поверхности –S ,  ограниченной объемом V. Изменение электромагнитной энергии сопровождается возникновением потока и выделением тепла. Левая часть характеризует расход электромагнитной энергии в единицу времени, правая часть указывает, на что расходуется энергия, 1-ое слагаемое – это поток электромагнитной энергии через замкнутую поверхность объема V в окружающее пространство. 2-ое слагаемое это энергия внутри объема, преобразуемая в тепло в единичном времени.

 П – это вектор Пойтинга –количество энергии, распространяемой в единицу времени через площадь, перпендикулярную направлению потока энергии.

.

Режимы передачи по направляющим системам.

1.Статический режим.

2.Стационарный режим.

3.Квазистационарный режим.

4.Волновой и оптический режим.

5.Электродинамический режим.

Определения:

Статический режим – соответствует объемным статистическим зарядам, и относятся к процессом электростатики.

Стационарный режим – случаи перекачки энергии по проводникам постоянного тока, который индуцирует магнитное поле, электрическое поле не индуцируется.

Квазистационарный режим – почти что стационарный режим, для которого  (воздушные линии, коаксиальный кабель, симметричный кабель).

Волновой и оптический режим –начинают преобладать токи смещения.

Электродинамический режим – это режим высоких частот и коротких волн, когда учитывается токи смещения и токи проводимости.                                               

Теория направляющих систем

Симметричные кабели

В симметричных цепях наблюдаются следующие эффекты:

1.Эффект близости.

2.Вихревые  токи.

3.Поверхностный эффект.

Параметры передачи без учета потерь ( первичные и вторичные параметры)

Первичные параметры симметричного кабеля:

        

         .

Передача энергии по симметричным цепям ( с учетом потерь).

        

        

- в этих двух формулах присутствует функции Бесселя.

        

где d – диаметр проводника;

k – функция, зависимая от частоты;

R0 – это сопротивление постоянному у

При других видах скрутки :

сопротивление переменному току

        

где H – коэффициент укрутки;      

Р – коэффициент учитывающий вид скрутки.

Н – принимает значение: 1,021,07.

Р=2 –парная скрутка.  

Р=5 – для звездной скрутки.

        Индуктивность симметричной цепи

        

Емкость и проводимость изоляции симметричной цепи.

           

           

С учетом близости соседних пар и влияния наружной металлической оболочки емкость для различных видов скрутки.

            ,

 - поправочный коэффициент, учитывающей близость металлической оболочки проводников ; - относительная диэлектрическая проницаемость .

Проводимость  между проводами

    

Вторичные параметры симметричного кабеля

Волновое сопротивление

,

 где а – это расстояние между геометрическими осями.

Коэффициент затухания и коэффициент фазы

 или      

 

Лекция 5

 

     Цель лекции: показать способы снижения затухания в симметричных кабелях ,используя способ пупинизации; рассмотреть параметры передачи сигналов по коаксиальным кабелям связи

 

5.1Кабели с индуктивно – увеличенной индуктивностью.

Коэффициент затухания

1-ое слагаемое-затухание в металле; 2-ое слагаемое- затухание в диэлектрике.

Искусственно, через определенные расстояния, называемые шагом ,будем включать катушку индуктивности , с целью уменьшения коэффициента затухания. Данный способ называется пупинизацией.

Катушка  сделана следующим образом : кольцеобразный сердечник, замкнутый,обматывается медным  изолированным проводником, а сам сердечник сделан  из феррита.

Шаг пупинизации и индуктивность пупинизированной  катушки изменяются в следующих пределах:

Расчет пупинизированных цепей для полосы пропускания  производится по формулам:

.Коэффициент затухания для участка пупинизации

                

               

  

5.2 Теория направляющих систем для коаксиальных кабелей

. Коаксиальный кабель.

Первичные параметры.

Волновое сопротивление:

Сопротивление:

;; индуктивность: ;

Емкость:

Тангенс угла диэлектрических потерь:

Проводимость:

Вторичные параметры.

Коэффициент фазы:

Длина волны: ; скорость распространения: ;                   коэффициент затухания: ,

где mа, eа – магнитная и диэлектрическая проницаемости материала диэлектрика, ra и rb – радиусы внутреннего и внешнего проводников, s - коэффициент проводимости, k = 2p/l – волновой вектор свободного пространства. Например: коаксиальный кабель кабель КМ-4 имеет  4 – коаксиальные пары, 5 – симметричных звездных четверок.

 

 

                       Рисунок 5- Коаксиальный кабель КМ-4

 

Каждая коаксиальная пара состоит из внутреннего медного проводника диаметром 2,6мм, а внешняя медная трубка -9,5мм. Кабель имеет свинцовую оболочку.. По данному кабелю можно организовать две системы К-1920, К-3600 и цифровые ИКМ-480 и ИКМ-1920. максимальная дальность связи – 12500 км.

Способность коаксиальной пары пропускать широкий спектр частот конструктивно обеспечивается коаксиальным расположением внутреннего и внешнего проводника. Особенности распространения электромагнитной энергии по коаксиальной паре обусловливают возможность передачи широкого спектра частот и ставят высокочастотные связи в преимущественное положение по сравнению с низкочастотными.

В реальных условиях проводники имеют конечную проводимость и создают дополнительные потери энергии на джоулево тепло. Эти потери могут быть учтены по закону Умова-Пойтинга , характеризующему радиальный поток энергии, направленный внутрь коаксиального кабеля.

 

Лекция 6

     Цель лекции- ознакомить студентов с физическими основами передачи электромагнитной энергии по оптическим волокнам

 

6.Физические основы передачи электромагнитной энергии по оптическим волокнам

 

6.1    Отражение   и  света   на   границе   преломление раздела двух диэлектрических сред

Отражение света. Когда свет падает на границу раздела двух сред, определённая его часть отражается. Количество отражённого света зависит от угла а.] между падающим лучом света и нормалью к поверхности падения. Термин «луч света» здесь используется для обозначения пути, по которому проходит световая энергия. Для отражённого луча и утла <ъ, образованного нормалью к поверхности падения и отражённым лучом света имеют силу следующие утверждения:

отражённый луч: остаётся в плоскости  падения, образуемой   падающим   лучом света и нормалью к поверхности падения луча; по   отношению   к   падающему лучу        света       лежит    на противоположной   стороне    от

нормали к поверхности падения луча; имеет     угол     отражения     по

отношению к нормали к поверхности падения, равный углу падения.

Преломление света. Когда луч света входит под углом падения а. в оптически более плотную среду (например, стекло или воду) из оптически менее плотной среды (например, воздуха), то его направление распространения по отношению к нормали к поверхности падения изменяется, он преломляется под утлом преломления р.

Для изотропной среды, то есть материала или вещества, имеющего одинаковые свойства во всех направлениях, применим закон преломления Снеллиуса: отношение угла падения к синусу угла преломления является величиной постоянной и также идентично отношению с/с2 скоростей света С] в первой среде и с во второй среде

,

 

где С1 - скорость света 1; С2 - скорость света 2.

Из двух оптических сред более плотной называется та,  в которой скорость света  меньше.

При переходе из вакуума (воздуха), где свет распространяется со скоростью Со, в среду со  скоростью  света С  имеет силу отношение:

Отношение скорости света с0 в вакууме к скорости света с в среде называется показателем преломления я (более точно, фазовым    показателем преломления)  , соответствующей среды.

Показатель  преломления вакуума (воздуха) . Для   двух  различных  сред   с показателями преломления  и  ; и скоростями света в них  и  имеют силу следующие соотношения:

 

     и                    

Отсюда следует еще одна форма закона Снеллиуса - отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно обратному отношению соответствующих показателей преломления:

           

 

6.2 Полное внутреннее отражение

      Луч света ( 3) падает на поверхность раздела между средой с показателем преломления n  и средой с показателем с    n,причем n  меньше,чем  n( рисунок 6).

 

 

 

 

1’ - полностью отраженный луч с

2' - преломленный луч света с уг. преломления ро

3' - преломленный луч

Рисунок 6 - Полное внутреннее отражение

 

 В этом случае луч света (2') распространяется параллельно поверхности раздела двух сред(.рис6). Угол падения а0 называется критическим (предельным) углом двух сред.

Для критического угла ао имеет силу следующее соотношение:

,

то    есть    критический   угол    зависит от отношения преломления  п, и п2 двух сред.

Для всех лучей, у которых угол падения а больше критического угла а0, не существует соответствующих преломленных лучей в оптически менее плотной среде. Эти лучи света отражаются на поверхности раздела обратно в оптически более плотную среду - это явление называется полное внутреннее отражение (луч света 1).

Полное внутреннее отражение может происходить на поверхности раздела сред только тогда, когда луч света распространяется из оптически более плотной среды (например, стекло nt=l,5) в оптически менее плотную среду (например, воздух по=1), и никогда не происходит в обратном случае.

6.3. Числовая апертура.

 

Эффект полного внутреннего отражения реализуется в волноводах за счет того, что в середине световода имеется «с сердцевина» с показателем преломления п, и вокруг нее - оболочка с показателем преломления п2, при этом п, несколько  больше (рисунок 9).

 

 

Рисунок 7-Распространение света в волоконном световоде

 

Для того ,чтобы ввести свет снаружи (воздух с показателем преломления па=1) в сердцевину, угол ввода между лучом света и осью световода можно определить в соответствии с законом преломления:

              

 

и, следовательно:

    

 

С   учетом данного  требования  результат будет следующим:

                 

Максимальный возможный угол ввода (лучей на торец световода)  называется входной угловой апертурой световода. Она зависит только от двух показателей преломления:  и п2.

 Синус входной угловой апертуры называется числовой апертурой NA световода.

       

Эта величина очень важна для ввода света в световод.

 

 

6.4. Частотное и пространственное изменения показателя преломления

 

Внутри волновых пакетов отдельные волны распространяются с различными скоростями благодаря их различным длинам. Скорость распространения такого волнового пакета называется групповой скоростью. Определен и соответствующий групповой показатель преломления ng, который соотносится с показателем преломления следующим образом

            

Выражение  дает наклон кривой показателя преломления п(), который в рассматриваемом диапазоне длин волн является нисходящим (отрицательным). Полезно отметить, что групповой показатель преломления достигает своего минимума вблизи длины волны 1300 нм. Этот диапазон длин волн является особенно интересным для оптической связи.

Если рассматривать показатель преломления и волоконного световода как функцию от радиуса г, то используется термин профиль распределения показателя преломления. С его помощью описывается радиальное изменение показателя преломления от оси волокна в стекле сердцевины в направлении стекла оболочки: п=п(r).

Распределение мод в волоконном световоде зависит от формы этого профиля распределения показателя преломления (рисунок 2.6).

Рисунок 8-Профиль показателя преломления волоконного световода

Для практического применения важными являются «профили распределения показателя преломления, описываемые по степенному закону» (степенные профили). Под ними понимаются профили показателя преломления, у которых кривая изменения по радиусу описывается как степенная функция радиуса:

 

, для  r<a (в сердцевине)

и

 

, для   ra (в оболочке)  ,          

где

 - показатель преломления в центре сердце;

 - показатель преломления вдоль оси оптического волокна;

 - нормированная разность показателей преломления;

r расстояние от оси оптического волокна, мкм;

 - радиус сердцевины, мкм;

u показатель степени профиль;

 - показатель преломления оболочки;

 

Нормированная разность показателей преломления соотносится с числовой апертурой NA или показателями преломления п, и п2 следующим образом:

              

 

Отметим особые случаи (рисунок 10):

и = 1   - треугольный профиль

и = 2   - параболический профиль

и ->со- ступенчатый профиль (предел величины и - бесконечность).

 

Лишь в последнем случае - при ступенчатом профиле - показатель преломления п(г)=п, в стекле сердцевины остается постоянным.

 Для всех других профилей показатель преломления п(r) в стекле сердцевины постепенно увеличивается от я; для стекла оболочки до  у оси волоконного световода.

 Поэтому такие профили называют градиентными профилями распределения показателя преломления.

 Это название особенно хорошо закрепилось за параболическим профилем, имеющим и=2, оптические волокна с таким профилем имеют технически очень хорошие характеристики передачи света.

 

Лекция 7

 

     Цель лекции: показать студентам различие между оптическими волокнами  с градиентным профилем показателя преломления и ступенчатым профилем показателя преломления

 

Оптические волокна со ступенчатым профилем показателя преломления.

Для того чтобы свет направлялся в стекле сердцевины волоконного световода со ступенчатым профилем показателя преломления благодаря полному внутреннему отражению, необходимо иметь показатель преломления nt стекла сердцевины немного больше показателя преломления оболочки на границе раздела двух стеклянных сред. Если показатель преломления п, одинаков по всему поперечному сечению сердцевины, то говорят, что показатель преломления имеет ступенчатый профиль, так как при переходе от стекла оболочки к стеклу сердцевины показатель преломления возрастает ступенеобразно и остается там неизменным.

Типичные размеры многомодового световода со ступенчатым профилем показателя преломления:

- диаметр сердцевины    = 100 мкм;

- диаметр оболочки        D = 140 мкм;

- показатель преломления сердцевины   1,48;

- показатель преломления оболочки - 1,46;

В этом случае для критического угла а0 полного внутреннего отражения, то есть наименьшего угла к нормали падения, при котором луч света направляется в стекле сердцевины и не преломляется в стекле оболочки, справедливы.

                               

Все лучи света, которые образуют угол с осью волоконного световода , распространяются в стекле сердцевины.

;       

 

Такой волоконный световод является многомодовым. Импульс света, распространяющийся в нем, состоит из многих составляющих, направляемых в отдельных модах световода. Каждая из этих мод возбуждается на входе волновода под своим определенным углом ввода и направляется по нему в пределах стекла сердцевины соответственно по различным траекториям движения луча. Каждая мода проходит разное расстояние оптического пути и поэтому приходит на выход световода в разное время. Наибольшее время прохождения соотносится с меньшим временем прохождения так же, как соотносятся показатели преломления стекла сердцевины и оболочки, и поэтому данное отношение имеет величину того же порядка, что и нормированная разность показателей преломления А, то есть выше 1 %.

Эта модовая дисперсия может быть полностью исключена, если структурные параметры ступенчатого световода подобрать таким образом, что в нем будет направляться только одна мода, а именно - фундаментальная (основная) мода НЕи.

Однако основная мода также уширяется во времени по мере ее прохождения по такому световоду. Это явление называется хроматической дисперсией . Поскольку она является свойством материала, она, как правило, имеет место в любом оптическом световоде. По сравнению с дисперсией мод хроматическая дисперсия в диапазоне длин волн от 1200 до 1600 нм относительно мала или отсутствует.

Чтобы описать размер (радиальную амплитуду поля) фундаментальной моды, был введен термин диаметр поля моды 2wa . Для изготовления ступенчатого волоконного световода с малым затуханием, который направляет только фундаментальную моду в диапазоне длин волн более 1200 нм, диаметр поля моды 2w0 должен быть уменьшен до 10 мкм. Такой ступенчатый волоконный световод называется одномодовым оптическим волокном. Если одномодовые световоды имеют изгибы или соединения, то размер диаметра поля моды является важным фактором, влияющим на характеристики затухания. Так, увеличение диаметра поля моды приводит к ухудшению пропускания света в изгибах, но уменьшает потери в разъемных и неразъемных соединениях.

 

7.1  Оптические волокна с   градиентным профилем показателя преломления.

     В многомодовом ступенчатом световоде моды распространяются по оптическим путям различной длины и поэтому приходят к концу световода в разное время. Эта нежелательная модовая дисперсия может быть значительно уменьшена, если показатель преломления стекла сердцевины уменьшается параболически от максимальной величины п1 у оси световода до величины показателя преломления п2 на поверхности раздела с оболочкой.

Такой градиентный профиль показателя преломления или профиль показателя преломления, описываемый по степенному закону, с показателем степени профиля и=2 характеризуется уравнениями:

, для  r<a в сердцевине ;,    для r>a в оболочке

Оптический  волновод с таким градиентным профилем показателя преломления также называется градиентным волоконным световодом. Типичные размеры световода с  градиентным  профилем  показателя преломления диаметр сердцевины = 50 мкм; диаметр оболочки D - 125 мкм; максимальный показатель преломления сердцевины и, =1,46; разность показателей преломления А = 0,010. На рисунке 2.8 представлены ход световых волн различного порядка и профиль показателя преломления градиентного световода.

Рисунок 9- Оптическое волокно с градиентным профилем показателя преломления

 

Лучи света проходят по оптическому волокну по волно- и винтообразным спиральным траекториям. В противоположность ступенчатому профилю показателя преломления, они распространяются уже не зигзагообразно. Вследствие непрерывного изменения показателя преломления п(r) в стекле сердцевины лучи непрерывно преломляются, и поэтому их направление распространения меняется, за счет чего они распространяются по волновым траекториям. Лучи, колеблющиеся вокруг оси волновода, проходят более длинный путь, чем луч света вдоль оси световода.

 Однако, благодаря меньшему показателю преломления в отдалении от оси оптического волокна эти лучи распространяются соответственно быстрее, благодаря чему более длинные оптические пути компенсируются меньшим временем прохождения.

В результате различие временных задержек разных лучей почти полностью исчезает ,причем как параметр Р«1, так и разность показателей преломления n зависят от длины волны X, и поэтому показатель степени профиля и также зависят от длины волны.

Поскольку показатель преломления n(r) градиентного волоконного световода зависит от расстояния г от оси световода, то числовая апертура, играющая важную роль для ввода света в сердцевину, является функцией r.

                                               

Для   типичного   световода   с    градиентным   профилем    показателя преломления числовая апертура равна

,                         

и максимальная входная угловая апертура тах у оси световода равна

;                                     

 

Лекция 8

 

Цель лекции- рассмотреть многоступенчатый профиль показателя преломления ,а также волновую и лучевую теорию передачи оптических сигналов

8.1 Многоступенчатый профиль показателя преломления

Дисперсия в одномодовом волоконном световоде состоит из дисперсии двух типов. С одной стороны, существует дисперсия материала, вызываемая зависимостью показателя преломления и, следовательно, скорости света от длины волны п=п(λ)), с=с(λ). С другой стороны, существует волноводная дисперсия, возникающая в результате зависимости распределения света фундаментальной моды НЕ11 по стеклу сердцевины и оболочки  и, следовательно, разности показателей преломления от длины волны: Δ=Δ (λ). Оба типа дисперсии, вместе взятые, называются хроматической дисперсией. В диапазоне длин волн более 1300 им эти два типа дисперсии в кварцевом стекле имеют противоположные знаки. Дисперсия материала может быть изменена лишь незначительно с помощью других легирующих добавок. Напротив, волноводная дисперсия может быть подвержена сильному влиянию за счет использования другой структуры профиля показателя преломления.

Профиль показателя преломления обычного одномодового световода бывает ступенчатым с разностью показателей преломления Δ. Для такой простой структуры профиля сумма дисперсии материала и волноводной дисперсии при длине волны λ=1300 нм равна нулю.

Если желательно иметь нулевую дисперсию при других длинах волн, то необходимо изменить волноводную дисперсию и, следовательно, структуру профиля волоконного световода. Это приводит к многоступенчатому или сегментному профилю показателя преломления. Используя эти профили, можно производить волоконные световоды, у которых длина волны с нулевой дисперсией сдвинута до 1550 нм (так называемые волоконные световоды со сдвинутой дисперсией) или величины дисперсии очень малы во всем диапазоне длин волн от 1300 до 1550 нм (так называемые волоконные световоды со сглаженной дисперсией )

 

 Основные понятия положения волновой теории передачи света по оптическим волокнам

 

Так как свет представляет собой электромагнитную волну, а ее распространение в любой среде описывается уравнениями Максвелла, распространение света может рассматриваться путем определения развития связанных с ним векторов напряженности () и индукции () электрического поля, а также векторов напряженности () и индукции () магнитного поля. Последние связаны между собой и параметрами среды распространения следующими уравнениями Максвелла, при условии, что проводимость среды  σ= 0 [10]:

. Волновой анализ распространения оптических сигналов.

Как уже отмечалось, всестороннее исследование характеристик ОВ может быть проведено только на основе волновой теории, путём решения уравнений Максвелла, которые для продольных составляющих электрического Ez, и магнитного Hz полей применительно к сердцевине двухслойного ОВ, ось которого совмещена с осью z цилиндрической системы координат, имеют вид [7]

,

,                    

где

- -   поперечный коэффициент распространения волны в сердцевине волокна;

β-   продольный коэффициент распространения;

n       коэффициент преломления.

,     ,

 

k0 -     волновое число;

εо и μо - диэлектрическая и магнитная проницаемость среды соответственно, а индексы 1 и 2 соответствуют параметрам сердцевины и оболочки. Поскольку волокно выполняется из немагнитного материала, то μ0=1/, следовательно

.

 

Как известно, в силу отличия физических процессов распространения волн в сердцевине и оболочке ОВ для решения данных систем уравнений используются различные функции. Так, для сердцевины решения ищутся в виде функций Бесселя и записываются как [7]

 

;.

 

Решения уравнений для оболочки выражаются через функцию Ганкеля и имеют вид

 

;  .

 

В общем случае уравнения такого вида имеют ряд решений, каждому из которых соответствует определённый тип волны, называемый модой, которая определяется сложностью структуры поля, в частности числом максимумов и минимумов в поперечном сечении, и обозначается двумя числовыми индексами п и т. Индекс п означает число изменений поля по периметру ОВ, а индекс т - число изменений поля по диаметру.

В оптическом волокне могут распространяться два типа волн: симметричные продольные Епт и Ннт, у которых по одной продольной составляющей, и несимметричные волны, имеющие одновременно по две продольные составляющие, одна из которых ЕНпт с преобладанием электрической составляющей Ег и другая НЕnт с преобладанием магнитной составляющей Hz,. При т>0 имеем гибридные моды, а при т=0 - поперечные моды Т01, и ТН01.

Чем меньше диаметр dc,, тем меньше сечение светового потока, поступающего в оптическое волокно, тем меньше различных типов колебаний (обусловленных множеством решений уравнения Максвелла), или мод, возникает в оптоволокне. Волокно, в котором распространяется несколько мод, называется многомодовым (ММ), а то, в котором распространяется одна мода - одномодовым (ОМ). Для промышленно выпускаемых световодов ОМ-волокно имеет диаметр 7-10 мкм, а ММ-волокно - 50; 62,5; 85 и 100 мкм . В ОМ-волокне поддерживается только одна гибридная мода HE11, называемая основной модой, в ММ-волокне поддерживаются различные, как поперечные, так и гибридные, моды.

 

Лучевая теория передачи по световодам

 

Рассмотрим процесс прохождения лучей по двухслойному световоду

 

Лучи света распространяются зигзагообразно по сердечнику световода, многократро отражаясь от границы серцевина- оболочка.

 

а)

б)

в)

 

Рисунок10  - Распространение энергии в световоде

 

а: θ®900; λ®0; ¦®¥ (короткие волны)

 

б: θ®0; λ®d; ¦® – волны, соизмеримые с диаметром сердечника

в: θ=0 ;λ0=d, ¦0= -критические волны

Таким образом, в световоде могут распространяться лишь  волны длиной, меньшей, чем диаметр сердечника

d – диаметр сердечника;  l-длина волны

Лекция 9

 

     Цель лекции: рассмотреть характеристики (обобщающие параметры), используемые для оценки свойств ОВ

 

9.1 Нормированная и критическая частота.

 

 

 
Условием существования направляемой моды является экспоненциальное убывание её поля в оболочке вдоль координаты r, причём степень уменьшения напряжённости с ростом г определяется значением υ, уменьшение которого приводит к перераспределению поля в оболочку ОВ -появлению вытекающих волн. При υ=0 происходит качественное изменение волнового процесса, заключающегося в невозможности существования направляемой моды. Этот режим называется критическим, в связи с чем очень важно определение условий его возникновения, что можно осуществить подстановкой в последнее уравнение значения v=0, в результате чего правые части уравнений обращаются в бесконечность и для Е и Н мод будет справедливо условие [7]

которое определяет границы их возникновения или исчезновения.

Последнее уравнение имеет бесчисленное множество решений, поэтому, обозначив положительный корень через р, а также используя выражения для χ и  υ мы получим

Введём величину, которая носит название нормированной частоты

 

 

где а - радиус сердцевины волокна.

Это один из важнейших обобщающих параметров, используемых для оценки свойств ОВ, который связывает его структурные параметры и длину световой волны, распространяемой в волокне.

"С увеличением радиуса сердцевины волокна величина V растет, а с увеличением длины волны уменьшается.

Одномодовый режим реализуется, если нормированная частота V≤2,405. Чем меньше разность Δп=n1-n2 тем при большем радиусе световода обеспечивается одномодовый режим.

Так, при 2,405<V<5,520 в ОВ распространяются моды Е01 и H01 а при 5,520<V<8,654 к ним добавляются моды Е02 и Н02 и т.д., в то время как неравенство V<2,405 указывает на отсутствие симметричных мод.

Последняя формула позволяет определить значения критических длин волн λкр для симметричных волн в виде [2]

или, переходя к частоте

Очевидно, что для распространяющейся моды должно выполняться условие λ<λкр, то есть V>V0m, в противном случае этой моды нет,

 

 
В отличие от симметричных мод несимметричные имеют все шесть составляющих векторов электромагнитного поля и их невозможно разделить на электрические и магнитные. Критическая нормированная частота в этом случае определяется выражением [7]

где рnт - положительный корень соответствующего трансцендентного уравнения, который характеризует тип волны (моду) и может быть определен из таблицы 3. [11] Среди направляемых мод особое положение занимает мода НЕ11, у которой критическое значение нормированной частоты v = 0. Это основная (фундаментальная) мода ступенчатого ОВ, так как она распространяется при любой частоте и структурных параметрах волокна. С точки зрения геометрической оптики, она образуется лучом, вводимым вдоль оси волокна, так как только характеристики такого луча не зависят от условий отражения на границе «сердцевина - оболочка».  Выбирая  параметры  ОВ,  можно записать условие одномодовой передачи :

 

 

8.2. Число направляемых мод и длина волны отсечки

Минимальная длина волны, при которой в волокне распространяется фундаментальная мода, называется волоконной длиной волны отсечки, значение которой легко определяется из последнего выражения как

 

 

Очевидно, что число направляемых мод в ОВ определяется числом решений дисперсионного уравнения по заданным значения λ излучения. При этом изменение соотношения между указанными величинами приводит к изменению N. Общее число мод в ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления можно определить как

 

 

Учитывая приведённые выше выражения для профилей показателей преломления, можно определить число мод для волокна с произвольным профилем как [7]

 

 

Таким образом, при равной нормированной частоте число направляемых мод у ОВ с параболическим показателем преломления в два раза меньше, чем у   ОВ   со   ступенчатым,   следовательно,   его   характеристики   передачи существенно лучше.

 

8.3. Диаметр медового поля

 

Одной из основных характеристик одномодового волокна является распределение модового поля, определяемого ещё как модовое пятно, диаметр которого в случае гауссова луча равен ширине кривой распределения амплитуды оптического поля на уровне 1/е или ширине кривой распределения оптической мощности (интенсивности) в точке 1/е2.

Для его определения необходимо найти зависимость передаваемой мощности от смещения [7]

 

Лекция 10

 

     Цель лекции: ознакомить студентов с основными характеристиками оптических кабелей ( затухание и дисперсия )

 

10.1 Классификация   затуханий   в  оптических кабелях

При распространении оптического сигнала внутри волокна происходит его экспоненциальное затухание, вызываемое потерей мощности Р и обусловленное различными линейными и нелинейными механизмами взаимодействия световых волн/частиц со средой волокна. Если Ро -мощность, вводимая в волоконный световод длиной L, прошедшая мощность PL определяется выражением

 

 

где     Ро - мощность, вводимая в волокно;

L  - длина волокна;

ат - постоянная затухания волокна.

Используя эту формулу, можно получить выражения для оценки общих и удельных километрических потерь соответственно

 

 

Удельные или километрические потери, определяемые по формуле (4.1.3) и имеющие размерность [дБ/км], часто называют коэффициентом затухания ОВ.

 

 
Затухания в общем понимании обусловлены собственными потерями в ОВ ас и дополнительными потерями, так называемым кабельными, ак обусловленными скруткой, а также деформацией и изгибами оптических волокон   при   наложении   покрытий   и   защитных   оболочек   в   процессе изготовления оптического кабеля:

 

 
Собственные    потери   волоконного   световода   состоят   из    потерь поглощения аn и потерь рассеяния аp:

Источники потерь, отнесенные к этой категории, являются постоянными для того или иного типа волокна, они определяются совершенством технологии производства волокна, и, как показывает опыт эксплуатации волоконно-оптических кабелей, километрическое затухание в ОВ не изменяется в течении длительных (приблизительно 10 лет) сроков.

Потери, возникающие при распространении сигнала по волоконному световоду, объясняются тем, что часть мощности, поступающей на вход световода, рассеивается вследствие изменения направления распространения лучей на нерегулярностях и их высвечивания в окружающее пространство р), другая часть мощности поглощается как самими молекулами кварца (αnm), так и посторонними примесями nn), выделяясь в виде джоулева тепла.

 

 

Описанная   выше   классификация   затуханий   в   оптическом   кабеле представлена на рисунке 11

 

Рисунок 11- Классификация затуханий в оптическом кабеле

 

10.2 Затухания из-за поглощения энергии в материале оптического кабеля.

 

Потери на поглощение состоят из собственного поглощения и поглощения из-за наличия в стекле ионов металлов переходной группы Fe2+, Син, Cri+ и ионов гидроксильной группы ОН. Собственное поглощение проявляется при идеальной структуре материала. Механизм этих потерь связан с поведением диэлектрика в электрическом поле (диэлектрической поляризацией). В диапазоне рабочих частот ВОСП количественно они могут быть оценены по формуле [11]

 

 

где      n1 -   показатель преломления сердцевины ОВ;

tgδ - тангенс угла диэлектрических потерь материала сердцевины ОВ, принимающий значения в диапазоне от 10-12 до 2-10-11;

λ -    длина волны, км.

Как видно из формулы ,эта составляющая поглощения линейно растет с частотой и существенно зависит от свойств материала оптического волокна (tgδ). Она характеризует нижний предел поглощения для данного диэлектрика и становится значимой в ультрафиолетовой и инфракрасной областях. При длине волны излучения выше 1,6 мкм обычное кварцевое стекло становится непрозрачным из-за роста потерь, пропорциональных показательной функции и уменьшающихся с ростом частоты по закону [11]:

 

 

где с и k- постоянные коэффициенты (для кварца k=(0.7+0,9)-106 м, с=0,9).

Другой существенной в отношении поглощения примесью является вода, присутствующая в виде ионов ОН-. На содержание ионов ОН' в стекле влияет процесс его изготовления. Ей соответствует ярко выраженный максимум поглощения в районе длины волны 1480 нм. Он присутствует всегда. Поэтому область спектра в районе этого пика ввиду больших потерь практически не используется.  Дальнейшему   уменьшению   затухания препятствует так называемое  Рэлеевское рассеяние света.

Затухания из-за Рэлеевского рассеяния света

 

Затухания вследствие рассеяния вызываются несколькими механизмами. Во всех оптически прозрачных веществах свет рассеивается в результате флуктуации показателя преломления в свою очередь возникших вследствие тепловых флуктуации в жидкой фазе и «замороженных» при затвердевании. Показатель затухания, обусловленного рассеянием, может быть найден из выражения [10]

 

 

где      k=l,38*1023 Дж/К  -    постоянная Больцмана;

Т-1500 К -температура затвердевания стекла при вытяжке;

β=8,1*10-11 м2/Н - коэффициент сжимаемости (для кварца); и/ - показатель преломления сердцевины.

Такое рассеяние является Рэлеевским. Оно равно обратно четвертой степени длины волны и характерно для неоднородностей, размеры которых менее длины волны, а расстояние между которыми достаточно велико, чтобы явления взаимодействия были исключены. Суммарные потери на Рэлеевское рассеяние зависят от длины волны по закону λ-4 и количественно могут быть оценены по формуле [11]

 

 

где    Кр -  коэффициент рассеяния, для кварца равный 0,8 [(мкм4. дБ)/км];

 λ-    длина волны, мкм.

На рисунке 16 приводится общий вид спектральной зависимости собственных потерь с указанием характерных значений четырех основных параметров (минимумов затухания в трех окнах прозрачности 850, 1300 и 1550 нм, и пика поглощения на длине волны 1480 нм) для современных одномодовых и многомодовых волокон [24].

 

 

Рисунок 12- Собственные потери в оптическом волокне

. Дополнительные кабельные затухания

Дополнительное затухание, обусловленное кабельными потерями (αк). состоит из суммы по крайней мере семи видов парциальных коэффициентов затухания [11]

 

 

где

а'1 - возникает вследствие приложения к ОВ термомеханических воздействий в процессе изготовления кабеля; а'2~ вследствие температурной зависимости коэффициента преломления материала ОВ;а'3 -    вызывается микроизгибами ОВ;а'4 -    возникает вследствие нарушения прямолинейности ОВ (скрутка);

а'5 - возникает вследствие кручения ОВ относительно его оси (осевые напряжения скручивания);a6 -    возникает вследствие неравномерности покрытия ОВ;а'7 -    возникает вследствие потерь в защитной оболочке ОВ.

Таким образом, дополнительные потери определяются в основном процессами рассеяния энергии на неоднородностях, возникающих вследствие перечисленных влияний, и частично увеличением потерь на поглощение   энергии.

Основными причинами появления микроизгибов являются локальные неосесимметричные механические усилия различного происхождения, приложенные к очень малым участкам ОВ. К микроизгибам следует отнести такие поперечные деформации ОВ, для которых максимальное смещение оси ОВ соизмеримо с диаметром сердцевины волокна. Общий вклад потерь, создаваемых микроизгибами, может быть значителен. Вследствие микроизгиба происходит ограничение апертурного угла излучения, распространяющегося по ОВ, и часть энергии излучается из ОВ.

 

Лекция 11

 

     Цель лекции :ознакомить студентов с видами дисперсии

 

11.1 Определение и виды дисперсии

 

Наряду с коэффициентом затухания ОВ важнейшим параметром является дисперсия, которая определяет его пропускную способность для передачи информации.

Дисперсия - это рассеяние во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала, которое приводит к увеличению длительности импульса оптического излучения при распространении его по ОВ, рисунок 13

 

 

 

Рисунок 13- Искажение формы импульсов вследствие дисперсии

 

Дисперсия определяется разностью квадратов длительностей импульсов на выходе и входе ОВ

 

 

где значения tuвых и tuвх определяются на уровне половины амплитуды импульсов.

Дисперсия не только ограничивает частотный диапазон ОВ, но существенно снижает дальность передачи сигналов, так как чем длиннее линия, тем больше увеличение длительности импульсов. Она в общем случае определяется тремя основными факторами: различием скоростей распространения направляемых мод, направляющими свойствами оптического волокна и параметрами материала, из которого оно изготовлено. В связи с этим основными причинами возникновения дисперсии являются, с одной стороны, большое число мод в ОВ (модовая или межмодовая дисперсия), а с другой стороны - некогерентность источников излучения, реально работающих в спектре длин волн (Δλ) (хроматическая дисперсия). Модовая дисперсия преобладает в многомодовых ОВ и обусловлена отличием  времени  прохождения  мод  по ОВ  от его  входа до  выхода.

Механизм появления хроматической дисперсии удобно описать с помощью преобразований Фурье.

Отсутствие искажений при распространении импульсов в одномодовом световоде имеет место, если постоянная распространения β основной моды типа НЕ11 является линейной функцией частоты. Это можно показать следующим образом. Обозначим импульсный сигнал на входе световода gi(t), его преобразование Фурье Gi(t). Тогда импульс после распространения по световоду на расстояние z будет иметь вид:

 

 

После распространения в световоде длины z каждая спектральная компонента получит фазовое приращение β(ω)z. Если допустить (как это имеет место на практике), что спектральная ширина сигнала мала по сравнению с частотой оптической несущей ω/2π, то функцию β(ω) можно разложить в ряд Тейлора в окрестности центральной частоты спектра импульса ωc

 

 

Если   предположить,   что   постоянная   распространения   β(ω)   есть линейная функция частоты, то ряд Тейлора содержит только два члена и

 

 

 

Из уравнения следует, что при линейной зависимости G(со) от частоты сигнал на выходе световода является неискаженным откликом на входной сигнал (имеется лишь задержка сигнала). Постоянные члены опущены, так как они не влияют на форму импульса.

Нелинейности в постоянной распространения, которые ответственны за этот тип искажений, определяются двумя факторами. Первый из них обусловлен тем, что коэффициенты преломления материала сердечника и оболочки являются функциями частоты (материальная дисперсия). Второй фактор проявляется даже тогда, когда материалы сердечника и оболочки имеют коэффициенты преломления, не зависящие от частоты. В данном случае β сохраняет нелинейную зависимость от частоты вследствие волноводного эффекта (волноводная дисперсия). Иногда ее называют геометрической дисперсией, тем самым подчеркивая его зависимость от геометрии световода как направляющей структуры.

 

Лекция 12

 

Цель лекции- рассмотреть пропускную способность для передачи информации по дисперсии

 

Модовая дисперсия

Модовая дисперсия свойственна только многомодовым волокнам и обусловлена отличием времени прохождения мод по ОВ от его входа до выхода. Следует раздельно рассматривать процесс возникновения модовой дисперсии в ступенчатых и градиентных волокнах. В ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления скорость распространения электромагнитных волн с длиной волны λ одинакова и равна:

 

 

где:

L - длина световода;

n1 - показатель преломления сердцевины ОВ;

Со - скорость света в вакууме.

Так как минимальное время распространения оптического луча имеет место при θn=0, а максимальное при θnкр, соответствующие им значения времени распространения можно записать

 

 

Из последнего выражения следует, что модовая дисперсия возрастает с увеличением длины волокна. Однако это справедливо только для идеального волокна, в котором взаимодействие между модами отсутствует. В реальных условиях наличие неоднородностей, кручение и изгиб волокна приводят к постоянным переходам энергии из одних мод в другие то есть к взаимодействию мод, в связи с чем дисперсия становится пропорциональной . Это влияние проявляется не сразу, а после определенного расстояния прохождения световой волны, которое носит название длины установившейся связи мод и принимается равным Lc=(57) км. Оно установлено эмпирическим путем.

В инженерных расчетах при определении модовой дисперсии следует иметь ввиду, что до определенной длины линии Lc, называемой длиной связи мод, нет межмодовой связи, а затем при L>Lc происходит процесс взаимного преобразования мод и наступает установившийся режим. Поэтому при L<Lc дисперсия увеличивается по линейному закону, а затем, при L>LC, - по квадратичному закону. Следовательно, вышеприведенные формулы расчета модовой дисперсии справедливы лишь для длины линии L<LC.

При длинах линии L>LC следует пользоваться следующими формулами:

 

 

где      L - длина линии;

 Lc - длина связи мод (установившегося режима), равная 5-7 км для ступенчатого волокна и 10-15 км - для градиентного. Они устанавливаются эмпирическим путем.

. Хроматическая (частотная) дисперсия

Данная дисперсия вызвана наличием спектра частот у источника излучения, характером диаграммы направленности и его некогерентностью. Хроматическая дисперсия, в свою очередь, делится на материальную, волноводную и профильную (для реальных волокон).

Материальная дисперсия

Материальная дисперсия, или дисперсия материала, зависит (для прозрачного материала) от частоты (или длины волны X) и материала ОВ, в качестве которого, как правило, используется кварцевое стекло. Дисперсия определяется электромагнитным взаимодействием волны со связанными электронами материала среды, которое носит, как правило, нелинейный (резонансный) характер и только вдали от резонансов может быть описано с приемлемой точностью, например, уравнением Селлмейера [5]

 

 

где ω - резонансные частоты, Rj - величина j-ro резонанса, а суммирование по j для объемного кварцевого стекла ведется по первым трем резонансам.

Возникновение дисперсии в материале световода даже для одномодовых волокон обусловлено тем, что оптический источник, возбуждающий вход (светоизлучающий диод - СИД или лазерный диод -ЛД), формирует световые импульсы, имеющие непрерывный волновой спектр определенной ширины (например, для СИД это примерно 35-60 нм, для многомодовых ЛД (ММЛД) - 2-5 нм, для одномодовых ЛД (ОМЛД) - 0,01-0,02 нм). Различные спектральные компоненты импульса распространяются с разными скоростями и приходят в определенную точку (фазу формирования огибающей импульса) в разное время, приводя к уширению импульса на выходе и, при определенных условиях, к искажению его формы.

При инженерных расчетах для определения τмат можно использовать выражение [10]:

 

 

Волноводная (внутримодовая) дисперсия

 

 
Волноводная (внутримодовая) дисперсия обусловлена процессами внутри моды. Она характеризуется направляющими свойствами сердцевины ОВ, а именно: зависимостью групповой скорости моды от длины волны оптического излучения, что приводит к различию скоростей распространения частотных составляющих излучаемого спектра. Поэтому внутримодовая дисперсия, в первую очередь, определяется профилем показателя преломления ОВ и пропорциональна ширине спектра излучения источника Δλ, то есть

где   B(λ)  -  удельная   внутримодовая   дисперсия,   значения   которой представлены в таблице 2

 
 

Таблица 2- Значения удельной волноводной дисперсии

 
 


 

 

 

где Δλ - ширина спектральной линии источника излучения, равная 1 -3 нм для лазера и 20-40 нм для светоизлучающего диода; L - длина линии, км; с - скорость света, км/с.

Обычное одномодовое волокно не обеспечивает минимум дисперсии для λ=1,55 мкм, поэтому были разработаны ОВ со смещенной (Dispersion Shifted) или сглаженной (Dispersion Flatiemed) дисперсией, которые отличаются конфигурацией профиля показателя преломления. В результате исследований волокон со смещенной дисперсией было показано, что наилучшие показатели обеспечивают волокна с треугольным профилем, так как они обладают самофокусирующими свойствами и удерживают распространяющиеся лучи в небольшом объеме, прилегающем к оси ОВ.

Так как оптические волокна со смещенной дисперсией обеспечивают минимальную дисперсию только на одной длине волны, это затрудняет применение мультиплексирования для работы на нескольких оптических несущих в окне прозрачности ОВ. Поэтому с целью минимизации дисперсии во всем окне прозрачности используют волокна со сглаженной дисперсией, которые также выполняются с различными показателями преломления.

Сравнивая дисперсионные характеристики различных световодов, можно отметить, что лучшими с этой точки зрения являются одномодовые световоды, где присутствует лишь хроматическая дисперсия, величина которой не превышает нескольких пикосекунд в определенном диапазоне длин волн (λ=1,2...1,6 мкм). Из многомодовых световодов лучшие данные по дисперсии у градиентных световодов с плавным параболическим законом изменения показателя преломления, в которых происходит выравнивание времени распространения различных мод и определяющей является материальная дисперсия. Наиболее сильно дисперсия проявляется у ступенчатых многомодовых световодов, что приводит к уменьшению их использования на цифровых высокоскоростных линиях связи.

Результирующее значение уширения импульсов за счет модовой, материальной, волноводной и профильной дисперсий определяется выражением

 

 

 

Полоса пропускания оптического волокна

Многие производители волокна и оптического кабеля не используют в спецификации дисперсию в многомодовых изделиях. Вместо этого они указывают произведение ширины полосы пропускания на длину, или просто полосу пропускания, выраженную в мегагерцах на километр. Полоса пропускания в 400 МГц/км означает возможность передачи сигнала в полосе 400 МГц на расстояние 1 км. Это также означает, что произведение максимальной частоты сигнала на длину передачи может быть меньше или равно 400.Рабочая полоса частот (полоса пропускания) ОК определяет число передаваемых по нему каналов связи и лимитируется дисперсией ОВ.

 

Лекция 13

 

Цель лекции :  рассмотреть расчет длины регенерационного участка ВОСП по затуханию и дисперсии

 

13.1Основные расчетные соотношения

При проектировании высокоскоростных ВОСП должны рассчитываться отдельно длина участка регенерации по затуханию (La) и длина участка регенерации по широкополосности (Lв), так как причины, ограничивающие предельные значения La и Lв , независимы.

В общем случае необходимо рассчитывать две величины длины участка регенерации по затуханию [17]:

Laмакс  - максимальная проектная длина участка регенерации;

Laмин    - минимальная проектная длина участка регенерации.

Для оценки величины длин участка регенерации могут быть использованы следующие выражения:

 

 

где амакс и амин [дБ] - максимальное и минимальное значения перекрываемого затухания аппаратуры ВОСП, обеспечивающее к концу срока службы значение коэффициента ошибок не более 1*10-10;

αок [дБ/км] - километрическое затухание в оптических волокнах кабеля;

αнс [дБ] — среднее значение затухания мощности оптического излучения неразъемного оптического соединителя на стыке между строительными длинами кабеля на участке регенерации; Lcmp [км] - среднее значение строительной длины кабеля на участке регенерации;

αрс [дБ] - затухание мощности оптического излучения разъемного оптического соединителя; n - число разъемных оптических соединителей на участке регенерации;  τ [пс/нм-км]     результирующая дисперсия одномодового оптического волокна; (Δλ) [нм] - ширина спектра источника излучения; В [Мгц] - широкополосность цифровых сигналов, передаваемых по оптическому тракту; М [дБ] - системный запас ВОСП по кабелю на участке регенерации.

Если по результатам расчетов получено: Lв<Lмакс то для проектирования должны быть выбраны аппаратура или кабель с другими техническими данными (Δλ , τ), обеспечивающими больший запас по широкополосности на участке регенерации. Расчет должен быть произведен

снова.

 

 
Критерием окончательного выбора аппаратуры или кабеля должно быть выполнение соотношения:

 

Максимальное значение перекрываемого затухания макс) определяется как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем чувствительности приемника для ВОСП .

Минимальное значение перекрываемого затухания мин) определяется как разность между уровнем мощности оптического излучения на передаче и уровнем перегрузки приемника для ВОСП

Уровни чувствительности и перегрузки приемника определяются соответственно кнк минимальное и максимальное значения уровня мощности оптического излучения на входе приемника, при которых обеспечивается коэффициент ошибок не более 1*10-10 к концу срока службы аппаратуры для ВОСП на базе ПЦИ и СЦИ.

Системный запас (М) учитывает изменение состава оптического кабеля за счет появления дополнительных (ремонтных) вставок, сварных соединений, а также за счет изменения характеристик оптического кабеля, вызванных воздействием окружающей среды и ухудшением качества оптических соединителей в течение срока службы, и устанавливается при проектировании ВОСП, исходя из ее назначения и условий эксплуатации оператором связи, в частности, исходя из статистики повреждения (обрывов) кабеля в зоне действия оператора. Рекомендуемый диапазон устанавливаемых значений системного запаса от 2дБ (наиболее благоприятные условия эксплуатации) до 6дБ (наихудшие условия эксплуатации). Для более точной коррекции проектируемой длины участка регенерации с учетом статистики разброса величин параметров аок, анс и Lcmp и с целью обоснованного увеличения этой длины по сравнению с результатом расчета рекомендуется использовать расчеты по формулам, приведенным в нормах приемо-сдаточных измерений ЭКУ ВОСП магистральных и внутризоновых подземных ВОЛС, утвержденным АИС РК

Длина участка регенерации по дисперсии вычисляется по формуле:

         ,

(строительная длина оптического кабеля).

(ширина полосы пропускания в конце участка регенерации для одномодового кабеля)

 

13.2Световодная жила

Одно- и многомодовые световоды как таковые без дополнительного уп­рочнения непригодны для большинства случаев практического использо­вания. Причиной этого, прежде всего, является их сравнительно малое относительное удлинение разрыва, равное нескольким десятым процента, а также тот факт, что в результате возникновения напряжений, обуслов­ленных изгибом, растяжением или кручением, происходит очень большое увеличение затухания. Световод может быть пригодным для практичес­кого использования только в том случае, если он защищен оболочкой.

Эта цель, т.е. защита световодов от внешних воздействий в допус­тимых пределах с точки зрения механики, достигается за счет конст­руктивных мер кабельной технологии.

 

13.3 Односветоводная жила в полой оболочке

 

Под односветоводной жилой в полой оболочке понимается пластмассо­вая трубка-оболочка с находящимся внутри нее волоконным светово­дом, достаточно защищенным от трения и деформации. Она должна сохранять свою форму, обладать вязкостью, быть устойчивой к старению и очень гибкой, с тем чтобы с ней можно было обращаться, как с четверкой скрученных жил или с коаксиальной парой в обычных медных кабелях, не подвергая световод каким-либо заметным механическим напряжениям. Поэтому односветоводная жила в полой оболочке имеет все признаки универсально применимого основного элемента.

Оболочка состоит из внутреннего защитного слоя, имеющего очень низкий коэффициент трения, и внешнего слоя, который защищает волоконный световод от механических воздействий. Различные ма­териалы или их комбинации (например, полиэфирные смолы и по­лиамид) позволяют изготовить кабели, удовлетворяющие требованиям широкого диапазона условий окружающей среды.

Сам волоконный световод, имея определенную длину, лежит в за­щитной оболочке с зазором, равным нескольким десятым миллиметра, что допускает также его подвижность в радиальном направлении. Поскольку эта оболочка имеет гладкую внутреннюю и внешнюю по­верхности, перемещения световода в полой оболочке не вызывают большого сопротивления.

Если исходить из одинаковой длины световода и полой оболочки, то за счет скрутки односветоводная жила в полой оболочке может расс­матриваться как компенсатор длины, который легко допускает изме­нение длины кабеля 0.4 %, максимум вдвое больше (т.е. 0.8 %), без изгиба или разрыва световода на куски.

Особое преимущество односветоводной жилы в полой оболочке заклю­чается в том, что у нее легко может быть снята изоляция с целью соединения или ввода-вывода света. При подготовке неразъемных и разъемных соединений это бывает очень полезным.

На рис. 14, 15 и 16 показаны преимущества полых оболочек за счет разного положения световодов при различных состояниях кабеля.

 

 
 

 


           

Рисунок 14- Положение световода в полой оболоч­ке при отсутствии напряжений

1         Центральный элемент

2          Световод

 
 

3         Защитная оболочка

 


Рисунок 15-Положение световода при растяжении кабеля

 

 

 
 

 

 

 

 


Рисунок 16- Положение световода при сжатии кабеля

 

 

При растяжении, например, вследствие растягивающего напряжения волоконно-оптического кабеля световод смещается в направлении внутренней стороны полой оболочки, при этом сначала ее не касаясь и не подвергаясь деформации, что вызвало бы повышение затухания. Удлинение кабеля передается на световод лишь при величине уд­линения, начиная примерно с 0.5—1 % в зависимости от размеров полой оболочки. Лишь начиная с этих величин, реакцией световода будет повышение затухания (рис. 15).

Если кабель сжимается, то световод движется к внешней стороне полой оболочки (рис. 16). Здесь снова этот компенсатор длины предотвраща­ет изменение затухания благодаря тому, что компенсирует воздействие внешних факторов. Сжатие кабеля происходит при охлаждении.

Заполнение

При повреждении волоконно-оптического кабеля следует ожидать, что при определенных условиях окружающей среды вода может попасть внутрь полой оболочки и растечься по ней.

Так как вода может замерзать, то в местах ее скопления, различа­ющихся по объему, вследствие локально различного увеличения объе­ма при ее замерзании световод может быть подвергнут воздействию напряжений во многих точках, что может вызвать микроизгибы и недопустимо большое увеличение затухания. Для предотвращения это­го полая оболочка заполняется наполнителем химически нейтральной массе, которая в рассматриваемом диапазоне температур от -30 до +70 °С не за­мерзает, не истекает и не подвергает коррозии или разбуханию защитное покрытие световода. Эта масса, легко протираемая и промываемая, не оставляет после себя остатков, которые могли бы помешать соединению световодов. Она также не содержит легковоспламеняющихся веществ.

 

Многосветоводная жила в полой оболочке

 

Как описано в выше, односветоводные жилы в полой оболочке уже зарекомендовали себя на практике. Эти трубки толщиной от 1.4 до 2.2 мм в зависимости от цели применения используются преимущест­венно в конструкциях кабелей, имеющих до 14 световодов.

Используя односветоводные жилы в полой оболочке, можно спро­ектировать и изготовить кабель с очень большим количеством светово­дов. Однако в этом случае конструкции кабелей получаются более сложными с относительно большим наружным диаметром и соответст­венно большим весом, такие кабели в практическом использовании становятся все более неудобными и трудно обслуживаемыми. Для того чтобы устранить этот недостаток, вместо одного световода используется многосветоводная жила в полой оболочке с несколько большими размерами (наружный диаметр от 2.4 до 3.0 мм), состоящая из 2—12 одно- или многомодовых световодов.

Так же, как и при односветоводной жиле в полой оболочке, полое пространство заполняется вязкой слегка тиксотропной массой, которая в диапазоне температур между -30 и + 70 °С не замерзает и не размягчается

 

Лекция 14

Цель лекции: рассмотреть  классификацию оптических кабелей и принципами их маркировки

Классификация оптических кабелей

 

Волоконно-оптические кабели (ВОК) выпускаются многими компаниями, как зарубежными, например, Alkatel, AMP, BICC Cables Company/BICC KWO Kabel GmbH, Focas, Fujikura, Hellukabel, Lucent Tecnhologies, Mohawk/ CDT, NK Cabls, Phillips, Pirelli, Samsung, Simens. Sumitoto, так и российскими, например, «Москабельмет» (Москва, теперь «Москабель-Фуджикура»), «Оптен» (С. Петербург), «Оптика-кабель» (Москва, теперь «Москабсль- Фуджикура»), Самарская оптическая кабельная компания (СОКК) (Самара), «Сарансккабель» (Саранск), «Севкабель- оптик» (С. Петербург), «Трансвок» (Боровск, Калининская область) «Электропровод» (Москва), и др. Казахстанские компании, как правило, используют импортное оборудование и волокно, их продукция соответствует мировому уровню качества и подтверждена соответствующими сертификатами, что позволяет использовать её с выгодой для отечественного потребителя. Они классифицируются по назначению, условиям прокладки и конструкциям составляющих элементов [5].

 

По назначению все кабели можно разделить на три категории:

- внутренней прокладки (indoor);

- наружной прокладки (outdoor);

- специальные.

Кабели внутренней и внутриобъектовой прокладки используются внутри телефонных станций, офисов, зданий и помещений клиентов/абонентов. По условию прокладки эти кабели в свою очередь можно разделить на:

-   кабели вертикальной прокладки (riser cable);

-   кабели городской прокладки (distribution cable);

-   шнуры коммутации (patch cord).

Кабели наружной прокладки могут применяться практически на любых линиях связи'

-   воздушные (aerial);

-   подземные (buried);

-   подводные (undersea, underwater).

Кабели воздушной подвески подвешиваются на опорах различного типа и, в свою очередь, делятся на кабели:

-   самонесущие (self-supporting, например, типа ADSS - Ail-Dielectric Self-supporting;

-   полностью диэлектрические самонесущие;

-   с несущим тросом или без него, подвешиваемые на опорах различного типа, в том числе на опорах ЛЭП и контактной сети железных дорог;

-   прикрепляемые (lashed, например, типа ADL - полностью диэлектрические   прикрепляемые),   которые   крепятся   к   несущему проводу с помощью диэлектрических шнуров или ленты, ила же с помощью специальных зажимов, или спиралевидных отрезков металлической проволоки;

-   навиваемые (wrapped, например, типа SkyWrap компании Focas) -навиваются вокруг несущего, например, фазового провода или провода заземления (грозотроса);

-   встраиваемые в грозотрос (типа ORGW - Optical ground Wire - ОКГТ -оптический кабель в грозотросе).

Кабели  подземной  прокладки в свою очередь делятся на:

-   кабели, прокладываемые в кабельной канализации и туннелях;

-   кабели, закапываемые в грунт;

-   кабели,   автоматической   прокладки   (АП)   в   специальных   трубах (например, трубах типа Silikor - ПЭ трубы компании Dura-Line).

Подводные  кабели имеют следующие разновидности:

-   кабели, укладываемые на дно несудоходных рек, неглубоких озёр и болот (используются при прохождении водных преград небольшой

длины);

-   кабели, укладываемые на дно морей и океанов (что может означать не только укладку на дно, но и закрепление на определённой глубине, или закапывание в донный грунт на определённую глубину).

К специальным   кабелям относят следующие:

-   одноволоконные полностью диэлектрические (ПД) кабели в тонкой специальной    оболочке    для    использования   в    сети    внутренней коммутации различных спецустройств и приборов;

шин и компьютерных сетей суперкомпьютеров;

-   многоволоконные объёмные (матричные) ПД кабели, используемые для    прямой    (несканируемой)    передачи    плоских    графических изображений объектов (например, для передачи видеоизображений -содержат тысячи или десятки тысяч волокон).

По конструкции кабели делятся на ряд типов в зависимости от назначения, условий прокладки и других конструктивных элементов. К этим элементам относятся:

-   оптические  волокна,  имеющие   первичное  и  вторичное  защитные покрытия  или  специально  подготовленные для  укладки  в  кабель (например, соединённые вместе в плоскую ленту, а несколько плоских лент в матрицу - для увеличения общего числа волокон в кабеле до нескольких сот);

-   трубчатые  модули,  пластмассовые  или  металлические,   в  которых располагаются ОВ, называемые также оптическими модулями (ОМ);

-   профилированные сердечники, в продольных (по винтовой линии на периферии) пазах которых укладываются отдельные волокна, пучки волокон или размещаются трубчатые модули;

-   силовые элементы: центральные (в виде корда или металлической жилы) - ЦСЭ или внешние (в виде одного или нескольких повивов металлической проволоки). В качестве ЦСЭ может быть стеклопластиковый (СП) стержень, пучок специальных высокопрочных арамидных нитей (Кевлар, Тварон или Терлон), стальная поволока или стальной профилированный стержень;

-   специальные элементы, например, токопроводящие слои и повивы кабеля в грозотросе (ОКГТ) для уменьшения удельного сопротивления троса току короткого замыкания (КЗ);

-   технологические элементы типа гидрофобных заполнителей (гелей) или   водоблокирующих  лент,   препятствующих   проникновению  (и распространению вдоль кабеля) влаги, увеличивающей затухание в ОВ кабеля, и различных технологических обмоток и оболочек, служащих для различных целей, в том числе и для тех же целей, что и гели;

-   технологические  элементы  типа  корделей   (модулей-заполнителей), используемых вместо оптических  модулей  в случае малого числа требуемых волокон для сохранения выбранной геометрии конструкции кабеля (их диаметры, как правило, одинаковы с диаметром трубок для удобства формирования повива);

-   специальные интегрированные элементы типа служебных жил медного провода, используемых вместе с модулями и корделями в гибридных кабелях для заказчиков, использующих две среды передачи;

-   защитная броня либо в виде стальной (чаще гофрированной) ленты для защиты  от  механических  повреждений  и  грызунов,  либо  в  виде круглых   (реже   сегментированных)   стальных   нержавеющих   или оцинкованных проволок накрученных в виде повивов (в один или несколько слоев) для придания нужных защитных и механических свойств.

Маркировка оптических кабелей

 

Маркировка ВОК достаточно разнообразна и зависит от компаний производителей. Обычно используются два типа маркировки: кодовая буквенно-цифровая и непосредственная, когда вслед за маркой кабеля последовательно указываются значения основных параметров. Рассмотрим маркировку кабеля наружной прокладки.

:

-  ОМ волокно со сдвигом дисперсии (диаметр сердцевины - 8 мкм) работает на длине волны 1550нм и поставляется с затуханием 0,2-0,25 дБ/км;

-  ОМ волокно стандартное (диаметр сердцевины - 10 мкм) работает на длинах волн 1550 и 1310 нм и поставляется с затуханием: 0,2-0,25 дБ/км для λ=1550 нм и 0,35-0,4 для λ=1310 нм;

-  ММ волокно стандартное (диаметр сердцевины 50 мкм) работает на длинах волн 850 и 1310 нм и поставляется со следующими значениями затухания:   2,4-5   дБ/км  для  >.=850   нм  (широкополосность   400-600 МГц-км) и 0,5-1,5 дБ/км для λ==1310 нм (широкополосность 400-1500

МГц-км);

-  ММ стандартное (диаметр сердцевины 62,5 мкм) работает на длинах волн   850   и   ШОнм     и   поставляется  со  следующими  значениями затухания: 2,8-5 дБ/км для Х=850нм (широкополосность 160-400МГц-км) и 0,6-1,5 дБ/км для /.=1310 нм (широкополосность 200-800МГц-км).

 

Конструкции волоконно-оптических кабелей

Все существующие волоконно-оптические кабели можно разделить на кабели внешней прокладки, кабели внутренней прокладки и кабели специального назначения.

Кабель внешней прокладки в зависимости от условий их применения можно разделить на кабели для прокладки в трубах, кабельной канализации, коллекторах, непосредственно в грунт, подвесные и подводные. Кабели этой категории подвержены значительным механическим нагрузкам, возникающим в процессе их прокладки и эксплуатации. Вредное влияние оказывают различные химически агрессивные вещества и влага. Воздействие грызунов на кабель может привести к ухудшению рабочих характеристик или полному выходу из строя.

Все эти факторы определяют основные конструктивные элементы, характерные для этой категории кабелей. К таким элементам относятся трубки со свободной укладкой оптических волокон, скрученные вокруг металлического или диэлектрического ЦСЭ или одна центральная трубка для укладки большого числа ОВ; заполнение свободного пространства ОК ГЗ или водоблокирующие ленты для обеспечения продольной водонепроницаемости; силовые элементы в виде слоев арамидных нитей, стеклопластиковых стержней или стальной проволоки; защитная броня в виде стальной (чаще гофрированной) ленты для защиты от механических повреждений и грызунов, либо в виде крученых стальных нержавеющих или оцинкованных проволок, наложенных слоями для придания нужных механических защитных свойств; защитный шланг из полиэтилена черного

цвета.

Кабели для наружной прокладки. Кабели для прокладки в земле эксплуатируются, в основном, при изменении температурного режима от-60°С до + 55°С, при воздействии на них воды, льда, гидростатического давления воды, агрессивных жидкостей, ударов твердых пород и пр. ОК данного типа прокладывают с помощью обычного оборудования, используемого для прокладки магистральных кабелей связи. Примеры конструкции ОК для прокладки в земле представлены на рисунке 17

 

 

 

 

1 - ОВ; 2 - заполнитель ОМ; 2 - трубка ОМ; 4 - ЦСЭ; 5 - кордель; 6 - ГЗ сердечника; 7 - скрепляющая обмотка; 8 - армирующий слой; 9 - оболочка; 10(1) - гофрированная броня; 10(2) - подушка под броню; 11— ГЗ брони; 12 - ленточная броня; 13 - шланг.

Рисунок 17- Конструкция ОК для прокладки в земле

 

Оболочка из полиэтилена служит защитой от проникновения влаги. Гофрированная стальная оболочка защищает кабель от повреждения при прокладке и грызунов. Наружный слой из полиэтилена уменьшает трение кабеля при его прокладке. Гидрофобный заполнитель кабеля препятствует проникновению внутрь влаги. При этом оптические характеристики ОВ при эксплуатации не ухудшаются. Общий диаметр кабеля (Дн) составляет 14.. .25

Минимальный радиус изгиба кабеля 20 D, максимально допустимое усилие растяжения от 2,5 до 4,0 кН.

Кабели для прокладки в каналах кабельной канализации, трубах и коллекторах должны иметь высокую механическую стойкость к растягивающим и изгибающим нагрузкам, продавливанию, кручению, влаге. Прокладку этих кабелей осуществляют протяжкой строительной длины в трубы, выполненные из полиэтилена, асбестоцемента или бетона. Длина участков для прокладки ОК может составлять от 100 до 500 м.

Конструкция кабеля (рисунок 18а) содержит сердечник с армирующим элементом в виде стального троса или стеклопластикового стержня, вокруг которого скручены ОВ в полимерной оболочке, наложенной в виде трубки. Герметизация ОВ достигается через заполнение трубок желеобразным составом. Количество ОВ может достигать от 2 до 72 и более.

 

 

Рисунок 18 - Конструкция OK для прокладки в трубах и коллекторах: а - модульная, б - с профильным сердечником, в — с центрально расположенным модулем: 1 - ОВ; 2 - трубка модуля; 3 - силовой элемент; 4 - заполняющий компаунд; 5 - пластиковая пленка; 6 - защитный шланг из ПЭ; 7 - профилированный сердечник; 8 - водоблокирующая лента; 9 - ленты с волокнами.

На рисунке 18.6 в качестве примера приведена многопрофильная конструкция ОК с большим числом ОВ фирмы Alcatel. В пазах профильного модуля применяется как укладка одного ОВ, так и многоволоконная укладка. Причем в последнем случае укладка ОВ может быть ленточной. На рисунке 7.2.в приведена конструкция так называемых легких ОК фирмы Lucent Technologies (США). Эти ОК имеют сердечник в виде пластмассовой трубки с ленточной укладкой (до 96) ОВ. Трубка заполнена гидрофобным заполнителем. В качестве силового элемента используются две группы периферийно расположенных стеклопластиковых стержней. Для прокладки этих кабелей в кабельную канализацию нашел достойное место метод вдувания [10].

Кабели для воздушной подвески делятся на самонесущие диэлектрические, самонесущие с несущим тросом, навивные и встроенные в грозозащитный трос или провод высоковольтных линий электропередачи.

Самонесущие кабели используются при подвеске на опорах воздушных линий связи и высоковольтных ЛЭП, контактной сети железнодорожного транспорта, а также на стойках воздушных линий городской телефонной сети. Диэлектрическая конструкция таких ОК имеет круглую форму, что снижает нагрузки, создаваемые ветром и льдом, и позволяет использовать кабель при больших расстояниях между опорами (до 100 метров и более). В качестве силового элемента таких ОК используется ЦСЭ из стеклопластика и пряжа из арамидных нитей, заключенная между полиэтиленовой оболочкой и полиэтиленовым защитным шлангом

Для прокладки в сельских районах, а также для устройства переходов от одного здания к другому могут применяться ОК с несущим тросом Конструкция самонесущих кабелей с металлическим тросом имеет форму восьмерки; несущий трос вынесен отдельно от оптического сердечника и скрепляется с ним в единую конструкцию ПЭ оболочкой. В обоих видах кабелей свободное пространство заполнено ГЗ, но возможно использование водоблокирующих нитей и лент для уменьшения веса и ускорения процесса монтажа.

Кабели для подводной прокладки имеют конструкцию, зависящую от места их прокладки. Так например, глубоководный ОК для прокладки на дне морей и океанов имеет защиту от гидростатического давления, а кабель для прокладки на мелководье или в прибрежной полосе обеспечивается защитой от сетей и якорей. Также учитывается гибкость, нагрузки на кабель при его прокладке и извлечении со дна. Для защиты ОК от воздействия морской воды, которая под высоким давлением легко проникает через пластмассу, сердечник кабеля обычно защищается одной алюминиевой или свинцовой трубкой, а свободное пространство заполняется гидрофобом. Для необходимой механической прочности используется, как правило, двухслойная проволочная броня из гальванизированной стали. Слои проволоки скручиваются в противоположных направлениях для исключения возможности образования петель.

 

Лекция15

Цель лекции- ознакомить студентов с назначением, классификацией разъемных и неразъемных соединений.

 

15.1Назначение, классификация соединений и основные требования к ним

 

Соединение оптических волокон кабелей связи является процессом, от качества выполнения которого в дальнейшем зависит надежность и долговечность действия оптической линии связи. В общем случае данная задача может быть решена двумя принципиально различными способами: с помощью разъемных и с помощью неразъемных оптических соединителей (рисунок 19).

Рисунок 19- Основные разновидности оптических соединителей

 

 

 

Оптические соединители - это устройства, предназначенные для оптического соединения компонентов ВОСП. Разъемные оптические соединители - это устройства, допускающие многократные оптические соединения. Они предназначены для обеспечения разъемного подключения соединительных и оконечных шнуров к световоду оборудования, к коммутационному оборудованию в кроссовых и информационным розеткам рабочих мест. Неразъемные соединители допускают только однократное оптическое соединение и используются в местах постоянного монтажа кабельных систем большой протяженности (например, сетей связи общего пользования масштаба города, региона, страны и более).

Общие технические требования, которым должны отвечать оптические соединители, заключаются в следующем:

- внесение минимального затухания в сочетании с получением высокого затухания обратного рассеяния;

- обеспечение   долговременной   стабильности   и   воспроизводимости

параметров;

- минимальные габариты и масса при высокой механической прочности;

-   простота установки на кабель;

-   простота процесса подключения и отключения;

-   высокая надежность.

Дополнительно к разъемным соединителям предъявляют требования неизменности параметров при многократных соединениях.

. Разъемные соединители

 

Типы конструкций. По конструкции соединители бывают симметричными и несимметричными.

При несимметричной конструкции для организации соединения требуются два элемента: соединитель гнездовой и соединитель штекерный. Оптическое волокно в капиллярной трубке коннектора-штекера не доходит до торца капилляра, а остается в глубине. Напротив, волокно в гнездовом соединителе выступает наружу. При организации соединения физический контакт волокон происходит внутри наконечника-капилляра, который обеспечивает соосность волокон. Открытое волокно и капиллярная полость у этих соединителей являются основными недостатками, снижающими надежность несимметричной конструкции. Особенно недостатки сказываются при большом количестве переподключений. Поэтому этот тип конструкции получил меньшее распространение.

При  симметричной  конструкции для организации соединения требуется три элемента: два соединителя и переходная розетка (coupling) .   Главным  элементом  соединителя   является  наконечник (ferrule). Внешний диаметр его равен 2,5 мм. Наиболее жесткие требования предъявляются   к   параметрам   отверстия  (капилляра)  наконечника.   Оно должно быть достаточно большим, чтобы волокно могло зайти в него, и при этом достаточно малым, чтобы люфт волокна был незначительным. Диаметр отверстия в соответствии с нормативными документами TIA/EIA-568-A и ISO/IEC-11801 равен 126+1/-1 мкм для одномодового волокна и 127+2/-0 мкм для многомодового волокна. Наконечник, как самый прецизионный элемент соединителя,    должен    обладать    такой    прочностью,    жесткостью    и температурными характеристиками, которые дают возможность защитить оптическое волокно от повреждения при стыковке разъема, одновременно обеспечивая возможность небольшой деформации в месте стыка оптических волокон,    необходимой    для    снижения    потерь    на    отражении.    Переходная соединительная розетка снабжена центрирующим элементом, выполненным в виде трубки с продольным разрезом - должен быть контакт между наконечником и центрирующим элементом розетки (рисунок 8.2.в). Центрирующий элемент плотно охватывает наконечники и обеспечивает их строгую соосность.

Оптические параметры. К ним относятся вносимое затухание и величина обратного отражения. Затуханием разъёмного оптического соединителя называются потери оптической мощности, которые вносятся им в волоконно-оптическую линию передачи.

Потери разъемного соединения рс), которые возникают при прохождении оптическим сигналом разъёмного соединения, рассчитываются по следующей формуле

 

 

где Рвых - значение оптической мощности после включения в линию разъёмного оптического соединителя; Рех - базовое значение оптической мощности.

Для наиболее распространённых типов соединителей с физическим контактом типичное среднее значение вносимого затухания составляет до 0,2 дБ, а максимальное до 0,3 дБ.

Другим важнейшим оптическим параметром является величина обратного отражения, которое особенно велико в случае, если торцы волокон в разъёмном соединении разделены воздушным зазором. Тогда оптический сигнал отражается от торца ОВ вследствие разности показателей преломления сердцевины ОВ и воздуха. Этот параметр особенно важен для ВОСП, в которых источником излучения является лазерный диод, так как отражённый сигнал может привести к смещению центральной спектральной линии источника излучения, на которой нормированы его характеристики. Продолжительное воздействие отражённого сигнала в процессе эксплуатации ВОСП приводит к уменьшению срока службы источника излучения. Кроме того, из-за влияния отражённого сигнала может увеличиться коэффициент ошибок при передаче.

 

 
Величина обратного отражения (Rpc) определяется по формуле:

где Ротр - значение оптической мощности, отражённой разъёмным оптическим соединителем; Рвх - значение оптической мощности на входе разъёмного оптического соединителя.

Для снижения величины обратного отражения необходимо убрать воздушный зазор между соединяемыми ОВ. Это достигается использованием разъёмных оптических соединителей, обеспечивающих физический контакт между сердцевинами соединяемых ОВ. Для создания физического контакта используется закругление торцов ОВ при полировке с радиусом кривизны 10-25 мм. ОВ соприкасаются только выступающими частями в точке расположения их сердцевин. Плоские прижатые концы ОВ не используются, потому что получить идеально плоские параллельные торцы очень трудно. В маркировке оптических разъёмов сокращение PC (physical contact) указывает на наличие того или иного вида физического контакта ОВ. Существует несколько типов полировки торца ОВ, предусматривающих физический контакт ОВ в разъёмном соединении, каждый из которых соответствует различному уровню обратного отражения оптической мощности:

-    нормальная полировка (PC), при этом Rpc до -30 дБ;

-    суперполировка (super PC), при этом Rpc до —40 дБ;

-    ультраполировка (ultra PC), при этом Rpi до -50 дБ;

-    полировка под углом  к  оптической оси  АРС  (HRL-10),  при  этом Rpc до -70 дБ.

Особо следует остановиться на разъёмных оптических соединителях, имеющих угловой физический контакт (АРС). В оптических разъёмах этого типа физический контакт ОВ осуществляется под углом 8°, хотя существуют разъёмные   соединители,   где   используется   угол   9°,   но   они   получили значительно меньшее распространение. Угловой контакт позволяет направить отражённое оптическое излучение не назад к источнику, а под углом к оптической оси. Разъёмные оптические соединители с • угловым физическим контактом позволяют получить сверхнизкую величину обратного отражения.

На величину вносимого разъёмным соединением затухания влияют различные факторы. Их можно разделить на три основных группы:

- внутренние — обусловленные погрешностями при изготовлении ОВ;

- внешние - обусловленные погрешностями при изготовлении самого разъёмного оптического соединителя;

- системные - связанные с распределением мод в ОВ.

 

 
Потери мощности оптического сигнала из-за различия числовых апертур соединяемых ОВ происходят в том случае, если числовая апертура передающего ОВ больше числовой апертуры принимающего. Эти потери вычисляются по следующей формуле [24]:

При NAnepeд><NAnриним, апертурные потери не возникают.

Когда диаметр сердцевины передающего ОВ больше диаметра сердцевины принимающего, имеют место потери, так как часть оптической мощности распространяется в оболочке принимающего ОВ. Эти потери определяются по формуле:

 

 

При Dперед < Dприём. потери не возникают.

Внешние факторы. Они приводят к потерям, которые являются следствием несовершенства как самой конструкции соединения, так и процесса сборки оптического соединителя. Они зависят от таких факторов как: механическая нестыковка (угловое смещение в, радиальное смещение L, осевое смещение S); шероховатости на торце сердцевины; загрязнения участка между торцами волокон.

Боковое смещение. ОВ в соединителе должно размещаться точно вдоль его центральной оси. Для этого отверстие для размещения ОВ должно быть сделано точно по центру керамического наконечника. Это отверстие должно быть точно такого же диаметра, как и ОВ с точностью ±1 мкм. Потери возникают тогда, когда центральная ось одного ОВ не совпадает с центральной осью другого. Большинство производителей разъёмных оптических соединителей гарантируют значение концентричности центральных осей сердцевины ОВ и керамического наконечника соединителя не больше 1 мкм.

Зазор между поверхностями соединяемых ОВ. Наличие воздушного зазора между сколами приводит к увеличению френелевского отражения, связанного с разницей показателей преломления сердцевины ОВ и среды в зазоре (воздуха), и также вызывает увеличение потерь в разъеме. От торца ОВ отражается приблизительно 4% передаваемой оптической мощности. В многомодовых ОВ возникает дополнительное затухание, вызванное потерей мод высшего порядка при прохождении ими воздушного зазора. Величина потерь зависит от значения числовой апертуры соединяемых ОВ. ОВ с большей числовой апертурой более чувствительны к величине зазора по сравнению с ОВ, имеющими меньшее значение NA.

 

 

Рисунок 20 -Четыре  главных внешних потерь в соединителе:

 

а) потери при угловом смещении; б) потери при радиальном смещении;

в) потери при осевом смещении; г) потери из-за френелевского рассеяния на неоднородностях.

 

Большинство современных разъёмных оптических соединителей имеет керамический наконечник, закреплённый на пружине и обеспечивающий физический контакт ОВ с фиксированным прижимающим давлением. Такая конструкция позволяет избавиться от воздушного зазора, достигая физического контакта ОВ без риска их повреждения.

Угловое рассогласование осей. Сколы соединяемых ОВ должны быть перпендикулярны осям ОВ и параллельны друг другу. Уровень потерь увеличивается с увеличением угла рассогласования. Величина потерь, так же как и в предыдущем случае, зависит от числовой апертуры соединяемых ОВ. Только в данном случае её влияние противоположно эффекту, возникающему при зазоре между ОВ, поэтому большее значение NA может в определённой степени скомпенсировать эффект углового рассогласования ориентации осей.

При правильном использовании соединителя угловое рассогласование практически исключается, так как при изготовлении оптического соединителя контролируется перпендикулярность поверхности скола по отношению с оси ОВ.

Качество поверхности скола. Поверхность скола должна быть гладкой, не иметь дефектов типа трещин и царапин. Неровная поверхность торца ОВ разрушает геометрическую картину световых лучей, рассеивает их. Результатом является повышенное затухание в разъёмном соединении.

 

Стандарты соединителей. Номенклатура стандартных соединителей достаточно велика. Наиболее широкое распространение получили соединители FC, ST и SC. Общие тенденции стандартизации оптических соединителей представлены в таблице 8.2

Соединители FC-muna. Первым соединителем, основанным на 2,5-мм керамическом наконечнике, был соединитель FC-типа, разработанный компанией Nippon Telephone and Telegraph для телекоммуникационных систем. Он был очень популярен в Европе, Японии и США.

В этом соединителе применяются корпуса с резьбой, обеспечивающие  надежное соединение даже при наличии вибраций, но неудобные при быстрой расстыковке. Необходимо несколько раз повернуть резьбовую головку, прежде чем соединитель разомкнётся или восстановится. В соединителях использовались также головки с проворачиваемыми фиксаторами. Данные соединители с малым углом поворота фиксатора обеспечивают попадание наконечника в одно и то же положение внутри адаптера. Наконечник не вращается ни относительно корпуса, ни относительно адаптера, что минимизирует любые изменения характеристик соединителя, связанные с проявлением концентричности или эллиптичности как наконечника, так и волокна.

 

ОМ - одномодовое волокно, ММ - многомодовое волокно.

 

15.2 Сварные соединения оптических волоков

 

Сварные соединения, которые иногда называются сростками, широко применяются при создании линий связи большой протяженности .

Соединение ОВ методом сварки стало одним из основных методов монтажа оптических систем связи. Возможность получения хорошего сварного соединения постоянно возрастают с усовершенствованием применяемого оборудования и технологии сварки в дополнение к непрерывному совершенствованию геометрии волокна. В результате, типичные специфицируемые максимальные потери в сварном соединении находятся в настоящее время в диапазоне от 0,05 дб (сварка индивидуальных волокон) до 0,10 дБ (одновременная сварка нескольких волокон).

Качество сварного соединения можно характеризовать двумя параметрами:

-  затуханием в месте сварки;

-  прочностью сварного соединения.

Факторы, которые определяют затухание при использовании любого метода соединения волокон, могут классифицироваться на внутренние, присущие волокнам, и внешние. Факторы, определяемые ОВ, закладываются при изготовлении волокна, и поэтому в большинстве случаев находятся вне контроля оператора, производящего сварку.

Основные проблемы, создаваемые факторами окружающей среды, сводятся к возможности загрязнения волокна в месте сварки пылью и влагой. Попадание пыли в место сварки неизбежно ведет к росту затухания и снижению прочности. Поэтому рабочее место должно быть защищено от ветра и осадков. Необходимо также снижать время между разделкой волокна и сваркой, что снижает вероятность загрязнения.

Процесс сварки.

После того, как волокна состыкованы, начинается процесс их сварки. В качестве первого шага часто используется очистка от загрязнений с помощью вспомогательных дуговых разрядов. Следующий шаг состоит в предварительном нагреве концов волокон до состояния размягчения, что позволяет волокнам сплавляться в месте контакта. Слишком высокая температура на этой стадии может вызвать чрезвычайную деформацию концов волокон и привести к некачественной сварке из-за нарушения геометрии волокон. Слишком низкая температура - может вызвать искривление волокон и нарушение их стыковки при сварке.

Оптимальная температура в момент сварки зависит от температуры предварительного нагрева, тока дуги и времени разряда в момент сварки и отрезком времени между предварительным нагревом и моментом сведения волокон. Применяемые в разных аппаратах методы предварительного нагрева могут быть разделены на продолжительный и импульсный нагрев. В первом случае достигается равномерный прогрев торцевой поверхности волокна, во втором - тепло концентрируется на периферии торца. Высокое качество сварки может быть достигнуто в обоих методах, но при импульсном нагреве сварное соединение внешне может иметь утоньшение.

 

15.3Оценка или измерение затухания в сростке

Современные высококачественные сварочные аппараты обеспечивают эту функцию для того, чтобы затухание в сростке можно было оценить непосредственно после сварки. В аппаратах с автоматической юстировкой концов световодов затухание в сростке оценивается настолько достоверно, что повторение измерения на отдельных сростках даже при самых высоких требованиях не требуются.

Испытания на растяжение готового сростка

Испытания на растяжение проводятся с целью проверки механической прочности незащищенного сростка для того, чтобы при эксплуатации кабельной сети обеспечить отсутствие повреждений из-за излома световодов в защитной оболочке сростка. В этой связи во многих сварочных аппаратах имеется специальный встроенный динамометр.

Защита сростка

Голые поверхности сростка должны быть защищены, например, обжимным или термоусаживаемым предохранителем сростка в предусмотренном для этой цели устройстве. Большинство стандартных типов защитных устройств обеспечивают долговременную защиту сростков. При этом дополнительные затухания благодаря конструктивным мерам исключены.

Лекция16

 

Цель лекции- ознакомить студентов с пассивными компонентами волоконно-оптической линии связи

Назначение и типы оптических разветвителей

 

В волоконно-оптической технике часто возникают задачи отвода части оптического излучения из основного канала передачи (например, для целей мониторинга, измерения или приема сигнала обратной связи, предназначенного для управлением уровнем мощности источника излучения), а также разделения или объединения потоков оптического излучения (например, при использовании технологии волнового мультиплексирования (WDM). Такие задачи решаются с помощью оптических разветвителей.

Оптический разветвитель - это пассивный оптический многополюсник (устройство с набором входных и пеых выходных оптических портов), в котором оптическое излучение, подаваемое на входные оптические, порты распределяются между его выходными портами. Причем под оптическим портом понимается место ввода или вывода оптического излучения. Они используются в волоконной оптике с давних пор, однако с развитием систем передачи их роль значительно возросла, позволяя подсоединить к одному ОВ более одного комплекта передающих и приемных терминалов, вместо того, чтобы использовать отдельные волокна ОК. Наиболее часто данная технология используется в волоконно-оптических сетях, где общий оптоволоконный кабель переносит мультиплексированные сигналы с нескольких терминалов, расположенных в различных местах сети. Доступ к сети в этом случае осуществляется через ответвители, которые осуществляют ввод оптического сигнала с каждого терминального передатчика в кабель и перераспределяют часть мощности сигнала, передаваемого по кабелю, на каждый терминальный приемник. Кроме этого, рассматриваемые компоненты используются для объединения в единое волокно оптических сигналов многих источников, отличающихся длиной волны, а также в тех случаях, когда часть мощности должна быть введена в сердцевину волокна или направлена от нее к приемнику.

Различают разветвители нечувствительные (неселективные) и чувствительные (селективные) к длине волны, коэффициенты передачи между оптическими полюсами которых зависят от длинны волны в заданном диапазоне длин волн оптического излучения. Селективные разветвители применяются для объединения (или разъединения) сигналов с различными оптическими несущими и называются мультиплексорами (и демультиплексорами соответственно).

Разветвители бывают двух типов:

- симметричные (Х-образные), например простейший из них типа 2x2 (2 входа и 2 выхода), рисунок 12.1.а;

- несимметричные (Y-образные), например простейший из них типа 1x2 (1 вход и 2 выхода), рисунок 12.1.6.

Все другие разветвители являются частными случаями указанных двух типов и характеризуются функциональной направленностью.

 

 

 

Рисунок 21- Типы разветвителей

 

Так разветвитель Y-типа с одним входом и двумя выходами, предназначенный для ответвления заданной части мощности оптического излучения, называется ответвителем, или же разветвителем Т-типа. Разветвитель, Y-типа с одним входным и более чем двумя выходными оптическими портами называется звездообразным (или разветвителем типа «звезда»). В литературе к ним иногда относят симметричные разветвители,

Различают направленные и ненаправленные разветвители. В первых коэффициент передачи между оптическими портами (полюсами многополюсника) зависит от направления распространения оптического излучения.

 Неселективные оптические разветвители

 

Принцип работы и параметры разветвителя можно проиллюстрировать на примере Х-типа (2x2), схематически представленного на рисунок 21.а, где стрелками показаны возможные направления излучения внутри него. В приведенном четырехпортовом пассивном двунаправленном разветвителе излучение, введенное через порт 1, может выходить через порты 2 и 3, при этом в идеальном случае излучение не должно поступать в порт 4. По аналогии излучение, введенное через порт 4, может выходить через порты 2 и  3, и не должно выходить через порт 1, Таким образом, порты 1 и 4 в рассматриваемом направлении излучения являются входными, а порты 2 и 3    - выходными. Так как данный разветвитель является пассивным и двунаправленным, то возможно также обратное распространение света и изменение роли портов, то есть при подаче излучения через порты 2 и 3 они становятся входными, а порты 1 и 4 - выходными.

При прохождении света в разветвителях возникают определенные потери, для анализа которых рассмотрим вариант использования разветвителя, когда порт 1 - входной, а порт 2 и 3 - выходные.

Деление оптической мощности с помощью разветвителя Х-типа характеризуется следующими параметрами:

где Р3 - мощность оптического излучения на оптическом порте 3 при подаче излучения мощностью P1 на оптический порт 1, дБ;

- коэффициент направленности

где Р4 - мощность оптического излучения на оптическом порте 4 при подаче излучения мощностью P1 на оптический порт 1, дБ;

где Р2 и Р3 - сумма мощностей оптического излучения на оптических портах 2 и 3 при подаче излучения мощностью Р, на оптический порт 1.

Для разветвителя Y-типа коэффициент ответвления и вносимые потери определяются аналогичными соотношениями, а коэффициент направленности вычисляется по формуле

где Р2 и Р3 - сумма мощностей оптического излучения на оптических портах 2 и 3 при подаче излучения мощностью Р, на оптический порт 1.

Для разветвителя Y-типа коэффициент ответвления и вносимые потери определяются аналогичными соотношениями, а коэффициент направленности вычисляется по формуле

где Р3  - мощность оптического излучения на оптическом порте 3 при подаче излучения мощностью Р^на порт 2.

 

Относительное распространение излучения в разветвителе определяется распределением выходной мощности прошедшего через него излучения по выходным портам, причем тот порт, через который проходит основная доля мощности (при неравномерном ее распределении) называется основным, а другой порт - заглушённым. Например, при относительном распределении 25/75 25% выходной мощности проходит через заглушённый порт, а 75% -через основной.

 

Конфигурация разветвителя зависит от вводимого в него излучения, при этом наиболее распространенные значения конфигурации равны: 1x2, 1x3, 1x4, и реже 1x5, 1x6, 1x7, 1x8, 1x9.

 

Следует заметить, что конфигурация 1x2 соответствует Т-разветвителям, на базе которых проектируются локальные сети с общей шиной.

Разветвитель устанавливается на каждом узле и служит для отвода части энергии от шины к приемопередатчику присоединенного к узлу оборудования. В этом случае сигнал проходит через N-1 узлов прежде, чем достигнет приемника. Потери увеличиваются линейно с ростом числа терминалов, подключенных к шине. При этом необходимо учитывать соединительные потери (связанные с рассогласованием диаметров и апертур) для каждого узла. Поскольку на каждом узле используется как входной, так и выходной порты, то общее количество соединений составляет 2N. Последний вид потерь также имеет тенденцию линейного увеличения с ростом числа терминалов. В этой связи Т-разветвители могут эффективно работать только при ограниченном числе терминалов и обладают меньшей потребностями в кабеле для организации оптической сети.

 Разветвители типа звезда, имеющие конфигурацию 1x3 и выше, являются альтернативой Т-разветвителям и избавлены от многих перечисленных ранее недостатков. Световой поток в них в равной степени распределяется между всеми выходными портами. Потери включения данного типа разветвителя определяются отношением мощности на каком-либо выходном порте к входной мощности и изменяются в обратной зависимости от числа терминалов

Поэтому этот тип разветвителя более эффективен в сети с большим количеством станций.

В идеальном случае световой поток должен равномерно распределяться между всеми входными портами. На практике действительное значение мощности на каждом выходном порте варьируется в зависимости от индивидуальных потерь включения. Однородность разветвителя является параметром, определяющим данные вариации, и выражается как в процентах, так и в децибелах. Рассмотрим разветвитель, у которого выходная мощность на каждом порту равна 50 мкВт. Однородность на уровне +0,5 дБ означает, что реальная мощность будет варьироваться от 45 до 56 мкВт. Если величина однородности увеличится до +1 дБ, то выходная мощность будет варьироваться от 40 до 63 мкВт.

Основными требованиями, предъявляемыми к параметрам направленных разветвителей являются:

-    малые вносимые потери, которые в лучших образцах разветвителей типа 1x2 и 2x2 составляют около 0,1 дБ;

-    большой  коэффициент  направленности,  характеризующий  высокое переходное    затухание   (изолированность)    между    направленными потоками излучений и составляющий для большинства разветвителей величину > 55 дБ;

-    минимальное отклонение от заданного коэффициента ответвления, характеризующее       степень      равномерности       или      требуемой неравномерности деления вводимой мощности излучения;

-    сохранение   заявленных   параметров   в   зависимости   от   ширины волнового спектра  вводимого излучения (широкополосность). Для зарубежных однооконных разветвителей отклонение от рабочей длины волны может составлять + 40нм;

-    сохранение  модового состава распространяющегося излучения для многомодовых разветвителей и состояния плоскости поляризации для одномодовых разветвителей.

На эффективность работы разветвителя влияют следующие факторы:

-  радиус зеркала;

-  показатель   преломления   среды,   размещенной   между   волокном   и зеркалом;

-  диаметр сердцевины волокна и апертура;

-  угол между волокном и осью зеркала;

-  расстояние между волокнами.

Радиус зеркала может быть оптимизирован в зависимости от применяемого волокна, но на практике используется радиус компромиссной величины, адаптированный для широкого спектра размеров волокон и апертур. Радиус зеркала 9,2 мм обеспечивает приемлемую эффективность работы с обычными размерами сердцевин многомодовых волокон (от 50 до 100 мкм) при размещении волокон в виде параллельного массива. Наклонное расположение волокон сохраняет симметрию между падающим и отраженными пучками, уменьшает потери и позволяет использовать зеркало с радиусом всего лишь в 5 мм. Параллельное размещение волокон требует достаточно точного совмещения ориентации волокон с осью зеркала -допустимое отклонение составляет 0,4 мкм для одиомодовых волокон и 2,7 мкм для многомодовых с размерами 100/140. При выполнении данных условий потери могут быть незначительными.

 

Рисунок 23- Оптический разветвитель со сферическим зеркалом

 

На данных принципах возможно создание широкого спектра устройств, необходимых для волоконно-оптических систем. Такие разветвители являются высоконаправленными устройствами и позволяют применять различные типы волокон.

 

Лекция 17

 

Цель лекции – рассмотреть  виды оптических  разветвителей и прокладку оптического кабеля

Селективные оптические разветвители

 

Селективные оптические разветвители являются устройствами I волнового (спектрального) уплотнения (Wave - length - Division Multiplexing, I WDM), выполняющими функции мультиплексирования (MUX объединения) или демультиплексирования (DEMUX - выделения или фильтрации) оптических сигналов разных длин волн - каналов - в одно  волокно из множества волокон или из одного волокна в несколько волокон. .На передающей и приемной сторонах могут устанавливаться однотипные : устройства, но работающие в режимах MUX и DEMUX соответственно. Сам ,факт   существования   устройств   WDM   основан   на   свойствах   волокна пропускать множество каналов, которые распространяются по волокну, не взаимодействуя между собой.

Как было указано выше, наряду с функцией объединения (рисунок 12.4.а) устройства WDM также могут выполнять обратную функцию (функцию демультиплексирования) - выделения сигналов разных длин волн из волокна, рисунок 12.4.6. Большинство производимых WDM устройств совмещают режимы мультиплексирования и демультиплексирования в одном устройстве. Такие устройства могут также использоваться для мультиплексирования и демультиплексирования двунаправленных потоков, рисунок 24.в.

 

Рисунок 24- Устройство WDM

 

В идеальном случае сигнал λ1 поступающий на полюс 1 (рисунок 34.а), должен полностью проходить в общий выходной полюс 3 (common). На практике, однако, доля сигнала на длине волны λ1 ответвляется и проходит через полюс 2 аналогично, применительно к рисунку 34.6. Идеальным было бы если все 100% входной мощности сигнала Ah проходили через полюс 1 и наоборот. Здесь такой эффективности демультиплексирования для любого из существующих WDM устройств достичь невозможно. Для оценки этих паразитных явлений используют понятие переходные помехи. Они показывают, насколько эффективна работа WDM устройства [24].

 

В общем случае WDM модуль при работе в режиме мультиплексирования/демультиплексирования может иметь я входных/выходных полюсов 1, 2, ..., n, которым соответствуют длины волн λ1, λ1 ..., λ11 и один общий входной/выходной полюс (com) соответственно. Будем обозначать такой модуль 1:n.

        

Основные технические проблемы создания мультиплексоров и демультиплексоров заключаются в достижении низких потерь в области узкой полосы пропускания и высокой изоляции для соседних и иных канатов. Это связано с тем, что потери в области полосы пропускания оказывают непосредственное воздействие на бюджет мощности, а изоляция каналов влияет на отношение сигнал/шум и битовую скорость на стороне приемника терминального оборудования и, следовательно, ограничивает канальные интервалы.

Ниже приведены спецификации дополнительных параметров, которые в настоящее время используются для описания мультиплексоров в сетях уплотнения WDM.

Полоса пропускания канала - это диапазон длин волн, в котором данный порт мультиплексора имеет низкие потери и для которого определены вариации центральной длины волны используемого лазера. Она варьируется от 1,0 до 8,0 нм.

Допустимое отклонение центральной длины волны. Вследствие того, что оптический спектр каждого порта мультиплексора обычно смещается относительно идеальной длины волны для каждого канала лазера, данный параметр определяет максимально допустимую вариацию. Допустимое отклонение центральной длины волны обычно должно быть на порядок меньше ширины полос пропускания каналов и, следовательно, находится в диапазоне между ±0,1 и 0,5 нм.

Канальный интервал представляет собой расстояние (интервал) между центральными длинами волн соседних каналов и является системным параметром, определяющим параметры компонента.

30 дБ полоса частот представляет ширину спектрального диапазона, за пределами которой любой сигнал ослабляется более чем на 30 дБ по отношению к длине волны пиковой мощности. Это широко используемый параметр, потому что изоляция соседнего канала для многих систем равна 30 дБ.

В настоящее время известно большое число чувствительных к длине волны устройств, на основе которых могут быть реализованы рассматриваемые мультиплексоры. К ним относятся дифракционная решетка, периодическая волноводная решетка, волоконно-оптические и аккусто-оптические фильтры, а также резонаторы Фабри-Перо.

 

Дифракционная решетка (рисунок 25) представляет собой зеркало, на которое нанесены бороздки с очень малыми расстояниями d между ними, которое, как правило, составляет 0,8 мкм (1200 линий на 1 мм). При попадании на поверхность решетки параллельного луча света с определенной длиной волны λ. каждая бороздка, отражая его, создает цилиндрическую волну с новыми (дискретными) направлениями лучей, которые зависят от длины волны. К этим лучам относятся:

-  луч нулевого порядка (т=0), у которого      цели      падения      и отражения равны;

-    луч    первого   порядка   (m=1), который формируется в случае, когда длина пути волн соседних бороздок   отличается   на   длину волны;

-    луч    второго   порядка   (m=2), который основан на разнице двух длин волн, и т.д.

 

Рисунок 25 - Дифракционная решетка

 

 

Выполнив   простые   геометрические   операции,   базовое   уравнение решетки обычно представляется в виде

где d - период решетки (шаг бороздок);

а и β - углы падения и отражения луча относительно нормали к поверхности решетки;

т порядок отраженного луча;λдлина волны .

На рисунке 26-представлен ход лучей в дифракционной решетке в отсутствие луча нулевого порядка.

Рисунок 26 - Ход лучей в дифракционной решетке

 

На практике очень часто используется только луч первого порядка, так как при λ>d решение уравнения решетки не существует, и поэтому луч второго порядка отсутствует. В мультиплексорах по длине волны находит применение решетка, которая отражает лучи первого порядка в направлении падающих лучей. В этом случае луч первого порядка определяется из условия

Наиболее важной особенностью решетки является способность  дефрагировать (распределять) различные длины волн под различными углами. Эту способность решетки характеризует понятие угловой дисперсии, которая отражает изменение угла при изменении длины волны и определяется производной угла отражения по длине волны

Как следует из данного выражения, угловая дисперсия обратно Пропорциональна интервалу d.

Идеальная дифракционная решетка при одной длине волны и параллельном входном луче создает параллельный отражательный луч (например первого порядка), поэтому изображение, сформированное идеальной линзой, будет иметь вид точки (рисунок 27).

 

 

Рисунок 27- Применение дифракционной решетки в селективных устройствах

Однако    наложение    частичных    волн    приводит    к    образованию расходящегося луча, изображение которого описывается функцией.

где Δβ - расхождение отраженного луча;

L - фокусное расстояние линзы;

Nxd — диаметр луча.

На основании изложенного выше следует, что для лучшего разделения различных длин волн рекомендуется использовать решетку с большой условной дисперсией и большим диаметром луча.

 

Проектирование телефонной кабельной канализации

Телефонная кабельная канализация состоит из трубопроводов и колодцев.

Трубопроводы обычно изготовляются из асбестоцемента или из полиэтилена. Наибольшее распространение получили асбестоцементные трубы. В курсовой работе выбор можно ограничить асбестоцементными трубами.

Число отверстий в блоке определяется числом прокладываемых кабелей плюс 50 % запаса. Число кабелей в том или ином направлении определяется по схеме магистральных кабелей. Если в рассматриваемом направлении проходят кабели соединительных линий или кабели другого назначения, то все они суммируются.

Смотровые колодцы устанавливаются одновременно с прокладкой трубопроводов (блоков) так, чтобы расстояние между колодцами было не более 150 м. На перекрестках обычно устанавливаются угловые или разветвительные колодцы. При вводе кабелей в станцию устраивают стационарные колодцы. Они по своим размерам разбиваются на три типа: колодец для станций до 6000, до 10000 и до 20000 номеров. (Более подробно о канализации  (стр. 363-369 /1/). .

При выборе трассы кабельной канализации для прокладки магистральных кабелей от здания АТС до распределительных шкафов или зданий в зоне прямого питания, следует выполнить следующие требования:

трасса должна иметь наименьшую протяжённость и проходить преимущественно под пешеходной частью улиц и проездов или по газонам с учетом обеспечения возможности максимальной механизации работ.

Во избежание возможной коррозии металлических оболочек кабелей следует избегать мест с высоким уровнем грунтовых вод (участков с сильно увлажненными грунтами), свалками мусора и промышленных отходов, загрязнением стоками промышленных вод. Трассу не рекомендуется прокладывать вблизи рельсовых путей, по проезжей части магистральных улиц и улиц с интенсивным движением и следует избегать пересечения с железнодорожными или трамвайными путями. Если обойти указанные участки не представляется возможным, то трасса кабеля должна проходить на расстоянии не менее 3 м от края автодорог и 5 м от крайнего рельса рельсовой или железной дороги.

Переходы кабелей через реки, как правило, проектируются по автодорожным или железнодорожным мостам. Не рекомендуется прокладывать кабели по деревянным мостам, имеющим значительную амплитуду колебаний. В тех случаях, когда вблизи намеченного кабельного перехода через реку отсутствуют мосты или использование ближайших мостов связано со значительным удлинением трасс (не обеспечиваются установленные нормы затухания), то допускается непосредственная прокладка кабелей через реку. На речных переходах рекомендуется прокладывать кабель марки ТК, максимальная емкость которого до 600х2. При необходимости иметь большую ёмкость в одну траншею прокладывают необходимое количество кабелей. Кабели магистральных линий ГТС при переходе через реки прокладываются одним створом. Для кабелей межстанционных соединительных линий при прокладках через реки, как правило, предусматривают два створа, на расстоянии не менее 100 м друг от друга. При благоприятных условиях один кабель следует прокладывать по мосту. Длины створов должны быть одинаковыми. При проектировании кабельных переходов через реки с берегами в гранитной облицовке, следует в береговой части предусматривать прокладку подводных кабелей в трубах.

 

Прокладка оптических кабелей

При строительстве ВОЛС, как и при строительстве обычных линий связи, выполняются следующие ра6оты: разбивка линии, доставка кабеля и материалов на трассу, испытание, прокладка, монтаж кабеля и устройство вводов. При прокладке кабеля в пределах города сооружается кабельная канализация; в полевых условиях кабель кладется непосредственно в землю на глубину 1,2 м. Однако в организации и технологии строительства ВОЛС по сравнению с работами на традиционных кабелях имеются существенные отличия. Эти отличия обусловлены в первую очередь своеобразием конструкций ОК, которые заключаются в следующем:

-    критичность к растягивающим усилиям, малые поперечные размеры и масса ОК;

-    большие строительные длины ОК;

-    сравнительно большие величины затухания сростков волокон;

-    невозможность содержания ОК под воздушным давлением;

-    трудности организации служебной связи при строительстве ВОЛС с          ОК без металлических элементов;

-    недостаточное развитие методов и средств для измерений к отысканию мест повреждений на ОК.

В таблице 3 приведены некоторые характеристики электрических кабелей связи и аналогичные характеристики ОК.

Таблица 3 - Характеристики электрических кабелей связи и ОК

Параметр

Кабель

Электрический

Оптический

Максимально допустимый радиус изгиба кабеля, мм

100…800

200…300

Диаметр кабеля, мм

10…80

10…18

Допустимое тяговое усилие, Н

500.30000

600…3000

Предельная длина кабеля, затягиваемого в канал, м

265…850

1000…2000

Масса кабеля, кг/км

100…6000

160…350

 

Из таблицы видно, что ОК имеют меньшие габаритные размеры и массу, меньшее допустимое тяговое усилие и большую строительную длину. Необходимость прокладки больших строительных длин при малом допустимом усилии является принципиальным отличием, требующим нового подхода к технологии прокладки кабеля.

При работе с ОК без металлических оболочек надо иметь в виду, что они имеют сравнительно малую механическую прочность на разрыв и особенно уязвимы относительно радиального давления. Поэтому при прокладке ОК следует соблюдать особую осторожность, так как мощное кабелеукладочное оборудование в процессе движения может повредить стекловолокно. Особенно вредно сказываются динамические перегрузки при резкой остановке кабелеукладочной машины, крутых поворотов, нарушении синхронности движения машин колонны и т. д.

Прокладка ОК в грунт, как и в случае электрического кабеля, может производиться бестраншейным и траншейным способами.

В последнее время прокладка ОК без металлических оболочек осуществляется в пластмассовых трубах. Это обусловлено тем, что эти кабели имеют меньшую механическую прочность и подвержены агрессии со стороны грызунов. Известны способы протяжки ОК в предварительно проложенную в земле трубу, а также прокладка ОК, встроенных в пластмассовую трубу в заводских условиях и образующих единое целое «кабель - труба». Такая составная конструкция обладает высокой механической прочностью, влагостойкостью и защищена от грызунов. Диэлектрический ОК в трубе также не подвержен воздействию атмосферного электричества.

Таким образом, для прокладки междугородных ОК в грунт в настоящее время получили применение три способа прокладки: кабелеукладчиком, траншейная прокладка и прокладка кабеля пластмассовой трубе.

Для ОК городского типа  применение получила прокладка в канализации. Возможна также подвеска ОК на опорах и по стенам зданий.

При пересечении трассы кабеля с другими подземными сооружениями должны соблюдаться следующие габариты по вертикали: от трамвайных и железнодорожных путей — не менее 1 м от подошвы рельсов; от шоссейных дорог — не менее 0,8 м ниже дна кювета, от силовых кабелей — выше или ниже их на 0,5 м, от водопровода и канализации — выше их на 0,25 м, от нефте- и газопровода — выше или ниже на 0,5 м.

 

Список литературы 

1. Семенов А.Б. и др.   Структурированные кабельные системы/Семенов А.Б.,Стрижаков С.К., Сунчелей И.Р.-3-е изд.,перераб.и доп.-М.:Лайт Лтд, 2001.-626с.

 2.Слепов Н.Н.   Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи (АТМ,PDH,SDH,SONET u WDM).-М.: Радио и связь,2000.-468c.

3.Тепляков, И.М. Основы построения телекоммуникационных  систем и сетей: учебн. пособие,2001.-168с

4.Кемельбеков Б.Ж. и др.   Современные проблемы волоконно-оптических линий связи.Т.1:Волоконно-оптические кабели/Кемельбеков Б.Ж.,Мышкин В.Ф.,Хан В.А.; Международная академия творчества. Мин-во общего и профессионального образования. Томский политехнический ун-т. Под ред.И.А.Тихомирова -М.,1999.-392c

5. Крук, Б.И., Телекоммуникационные системы и сети.В 3- х т: учеб.пособие для вузов. Т.1: Современные технологии / Крук Б., Попантонопуло В. , Шувалов В.- 3-е изд. исправ.и доп.- М.: Горячая линия-Телеком,2003г.

       6.Гроднев И.И., Верник С.М. Линии связи.– М.: Радио и связь, 1988 – 544 с.

7.Бутусов М.М., Верник С.М. и др. Волоконно-оптические системы передачи. – М.: Радио и связь, 1992 – 416 с.: ил.

8.Бутусов М.М. Волоконная оптика и приборостроение. М.: Машиностроение, 1987.

      9.Замрий А.А., Мауленов О.М. Волоконно-оптические системы передачи: Конспект лекций. – Алматы: АЭИ, 1994.

    10.Course OPCOM – 1. Principles of filter optic communication systems. Degem systems, - 1988.

    11.Гюнтер Мальке, Петер Гессинг. Волоконно-оптические кабели. Siemens Aktiengesellschaft, 1997.

12.Кемельбеков Б.Ж., Мышкин В.Р., Хан В.А. Волоконно-оптические кабели / Под ред. Д-ра физ. мат. наук И.А. Тихомирова. – М.: 1999. – 341 с.

      13.Кемельбеков Б.Ж., Мышкин В.Р. Хан В.А. Волоконно-оптические кабели связи. – Томск: издательство науч.-техн.лит., 2001. – 351 с. 

                                                                       Сводный план 2006 г., поз.159