Железный справочник

ОПТОВОЛОКНО

Оптическое волокно обладает универсальными характеристиками, поэтому широко используется во многих областях науки и техники. В первую очередь, конечно, это волоконно-оптическая связь. Быстрота передачи данных позволяет задействовать информационный обмен на больших расстояниях, достаточно соблюдать правила монтажа оптического кабеля.

Относительная энергонезависимость оптоволокна стала причиной его применения в измерительных приборах, т.е. волоконно-оптических датчиках. При этом уникальные свойства этого материала позволяю применять приборы на его основе даже в экстремальных условиях, например, при высоких температурах, губительных для полупроводников. Волоконно-оптические датчики могут замерять температуру, напряжение, давление и т.д. Для дополнительной защиты от растяжений, разрывов применяется бронированно - армированное металлическими нитями покрытие. Так оптический кабель одномодовый бронированный может быть заложен прямо в грунт и прекрасно справляется с внешними негативными факторами.

Поскольку основные свойства оптического волокна напрямую связаны с природой света, передаваемого по кабелю, часто их применяют для создания осветительных приборов. Они нашли свое применение в различных сферах, например в медицине, декоративной светотехнике и т. д.

Многомодовое оптическое волокно — тип оптического волокна с большим диаметром сердцевины, проводящей лучи света благодаря эффекту полного внутреннего отражения (в стандартном многомодовом волокне со ступенчатым профилем).

Особенности:

Оптоволоконные системы связи – это линии нового поколения, которые позволяют передавать информационный поток на очень большие расстояния без затухания сигнала. Оптическое волокно имеет круглое сечение, состоит из сердцевины и оболочки с разной степенью преломления. Луч света, который распространяется внутри кабеля, передается с помощью многократного отражения.

По количеству передаваемых пучков света выделяют одномодовые и многомодовые линии. Чтобы определить характеристики оптоволокна применяется стандартная маркировка оптических кабелей связи, которая состоит из букв и цифр.

На оболочке указывается тип кабеля, тип защитного покрова, сердечника, осевые элементы и т. д. Из такого обозначения можно получить исчерпывающую информацию, чтобы соблюдать условия правильного монтажа и совмещения линий. Например, 4 волоконный оптический кабель оптимально подходит для установки внутриобъектовой локальной сети и прокладки внутри здания, что вытекает из характеристик маркировки.

Опти́ческое волокно́ — нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.

Волоконная оптика — раздел прикладной науки и машиностроения, описывающий такие волокна. Кабели на базе оптических волокон используются в волоконно-оптической связи, позволяющей передавать информацию на бо́льшие расстояния с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи. В ряде случаев они также используются при создании датчиков. Оптическое волокно, как правило, имеет круглое сечение и состоит из двух частей — сердцевины и оболочки. Для обеспечения полного внутреннего отражения абсолютный показатель преломления сердцевины несколько выше показателя преломления оболочки. Например, если показатель преломления оболочки равен 1,474, то показатель преломления сердцевины — 1,479. Луч света, направленный в сердцевину, будет распространяться по ней. Возможны и более сложные конструкции: в качестве сердцевины и оболочки могут применяться двумерные фотонные кристаллы, вместо ступенчатого изменения показателя преломления часто используются волокна с градиентным профилем показателя преломления, форма сердцевины может отличаться от цилиндрической. Такие конструкции обеспечивают волокнам специальные свойства: удержание поляризации распространяющегося света, снижение потерь, изменение дисперсии волокна и др. Оптические волокна, используемые в телекоммуникациях, как правило, имеют диаметр 125±1 микрон. Диаметр сердцевины может отличаться в зависимости от типа волокна и национальных стандартов.

Оптоволоконный кабель бывает двух типов:

Одномодульный: 

Одномодовое оптическое волокно — волокно, основной диаметр сердцевины которого, приблизительно в десять раз больше длины волны, проходящего по нему света.

В волокнах с различной величиной диаметра ядра (См.Рис.2) (различные волокна) имеют постоянный градиент уменьшения коэффициента преломления в ядре в пределах оси и оболочки. Откуда, уменьшая апертуру, можно определить оптимально-нужную и возможную в изготовлении её величину, например, для одномодульного оптического волокна (8-10 мкм), когда входящие волны света с различной длиной волны принимают резонансный эффект прохождения — т.е прохождение пучка волн не сталкиваясь между собой, принимая форму волны, отличающуюся от формы в обычной оптической среде (см. рис.2). Это заставляет лучи света принимать дугообразную и застывшую прямую форму, параллельной оси волокна, в зоне контакта и скользя отражаться (при приближении к оболочке), вместо того, чтобы иметь возможность резко отражаться от границы основной оболочки. Точнее, пики гармоник хода лучей прогибаются и такие дорожки уменьшают многопутевую дисперсию и лучи с большими углами падения и отражения и проходят больше через периферию более меньшего размера ядра. В данном случае, в отличие от многомодульного, выбранный профиль волны луча соответствует условию минимального различия в осевых скоростях распространения различных лучей в волокне и выбранный внутренний диаметр (8-10 мкм) обеспечивает идеальный профиль — параболическую форму волны в границах выбранного внутреннего диаметра.

Структура стандартного многомодового оптического волокна E 9,5/125 мкм (см. рис.1, рис.3) в соответствии со Стандарт EN 188100; Стандарт VDE 0888, часть 102; Рекомендация МСЭ-Т (ITU-T) G.652; Стандарт МЭК "IEC 60793-2”.

Волокно со ступенчатым профилем

Модовая дисперсия в оптическом волокне может быть исключена, если структурные параметры ступенчатого световода подобрать таким образом, что в нём будет направляться только одна мода, а именно — фундаментальная (основная) мода. Однако и основная мода так-же уширяется во времени по мере её прохождения по такому световоду. Это явление называется хроматической дисперсией. Она является свойством материала, поэтому как правило, имеет место в любом оптическом световоде, но в диапазоне длин волн от 1200 до 1600 нм она относительно мала или отсутствует. Для изготовления ступенчатого волоконного световода с малым затуханием, который направляет только фундаментальную моду в диапазоне длин волн более 1200 нм диаметр поля моды должен быть уменьшен до 8-10 мкм.[2] Такой ступенчатый волоконный световод называется стандартным одномодовым оптическим волокном.

Волокна с многоступенчатым профилем

Так выглядит многомодульный оптоволоконный кабель