IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В обычном и уже устаревшем на сегодняшний день кабеле по медному проводнику передаются поток электронов, а в оптическом, по светопроводящему волокну, передаются световые пучки. Данные закодированы последовательностью 0 и 1.От того как часто 0 и 1 могут сменять друг друга и зависит пропускная способность. По обычному кабелю можно передать 100Мбит/сек., а через оптоволокно в тысячу раз больше.

Если взять обычную трубку луч в ней проходит свободно, пока она прямая, но стоит ее изогнуть как свет тут же рассеивается стенками. Значит внутри оптоволоконного кабеля луч должен свободно отражаться. Внутри световода находятся гибкие волокна, по которым свободно передается свет. Изгибы ему не страшны.

Телекоммуникационное оптические волокна

Оптоволокно, применяемое в телекоммуникации, делятся на два основных типа: многомодовые и одномодовые, причем последних производится в настоящее время значительно больше. Так, доля многомодовых оптических волокон в рекордном 2001 г. составляла лишь , хотя развитие волоконной оптики берет начало именно с многомодового оптоволокна. Для волокон, применяемых в линиях связи, внешний диаметр кварцевой технологической оболочки имеет стандартный размер , номинальный диаметр сердцевины у многомодовых волокон составляет или микрон, а диаметр волокна с двухслойным защитным покрытием по существующим стандартам должен быть мкм.

Согласно лучевой теории свет, распространяющийся в волокне, можно представить в виде суммы плоских волн, изображаемых в виде лучей, образующих конус. Причем чем выше номер моды, тем больше угол раствора лучей, образующих этот конус (рис. 4.2). Хотя моду можно представить только полным набором таких лучей, ее часто изображают одним лучом (рис. 4.1). Число мод, распространяющихся в многомодовом ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления, определяется уравнением

Где нормализованная частота.

где длина волны, диаметр сердцевины в волокне, числовая апертура волокна, показатель преломления кварцевого стекла, разность показателей преломления материалов сердцевины и светоотражающей оболочки.

В рассматриваемых оптических волокнах сердцевина сделана из чистого кварцевого стекла, а светоотражающая оболочка – из полимера, у которого показатель преломления меньше показателя преломления кварцевого стекла. Обычно в качестве такого полимера используют СИЭЛ-305, имеющий и плотность . Получают такие волокна путем вытяжки с одновременным нанесением покрытия на вытяжной установке (рисунок 2). Оптические волокна типа «кварц-полимер» в основном используются для передачи большой мощности световой энергии или в локальных вычислительных сетях небольшой протяженности. Диаметр кварцевой сердцевины обычно и зависит от энергии, которую надо передавать по оптическим волокнам. При этом нужно помнить, что с увеличением диаметра сердцевины растут допустимый радиус изгиба волокна и его «жесткость». СИЭЛ является термоотверждаемым покрытием. Температура в печи обычно составляет и определяется длиной печи и скоростью вытяжки волокна для того, чтобы за время пребывания в печи это покрытие успело бы полимеризоваться. В качестве вторичного покрытия применяют полиамид (например, нейлон) или фторопласт. Значительная разность показателей преломления кварцевого стекла и СИЭЛ позволяет получать оптическое волокно с числовой апертурой до для коротких образцов ( м) и до для более длинных образцов ().

Недостатком оптических волокон типа «кварц-полимер» являются значительно большие потери по сравнению с оптическим волокном типа «кварц-кварц». На рисунке 1 приведены спектральные зависимости потерь в кварцевом стекле, полимере СИЭЛ и оптическом волокне типа «кварц-полимер». Эти зависимости показывают, что высокие потери в данных оптических волокнах обусловлены потерями светоотражающего покрытия СИЭЛ, куда свет частично проникает. Но так как рабочая длина образцов редко превышает сотни метров, то этот недостаток не является критическим. Минимальные потери составляют обычно на длине волны .

Рисунок 1 Спектральная зависимость потерь в ОВ типа «кварц-полимер»: 1 – потери в кварцевом стекле,2 – потери в волокне, 3 – потери в полимерном материале СИЭЛ

Производство

Оптическое волокно производят на стекольных заводах. Существует два метода производства: одно- и двухстадийный. Первый способ более простой, благодаря ему организовывается непрерывный процесс вытяжки.

Из кварцевого песка и нескольких присадок изготавливает шихту, затем загружают смесь в плавильную печь - тигель, где происходит варка стекла. Из тигеля вытягивается нить оптического стекла. Это и есть готовый световод. Лучи в нем отражаются за счет малого угла падения.

Тигель состоит из двух емкостей, вставленных одна в другую. В центральную через дозатор подается тяжелое стекло, во внешнюю – легкая. Внизу отверстие, через которое вытекает расплавленное стекло медленно вытекает, образуя тончающую нить. Лёгкое стекло обволакивает тяжелое, формирую световод с отражающим наружным слоем. Такое оптоволокно сложно в производстве и подходит только для создания точных оптических приборов. Для интернет кабелей есть технология попроще: на верху 30 метровой вышки закрепляют заготовку из двух слоев очищенного кварца. Нижнюю часть нагревают и начинают вытягивать, по дороге вниз нить проходит сканнер, проверяющий ее диаметр, камеру охлаждения и ванну с полимером, которые налипая формируют защитный слой. У основания находится бобина, на которую наматывается остывшее волокно.

Рисунок 2 Схема установки для вытяжки оптического волокна

1 – заготовка, 2 – высокотемпературная печь, 3 – измеритель диаметра волокна, 4 – аппликатор (фильера) с материалом защитного покрытия, 5 – измеритель концентричности покрытия, 6 – УФ-облучатель или печь, 7 – измеритель толщины покрытия, 8 – приемная катушка

Кварцевое оптоволокно на заводе первым делом идет на покраску, чтобы в процессе монтажа можно было различать каналы передачи данных. Каждая нить прокрашивается и наматывается на другую бобину.

Окрашенные нити собираются в пучки по несколько штук и запаиваются в полиэтиленовый кожух. Горячий полиэтилен охлаждают в 20 метровой ванной. Из нескольких таких пучков и армирующего стеклопластикового стержня плетут основу для кабеля. В каждом кабеле до 264 световодов. Снаружи косичка оплетается полимерной нитью.

И последний этап – упаковка в толстый полиэтиленовый кожух, который защищает кабель от повреждений.

Код для цитирования: Скопировать