Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Оптоволокно — это тонкая нить из кварцевого стекла, передающая оптический сигнал на основе явления полного внутреннего отражения. В разрезе оптическое волокно состоит из светопроводящей сердцевины, оптической оболочки с меньшим показателем преломления и одно- или двухслойного защитного полимерного покрытия. Сердцевина и оболочка различаются легированием стекла, что обеспечивает направленное распространение света. Ниже разобрано, из чего состоит оптоволокно, чем отличаются одномодовые и многомодовые волокна, как устроены защитные слои и какие международные и национальные стандарты регламентируют их параметры.
Оптическое волокно (ОВ) — это коаксиальная цилиндрическая структура, в которой каждый слой выполняет свою функцию. Внешне это тонкая нить, по которой распространяется свет в ближнем инфракрасном диапазоне.
В минимальной комплектации оптическое волокно состоит из трёх слоёв: сердцевины, оптической оболочки и защитного полимерного покрытия. Первые два слоя образуют световод и работают совместно, обеспечивая полное внутреннее отражение света.
Сердцевина и оптическая оболочка составляют единое целое — собственно световод, обеспечивающий передачу сигнала. Защитные покрытия не участвуют в распространении света, но без них волокно неработоспособно: кварцевое стекло хрупкое, чувствительное к микротрещинам, и без полимерного слоя быстро бы разрушилось при минимальном изгибе.
Сердцевина и оптическая оболочка изготавливаются из плавленого кварца (диоксида кремния SiO2) высокой чистоты. Чтобы получить условия для полного внутреннего отражения, в кварцевое стекло вводят легирующие примеси, изменяющие показатель преломления.
Показатель преломления сердцевины повышают введением оксида германия (GeO2). Реже применяют пентаоксид фосфора (P2O5) или другие добавки. Цель — сделать показатель преломления сердцевины n1 выше показателя преломления оболочки n2.
Оболочка может быть выполнена из чистого кварца либо из кварца, легированного веществами, понижающими показатель преломления (например, фтором или оксидом бора). Применяют ту или другую схему легирования в зависимости от конструкции волокна и требуемого профиля показателя преломления.
Внешний диаметр оболочки стандартизирован и составляет 125 мкм для подавляющего большинства телекоммуникационных волокон. Диаметр сердцевины зависит от типа волокна:
Профиль показателя преломления сердцевины может быть ступенчатым (показатель постоянен по сечению) либо градиентным (плавно уменьшается от оси к границе с оболочкой). Градиентный профиль применяют в многомодовых волокнах для уменьшения модовой дисперсии.
Без защитной полимерной оболочки кварцевое волокно непригодно к использованию: микротрещины, образующиеся при вытяжке заготовки и любом контакте, разрушают световод даже при умеренном изгибе. Поэтому ещё на стадии вытяжки волокна на оптическую оболочку наносят полимерное покрытие.
Первичное покрытие наносят в линии вытяжки методом нанесения жидкого олигомера с последующей фотополимеризацией под ультрафиолетовым облучением. Чаще всего используют акрилатные системы. Конструкция обычно двухслойная: мягкий внутренний слой (демпфер) и более жёсткий внешний. Это сочетание защищает световод от поперечных нагрузок и абразивного истирания и одновременно даёт удобную для последующей обработки поверхность. Стандартный внешний диаметр первичного покрытия — около 250 мкм.
Поверх первичного покрытия может наноситься вторичное (буферное) покрытие. Для внутриофисных и патч-кордовых применений используют плотный буфер (tight buffer) — полимерный слой, доводящий внешний диаметр волокна примерно до 900 мкм. Для магистральных кабелей чаще применяют конструкцию свободной трубки (loose tube), в которую волокно укладывается свободно с запасом длины; пространство трубки заполняется гидрофобным гелем.
Покрытие окрашивают в один из стандартных цветов — для идентификации волокна внутри кабеля. Конкретная схема цветового кодирования зависит от стандарта, по которому изготовлен кабель.
Распространение света по волокну основано на оптическом эффекте полного внутреннего отражения. Когда световой луч из среды с большим показателем преломления (сердцевина) падает на границу со средой с меньшим показателем (оболочка) под углом больше критического, он не преломляется во вторую среду, а полностью возвращается в первую. В результате свет «запирается» в сердцевине и распространяется вдоль волокна, многократно отражаясь от границы.
θкр
sin θкр = n2 / n1
n1
n2
NA = √(n12 − n22)
Чем больше числовая апертура, тем больше света можно ввести в волокно из источника. С другой стороны, большая числовая апертура означает большое число распространяющихся мод и сильную межмодовую дисперсию, поэтому для дальней связи используют волокна с относительно небольшой числовой апертурой.
По числу распространяющихся мод оптические волокна делят на одномодовые (single-mode, SMF) и многомодовые (multi-mode, MMF). Тип определяется в первую очередь диаметром сердцевины и относительной разностью показателей преломления.
В одномодовом волокне распространяется только одна (основная) мода. Это исключает межмодовую дисперсию и даёт возможность передавать сигнал на большие расстояния без существенных искажений. Применяется на магистральных, городских и зоновых линиях связи, в современных сетях абонентского доступа PON, в подводных кабелях.
В многомодовом волокне распространяется большое число мод. Это упрощает ввод света от источника и снижает требования к точности соединений, но ограничивает дальность из-за межмодовой дисперсии. Применяется на коротких линиях — в локальных сетях, дата-центрах, между блоками оборудования.
Затухание оптического волокна — это уменьшение мощности оптического сигнала на единицу длины. Измеряется в децибелах на километр (дБ/км). Причины затухания — поглощение света примесями в стекле, рэлеевское рассеяние на флуктуациях плотности материала и потери на изгибах.
Зависимость затухания от длины волны имеет характерные локальные минимумы — окна прозрачности, в которых волокно работает с минимальными потерями.
Между окнами прозрачности располагаются области повышенного затухания, в частности — пик поглощения гидроксильными группами ОН на длине волны около 1383 нм («водяной пик»). В современных одномодовых волокнах категории G.652.D и G.657 этот пик существенно подавлен за счёт технологий очистки кварцевого стекла, что позволяет использовать полный спектр от 1260 до 1625 нм.
Затухание одномодовых волокон в третьем окне (1550 нм) — наиболее низкое и составляет порядка нескольких десятых децибела на километр. Конкретные нормируемые значения коэффициента затухания указаны в действующей редакции стандарта на соответствующую категорию волокна.
Параметры оптических волокон стандартизованы на международном и национальном уровне. Основу составляют рекомендации МСЭ-Т (ITU-T) серии G.65x и стандарты МЭК (IEC) серии 60793. На уровне Российской Федерации действуют идентичные межгосударственные и национальные стандарты серии ГОСТ Р МЭК 60793. Оптические кабели регламентированы отдельным национальным стандартом.
Международный стандарт ISO/IEC 11801 на структурированные кабельные системы вводит классификацию волоконно-оптических каналов:
Из светопроводящей сердцевины и оптической оболочки (обе из кварцевого стекла), а также защитного полимерного покрытия. Сердцевина и оболочка различаются легированием и показателем преломления — это обеспечивает полное внутреннее отражение и направленное распространение света. Поверх оптической оболочки наносят первичное акрилатное покрытие, а при необходимости — вторичное (буферное) покрытие или укладывают волокно в свободную трубку.
Внешний диаметр оптической оболочки стандартизирован и составляет 125 мкм для подавляющего большинства телекоммуникационных волокон. Диаметр сердцевины: около 8–10 мкм (типично 9 мкм) для одномодовых волокон и 50 или 62,5 мкм — для многомодовых. Внешний диаметр первичного покрытия — около 250 мкм, плотного буфера — 900 мкм.
В одномодовом волокне распространяется только одна (основная) мода — это исключает межмодовую дисперсию и позволяет передавать сигнал на большие расстояния. Применяется на магистральных и зоновых линиях, в сетях абонентского доступа. В многомодовом волокне распространяется большое число мод, оно допускает использование более дешёвых светодиодных или VCSEL-источников, но ограничено по дальности из-за межмодовой дисперсии. Применяется в локальных сетях и дата-центрах.
Это оптическое явление: при падении света из среды с большим показателем преломления (сердцевины) на границу со средой с меньшим показателем (оболочки) под углом больше критического свет полностью возвращается в первую среду. В оптическом волокне за счёт этого свет «запирается» в сердцевине и распространяется вдоль волокна, многократно отражаясь от границы. Условие полного внутреннего отражения задаётся соотношением показателей преломления сердцевины и оболочки.
Сердцевина и оптическая оболочка изготавливаются из плавленого кварца — диоксида кремния SiO2 высокой чистоты. Для повышения показателя преломления сердцевины кварц легируют оксидом германия GeO2; реже — пентаоксидом фосфора. Оболочка либо выполнена из чистого кварца, либо легирована веществами, понижающими показатель преломления (фтор, оксид бора). Защитные покрытия — полимерные, обычно на основе акрилата с УФ-отверждением.
Это диапазоны длин волн, в которых затухание сигнала в оптическом волокне минимально. Для кварцевого стекла стандартно различают первое окно — 850 нм (используется в многомодовых волокнах в локальных сетях), второе — 1310 нм (одномодовые волокна, городские и зоновые сети), третье — 1550 нм (магистральные линии и WDM), а также расширенное четвёртое — около 1625 нм. Между окнами располагаются области повышенного затухания, в частности — «водяной пик» на 1383 нм, подавленный в современных волокнах категорий G.652.D и G.657.
Это категории многомодовых волокон по стандарту ISO/IEC 11801. OM1 имеет сердцевину 62,5 мкм и оптимизирован под светодиодные источники. OM2 — преимущественно 50 мкм (с поддержкой унаследованных 62,5 мкм). OM3 и OM4 — 50 мкм, оптимизированы для лазерных VCSEL-источников 850 нм; OM4 поддерживает большую дальность при тех же скоростях, что и OM3. OM5 — 50 мкм с оптимизированными характеристиками для коротковолнового мультиплексирования (SWDM) в дата-центрах.
Это рекомендации МСЭ-Т (ITU-T) на одномодовые волокна. G.652 — стандартное одномодовое волокно с нулевой дисперсией около 1310 нм; самая распространённая категория G.652.D имеет подавленный «водяной пик» и работает в широком спектре 1260–1625 нм. G.657 — одномодовые волокна с пониженной чувствительностью к изгибам; категории A1, A2, B2, B3 рассчитаны на сети абонентского доступа и монтаж в стеснённых условиях. G.657.A фактически совместимы с G.652.D.
Кварцевое стекло хрупкое и склонно к образованию микротрещин при вытяжке заготовки и любых механических контактах. Микротрещины снижают прочность и приводят к разрушению волокна при изгибе или нагрузке. Первичное полимерное покрытие защищает поверхность стекла, гасит поперечные нагрузки и обеспечивает удобство дальнейшей обработки. Вторичное (буферное) покрытие или свободная трубка дают дополнительную защиту при монтаже и эксплуатации в составе кабеля.
Базовые стандарты на волокна — серия ГОСТ Р МЭК 60793, идентичная международным стандартам МЭК (IEC) 60793. В частности, ГОСТ Р МЭК 60793-2-2018 устанавливает общие технические требования к оптическим волокнам, ГОСТ Р МЭК 60793-2-50-2022 — требования к одномодовым волокнам класса B (категории B-652…B-657, соответствующие рекомендациям МСЭ-Т), ГОСТ Р МЭК 60793-2-10-2018 — требования к многомодовым волокнам категории A1 (включая A1a, A1b и A1d). Общие технические условия на оптические кабели — ГОСТ Р 52266-2020. Кабельные системы дополнительно классифицируются по ISO/IEC 11801.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.