6.2. Материалы для изготовления оптических волокон

В настоящее время волоконные световоды изготовляют из кварцевого стекла (волокно “кварц–кварц”) с добавлением компонентов. В некоторых случаях применяют полимерные волокна.

Иногда сердцевины ОВ выполняют из кварцевого или многокомпонентного стекла, а оболочку из полимера (например, волокна “кварц–поли­мер”). Из кварцевого стекла изготовляют волокна высокого качества, достоинство которого перед другими видами оптически прозрачных диэлектриков состоит в том, что оно обладает наименьшими потерями на поглощение. Для создания необходимой разности показателей преломления сердцевины и оболочки волокна кварцевое стекло легируют соответствующими веществами, например, оксидами германия, фосфора, бора и др. Так, для увеличения показателя преломления сердцевины двухслойного волокна в состав SiO₂ входят легирующие добавки. Требуемую разность показателей преломления сердцевины и оболочки можно получить, уменьшая показатель преломления кварца путем легирования его веществами, понижающими показатель преломления, например, двуокисью бора B₂О₃. Другая возможность понижения показателя преломления заключается в добавлении фтора в плавленный кварц. Полимерные волокна имеют более высокие потери, чем стеклянные. Например, в лучших волокнах из полиметилнетокрита затухание составляет около 20 дБ/км. Однако полимерные волокна очень дешевы и отличаются высокими механическими характеристиками. Это позволяет широко использовать полимерные волокна в оптических линиях малой протяженности.

6.3. Конструкция оптических кабелей связи

Оптические кабели по назначению подразделяется на междугородные, городские, объектовые и монтажные.

Междугородные кабели предназначены для передачи информации на большие расстояния и поэтому должны обладать малым затуханием, дисперсией и большой широкополосностью.

Городские кабели используются в качестве соединительных линий между городскими АТС и узлами связи.

Объектовые кабели существуют для передачи различной информации внутри объекта. К ним относятся кабели как для отдельных объектов (самолет, корабль и т. д.), так и для организации различных видов учережденческой связи.

Монтажные оптические кабели предназначены для внутри- и межблочного монтажа аппаратуры.

В зависимости от условий прокладки и эксплуатации кабели разделяются на подземные и подводные, а также подвесные. В соответствии с условиями подземной прокладки и эксплуатации оптические кабели подразделяются на четыре типа:

1. с допустимым растягивающим усилием не менее 80 кН для прокладки через водные преграды (судоходные реки, водохранилища), болота и в районах вечной мерзлоты;

2. с допустимым растягивающим усилием 20 кН для прокладки в скальных и тяжелых грунтах при наличии опасности механического повреждения;

3. с допустимым растягивающим усилием не менее 7 кН для прокладки в гравийно-песчаных грунтах, наносных песках и тяжелых глинистых грунтах;

4. с допустимым растягивающим усилием не менее 2,7 кН для прокладки в кабельной канализации и защитных пластиковых трубах.

По конструкции оптические кабели подразделяются на повивные с профилированным пластмассовым сердечником, жгутовые и ленточные.

Типовой повивной кабель имеет центральный элемент жесткости, на который навивают оптические волокна. При необходимости увеличения числа волокон накладывают второй повив. Оптические волокна защищают покрытиями, на которые накладывают армирующую полимерную оболочку. В качестве примера на рис. 6.3 показан семиволоконный кабель правильной повивной структуры в полиэтиленовой оболочке с армирующими силовыми элементами, расположенными по периферии.

В жгутовых конструкциях кабелей с числом волокон от 20 до 80 первоначально оптические волокна скручивают в группы и покрывают буферным слоем с внешним диаметром порядка 1 мм. Затем группы компонуют в модули, которые повивают на центральный силовой элемент, при этом модули могут чередоваться друг с другом и с элементами жесткости.

На рис. 6.4 показан кабель, содержащий модуль в виде профилированного сердечника, в канавках которого расположены шесть волокон. Структуру кабеля завершает защитная оболочка с внешними элементами жесткости.

Рис. 6.3. Оптический кабель связи правильной повивной скрутки: 1 – внешняя полиэтиленовая оболочка; 2 – внутренняя пористая оболочка; 3 – защит­ное покрытие; 4 – армирующий элемент; 5 – модуль		Рис. 6.4. Оптический кабель свя­зи   с фигурным пластмассовым стерж­­нем: 1 – ОВ; 2 – внешняя оболочка; 3 – алю­миниевая оболочка; 4 – силовой элемент; 5 – профильный стержень

В жгутовых конструкциях кабелей с числом волокон от 20 до 80 первоначально оптические волокна скручивают в группы и покрывают буферным слоем с внешним диаметром порядка 1 мм. Затем группы компонуют в модули, которые повивают на центральный силовой элемент, при этом модули могут чередоваться друг с другом и с элементами жесткости.

Пример ленточного кабеля компании AT&T приведен на рис. 6.5. Основу его составляют соединенные вместе ленты из стекловолокон, представляя собой своеобразный “сэндвич”. В каждой ленте размещаются 12 оптических волокон. Общее число волокон 216.

Рассмотрим оптические кабели, выпускаемые российской промышленностью для железнодорожного транспорта.

Самонесущие кабели ДОМ-04/06 и ДПМ-04/06 (ЗАО “Оптен”, г. Санкт-Петербург) используются для подвески на опорах высоковольтных линий, контактной сети железных дорог. Конструкция оптического кабеля ДОМ-04 представлена на рис. 6.6.

Рис. 6.5. Конструкция ленточного оптического кабеля: 1 – полиэтиленовое покрытие; 2 – вытяжной трос; 3 – проволочный силовой элемент; 4 – трубка сердечника; 5 – заполнитель; 6 – ленты из стекловолокон; 7 – гидрофобная лента; 8 – гофрированная сталь с покрытием

Рис. 6.6. Конструкция оптического кабеля ДОМ-04: 1 – внешняя полиэтиленовая оболочка; 2 – гидрофобный заполнитель; 3 – внутренняя полиэтиленовая оболочка; 4 – стеклопластиковые прутки; 5 – скреп­­ляющие ленты; 6 – Оптический модуль; 7 – центральный силовой элемент; 8 – оптические волокна

Из всей номенклатуры кабельной продукции предприятия АО “Севкабель-Оптика” (г. Санкт-Петербург) для нужд железнодорожного транспорта наибольший интерес представляет кабель, предназначенный для прокладки непосредственно в земле, а именно: ДАУ-012Е04/004Н04-05, основные параметры которого приведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1

Параметры оптического кабеля ДАУ-012Е04/004Н04-05

Параметр	Значение параметра
Номинальный диаметр сердечника кабеля, мм	8,3
Длительное допустимое растягивающее усилие, кН	20,0
Наружный диаметр, мм	17,9
Удельная масса, кГ/км	614
Строительная длина, м	2000

Д

Рис. 6.7. Конструкция оптического кабеля ДАУ-012Е04/004Н04-05: 1 – внеш­няя полиэтиленовая оболочка; 2 – стальные оцинкованные проволоки; 3 – внутренняя полиэтиленовая оболочка; 4 – алюмополиэтиленовые ленты; 5 – заполняющий модуль; 6 – оптический модуль; 7 – оптические волокна; 8 – стеклопластиковый пруток; 9 – гидрофобный заполнитель

АУ-012Е04/004Н04-05 – оптический кабель с внешней оболочкой из полиэтилена, защитным покровом из стальных оцинкованных проволок, внутренней оболочкой из полиэтилена, сердечником со связующей алюмополиэтиленовой лентой, состоящим из 4 оптических и одного заполняющего модулей, скрученных вокруг стеклопластикового прутка, с 12 стандартными одномодовыми оптическими волокнами, соответствующими рекомендациям МСЭ-Т G.652 и 4 одномодовыми оптическими волокнами со смещенной дисперсией,соответствующими рекомендациям МСЭ-Т G.655. Кабели предназначены для эксплуатации при температуре окружающей среды от минус 60 ^оС до плюс 70 ^оС. Конструкция оптического кабеля ДАУ приведена на рис. 6.7.

Предприятие ЗАО “Трансвок” (г. Ка­луга) изготовляет магистральные и внут­ри­зоновые оптические кабели. Основные параметры наиболее распространенных кабелей приведены в табл. 6.2.

Таблица 6.2

Параметры кабелей ЗАО “Трансвок”

Марка кабеля	Максим. число ОВ	Длительное допустимое растягивающее усилие, кН	Наружный диаметр, мм	Удельная масса, кГ/км
ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-16(2) ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-16(5) ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-12(2)/4(5)	16 16 16	10,0 10,0 10,0	14,0 14,0 14,0	154 154 154
ОКМТ-А-4/2(2,4)Сп-16(2) ОКМТ-А-4/2(2,4)Сп-8(2)/8(5)	16 16	2,5 2,5	13,7 13,7	152 152
ОКЗ-С-4/2(2,4)Т-16(2) ОКЗ-С-4/2(2,4)Т-16(5)	16 16	4,0 4,0	14,0 14,0	218 218

О

Рис. 6.8. Конструкция оптического кабеля ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-16(2): 1 – внешняя полиэтиленовая оболочка; 2 – арамидные нити; 3 – внутренняя полиэтиленовая оболочка; 4 – связывающие ленты; 5 – гидрофобный заполнитель; 6 – оптический модуль; 7 – оптические волокна; 8 – стеклопластиковый пруток; 9 – заполняющий модуль

КМС-А-4/2(2,4)Сп-16(2) и ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-16(5) – самонесущие оптические кабели с внешней оболочкой из полиэтилена, с защитными покровами из арамидных нитей, внутренней оболочкой из полиэтилена, сердечником, состоящим из 4 оптических и 2 заполняющих модулей с номинальным диаметром 2,4 мм, скрученных вокруг стеклопластикового прутка, соответственно с 16 стандартными одномодовыми оптическими волокнами, соответствующими рекомендациям МСЭ-Т G.652, и с 16 одномодовыми оптическими волокнами со смещенной дисперсией, соответствующими рекомендациям МСЭ-Т G.655. Кабели предназначены для подвески на опорах контактной сети и линий автоблокировки железных дорог, на опорах линий электропередачи (ЛЭП) до 110 кВ и воздушных линиях связи и эксплуатации при температуре окружающей среды от минус 60^оС до плюс 70 ^оС. Конструкция оптического кабеля ОКМС приведена на рис. 6.8.

ОКМС-А-4/2(2,4)Сп-12(2)/4(5) аналогичный кабель, сердечник которого содержит в модулях 12 стандартных одномодовых оптических волокон, соответствующих рекомендациям МСЭ-Т G.652, и 4 одномодовых оптических волокна со смещенной дисперсией, соответствующих рекомендациям МСЭ-Т G.655.

ОКМТ-А-4/2(2,4)Сп-8(2)/8(5) – оптический кабель с внешней оболочкой из полиэтилена, защитными покровами из арамидных нитей, внутренней оболочкой из полиэтилена, сердечником, состоящим из 4 оптических и 2 заполняющих модулей с номинальным диаметром 2,4 мм, скрученных вокруг стеклопластикового прутка, содержащего в модулях 8 стандартных одномодовых оптических волокон, соответствующих рекомендациям МСЭ-Т G.652, и 8 одномодовых оптических волокон со смещенной дисперсией, соответствующих рекомендациям МСЭ-Т G.655. Кабель предназначен для прокладки в пневмотрубопровод и эксплуатации при температуре окружающей среды от минус 40 ^оС до плюс 60 ^оС.

ОКЗ-С-4/2(2,4)Т-16(2) и ОКЗ-С-4/2(2,4)Т-16(5) оптические кабели с внешней оболочкой из полиэтилена, с броней из стальной гофрированной ленты, с внутренней оболочкой из полиэтилена, сердечником, состоящим из 4 оптических и 2 заполняющих модулей с номинальным диаметром 2,4 мм, скрученных вокруг стального троса, соответственно с 16 стандартными одномодовыми оптическими волокнами, соответствующими рекомендациям МСЭ-Т G.652, и с 16 одномодовыми оптическими волокнами со смещенной дисперсией, соответствующими рекомендациям МСЭ-Т G.655. Кабели предназначены для прокладки в телефонную канализацию и эксплуатации при температуре окружающей среды от минус 60 ^оС до плюс 60 ^оС.

Из зарубежных компаний необходимо выделить фирму «Lucent Technologies» (США), кабельная продукция которой сертифицирована в России.

Д

Рис. 6.9. Конструкция оптического кабеля фирмы «Lucent Technolo­gies»: 1 – внешняя полиэтиленовая оболочка; 2 – арамидные нити; 3 – внутренняя полиэтиленовая оболочка; 4 – связывающие ленты; 5 – заполняющий модуль; 6 – оптический модуль; 7 – оптические волокна; 8 – стеклопластиковый пруток; 9 – гидрофобный заполнитель

ля подвески на опорах контактной сети фирма «Lucent Technologies» производит самонесущий оптический кабель марки X2327L6-016-CLIE-4/12 с внешней оболочкой из полиэтилена, защитными покровами из арамидных нитей, внутренней оболочкой из полиэтилена, сердечником, состоящим из 3 оптических и 2 заполняющих модулей с номинальным диаметром 3,0 мм, скрученных вокруг стеклопластикового прутка, с 16 одномодовыми оптическими волокнами со смещенной дисперсией, соответствующими рекомендациям МСЭ-Т G.655. Конструкция оптического кабеля фирмы «Lucent Technologies» приведена на рис. 6.9.

Параметры приведенного оптического кабеля аналогичны параметрам соответствующего кабеля предприятия “Трансвок”.