|
|
Конструкция и материал оптических волоконОптическое волокно представляет собой тонкую двухслойную стеклянную нить, состоящую из сердечника и оболочки с различными показателями преломления. Для защиты волокна от атмосферных и механических воздействий поверх светоотражающей оболочки накладывается защитное покрытие. Конструкция оптического волокна с защитным покрытием представлена на рис. 46.
Кварцевые оптические волокна изготавливаются из высокочистого кварцевого стекла (сердечник и светоотражающая оболочка) и применяются для систем дальней, внутри- и межобъектовой связи. Кварц-полимерные оптические волокна изготавливаются с кварцевым сердечником и полимерной светоотражающей оболочкой и предназначены для систем внутри- и межобъектовой связи. Полимерные оптические волокна изготавливаются из полимерных материалов, имеющих высокие оптические свойства, и используются для некоторых систем внутриобъектовой связи, подсветки, декоративного оформления и в медицине. Для изготовления оптических волокон, которые используются для передачи сигналов в основном на большие расстояния, применяются материалы, обладающие минимальными потерями и высокой прозрачностью. Материал сердечника должен иметь очень маленькие потери на поглощение и рассеивание. Этому требованию удовлетворяют гомогенные (отсутствие каких-либо следов фазового разделения) стекла высокой чистоты и качества. Стекло – это аморфное твердое тело, состоящее из элементов или химических соединений, которые встречаются и в кристаллическом состоянии. Самым низким поглощением в видимой и ближней инфракрасной областях длин волн среди большинства стекол обладает плавленый кварц при условии высокой степени очистки и гомогенности. Кварц имеет значительные преимущества перед остальными видами стекол из-за малых внутренних потерь на рассеивание. Высокая точка плавления кварца требует специальной технологии для изготовления оптического волокна и позволяет избавиться от различных примесей, которые испаряются при меньших температурах. Небольшой показатель преломления плавленого кварца n = 1,4585 заставляет легировать кварцевое стекло при изготовлении сердечника и светоотражающей оболочки. Добавки увеличивают или уменьшают значение показателя преломления до необходимых значений при сохранении прочих характеристик на уровне характеристик чистого кварца. Для уменьшения показателя преломления плавленого кварцевого стекла могут применяться добавки окиси бора, фтора, а для увеличения – окиси германия, фосфора, титана, алюминия. Кроме неорганических материалов для изготовления оптических волокон используют стеклообразные органические высокомолекулярные полимерные материалы с продольной ориентацией молекул, которая придает пластичность волокну. К этим материалам можно отнести полиметилметакрилат, полистирол, фторополимер, сополимер полиметилметакрилата, диаллиловый эфир, мономер винила, диаллилфталат, поликарбонат и др. Для светоотражающих оболочек оптических волокон типа кварц-полимер могут использоваться полимерные материалы, показатель преломления которых ниже показателя преломления плавленого кварца. Эти материалы характеризуются также малым поглощением в видимой и инфракрасной областях спектра. К ним относятся некоторые фторсодержащие полимеры и кремнийорганическая резина. Стеклянные оптические волокна необходимо защищать от атмосферных и механических воздействий, так как могут образовываться микротрещины или другие неровности поверхности, что приводит к значительному ухудшению механической прочности и создает угрозу для длительной оптической и механической стабильности стекловолокна. Для предотвращения этого применяются защитные покрытия из полимерных материалов. Основные требования, предъявляемые к полимерному покрытию, заключаются в следующем: – материал покрытия должен быть достаточно жестким для того, чтобы предохранять волокно от механических повреждений; – покрытие должно быть толстым, эластичным и однородным по всей длине волокна с тем, чтобы, являясь буфером, предохранять волокно от микродеформаций; – материал, используемый для изготовления покрытия, должен задерживать распространение механических колебаний в оболочке оптического волокна; – материал и оборудование, применяемое для наложения покрытия, не должны являться причиной возникновения напряжений в оптическом волокне и образования трещин на поверхности оптического волокна во время процесса его вытяжки и изготовления кабеля; – покрытие должно быстро твердеть, прежде чем волокно достигнет тяговой шайбы. Подобрать полимерный материал, отвечающий всем требованиям, практически не представляется возможным. Поэтому защитное покрытие выполняется многослойным. Первый слой изготавливается на основе эпоксидных и фенолформальдегидных лаков, тефлона или расплава полимера. Вторая, или основная оболочка выполняется из фторопласта, полипропилена, нейлона, капрона, этиленвинилацетата, полиэтилена высокого и низкого давлений, кремнийорганической резины. Наиболее часто используется нейлон-12, поскольку он практически не вызывает микроизгибов оптического волокна из-за молекулярной ориентации и неровностей поверхности. Между первичным и основным слоями в последнее время стали наносить демпфирующий слой из мягкого полимерного материала, например полиуретана или модифицированной силиконовой резины на основе полидиметилсилоксана и полиметилфенилсилоксана. Демпфирующий слой сводит до минимума влияние температуры, внешнего давления, приводящих к возникновению микроизгибов, так как оптическое волокно может перемещаться внутри демпфирующего слоя. Эффективным буферным покрытием кроме силиконов могут служить затвердевающие под воздействием ультрафиолета уретанакрилатные или эпоксиакрилатные полимеры с малыми модулями упругости. Чем меньше модуль Юнга полимера, тем более тонкое покрытие следует наносить на оптическое волокно. Максимальная толщина покрытия определяется главным образом коэффициентом термического расширения используемого полимера и технической возможностью получить по всей длине оптического волокна покрытие постоянной толщины. Рассмотрим типовые размеры и некоторые характеристики наиболее распространенных многомодовых и одномодовых кварцевых волокон. Оптические волокна классифицируются по размеру диаметров сердечника и оболочки, которые разделяет дробная черта /. Например, волокно 50/125 имеет диаметр сердечника 50 мкм и диаметр оболочки 125 мкм. Иногда информации только о размерах недостаточно, чтобы однозначно определить волокно, так как один и тот же размер может иметь различные значения относительной разности показателей преломления В табл.3. приведены характеристики наиболее распространенных многомодовых стекловолокон. Таблица 3 Характеристики многомодовых оптических волокон
Волокно 50/125 (с обеими числовыми апертурами) было первым основным телекоммуникационным волокном, которое использовалось совместно с лазерными излучателями для организации связи на значительные расстояния. В настоящее время оно используется для расширения ранее созданных многомодовых магистральных систем и локальных вычислительных сетей учреждений. Из-за широкого применения волокно 50/125 стало своеобразным стандартом, с которым сравнивают другие многомодовые волокна. Волокно 62,5/125. По мере совершенствования технологии изготовления оптических волокон и соответственно уменьшения их стоимости данный размер становится наиболее распространенным при использовании стекловолокон в отдельных сегментах телекоммуникационных сетей, в частности в качестве фидеров абонентского контура. Несколько больший размер диаметра сердечника позволяет использовать в качестве источников излучения светодиоды. Данное волокно наименее чувствительно к оптическим потерям вследствие микроизгибов. Волокно 85/125. Данный размер волокон специально разработан для локальных вычислительных сетей и работает от светодиодных источников. Недостатком стекловолокна является наибольшая чувствительность к оптическим потерям вследствие изгибов. Именно по этой причине данный размер оптических волокон получил наименьшее применение. Волокно 100/140. Разработано для низкоскоростной передачи информации на незначительные расстояния в сетях с большим числом ответвлений. Большой диаметр сердечника обеспечивает максимальную эффективность при вводе излучения в стекловолокно, что предъявляет наименьшую требовательность к оконечной заделке волокон. Однако нестандартный размер оболочки создает необходимость использования нестандартных коннекторов, которые несколько дороже аналогичных устройств для размера оболочки волокна 125 мкм. Одномодовые волокна. Часто упускают из виду, что исследования с одномодовыми волокнами предшествовали экспериментам с многомодовыми волокнами с градиентным профилем показателя преломления. Изыскания, выполненные в 70-е гг., привели к заключению, что одномодовые волокна из-за жестких требований при вводе излучения в световод не имеют практической ценности, что предопределило бурное развитие многомодовых волокон. Однако исследования по разработке одномодовых технологий продолжались и в 1984 г., они были внедрены с большим коммерческим успехом. Одномодовые волокна обладают меньшей дисперсией, а следовательно, большей пропускной способностью и меньшим затуханием, чем многомодовые стекловолокна. В настоящее время одномодовые волокна фактически заменили многомодовые во многих волоконно-оптических системах. Основные данные одномодовых стекловолокон приведены в табл. 4. Таблица 4 Характеристики одномодовых оптических волокон
Размер оболочки одномодовых стекловолокон составляет 125 мкм.
Контрольные вопросы 1. Приведите классификацию оптических волокон и область их применения? 2. Назовите материалы, применяемые для изготовления сердечника волоконного световода. 3. Назовите материалы, применяемые для изготовления светоотражающей оболочки волоконного световода. 4. Приведите требования, предъявляемые к защитному покрытию. 5. Назовите материалы, применяемые в качестве защитного покрытия. 6. Приведите размеры многомодовых оптических волокон и область их применения. 
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|
и числовую апертуру.
= 1,31 мкм