Расчет основных параметров, конструкция и классификация волоконно-оптических кабелей

Конструкция и классификация волоконно-оптических кабелей

Основными элементами волоконно-оптического кабеля являются:

1. Несущий трос, представляющий собой пруток металла или стеклопластика, который покрыт полиэтиленом. Он предназначен для центрирования трубок.
2. Двухслойные пластиковые или стеклянные волокна, иногда покрытые лаком, который предохраняет их от повреждений и используется для цветовой маркировки волокон.
3. Пластиковые трубки, которые содержат световоды и заполнены гидрофобным гелем.
4. Плетка, оплетающая трубки и обладающая демпфирующими свойствами, предназначенная для уменьшения трения внутри кабеля и дополнительной защиты от влаги.
5. Тонкий слой полиэтиленовой оболочки, предназначенной для дополнительной защиты от влаги (может отсутствовать).
6. Слой брони или кевларовых нитей. Броня представляет собой пруток или круглые проводки, которые изготавливаются из гвоздевого железа, стеклопластика или стали. Броня предназначена для защиты кабеля, который уложен в грунт. Особенность кевлара - небольшой вес и допустимое растягивающее усилие 6-9 кН. Назначение кевлара заключается в выполнении функции тросика в тех местах, где могут возникнуть наводки.
7. Слой полиэтиленовой пленки с гидрофобным гелем, предназначенный для дополнительной защиты от влаги.
8. Слой мягкой и толстой оболочки из полиэтилена, назначение которой заключается в защите внутренних слоев кабеля от воздействий окружающей среды.

Оптические кабели классифицируются по:

1. Условиям прокладки (подвес, укладка в грунт, прокладка кабельной канализации, прокладка под водой).
2. Материалу волокна (GOF и POF кабели).
3. Месту монтажа (для наружного или внутреннего монтажа).

Расчет основных параметров волоконно-оптического кабеля

Основной составляющей оптического кабеля является оптическое волокно, которое изготавливается на основе чистого кварцевого стекла. Оно имеет двухслойную конструкцию, состоящую из сердцевины и отражающей оболочки с фазовыми показателями преломления.

К основным параметрами оптического кабеля относятся коэффициент затухания, абсолютная разность преломлений отражающей оболочки и сердцевины, критическая длина волны, относительная разность показателей преломления, критическая частота, числовая апертура световода, нормированная частота. Абсолютная разность преломлений сердцевины и отражающей оболочкой рассчитывается по следующей формуле:

$n = n1-n2$

где: n1 - показатель преломления сердцевины; n2 - показатель преломления отражающей оболочки.

Относительную разность показателей преломления можно рассчитать следующим образом:

Рисунок 1. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Числовая апертура для световода со ступенчатым профилем может быть рассчитана по формуле:

Рисунок 2. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Для расчета нормированной частоты используется формула:

$V=2*п*а*NA/Л$

где: п = 3,14; Л - рабочая длина волны.

Критическая частота, измеряемая в герцах, рассчитывается следующим образом:

$fкр = Pnm*c*n/(п*d*NA)$

где: Pnm - значение корней функции Бесселя для разных мод. d - диаметр сердцевины оптического кабеля.

Критическая длина волны может рассчитываться по формуле:

$Лкр = п*d*NA/(Pnm*n1)$

Процесс затухания оптического кабеля обусловлен собственными потерями в оптических волокнах, а также дополнительными потерями, которые возникают в результате их деформации и изгибов в процессе изготовления, прокладке, а также эксплуатации кабеля. Таким образом затухание кабеля рассчитывается по формуле:

$aк = ас-адоп$

где: ас - собственные потери в волокне; адоп - дополнительные потери в волокне

Собственные потери волокон представляют собой сумму потерь на поглощения и рассеяние:

$ас = ап+ар$

Потери на поглощение рассчитываются следующим образом:

$ап = 8,69*n1*tgq/Л$

где: tgq - тангенс угла диэлектрических потерь материала, из которого сделана сердцевина

Формула для расчета потерь на рассеяния выглядит следующим образом:

Рисунок 3. Формула. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

где Кр - коэффициент рассеяния материала сердцевины.

Дополнительные потери оптического кабеля обусловлены деформацией оптического волокна в процессе эксплуатации, производства и прокладки:

$ак = а1+а2$

где: а1, а2 - дополнительные потери вследствие микроизгибов оптического волокна.

Еще одним важным параметром оптического кабеля является дисперсия - увеличение продолжительности импульса оптического излучения в случае его распространения по оптическому волокну благодаря рассеянию во времени спектральных или модовых составляющих оптического сигнала.