Виды волокон

Оптоволокно производится из стекла и пластика. Стекло в большинстве случаев используется в локальных сетях, так как оно имеет большую полосу пропускания. На практике также используется пластиковое волокно, и данная область в последнее время активно развивается. Однако на данный момент высокая потребность в большой полосе пропускания и большие расстояния вынуждают использовать кремниевые кабели в большинстве систем.

Сердцевина волокна на самом деле передает луч света, а оболочка обеспечивает прочность, гибкость и контролируемое изменение показателя преломления. Все это необходимо для осуществления оптоволоконного соединения.

Не путайте оболочку с пластиковым буфером и внешним покрытием, которые покрывают волоконные нити в конструкции кабеля с плотным буфером. Буфер и грунтовое покрытие удаляются с помощью специального инструмента при подготовке к присоединению нитей. Оболочка же, в свою очередь, является неотъемлемой частью волоконной нити и не может быть удалена.

Оптоволокно по типу распространяющихся сигналов подразделяется на одномодовое и многомодовое (рис. 80). Одномодовое волокно имеет очень узкую сердцевину, поэтому только узкий луч света может пройти по такому волокну, т.е. в виде одной моды (конфигурации) света. Многомодовое же волокно имеет большой диаметр сердцевины, а многочисленные лучи света проходят либо за счет отражения от стен сердцевины, либо путем совмещния отражения и преломления в сердцевине. В табл. 11.1 показаны виды оптических волокон, которые используются в локальных сетях.

Таблица 11.1 Виды оптических волокон, которые используются в локальных сетях

Число мод	Профиль показателя преломления	Диаметр оболочки, мкм	Диаметр сердцевины, мкм	Оптические окна прозрачности, нм
Одномодовый	Ступенчатый	4-8	125	1310, 1550
Многомодовый	Градиентный	50	125	850, 1300
Многомодовый	Градиентный	62,5	125	850, 1300

Одномодовое волокно, используемое в локальных сетях, имеет диаметр сердцевины только 4-8 мкм и окружено оболочкой, которая обычно имеет диаметр 125 мкм. Многомодовое волокно, используемое в локальных сетях, имеет диаметр сердцевины 50-62,5 мкм и окружено оболочкой с диаметром 125 мкм. Данные размеры применимы к большинству локальных сетей, которые существуют на данный момент, хотя существуют и другие виды волокон для других приложений.

Многомодовое волокно также разделяется на два основных вида, а именно со ступенчатым показателем преломления и с градиентным показателем преломления. Данные термины отображают градацию волокна по показателю преломления, который измеряется по радиусу от центра сердцевины. Как видно на рис. 81, лучи света отображаются от «стен», образованных резким скачком в показателе преломления между сердцевиной и оболочкой многомодового волокна со ступенчатым профилем показателя преломления. В противоположность этому в многомодовом волокне с градиентным показателем преломления лучи в основном изменяют направление по причине побеленного изменения показателя преломления от центра сердцевины до края оболочки.

Конфигурации оптоволоконного кабеля

Оптоволоконные кабели существуют в различных вариантах физических конструкций. Оптические кабели могут быть любых видов от 2-волоконного кабеля, используемого для перемычек, до 144-волоконного кабеля (обычно поделенного на ряды по 12 в каждом), который используется для передачи сигналов между городами. Кабель для уличного использования может иметь снаружи стальную оболочку или специальное покрытие для предотвращения различных повреждений. Однако большая часть кабелей в локальных сетях является обычным многомодовым кабелем для внутреннего пользования с одной или двумя конфигурациями.

Рис. 82 Конструкция оптоволоконного кабеля с плотным буфером

Кабель с плотным буфером

Одна из двух основных конструкций волоконно-оптического кабеля называется плотным буфером. Как видно на рис. 82, где отображен одножильный кабель, буферный слой находится между первичным покрытием волокна и слоями внешней защиты. В кабеле с плотным буфером буфер представляет собой пластиковую оболочку, которая отделяет само волокно от этих внешних слоев, а также защищает волокно по мере удаления внешних слоев. Многоволоконный кабель с плотным буфером имеет два или более защищенных буферами волокна, которые могут быть дополнительно покрыты отдельной оболочкой и одним или более уплотняющими и усиливающими компонентами.

В ходе установки внешняя оболочка и нити слоя защиты удаляются с помощью острого ножа или специального инструмента, остается лишь гибкая нить небольшого диаметра. Данная нить и есть оптическое волокно, состоящее из сердцевины волокна, оболочки и первичного покрытия и покрытое плотным буфером. Для среза оболочки буфера, не задевая волокно, используется точный инструмент, похожий на обычное устройство для зачистки проводов. Затем пластиковый буфер удаляется плавным движением инструмента к концу волокна. Первичное пластиковое покрытие также может быть удалено в ходе этого процесса. Затем волокно очищается с ислользованием спирта. После некоторых дополнительных шагов остающееся волокно очищается и устанавливается в соответствующий волоконно-оптический коннектор.

Кабели с плотным буфером обычно используются там, где нужно пройти небольшое количество волокон между двумя точками без использован защитных кабелепроводов. В данных системах кабель обычно имеет плотную внешнюю оболочку. Двойной кабель (дуплексный или zip-кабель) также используется для коммутационных кабелей, кабелей пользователя и перемычек. В месте подсоединения многожильного кабеля с плотным буфером для основного кабеля и отдельно присоединяемых волокон необходимо использовать дополнительный крепеж для снижения деформации (strain relief). В большинстве случаев кабель в оболочке очень жесткий, а сами волокна очень гибкие, но довольно хрупкие.

Кабель со свободным буфером

В кабеле со свободным буфером одно или более волокон (речь идет о волокнах с первичным покрытием) расположены свободно внутри пластиковых трубок (рис. 83). Некоторые из трубок могут быть помещены во внешнюю пластиковую оболочку вместе с усиливающими и уплотняющими элементами. По причине своей конструкции кабель обычно называют кабелем со свободной оболочкой. В каждую трубку обычно помещаются от одного до двенадцати волокон. Гибридные конструкции кабеля могут иметь разные трубки для многомодовых и одномодовых волокон.

На конце кабеля удаляются внешние слои оболочки и усиливающие элементы, а все наполнители и центральные силовые элементы отрезаются и снимаются. Трубки затем аккуратно надрезаются на расстоянии от конца, необходимом для присоединения, а отдельные волокна подготавливаются и присоединяются в соответствующие коннекторы. Дополнительный крепеж для снижения деформации (strain relief), маршрут прокладки волокон и места для хранения избытка волокон предоставляются в кабельных коробах для оптических кабелей.

Оптоволоконные кабели со свободным буфером обычно используются в многоволоконных кабелях между распределительными точками типа телекоммуникационных помещений. Подобный тип кабеля подходит для структурированных магистральных кабелей, городских магистральных кабелей и для использования в многопользовательских розетках (MUTOA) в офисах. Централизованные кабельные системы могут эффективно использовать данный тип кабеля для прокладки его к точке коммутации типа телекоммуникационного помещения на каком-либо этаже здания. Отдельные кабели могут быть затем проложены к каждой розетке пользователя.

Основное преимущество кабеля со свободным буфером состоит в том, что его подключение занимает меньше времени, чем в случае с кабелем с Плотным буфером с таким же количеством волокон. В приложении с относительно небольшим количеством волокон вы не почувствуете разницу, но в системе с большим количеством волоконных соединений работа будет быстра при использовании кабеля со свободным буфером.

Помимо кабелей для внутренней прокладки существует несколько видов кабелей со свободным буфером для наружной прокладки. Подземный неметаллический кабель (иногда называется диэлектрическим кабелем) является одним из этих видов. Данный кабель менее подвержен повреждениям от удара молний, но если он будет проложен рядом с металлическими кабелями, как это часто происходит в воздушных линиях (между телефонными столбами), то прямое попадание молнии сожжет этот кабель таким же образом. Интересным является способ укладывания стального кабеля вокруг неметаллического, что повышает прочность кабеля, протянутого между телефонными столбами.

Рис. 83 Конструкция оптоволоконного кабеля с ослабленным буфером

Внешний кабель может также быть объединен со стальным (и называться кабелем-посланником) для воздушных прокладок. Для подземных соединений используется кабель в металлической оболочке. Оболочка обычно представляет собой плотный слой меди, стали или свинца, размещенного между двумя внешним слоями оболочки кабеля.

Оптоволоконные коннекторы

Оптоволоконная технология известна своим использованием невероятного количества несовместимых соединителей. В волоконной индустрии оптоволоконные приложения были намного более сложными, чем медные, а взаимодействие в них волокон, коннекторов и приемопередатчиков было более сложным и запутанным. Это вылилось в появление технологий улучшенного соединения, в которых были предприняты попытки учесть вопросы развития сборки, применения и выравнивания, появившиеся с годами. Оптические коннекторы подверглись изменениям, чтобы соответствовать стандартам производительности и удобства, а не для того, чтобы просто радикально из-менить технологию по сравнению с использованием меди.

В табл. 11.2 приведены некоторые из наиболее популярных оптоволоконных коннекторов, которые показаны в порядке своего появления (за исключением коннекторов SFF, которые появились приблизительно в одно и то же время). До сих пор используется большое количество устаревших коннекторов.

Последние требования к стандартам коннекторов состоят в разъемной подключаемости и парном использовании. До того как появилась поправка -А, в стандарте EIA/TIA-568, основными коннекторами были виды SMA и ST.

SMA - это винтовой одноволоконный коннектор, a ST - это одноволо-конный коннектор с защелкой. Оба они являются миниатюрными оптическими вариантами коннекторов типа N и BNC (соответственно), с которыми мы знакомы со времен возникновения Ethernet.

К сожалению, соединители SMA и ST должны были индивидуально подключаться к соответствующим блокам или коммутационным коннекторам. Даже если коннекторы были каким-либо образом помечены или имели цветовые коды, были вполне возможны ситуации, когда они путались между собой, путали передачу и прием сигнала, что приводило к обрыву связи. Так как все оптические интерфейсы состояли из двух соединений, была серьезная потребность в создании типа коннектора, который мог бы при необходимости использоваться в паре. Изначально решением проблемы стал коннектор SC, : который был указан как предпочтительный в варианте стандарта EIA/TIA-568-А. Данный коннектор имел преимущество в том, что обладал соединением по принципу Push-To-Mate/Pull-To-Unmate (простое штекерное подключение), что давало возможность двум коннекторам быть одновременно подключенными к интерфейсу. Когда два коннектора SC связаны с помощью защелки, которая выравнивает пару и позволяет коннекторам подключаться как одно целое, данная конструкция называется 568SC.

Таблица 11.2 Виды оптоволоконных соединителей

Коннектор	Тип	Стоимость сборки	Свойства	Производитель
Biconic	Коническая муфта с резьбой	Высокая	Хорошее выравнивание волокна	AT&T
SМА	Цилиндрическая муфта металлический с резьбой	Ближе к высокой	Меньший размер, стандартные детали для коннекторов RF	Amphenol
ST	Цилиндрическая муфта с байонетным фиксатором	Средняя	Небольшой размер, быстрое соединение	AT&T
SC	Заостренный квадратный без фиксаторов	Низкая	Быстрое соединение	NEC
568SC	Двойной заостренный квадратный, без фиксаторов	Низкая	Дуплексный,быстрое соединение, SFF	NEC
OptiJack	С двумя муфтами, модульный пластиковый, с защелкой	Низкая	Дуплексный,быстрое соединение, SFF	Panduit
LC	С двумя муфтами, модульный пластиковый, с защелкой	Низкая	Дуплексный,быстрое соединение, SFF	Lucent Technologies
MT-RJ	С двумя цилиндрическими муфтами, модульный с защелкой	Низкая	Дуплексный,быстрое соединение, SFF	Аlсоа/АМР/Siecor
WF-45	Двойной, без муфты, V-канальный модульный с защелкой	Низкая	Дуплексный,быстрое соединение, SFF	ЗМ

Коннектор SC также продолжает линию спроса на оптические коннекторы быстрого присоединения. Подобные коннекторы обычно используют обжимную конструкцию без полировки, которая ускоряет присоединение коннектора до одной минуты на один коннектор. Данные коннекторы быстрого присоединения пропускают долговременную стадию присоединения волокна к коннектору эпоксидной смолой за счет использования обжимной системы, которая напоминает систему соединения коннектора с коаксиальным кабелем. Основное различие состоит в том, что хрупкое стеклянное волокно не должно деформироваться в ходе процесса обжатия, иначе это повлечет за собой обрыв связи.

Более того, некоторые из новых изобретений в области коннекторов теперь используют предварительное присоединение коннекторов. Как вы уже знаете, одним из наиболее трудоемких моментов, связанных с обычными оптоволоконными коннекторами, является полировка конца присоединяемого волокна, которое проходит через кончик оптического коннектора. Один из видов коннекторов предварительного присоединения имеет встроенный отрезок отполированного волокна на конце коннектора.

Волоконная нить вставляется через заднюю часть коннектора в особую «согласующую жидкость», показатель преломления которой близко соответствует показателю преломления обеих волокон. В результате будет отсутствовать смещение случайных лучей света на загнутом конце волокна. Вместо этого луч пройдет в согласующую жидкость, а затем в отрезок волокна практически без преломления, ликвидируя очень долгий этап в процессе сборки. Альтернативным вариантом будет использование сферы с совпадением показателя преломления для уменьшения дисперсии света на конце волокна и направления его в отполированный отрезок волокна.Однако оптические коннекторы быстрого присоединения не лишены недостатков. Стандартное присоединение волокна, когда оно обрезается и полируется, обычно имеет меньшие потери в коннекторе, чем при быстром присоединении.

Коннекторы SMALL FORM FACTOR (SFF)

Коннекторы малого размера (SFF) являются новым видом оптоволоконного соединения. И хотя коннектор SC соответствует требованиям по передаче, приему и парному использованию, это был большой коннектор, имеющий два смежных разъема в модульной лицевой панели. Коммутационные панели нужно было долностью переделать, чтобы они соответствовали данному коннектору, и высокая плотность размещения волоконных окончаний, необходимая для коммутаторов, концентраторов и маршрутизаторов, также была невозможна. Концепция данного коннектора была разработана для решения всех этих проблем.

Коннектор SFF представляет собой оптоволоконный коннектор, который обеспечивает присоединение двух волокон в форм-факторе одного разъема на модульной панели. Данная конструкция обычно соответствует требованиям создания дуплексного оптического соединения. В TIA-568-C.3 «Optical Fiber Cabling Components Standard» (Стандарт волоконно-оптических кабельных компонентов) отказались от требований к конкретным коннекторам для ускорения развития технологий и предоставления рынку права определять предпочтительные варианты. Коннектор может иметь любую конфигурацию, которая соответствует определенным требованиям, и нет необходимости быть точно таким же, как медный модульный коннектор RJ-типа.

Существуют два основных требования, которым должен соответствовать любой коннектор SFF, соответствующий TIA-568-C.3. Первое - выравнивание оптических коннекторов должно соответствовать документу FOCIS. Второе - коннектор должен давать возможность поддерживать два варианта стандарта (А/В).

Основная идея состоит в том, что ориентация А/В изменяется на интерфейсе каждого адаптера таким образом, что связь передача/получение поддерживается на всем протяжении кабельных и кроссовых соединений. Система автоматически создает «перекрест» между передачей и получением на интерфейсах оборудования на каждом конце кабеля. Коннекторы SC и адаптеры должны быть ориентированы определенным образом, чтобы поддерживать подобную связь, и они часто используются для примера такой ситуации. Коннекторы SFF автоматически ориентируются, так как каждое волокно постоянно находится на своем месте в коннекторе. Однако это усложняет работу с заменами пар, так как нельзя просто отсоединить и изменить направления в SFF.

Таблица 11.3 Цветовые коды коннекторов для оптического волокна

Тип волокна	Сердцевина/оболочка	Цветовой код коннектора	Цвет адаптера
Многомодовое	50/125	Черный	Черный
Многомодовое	62,5/125	Бежевый	Бежевый
Многомодовое	50/125 лазерное	Аква	Аква
Одномодовое		Синий	Синий
Уголковое одномодовое		Зеленый	Зеленый

Коннекторы SFF могут также иметь клапан, как это бывает у 8-контактных модульных коннекторов типа RJ. Использование клапана гарантирует, что ориентация А/В останется без изменений, так как разъем может быть вставлен только одним способом. С другой стороны, именно производитель коннектора/адаптера будет определять полярность А/В для монтажника, так как вся система оптического соединения в TIA предусматривает постоянное изменение направления на каждом адаптере.

Цветовые коды коннекторов

TIA-568-C.3 требует использовать разные цвета для коннекторов и адаптеров, согласно типу их волокна. Многомодовые компоненты должны быть бежевыми, а одномодовые компоненты - синими. Данная разница поможет избежать потенциальной проблемы идентификации типов волокна. Несоответствие типов волокна может вызвать потери в 4-6 дБ (в один конец) либо ненадежную работу или вообще отказ системы. Данный момент играет очень важную роль, поэтому мы выделили его в табл. 11.3.

Монтажники и системные администраторы должны убедиться в том, что они используют подходящий цветовой код волокна во всех соединениях и коммутационных кабелях. Нет какого-то конкретного разделения коннекторов для того, чтобы предотвратить совмещение одномодового и многомодового волокон, если вы попытаетесь сделать это. Но вы без труда увидите несовпадение цветов, если цветовой код будет соблюдаться.