3.1.2 Конструкция ОВ

Оптическое волокно состоит из внутренней сердцевины и окружающей ее оболочки. Любые дополнительные покрытия (оболочки) являются защитными.

На рисунке 3.3 показано оптическое волокно и составляющие его части.

Рис. 3.3 Основная конструкция оптического волокна

Сердцевина - светопередающая часть волокна, изготовляется либо из стекла, либо из пластика. Чем больше диаметр сердцевины, тем большее количество света может быть передано по волокну. То есть сердцевина оптического волокна является оптическим каналом, по которому распространяется световое излучение.

Оболочка обеспечивает переотражение света в сердцевину волокна таким образом, чтобы световые волны распространялись только по сердцевине волокна, то есть обеспечивает канализацию светового излучения по сердцевине волокна.

Защитная оболочка обеспечивает прочность волокна, поглощение ударов и дополнительную защиту волокна от воздействия окружающей среды. Такие буферные оболочки обычно бывают многослойными, изготовляются из пластика и имеют толщину от 250 до 900 мкм. Защитная оболочка, представляющая собой один или несколько слоев полимера, предохраняет сердцевину и оптическую оболочку от воздействий, которые могут повлиять на их оптические свойства.

Обычно показатель преломления сердцевины обозначают как n1, а показатель преломления оболочки обозначают как п2. ОВ спроектировано так, что п1 > п2. Кварцевое стекло (SiO₂) является основным материалом как для сердцевины, так и оболочки. Для подгонки нужных значений показателя преломления используются легирующие примеси. Показатель преломления оптической оболочки менее чем на 1% меньше показателя преломления сердцевины. Производители волокна строго контролируют разность показателей для получения нужных характеристик волокна.

Размер волокна в общем случае определяется внешними диаметрами его сердцевины, оболочки и защитной оболочки. Геометрические размеры сердцевины, оболочки и защитной оболочки волокна записываются через наклонную чёрточку. Например, запись геометрических параметров волокна в виде 50/125/250 обозначает, что волокно имеет диаметр сердцевины - 50 мкм, диаметр оболочки - 125 мкм и диаметр защитной оболочки 250 мкм.
Заметим, что диаметр оптического волокна соизмерим с диаметром человеческого волоса, который составляет 150-200 мкм.

Окна прозрачности ОВ. Оптические волокна используют кварцевое стекло, которое имеет минимальное затухание в ближней инфракрасной зоне, от 700 до 1600 нм. Основная характеристика ОВ это затухание, которое зависит от длины волны света. Существуют окна прозрачности (ОП) кварцевого ОВ, в которых свет распространяется вдоль волокна с малым затуханием (рис. 3.4).

На заре своего развития оптические волокна работали в трех окнах прозрачности.

Первое окно прозрачности использовалось в 1970-х годах в первых линиях связи на многомодовых волокнах. Тогда полупроводниковые источники излучения выпускались промышленностью только на длину волны 850 им (GaAs). В настоящее время из-за большой величины потерь в волокнах этот диапазон используется в основном в локальных вычислительных сетях.

Рис. 3.4 Спектральная зависимость коэффициента затухания ОВ

Второе окно прозрачности (О) стало использоваться в 1980-х годах в линиях дальней связи, после того как на базе тройных и четверных гетероструктур были разработаны источники излучения на длину волны 1310 нм. В это окно попадает и длина волны нулевой дисперсии SM волокон. В настоящее время второе окно прозрачности используется преимущественно в городских и зоновых линиях.

Третье окно прозрачности (С) было освоено в начале 1990-х годов. В него попадает абсолютный минимум поглощения в кварцевом волокне. Так как SM волокна обладают в третьем окне прозрачности большой дисперсией, то было разработано DS волокно с длиной волны нулевой дисперсии, смещенной в это окно. Третье окно наиболее широко используется в магистральных линиях (Ростелекомом и другими крупными операторами связи).

В последнее время с совершенствованием технологий изготовления оптических волокон третье и прилегающие к нему четвертое и пятое окна прозрачности вызывают повышенный интерес.

Четвертое окно прозрачности (L) позволяет передвинуть длинноволновую границу DWDM систем на 1620 нм. Для работы одновременно в третьем и четвертом окнах прозрачности используются оптические усилители с увеличенной шириной полосы частот и NZDS волокна с малым углом наклона дисперсионных кривых.

Пятое окно прозрачности (S) появилось после создания волокна All Wave. В этом волокне в результате тщательной очистки его от посторонних включений потери в «водяном» пике на длине волны 1390 нм были снижены до 0,31 дБ/км.

Международный союз электросвязи (ITU-Т) утвердил новые спектральные диапазоны в интервале длин волн 1280...1675 нм (таблица 3.1).

Сравнивая величину коэффициента затухания ОВ с коэффициентом затухания электрических кабелей, рассмотренных выше, видим колоссальное преимущество ОВ.