Привет студент

Существует много разновидностей ВС. Их классифицируют по применяемым материалам (группа кварцевых стекол, группа многокомпонентных стекол), по структуре (со ступенчатым или градиентным, плавным изменениями ПП), по числу передаваемых типов волн (многомодовые, одномодовые).

Структура распространенных оптических ВС и картина распространения в них световых лучей схематично изображены на рис. 3. Световод представляет собой тонкую нить из оптически прозрачного материала, сердцевина которого радиусом r₁ имеет ПП, равный n₁, а внешняя оболочка радиусом r₂ - n₂. Поэтому лучи, распространяющиеся под достаточно малыми углами к оси световода, испытывают полное внутреннее отражение на поверхности раздела сердцевина - оболочка и распространяются только по сердцевине. Величины n₁ и n₂ определяют число типов волн (мод), которые могут распространяться по световоду при заданных длине волны света и диаметре сердцевины. В настоящее время применяют три основных типа оптических волокон кварцевого стекла: многомодовые со ступенчатым и плавным изменениями ПП и одномодовые (рис. 3).

Наиболее широкое применение нашли многомодовые волокна с плавным изменением ПП (рис. 3, а). Однако в связи с быстрым развитием техники и технологии производства одномодовых волокон они в будущем могут полностью вытеснить многомодовые волокна, особенно в протяженных линиях дальней связи. Основная трудность в создании такого волокна - получение физически чистого кварцевого стекла и малого диаметра волокна.

Многомодовые световоды со ступенчатым профилем ПП (рис. 3, б) имеют диаметр сердцевины порядка 50 мкм, в то время как одномодовые - всего 2...8 мкм. Больший, чем у одномодового, диаметр сердцевины многомодового ВС обеспечивает два преимущества при использовании его в узкополосных линиях оптической связи. Во-первых, многомодовый световод позволяет работать с некогерентными оптическими источниками, связь которых с одномодовыми световодами всегда сопровождается резким уменьшением эффективности. Во-вторых, многомодовый ВС предъявляет менее жесткие требования к устройствам соединения световодов.

В градиентных волокнах (рис. 3, в) характеристика преломления от середины волокна до оболочки приближается к параболической. Градиентный световод также пропускает большое число мод. Его преимущество перед многомодовыми световодами со ступенчатым профилем ПП - малая модовая дисперсия. Это достигается выбором соответствующего профиля ПП, который минимизирует разность групповых скоростей различных мод.

Рис. 3. Распространение лучей в световодах: а — одномодовое волокно; б — многомодовое волокно со ступенчатым распределением ПП; в -градиентное волокно

Однако максимальную пропускную способность при одинаковой длине участка регенерации достигают за счет применения одномодового волокна. И все же этот тип волокна из-за своих крайне малых размеров сердцевины пока еще имеет низкую технологичность.

Наиболее распространены два метода получения световодов: двойного тигля и вытягивания. По методу двойного тигля оптическое волокно для сердцевины и оболочки получают вытягиванием из расплавов стекол, находящихся в концентрических тиглях с центральными отверстиями. Другой способ заключается в нагревании конца заготовки световода и получении волокна вытягиванием расплавленного стекла из одной заготовки. В обоих случаях можно применять различные нагреватели.

На рис. 4 приведена схема установки с двойным тиглем. Она содержит два концентрически расположенных тигля с фильерами в середине их оснований. Во внутренний тигель помещают стекло для сердцевины, которое течет через наружный тигель, содержащий стекло для оболочки. Расстояние между фильерами и их размеры подбирают так, чтобы происходила необходимая диффузия между стеклами сердцевины и оболочки и чтобы можно было выдержать требуемые размеры сердцевины и оболочки. В расплав, находящийся в тиглях, сверху непрерывно погружают стеклянные прутки.

Рис. 4. Схема двойного тигля: 1 - зона ионного обмена; 2 - нагревательный элемент; 3, 4 - стержни стекла для оболочки и сердцевины; 5, 6 — тигли для сердцевины и оболочки; 7 - волокно; 8 - печь.

Максимальная скорость вытягивания световода составляет сотни метров в минуту. Таким способом изготавливают как ступенчатые, так и градиентные световоды.

Процесс вытягивания световода из заготовки включает в себя операцию нагревания ее конца. Регулируемый механизм ввода заготовки в печь обеспечивает юстировку заготовки по поперечным координатам и подачу заготовки сверху вниз по мере вытяжки волокна (рис. 5). Графитовая печь разогревает конец заготовки до температуры порядка 2000. Температура стабилизируется микроконтроллером, управляющим графитовой печью.

В процессе вытяжки диаметр волокна измеряется датчиком диаметра, сигнал с которого поступает в вычислительное устройство, стабилизирующее размер диаметра с точностью до 1 мкм. Диаметр волокна А в процессе вытяжки определяется следующим выражением

где D - диаметр заготовки; u - скорость вытяжки; v - скорость подачи заготовки. В соответствии с сигналом от датчика волокна микроконтроллеры управляют приводом подачи заготовки и скоростью вытяжки.

Световод после вытягивания имеет очень высокую прочность. Однако чистую поверхность световода нужно защитить от царапин и взаимодействия с окружающей средой. Для этого сразу же после вытяжки волокно проходит через тигель с калиброванной фильерой, заполненный жидким составом с защитным покрытием. В качестве защитного покрытия чаще всего используют силиконовую резину, которая затвердевает при нагревании в печи. Для автоматизированных вытяжных установок скорость вытяжки составляет 2...10 м/с. Метод вытягивания световода из заготовки прост, поэтому он нашел более широкое применение, чем метод двойного тигля.

Параметры зарубежных световодов приведены в табл. 2.

Рис. 5. Схема установки для вытяжки волокна: 1 - контроллер управления подачей заготовки; 2 — узел центрирования заготовки; 3 - заготовка; 4 - контроллер стабилизации температуры; 5 - высокотемпературная печь;

6 - датчик диаметра волокна; 7, 8 - контроллеры измерения и стабилизации диаметра; 9—тигль с защитным покрытием; 10 - печь сушки покрытия; 11 - контроллер температуры сушки; 12 - вытяжные ролики; 13 - контроллер привода вытяжки; 14 - контроллер управления раскладкой-намоткой; 15 - барабан раскладки-намотки; 16 - компенсатор

Характеристики экспериментальных линий связи

Таблица 2

Рис. 6. Типичные конструкции волоконно-оптических кабелей 1 - световод; 2 - упрочняющий элемент; 3 - уплотнитель; 4 - оболочка кабеля

Как правило, в судовой РЭА световоды используют не самостоятельно, а в составе оптических кабелей. Оптическим кабелем называется кабельное изделие, содержащее несколько оптических волокон, оптических модулей или оптических жгутов, заключенных в общую оболочку, на которую в зависимости от условий эксплуатации может быть наложен защитный слой.

Общие требования к конструкции оптического кабеля: упрочняющий элемент должен обеспечивать возможность сильного натяжения кабеля при малой деформации (от 0,5 до 1 %) и при этом обладать достаточной эластичностью, чтобы кабель можно было сгибать с малым радиусом, световоды с большой внутренней прочностью и полимерным покрытием необходимо располагать в кабеле так, чтобы их деформации при изгибах или растяжении оставались в пределах, задаваемых для кабеля.

Кабель также должен содержать ряд необходимых компонентов (рис. 6) для защиты световодов от микроизгибов и влияния окружающей среды.

В идеальном случае любой из компонентов надо располагать вдоль оси кабеля, чтобы обеспечить максимальную гибкость при минимальной продольной деформации.

При проектировании таких кабелей на основе общих требований, предъявляемых к оптическим линиям связи, необходимо стремиться к тому, чтобы они имели ослабление, обеспечивающее заданную длину регенерационного участка, обеспечивали бы предельную дисперсию сигнала на заданном расстоянии и имели требуемое количество каналов связи. В табл. 3 приведены основные характеристики некоторых типов отечественных оптических кабелей. Технологический процесс изготовления оптического кабеля базируется на основных принципах кабельной технологии с учетом особенностей оптического волокна.

Основные характеристики оптических кабелей

Таблица 3

 При изготовлении оптического кабеля ВС покрывают слоем полимера, защищающим их от внешних механических повреждений, влаги и других воздействий. При этом прочность ВС увеличивается более, чем в два раза. Стремиться нужно к тому, чтобы упрочняющий элемент для световодного кабеля имел такие же характеристики удлинения, как и световод. Высокий предел прочности на разрыв особенно важен для длинных судовых кабелей, так как натяжение, требуемое при протяжке кабеля, постоянно возрастает в ходе протяжки и является функцией коэффициента трения между оболочкой кабеля и соприкасающимися с ней поверхностями.

Один из самых ответственных моментов изготовления оптического кабеля - скрутка. Требования к параметрам процесса скрутки устанавливают исходя из стойкости оптического волокна к механическим напряжениям, возникающим в результате деформации волокна при данной технологической операции. Лентообматывающее устройство обеспечивает обмотку скрученной заготовки кабеля лентами шириной 8...25 мм. Последний этап производства оптического кабеля - наложение оболочки на скрученную заготовку кабеля. Оболочка включает в себя полимерный шланг, металлическую оболочку, отметку стальными проволоками и др.

Специфика судовой техники обусловливает дополнительные требования к продольной герметичности оптических кабелей.

Выбор материала наружной оболочки кабеля определяется предъявляемыми к нему эксплуатационными требованиями. Основные из этих требований: нагревостойкость материала, негорючесть, стойкость к агрессивным средам, устойчивость к воздействию низких температур.

Скачать реферат: Opticheskie-volokna.rar

Пароль на архив: privetstudent.com