Базовые знания об оптических волокнах и оптических кабелях

1. Кратко опишите состав оптического волокна.

Ответ: Оптическое волокно состоит из двух основных частей: сердцевины и оболочки, изготовленных из прозрачных оптических материалов, и покровного слоя.

2. Каковы основные параметры характеристик передачи по оптическому волокну?

Ответ: К ним относятся затухание, дисперсия, полоса пропускания, длина волны отсечки, диаметр поля мод и т.д.

3. Каковы причины затухания в оптическом волокне?

Ответ: Затухание - это уменьшение оптической мощности между двумя сечениями волокна, зависящее от длины волны. Основными причинами затухания являются рассеяние, поглощение и оптические потери, вызванные разъемами и сращиваниями.

4. Как определяется коэффициент затухания оптического волокна?

Ответ: Он определяется как затухание на единицу длины (дБ/км) однородного волокна в стационарных условиях.

5. Что такое вносимые потери?

Ответ: Под вносимыми потерями понимается затухание, вызванное установкой оптических компонентов (например, разъемов или соединителей) в оптическую линию передачи.

6. От чего зависит пропускная способность оптического волокна?

Ответ: Полоса пропускания оптического волокна - это частота модуляции, при которой амплитуда оптической мощности уменьшается на 50% (или 3 дБ) относительно амплитуды нулевой частоты в передаточной функции волокна. Полоса пропускания волокна приблизительно обратно пропорциональна его длине; произведение полосы пропускания на длину является константой.

7. Сколько типов дисперсии оптического волокна существует, и от чего она зависит?

Ответ: Волоконная дисперсия - это расширение групповой задержки в волокне, включая модальную дисперсию, дисперсию материала и волноводную дисперсию. Она зависит как от источника света, так и от характеристик волокна.

8. Как описывается дисперсионная характеристика распространения сигнала в волокне?

Ответ: Его можно описать с помощью трех физических величин: уширения импульса, ширины полосы пропускания волокна и коэффициента дисперсии волокна.

9. Какова длина волны отсечки?

Ответ: Это наименьшая длина волны, при которой в волокне может распространяться только основная мода. Для одномодового волокна длина волны отсечки должна быть короче рабочей длины волны.

10. Как дисперсия волокна влияет на производительность оптических систем связи?

Ответ: Дисперсия приводит к расширению оптических импульсов во время передачи, что влияет на коэффициент битовых ошибок, расстояние передачи и скорость системы.

11. Что такое метод обратного рассеяния?

Ответ: Метод обратного рассеяния измеряет затухание вдоль волокна. Большая часть света распространяется вперед, но небольшая часть рассеивается назад. Наблюдая за обратно рассеянным сигналом с помощью разветвителя в источнике, можно измерить длину волокна, затухание, локальные неровности, места разрывов и потери в соединениях и разъемах.

12. Каковы принцип действия и функции рефлектометра?

Ответ: Рефлектометр (оптический рефлектометр с временной диаграммой направленности) работает по принципу обратного рассеяния и отражения Френеля. Он использует обратно рассеянный свет для получения информации о затухании. Рефлектометр измеряет затухание в волокне, потери при сращивании, местоположение повреждений и распределение потерь вдоль волокна, что необходимо для установки, обслуживания и мониторинга волокна. Ключевые параметры включают динамический диапазон, чувствительность, разрешение, время измерения и мертвые зоны.

13. Что такое мертвая зона рефлектометра? Ее влияние и обработка?

Ответ: Мертвые зоны возникают, когда отражения от активных разъемов или механических соединений насыщают приемник рефлектометра, создавая области, где события не могут быть разрешены.

Существует два типа мертвых зон:

• Мертвая зона событий: Расстояние от начала пика отражения до точки насыщения рефлектометрического приемника.
• Мертвая зона затухания: Расстояние от начала пика отражения до точки, в которой могут быть обнаружены другие события.

Мертвая зона меньше - это лучше. Мертвые зоны увеличиваются с шириной импульса. Узкие импульсы используются для измерения близких событий; широкие импульсы используются для измерения удаленных волокон.

14. Может ли рефлектометр измерять различные типы волокон?

Ответ: Использование одномодового рефлектометра на многомодовом волокне или наоборот может дать правильную длину волокна, но неправильные потери в волокне, потери на сращивании и возвратные потери. Всегда подбирайте рефлектометр в соответствии с типом волокна.

15. Что означают слова “1310 нм” или “1550 нм” в приборах для тестирования оптоволокна?

Ответ: Они относятся к длине волны оптического сигнала. В волоконно-оптической связи обычно используются длины волн в ближнем инфракрасном диапазоне (800-1700 нм). Обычно используются короткие (850 нм) и длинные (1310, 1550 нм) длины волн.

16. Какие длины волн имеют минимальную дисперсию и минимальные потери в коммерческих волокнах?

Ответ: 1310 нм имеет минимальную дисперсию; 1550 нм - минимальные потери.

17. Как классифицируются волокна по профилю показателя преломления сердцевины?

Ответ: Волокна со ступенчатой индексацией (узкая полоса пропускания, подходит для связи на коротких расстояниях, малой емкости) и волокна с градуированной индексацией (более широкая полоса пропускания, подходит для связи средней/большой емкости).

18. Как классифицируются волокна в зависимости от режимов передачи?

Ответ: Одномодовые волокна (сердцевина ~1-10 мкм, пропускает только основную моду, подходит для больших расстояний с высокой пропускной способностью) и многомодовые волокна (сердцевина ~50-60 мкм, пропускает несколько мод, более низкая производительность).

19. На что указывает числовая апертура (NA) ступенчато-индексного волокна?

Ответ: NA указывает на способность волокна собирать свет. Больший NA означает более высокую способность к сбору света.

20. Что такое двулучепреломление в одномодовом волокне?

Ответ: Существуют две ортогональные моды поляризации. Когда волокно не идеально цилиндрическое, разница в показателях преломления двух мод является двулучепреломлением.

21. Распространенные структуры оптических кабелей?

Ответ: Слоистые скрутки и скелетные структуры.

22. Основные компоненты оптического кабеля?

Ответ: Сердечник, оптическая смазка, материалы оболочки, PBT и т.д.

23. Что такое бронировка кабеля?

Ответ: Защитные элементы (обычно стальные проволоки или стальная лента), используемые в специальных кабелях (например, подводных). Броня наносится поверх внутренней оболочки.

24. Материалы оболочки кабеля?

Ответ: Полиэтилен (PE) или поливинилхлорид (PVC), защищающие волокно от внешних воздействий.

25. Специальные кабели в силовых системах?

Ответ:

• OPGW: Волокно, помещенное в сталеалюминиевую линию электропередачи; сочетает в себе функции заземления и связи.
• GWWOP (обмотанный кабель): Подвешен на существующих линиях.
• ADSS: Самонесущие, высокопрочные, пролетом до 1000 м.

26. Структуры применения кабеля OPGW?

Ответ: 1) пластиковая трубка + алюминиевая трубка; 2) центральная пластиковая трубка + алюминиевая трубка; 3) алюминиевый каркас; 4) спиральная алюминиевая трубка; 5) однослойная трубка из нержавеющей стали (центральная или многослойная); 6) композитная трубка из нержавеющей стали.

27. Кабель OPGW скрученные материалы вне сердечника?

Ответ: Проволока AA (алюминиевый сплав) и AS (сталь, плакированная алюминием).

28. Технические требования к выбору кабеля ППГВ?

Ответ: 1) Номинальная прочность на разрыв (RTS, кН); 2) Количество жил волокна (SM); 3) Ток короткого замыкания (кА); 4) Продолжительность (с); 5) Диапазон температур (℃).

29. Ограничения на изгиб кабеля?

Ответ: Радиус изгиба ≥ 20× диаметр кабеля; при монтаже (динамическом) ≥ 30× диаметр кабеля.

30. Ключевые моменты в проектировании кабелей ADSS?

Ответ: Механическая конструкция кабеля, определение точки подвеса, выбор и установка аксессуаров.

31. Основные принадлежности оптического кабеля?

Ответ: Оборудование для прокладки кабеля, например, натяжные зажимы, подвесные зажимы, виброгасители.

32. Два основных эксплуатационных параметра оптоволоконных коннекторов?

Ответ: Вносимые потери и возвратные потери.

33. Распространенные разъемы для оптоволокна?

Ответ: По типу: одномодовый vs многомодовый; по структуре: FC, SC, ST, D4, DIN, Biconic, MU, LC, MT; торцевая поверхность: FC, PC (UPC), APC. Общие: FC/PC, SC, LC.

34. Общие элементы в системах волоконной связи:

Ответ: AFC, FC адаптер, ST адаптер, SC адаптер, FC/APC и FC/PC коннекторы, SC, ST, LC, MU патч-корды, одномодовые/многомодовые патч-корды.

35. Что такое вносимые потери разъема?

Ответ: Потери, вызванные вставкой разъема; лучше меньше, чем больше. МСЭ-Т устанавливает ≤0,5 дБ.

36. Что такое возвратные потери разъема?

Ответ: Измерение мощности, отраженной обратно через разъем; типичное значение ≥25 дБ.

37. Основное различие между светодиодным и полупроводниковым лазером?

Ответ: Светодиод излучает некогерентный свет с широким спектром; лазер излучает когерентный свет с узким спектром.

38. Основные различия в рабочих характеристиках светодиодов и ЛД?

Ответ: Светодиод не имеет порога; LD требует порогового тока для излучения лазерного света.

39. Распространенные одиночные лазеры с продольной модой?

Ответ: Лазеры DFB (с распределенной обратной связью) и DBR (с распределенным брэгговским отражателем).

40. Основные оптические приемники?

Ответ: PIN-фотодиод и лавинный фотодиод (APD).

41. Источники шума в волоконно-оптических системах связи?

Ответ: Коэффициент экстинкции, флуктуации оптической интенсивности, джиттер синхронизации, темновой и тепловой шум приемника, модовый шум, дисперсионно-индуцированное уширение импульса, шум разделения режимов лазера, частотный чирп, отражения.

42. Распространенные волокна в сетях передачи данных и их особенности?

Ответ: G.652 (стандартный SM), G.653 (SM со сдвигом дисперсии), G.655 (со сдвигом ненулевой дисперсии).

• G.652: высокая дисперсия в диапазонах C/L, требуется компенсация >2,5 Гбит/с, широко развернут.
• G.653: нулевая дисперсия на длине волны 1550 нм, подходит для одноволновой сверхдлинной передачи, не идеален для DWDM.
• G.655: малая дисперсия, избегает нулевой дисперсии, поддерживает DWDM, большая эффективная площадь уменьшает нелинейность.

43. Что такое нелинейность волокна?

Ответ: При высокой подводимой мощности показатель преломления зависит от мощности, что приводит к комбинационному и бриллюэновскому рассеянию и сдвигу частоты.

44. Влияние нелинейности на передачу?

Ответ: Вызывает дополнительные потери и помехи, ухудшая производительность системы; существенна в мощных системах WDM на больших расстояниях.

45. Что такое PON?

Ответ: Пассивная оптическая сеть - волоконно-оптическая сеть доступа для локальных пользователей, использующая пассивные оптические устройства, такие как муфты и сплиттеры.

---

Причины затухания в оптическом волокне

1. Основные факторы: внутренние потери, изгиб, сдавливание, примеси, неравномерность, сращивание.

• Внутренний: Рэлеевское рассеяние, собственное поглощение.
• Сгибание: Микроизгибы вызывают потери на рассеяние.
• Сдавливание: микроизгибы, вызванные напряжением.
• Примеси: поглощение и рассеяние.
• Неравномерность: неоднородность показателя преломления.
• Сплайсинг: осевое смещение, угол наклона торцевой поверхности, несовпадение сердцевины, плохое срастание.

1. Классификация потерь волокна: внутренние потери (рассеяние, поглощение, несовершенство конструкции) и дополнительные потери (микроизгиб, изгиб, сращивание). Дополнительных потерь в основном можно избежать.
2. Потери при поглощении материала:

• Атомы поглощают энергию фотонов, вызывая переходы электронов, колебания и тепло.
• SiO₂ имеет УФ- и ИК-поглощение; OH- вызывает пики поглощения при 0,95, 1,24, 1,38 мкм.

1. Потери на рассеивание:

• Рэлеевское рассеяние из-за микроскопических вариаций плотности и состава; обратно пропорционально длине волны⁴.

1. Конструктивные недостатки:

• Пузырьки, примеси, неоднородная граница раздела сердцевина-оболочка вызывают рассеяние.

1. Потери излучения, вызванные изгибом:

• Кривизна преобразует направляемые моды в радиационные; пренебрежимо мала при радиусе изгиба >5-10 см.

---

Цветовой код и расположение волокон

Цветовая последовательность сплайсинга:
Синий, оранжевый, зеленый, коричневый, серый, белый, красный, черный, желтый, фиолетовый, розовый, аква.

Расположение кабельных пучков:

1. Многоволоконные кабели в пучках: Зеленый первый, белый второй и т.д., красный последний.
2. Отдельные трубки, связанные цветными нитями в указанной выше последовательности цветов.
3. Каждый пучок или трубка содержит до 12 волокон в одной цветовой последовательности.