Базовые знания об оптических волокнах и оптических кабелях

1. Кратко опишите состав оптического волокна.

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

2. Каковы основные параметры характеристик передачи оптического волокна?

Отвечать: К ним относятся затухание, дисперсия, полоса пропускания, граничная длина волны, диаметр модового поля и т. д.

3. Каковы причины затухания оптического волокна?

Отвечать: Затухание — это уменьшение оптической мощности между двумя поперечными сечениями волокна, зависящее от длины волны. Основными причинами затухания являются рассеяние, поглощение и оптические потери, возникающие в соединителях и сростках.

4. Как определяется коэффициент затухания оптического волокна?

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

5. Что такое вносимые потери?

Отвечать: Вносимые потери — это затухание, вызванное включением оптических компонентов (таких как разъемы или ответвители) в оптическую линию передачи.

6. От чего зависит пропускная способность оптического волокна?

Отвечать: Полоса пропускания оптического волокна определяется частотой модуляции, на которой амплитуда оптической мощности уменьшается на 50% (или 3 дБ) относительно амплитуды на нулевой частоте в передаточной функции волокна. Полоса пропускания волокна приблизительно обратно пропорциональна его длине; произведение полосы пропускания на длину является постоянной величиной.

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

Отвечать: Дисперсия волокна — это расширение групповой задержки внутри волокна, включая модовую дисперсию, материальную дисперсию и волноводную дисперсию. Она зависит как от источника света, так и от характеристик волокна.

8. Как описывается дисперсионная характеристика распространения сигнала в волокне?

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

9. Какова граничная длина волны?

Отвечать: Это самая короткая длина волны, на 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?

Отвечать: Дисперсия приводит к расширению оптических импульсов во время передачи, что влияет на частоту ошибок в битах, дальность передачи и скорость системы.

11. Что такое метод обратного рассеяния?

Отвечать: Метод обратного рассеяния измеряет затухание вдоль волокна. Большая часть света распространяется вперёд, но небольшая его часть рассеивается назад. Наблюдая сигнал обратного рассеяния с помощью разветвителя в источнике, можно измерить длину волокна, затухание, локальные неровности, места обрывов и потери в соединениях и коннекторах.

12. Каков принцип работы и функции рефлектометра?

Отвечать: Рефлектометр (OTDR) работает по принципу обратного рассеяния и френелевского отражения. Он использует обратно рассеянный свет для получения информации о затухании. OTDR измеряет затухание в волокне, потери в стыках, локализацию неисправностей и распределение потерь по длине волокна, что крайне важно для монтажа, обслуживания и мониторинга оптоволокна. Ключевые параметры включают динамический диапазон, чувствительность, разрешение, время измерения и наличие мёртвых зон.

13. Что такое «мёртвая зона» рефлектометра? Её влияние и особенности управления?

Отвечать: Мертвые зоны возникают, когда отражения от активных разъемов или механических соединений насыщают приемник OTDR, создавая области, в которых события не могут быть разрешены.

Существует два типа мертвых зон:

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

Чем меньше мёртвая зона, тем лучше. Мёртвые зоны увеличиваются с увеличением длительности импульса. Узкие импульсы используются для измерения близлежащих объектов, а широкие — для измерения удалённых волокон.

14. Может ли OTDR измерять различные типы волокон?

Отвечать: Использование одномодового рефлектометра на многомодовом волокне и наоборот может дать правильную длину волокна, но неправильные значения потерь в волокне, потерь на стыке и обратных потерь. Всегда подбирайте рефлектометр в соответствии с типом волокна.

15. Что означают обозначения «1310 нм» или «1550 нм» в приборах для испытания оптоволокна?

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

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

Отвечать: 1310 нм имеет минимальную дисперсию; 1550 нм имеет минимальные потери.

17. Как классифицируются волокна по профилю показателя преломления сердцевины?

Отвечать: Волокна со ступенчатым показателем преломления (узкая полоса пропускания, подходят для связи на короткие расстояния с небольшой пропускной способностью) и волокна с градиентным показателем преломления (более широкая полоса пропускания, подходят для связи средней/большой пропускной способности).

18. Как классифицируются волокна в зависимости от передаваемых мод?

Отвечать: Одномодовые волокна (сердечник ~1–10 мкм, передает только основную моду, подходит для передачи данных на большие расстояния с высокой пропускной способностью) и многомодовые волокна (сердечник ~50–60 мкм, передает несколько мод, более низкая производительность).

19. Что показывает числовая апертура (NA) ступенчатого волокна?

Отвечать: Числовая апертура (NA) указывает на светособирающую способность волокна. Чем больше числовая апертура (NA), тем выше светособирающая способность.

20. Что такое двойное лучепреломление в одномодовом волокне?

Отвечать: Существуют две ортогональные моды поляризации. Если волокно не идеально цилиндрическое, разница в показателях преломления двух мод называется двулучепреломлением.

21. Распространенные структуры оптического кабеля?

Отвечать: Послойное натяжение и скелетные структуры.

22. Основные компоненты оптического кабеля?

Отвечать: Сердечник, оптическая смазка, материалы оболочки, ПБТ и т. д.

23. Что такое бронирование кабеля?

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

24. Материалы оболочки кабеля?

Отвечать: Полиэтилен (ПЭ) или поливинилхлорид (ПВХ), защищающие волокно от внешнего воздействия.

25. Специальные кабели в энергосистемах?

Отвечать:

• ОПГВ: Волокно, проложенное в сталеалюминиевой линии электропередачи; совмещает функции заземления и связи.
• GWWOP (кабель в оболочке): Приостановлено на существующих линиях.
• АДСС: Самонесущие, высокопрочные, пролеты до 1000 м.

26. Конструкции применения кабеля OPGW?

Отвечать: 1) Скрутка пластиковой трубки + алюминиевая трубка; 2) центральная пластиковая трубка + алюминиевая трубка; 3) алюминиевый каркас; 4) спиральная алюминиевая трубка; 5) однослойная нержавеющая трубка (центральная или скрученная); 6) композитная нержавеющая трубка.

27. Материалы скрученных жил кабеля OPGW снаружи сердечника?

Отвечать: Провода марок АА (алюминиевый сплав) и АС (сталь, плакированная алюминием).

28. Технические требования к выбору кабеля OPGW?

Отвечать: 1) Номинальная прочность на разрыв (RTS, кН); 2) Количество волокон в сердечнике (SM); 3) Ток короткого замыкания (кА); 4) Длительность (с); 5) Диапазон температур (℃).

29. Ограничения по изгибу кабеля?

Отвечать: Радиус изгиба ≥ 20× диаметра кабеля; при монтаже (динамическом) ≥ 30× диаметра кабеля.

30. Ключевые моменты в проектировании кабелей ADSS?

Отвечать: Проектирование механической части кабеля, определение точек подвеса, выбор и монтаж аксессуаров.

31. Основные аксессуары для оптического кабеля?

Отвечать: Крепежные изделия для монтажа кабеля, например, натяжные зажимы, подвесные зажимы, виброгасители.

32. Два основных параметра производительности оптоволоконных разъемов?

Отвечать: Вносимые потери и возвратные потери.

33. Распространенные оптоволоконные разъемы?

Отвечать: По типу: одномодовые и многомодовые; по структуре: FC, SC, ST, D4, DIN, Biconic, MU, LC, MT; по торцевой поверхности: FC, PC (UPC), APC. Распространенные: FC/PC, SC, LC.

34. Общие элементы в системах волоконной связи:

Отвечать: Адаптер AFC, FC, адаптер ST, адаптер SC, разъемы FC/APC и FC/PC, коммутационные шнуры SC, ST, LC, MU, одномодовые/многомодовые коммутационные шнуры.

35. Что такое вносимые потери разъема?

Отвечать: Потери, вызванные подключением разъёма; чем меньше, тем лучше. Согласно ITU-T, значение ≤0,5 дБ.

36. Что такое возвратные потери разъема?

Отвечать: Мера мощности, отраженной обратно через разъем; типичное значение ≥25 дБ.

37. Основное различие между светодиодом и полупроводниковым лазером?

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

38. В чем основное различие эксплуатационных характеристик светодиодов и лазеров?

Отвечать: У светодиода нет порога; ЛД требует порогового тока для излучения лазерного света.

39. Распространенные лазеры с одной продольной модой?

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

40. Основные оптические приемники?

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

41. Источники шума в волоконно-оптических системах связи?

Отвечать: Коэффициент затухания, флуктуация оптической интенсивности, дрожание синхронизации, темный и тепловой шум приемника, модовый шум, уширение импульса, вызванное дисперсией, шум разделения мод лазера, частотная модуляция, отражения.

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

Отвечать: G.652 (стандартный SM), G.653 (SM со смещенной дисперсией), G.655 (со смещенной ненулевой дисперсией).

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

43. Что такое нелинейность волокна?

Отвечать: При высокой входной мощности показатель преломления становится зависимым от мощности, что приводит к рамановскому и бриллюэновскому рассеянию, а также сдвигам частоты.

44. Влияние нелинейности на передачу?

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

45. Что такое ПОН?

Отвечать: Пассивная оптическая сеть — волоконно-оптическая кольцевая сеть доступа для локальных пользователей, использующая пассивные оптические устройства, такие как ответвители и разветвители.

---

Причины затухания оптического волокна

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

• Внутренний: Рэлеевское рассеяние, собственное поглощение.
• Изгиб: микроизгибы вызывают потери за счет рассеяния.
• Сжатие: микроизгибы, вызванные напряжением.
• Примеси: поглощение и рассеяние.
• Неравномерность: неравномерность показателя преломления.
• Сращивание: осевое смещение, угол торца, несоответствие сердечника, неплотное сплавление.

1. Классификация потерь волокон: Собственные потери (рассеяние, поглощение, структурные дефекты) и дополнительные потери (микроизгибы, изгибы, стыки). Дополнительных потерь в основном можно избежать.
2. Потери при поглощении материала:

• Атомы поглощают энергию фотонов, вызывая электронные переходы, вибрации и тепло.
• SiO₂ поглощает УФ и ИК-излучение; OH⁻ вызывает пики поглощения при 0,95, 1,24, 1,38 мкм.

1. Потери на рассеяние:

• Рэлеевское рассеяние, вызванное микроскопическими изменениями плотности и состава; обратно пропорционально длине волны⁴.

1. Конструктивные недостатки:

• Пузырьки, примеси, неоднородный интерфейс сердцевина-оболочка вызывают рассеяние.

1. Потери излучения, вызванные изгибом:

• Кривизна преобразует направленные моды в излучательные; она незначительна для радиусов изгиба >5–10 см.

---

Цветовая кодировка и расположение волокон

Последовательность цветов сращивания:
Синий, Оранжевый, Зеленый, Коричневый, Серый, Белый, Красный, Черный, Желтый, Фиолетовый, Розовый, Аквамарин

Расположение кабельного жгута:

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