Мое личное понимание пустотелых волокон

В 2022 году я рассказал всем анекдот. Оглядываясь назад, я понимаю, что сам был шутником. Вот почему так важно читать больше и узнавать больше. На самом деле существуют как цельные, так и пустотелые волокна. Ниже приведено мое личное представление о пустотелых волокнах.

Сравним волокна с полым сердечником с волокнами с твердым сердечником.

Оба волокна состоят из сердцевины и оболочки, но пустотелые волокна имеют дополнительные микроструктуры. Функция этих микроструктур - удерживать свет внутри сердцевины (для передачи в воздухе) за счет отражения - или, проще говоря, за счет интерференционного механизма. Традиционные волокна с твердым сердечником полагаются на полное внутреннее отражение (TIR) Принцип улавливания света внутри сердцевины для передачи, предотвращая утечку света. Волокна с полым сердечником работают аналогично: они удерживают свет внутри сердечника, но вместо этого свет проходит через воздух.

Многие задаются вопросом, почему волокна с полым сердечником обеспечивают такую высокую скорость передачи данных.

Некоторые полагают, что это связано с тем, что свет отражается (многократно преломляется) в волокнах с твердым сердечником, проходя более длинный путь, в то время как в волокнах с полым сердечником свет проходит прямо через воздух, преодолевая меньшее расстояние. Но это неверно: свет может двигаться только по прямой линии, однако при производстве и прокладке кабеля невозможно уложить волокна (как сплошные, так и полые) по идеально прямой линии. Всегда будут изгибы, поэтому свет в полых волокнах также отражается, но разница в том, что микроструктуры отражают свет обратно в сердцевину.

Различные средства передачи данных

Настоящая причина значительного увеличения скорости кроется в различные средства передачи данных. В одножильных волокнах свет проходит через стекло со скоростью около 200 миллионов метров в секунду, в то время как в воздухе (среда в пустотелых волокнах) свет проходит со скоростью около 300 миллионов метров в секунду, в результате чего скорость увеличивается более чем на 30%.

Разные потери

Кроме того, свет в стекле подвержен Рэлеевское рассеяние и другие эффекты рассеяния, что приводит к более высокому затуханию. Для волокон с твердым сердечником, работающих на длине волны 1550 нм, затухание составляет примерно 0,22 дБ на километр, в то время как волокна с полым сердечником могут достигать затухания 0,09 дБ на километр - снижение более чем на 50%. Это означает, что при тех же условиях расстояние передачи данных с помощью волокон с полым сердечником можно увеличить почти вдвое.

Низкая дисперсия, высокая производительность

Кроме того, пропускание света в воздухе приводит к меньшая дисперсия и более высокую пропускную способность. Например, мощные лазеры не могут передаваться по одножильному волокну, так как стекло будет повреждено (выжжено) лазером. Другой особенностью полых волокон является их больший диаметр (гораздо толще, чем волокна с твердым сердечником), что приводит к Низкая прочность на изгиб.

Решения для испытаний трансмиссии

Однако, поскольку свет распространяется в воздухе с минимальным рэлеевским рассеянием, оптические рефлектометры с временной диаграммой направленности (рефлектометры)-которые основаны на рэлеевском рассеянии для тестирования - больше не подходят для волокон с полым сердечником, что делает обслуживание более сложным.

Наше текущее решение заключается в следующем объединение волокон с полым и сплошным сердечником в один оптический кабель для развертывания. Если кабель поврежден, мы можем обнаружить неисправность, протестировав традиционные одножильные волокна, и выполнить ремонт. В то же время волокна с полым сердечником требуют сплайсеры, поддерживающие поляризацию (PM) для сращивания. Эти сращиватели имеют большие размеры и требуют достаточно большого рабочего пространства, поэтому при подготовке обычно приходится зачищать довольно длинный участок кабеля.

Сплайсинг полых волокон также имеет строгие требования к температуре и влажности окружающей среды, что делает этот процесс чрезвычайно сложным. В суровых условиях может потребоваться зачистка 4-5 метров кабеля, и даже в этом случае успешное сращивание не гарантируется.

Стоимость пустотелых волокон

Наконец, что касается стоимости полых волокон: она составляет примерно $5,285 на ядро на километр-т.е. $5.285 за жилу на метр, что можно охарактеризовать как “заоблачные”. Эта стоимость более чем в 1 000 раз превышает стоимость традиционных одножильных волокон (стоимость одножильных волокон составляет примерно ￥2 142,86 за километр для 4-жильного кабеля). Поэтому для повсеместного внедрения в инфраструктуру волокон с полым сердечником потребуется больше времени, чтобы снизить затраты.