Budowa i zastosowanie włókien światłowodowych

Artykuł sponsorowany

W dobie cyfrowej rewolucji, gdzie przepływ informacji staje się coraz szybszy i bardziej wymagający, włókna światłowodowe stanowią niezbędny element infrastruktury telekomunikacyjnej. To właśnie one zapewniają niezawodną i wydajną transmisję danych na ogromne odległości, stanowiąc podstawę współczesnej komunikacji.

Spis treści:

1. Budowa włókna światłowodowego
2. Włókna światłowodowe – podstawowe rodzaje
3. Odległości transmisji we włóknach światłowodowych
4. Typy włókien jednomodowych
5. Okna transmisyjne
6. Kable światłowodowe stosowane przy budowie sieci doziemnych
7. Kabel DAC do bezpośredniego zakopywania w ziemi
8. Kable światłowodowe do kanalizacji tradycyjnej - kable zewnętrzne niewzmocnione
9. Kable światłowodowe do kanalizacji tradycyjnej - kable zewnętrzne wzmocnione
10. Kable stosowane w systemie mikrokanalizacji - Kabel do sieci dostępowej
11. Kabel do sieci szkieletowej – LTMC
12. Średnica kabli LTMC

Budowa włókna światłowodowego

Mody świetlne przenoszone są przez rdzeń włókna światłowodowego, który stanowi najistotniejszy jego składnik. Odpowiada on za transmisję optyczną, przyjmując jednocześnie trzy różne wartości średnicy:

dla włókien wielomodowych:

• 50 µm
• 62.5 µm

dla włókien jednomodowych:

Włókna światłowodowe – podstawowe rodzaje

Ze względu na możliwość jednoczesnego przesyłania wielu promieni świetlnych (modów), światłowód wielomodowy charakteryzuje się tym, że każdy z modów odbija się od płaszczyzny "rdzeń/bufor", co generuje wzajemne zakłócenia. Ponadto, w miejscu odbicia zachodzi absorpcja energii danego modu świetlnego. To właśnie z powodu tego rodzaju dyspersji, tego typu włókna znalazły zastosowanie głównie w strukturalnym okablowaniu o charakterze komercyjnym.

Znacznie mniejszy rozmiar rdzenia, wynoszący 9 mikronów, to jedna z cech charakteryzujących światłowód jednomodowy, który propaguje jedynie jeden promień świetlny, niemal idealnie podążający wzdłuż osi włókna. Dzięki temu brak dyspersji modowej, co umożliwia temu promieniowi pokonywanie znacznie większych odległości niż w przypadku włókien wielomodowych. Ze względu na tę właściwość, światłowód jednomodowy znalazł szerokie zastosowanie w telekomunikacji, gdzie odległości między urządzeniami mogą przekraczać nawet 100 km. Należy jednak zaznaczyć, że mimo braku dyspersji modowej, występują inne zjawiska, takie jak dyspersja polaryzacyjna i chromatyczna.

Odległości transmisji we włóknach światłowodowych

Typy włókien jednomodowych

W obrębie określonego rodzaju włókna, poszczególne odmiany oznaczone literami różnią się nie tylko pod względem tłumienności i dyspersji, lecz także wykazują inne istotne cechy charakterystyczne. Poniżej przedstawiono główne aspekty każdego typu, aby lepiej zrozumieć ich kluczowe właściwości.

Włókna światłowodowe G.652.A, B, C, D charakteryzują się nieprzesuniętą dyspersją chromatyczną i wykazują zarówno obniżone tłumienie w zakresie piku wodnego, jak i niską dyspersję polaryzacyjną PMD.

Włókna światłowodowe G.653.A, B wyróżnia przesunięta dyspersja chromatyczna oraz niski poziom dyspersji polaryzacyjnej PMD.

Włókna światłowodowe G.655.A, B, C, D, E charakteryzują się przesuniętą, niezerową dyspersją chromatyczną.

Włókna jednomodowe G.657.A1, A2, B3 wykazują nieprzesuniętą charakterystykę dyspersji chromatycznej i cechują się podniesioną odpornością na makrozgięcia. W ramach kategorii "A" wyróżnia się podkategorie A1 i A2 z różnymi minimalnymi promieniami gięcia: A1: 10 mm, A2: 7,5 mm. Minimalny promień gięcia włókien B3 wynosi 5 mm.

Okna transmisyjne

Okna transmisyjne światłowodów z włóknami szklanymi obejmują zakres światła niewidzialnego dla ludzkiego oka, charakteryzujący się dłuższymi falami niż światło widzialne, zazwyczaj o długościach 850, 1300 i 1550 nm. Wybór tych konkretnych długości fal do transmisji ma swoje uzasadnienie głównie w znacznie mniejszym tłumieniu włókna w tych obszarach długości fal. Tłumienie włókien szklanych wynika głównie z absorpcji energii oraz rozpraszania, przy czym to ostatnie jest ściśle związane z długością fal. Dłuższe fale charakteryzują się znacznie mniejszym rozpraszaniem, analogicznie do zjawiska, które sprawia, że niebo jest niebieskie – światło słoneczne jest silniej rozpraszane w błękitnym spektrum.

W transmisji światłowodowej wyróżniamy trzy główne długości fal: 850, 1300 i 1550 nm. Wśród nich, okno transmisyjne 1300 nm zostało dodatkowo podzielone na dwie wartości: 1300 i 1310 nm, z których każda ma swoje specyficzne zastosowanie. Okno 850 nm oraz 1300 nm wykorzystuje się głównie w transmisji wielomodowej (MM), natomiast okno 1310 nm oraz 1550 nm znajduje zastosowanie w transmisji jednomodowej (SM).

Jak obserwujemy, wraz ze wzrostem długości fali tłumienie maleje, jednakże zauważalne jest, że ten trend obowiązuje tylko do pewnego stopnia. Po przekroczeniu trzeciego okna transmisyjnego, kolejne długości fal przestają być wykorzystywane do transmisji optycznej, przynajmniej w kontekście podstawowych aplikacji.

Warto jednakże podkreślić, że przy dyskusji na temat światłowodów jednomodowych nie uwzględnia się wszystkich okien transmisyjnych, które znajdują zastosowanie w transmisji danych. W przypadku technologii zwielokrotnienia falowego xWDM, wykorzystuje się długości fal pomiędzy tymi, które są dedykowane dla włókien jednomodowych, co stanowi istotny aspekt rozwoju tej dziedziny.

Kable światłowodowe stosowane przy budowie sieci doziemnych

Kabel DAC do bezpośredniego zakopywania w ziemi

Kabel DAC (Direct Access Cable) to innowacyjny kabel dielektryczny specjalnie zaprojektowany do bezpośredniego zakopywania w ziemi. Wykorzystywany głównie jako rozwiązanie dostępowe w sieciach FTTH (Fiber to the Home), wyróżnia się lekką konstrukcją, niewielką średnicą oraz małym promieniem gięcia, co znacząco ułatwia proces instalacji.

Konstrukcja tego kabla obejmuje centralną tubę, w której prowadzone są włókna światłowodowe. Oferowane są w różnych pojemnościach, od 2 do 12 włókien, przy zachowaniu średnicy 5.9 mm dla każdej z dostępnych pojemności. Powłoka zewnętrzna, utrzymana w charakterystycznym pomarańczowym kolorze, wykonana jest z polipropylenu i odporna na promieniowanie UV. Dodatkowo, włókna są otoczone warstwą wzmacniających włókien aramidowych.

Kabel DAC został zaprojektowany z uwzględnieniem różnorodnych aspektów technicznych, takich jak zabezpieczenia przed przenikaniem wody, odporność na zgniatanie oraz rozciąganie. Element usztywniający w powłoce zewnętrznej pozwala na zginanie kabla tylko w jednej płaszczyźnie, co dodatkowo zwiększa jego trwałość. Kluczowym aspektem tej konstrukcji jest również łatwość stripowania kabla na długości około 1 m, co znacząco przyspiesza proces instalacji i zwiększa jego efektywność.

Kable światłowodowe do kanalizacji tradycyjnej - kable zewnętrzne niewzmocnione

Kable światłowodowe do kanalizacji tradycyjnej - kable zewnętrzne wzmocnione

Kable stosowane w systemie mikrokanalizacji - Kabel do sieci dostępowej

Kable przeznaczone do systemu mikrokanalizacji, zwłaszcza kable do sieci dostępowej, pełnią istotną rolę w zapewnianiu niezawodnej łączności. Są one wykorzystywane zarówno w sieci dostępowej zewnętrznej, jak i wewnętrznej, gdzie stosuje się rurki FR LSOH. Te kable umożliwiają instalację za pomocą metod pneumatycznych, takich jak wdmuchiwanie, do mikrorurek o średnicy wewnętrznej wynoszącej od 4 mm Dzięki temu zapewniają nie tylko efektywną łączność, ale także elastyczność i łatwość instalacji w systemach mikrokanalizacji.

Jak można zauważyć w prezentowanej konstrukcji, powłoka kabla została wykonana z materiału innego niż standardowo stosowany w kanalizacji teletechnicznej. Ten wybór wynika z faktu, że poliamid charakteryzuje się niższym współczynnikiem tarcia, co przekłada się na szybsze wdmuchiwane kabla. Dodatkowo, w porównaniu do standardowych kabli o podobnej konstrukcji wykonanych z polietylenu, możliwe jest wdmuchnięcie go na większą odległość. Dzięki temu zapewniona jest większa elastyczność oraz efektywność procesu instalacji, co przekłada się na szybkie i niezawodne ułożenie kabla w systemie mikrokanalizacji.

Kabel do sieci szkieletowej – LTMC

Kable LTMC można sklasyfikować na dwie główne grupy, w zależności od materiału użytego do powłoki zewnętrznej: standardowo dostępne są kable z powłoką HDPE (polietylen wysokiej gęstości) lub w specjalnym wykonaniu z powłoką PA (poliamid).

Wyjątkową cechą tych kabli jest ich niewielka średnica oraz cienka powłoka zewnętrzna o grubości wynoszącej zazwyczaj od 0.4 mm do 0.5 mm. Kable charakteryzują się niższą wytrzymałością z stosunku do kabli 2Y/B2Y, z uwagi na to, że instaluje się je tylko poprzez wdmuchiwanie strumieniowe. Właśnie z uwagi na niższą wytrzymałość nie powinno się ich instalować mechanicznie (zaciąganie). Dodatkowo kable te charakteryzują się cieńszymi tubami niż kable używane w tradycyjnej kanalizacji.

Jak wspomniano powyżej instalujemy je metodą wdmuchiwania do mikrorurek o różnej średnicy wewnętrznej: 8 mm (12 do 144J), 10 mm (12 do 216J), 12 mm (96 do 288J), oraz 14 mm (144 do 288J). Warto zauważyć, że rekomendowane pojemności kabli odpowiadają wewnętrznym średnicom mikrorur, co gwarantuje optymalne dostosowanie do różnych systemów instalacyjnych. Kablowe rozwiązania LTMC oferują elastyczność i efektywność montażu w systemach mikrokanalizacji, umożliwiając niezawodne i wydajne połączenia w zewnętrznych sieciach telekomunikacyjnych2.

Średnica kabli LTMC

Przy doborze mikrokabli do mikrorur w konkretnym projekcie, kluczowym aspektem jest parametr ich średnicy. Kable LTMC są dostępne w szerokim wyborze pojemności oraz różnorodnych konstrukcjach, obejmujących tuby 12-włóknowe i 24-włóknowe. W ich produkcji wykorzystuje się standardowe włókna o średnicy 250 µm oraz o mniejszej średnicy 200 µm.

Zastosowanie włókien o mniejszej średnicy pozwala na zmniejszenie średnicy tuby, co przekłada się na redukcję średnicy samego mikrokabla. Taki projekt pozwala na uzyskanie większej pojemności kabla. Przykładowo, stosując włókna o średnicy 200 µm, można zastosować mikrokabel o pojemności 144J do mikrorur o średnicy wewnętrznej 8 mm.

W przypadku spawania włókien o średnicy 200 µm korzysta się z tych samych standardowych stripperów oraz spawarek światłowodowych, co przy włóknach o standardowej średnicy 250 µm. Różnice między tymi dwoma rodzajami włókien zostały zilustrowane na poniższym rysunku, co ułatwia zrozumienie ich charakterystyk oraz różnic w zastosowaniu. Dopasowanie średnicy mikrokabla do mikrorury jest kluczowe dla skutecznej i wydajnej instalacji sieci światłowodowych.

Oba rodzaje włókien są w pełni kompatybilne ze sobą, ponieważ w przypadku włókien o średnicy 200 µm skład głównego elementu włókna światłowodowego, czyli rdzenia, pozostaje identyczny jak w przypadku standardowych włókien o średnicach 250 µm. Dzięki temu zachowana jest spójność i stabilność przesyłanych danych, niezależnie od wybranej średnicy włókna.

Wojciech Jurewicz - Kierownik ds. rozwiązań światłowodowych C&C Partners