На сегодняшний день разработано более 70 типов коннекторов различного назначения для ВОЛС. Наиболее распространенные - симметричные оптические разъемы с конструктивным исполнением штекерного типа. Для соединения таких коннекторов используют специальные оптические адаптеры. Благодаря этим устройствам соединяемые оптические разъемы могут быть как одного, так и нескольких типов.

Описание конструкции оптического коннектора

Штекерные оптические разъемы выглядят следующим образом: оптоволокно фиксируется в специальном прецизионном наконечнике типа "феруле", который вставляется во вставку-центратор. Крепеж разъемов в адаптере может быть как байонетного типа, так и резьбового или замкового. В некоторых видах оборудования требуется подключение дуплексных пар оптоволокна, специально для этого были разработаны оптические разъемы дуплексного типа. Изначально реализация подобных устройств достигалась за счет симметричного пластмассового зажима, содержащего гнезда, в которые вкладывалась пара коннекторов, после чего они фиксировались защелкой. Больше всего для этого подходили разъемы с квадратными корпусами. Однако со временем появилась необходимость разработки оптических разъемов дуплексного типа в едином корпусе.

Очередным этапом развития производства оптоволоконных разъемов стало создание специальных коннекторов ленточного типа в цельном буферном покрытии. Тем не менее сегодня такой вид не пользуется особой популярностью из-за высокой сложности получения качественного стыка, даже с применением сварочного метода. В настоящее время основными потребителями упомянутых разъемов являются Япония и США.

Основные технические характеристики

Главными параметрами оптических коннекторов являются: долговременная стойкость и стабильность ко внешним условиям. На пропускную способность влияет обратное отражение и вносимое затухание. Эти характеристики зависят от поперечного смещения осей, а также угла между ними. А еще от френелевского отражения сигнала на границе разделения двух сред. Максимальным значением потерь, которое вносится разъемом, является оптическое затухание. Эта характеристика оказывает влияние на размер суммарных потерь в данном тракте. Этот параметр напрямую зависит от поперечного отклонения (разъюстировки) сердцевин соединяемых

Следующий важный параметр - это обратное отражение. Главный источник, влияющий на данную характеристику, - это граница разделения двух сред (воздуха и волокна). Эта составляющая может достигать существенных величин. Более того, обратное отражение может быть переменчивым во времени, то есть под влиянием внешних факторов оно в конечном итоге способно нарушить работоспособность всей системы.

Оптический аудиокабель

Сейчас большую популярность в устройстве аудиосистем завоевывают Главным преимуществом таких проводов является отсутствие помех, а значит, сигнал останется чистым и четким, несмотря на длину такого удлинителя. хорошо зарекомендовали себя надежной работой в сложных электромагнитных условиях, там, где медные провода были не в состоянии справиться с помехами. В компьютерной технике особо популярен кабель SPDIF (Sony-Philips Digital Interface) - это интерфейс для передачи аудиосигналов в цифровом виде. Он передает между устройствами без потери качества, которая неизбежно возникает при использовании аналогового метода.

Оптические разъемные соединения волокон (их часто называют оптическими разъемами или коннекторами (connectors)) обеспечивают многократные (500…1000 циклов) соединения/разъединения волокон. На рынке существует большое количество специализированных разъемов в двух типоразмерах: стандартном и миниатюрном. Наиболее распространены три типа стандартных разъемов: FC, ST, SC и шесть типов миниатюрных разъемов: MT-RJ, LC, VF-45, LX-5, Opti-Jack, SCDC-SCQC.

Наиболее высокие требования к качеству разъемов предъявляются при соединении одномодовых волокон, где в основном используются стандартные разъемы типа: FC, ST, SC. Разъемы типа FC ориентированы на применение в линиях дальней связи и в сетях кабельного телевидения. Это единственный тип разъема, рекомендованный для применения на подвижных объектах, так как он лучше других выдерживает вибрацию и удары.

Основным недостатком FC разъемов является то, что он обеспечивает меньшую плотность монтажа, чем разъемы ST и SC. Для закрепления разъема FC в розетке необходимо закрутить накидную металлическую гайку с резьбой. В тоже время разъем типа ST крепится к розетке с помощью байонетной гайки, а разъем SC еще проще - с помощью пластмассовой защелки. Однако разъемы типа ST и SC обладают менее жесткой конструкцией, чем разъемы типа FC и рекомендованы только для стационарных объектов. Минимальную же плотность монтажа (почти в 2 раза меньшую) обеспечивают миниатюрные разъемы. Среди них на сегодняшний день наиболее популярны разъемы MT-RJ и LC. Они применяются преимущественно с многомодовыми волокнами в локальных вычислительных сетях, где особенно велика потребность в увеличении плотности монтажа.

Рассмотрим более подробно конструкцию разъемного соединителя для FC разъемов. В ней содержатся все принципиально важные решения, используемые в соединителях с разъемами другого типа. Конструктивно разъемный соединитель представляет собой два разъема и соединительную розетку. Оптические волокна вклеены в керамические наконечники разъемов диаметром 2.5 мм (в миниатюрных разъемах диаметр наконечника 1.25 мм). Разъемы центрируются в розетке с помощью плавающего центратора в виде разрезной втулки из керамики для одномодового волокна или из бронзы для многомодового волокна. Наконечники разъемов прижимаются друг к другу в центраторе с помощью пружин и, таким образом, место соединения волокон механически развязано относительно корпуса розетки. Фиксация разъемов в розетке может быть резьбовой (FC), байонетной (ST) и замковой (SG).

Торцевые поверхности волокон в оптических разъёмах имеют сферическую форму с радиусом закругления 10…25 мм для PC разъёмов (PC – Physical Contact) и 5…12 мм для АРС разъемов (АРС – Angled Physical Contact). В соединенном состоянии торцы стыкуемых наконечников прижимаются друг к другу с определенным усилием (обычно 8…12 Н). Возникающая при этом эластичная деформация наконечников приводит к появлению оптического контакта (рис. А. 13).

Рис. А. 13. Схема образования оптического контакта в месте соединения наконечников разъемов PC и АРС.

Две поверхности считаются находящимися в оптическом контакте, если расстояние между ними много меньше длины волны света. При этом чем меньше расстояние между этими поверхностями, тем меньше будет и величина отраженного от них света. Качество оптического контакта определяется качеством шлифовки и последующей полировки торцевой поверхности волокон. Для PC разъёмов ETSI рекомендует величину коэффициента френелевского отражения от места оптического контакта менее – 35 дБ. Стандартная шлифовка, как правило, обеспечивает – 40 дБ.

Многие поставщики оптических коммутационных шнуров предлагают разъёмы со специальной шлифовкой, обеспечивающие коэффициент отражения менее – 55 дБ. Это так называемые разъёмы Супер- и Ультра-PC. На практике такая шлифовка оказывается беспо-лезной, так как буквально после нескольких подключений коэффициент отражения увеличивается до величины, свойственной обычному PC разъёму. Происходит это из-за неизбежного появления пыли и микроцарапин на торцевых поверхностях разъёмов.

Поэтому, когда требуется коэффициент отражения не хуже - 55 дБ, разумнее использовать АРС разъемы. В АРС разъёмах нормаль к контактной поверхности наклонена к оси наконечника под углом 8° (рис. А. 13). В такой конструкции коэффициент отражения не превышает - 60 дБ как в соединенном, так и в разъединенном состоянии. В соединенном состоянии типичным является значение от –70 до –80 дБ.

Таким образом, в PC и АРС разъёмах только ничтожно малая часть излучения отражается от места соединения торцов волокон. Поэтому потери, вызванные отражением света, пренебрежимо малы. Если пренебречь так же потерями, возникающими из-за дефектов на торцах волокон, то основной причиной, вызывающей потери в месте соединения разъемов, является смещение сердцевин соединяемых волокон относительно друг друга вследствие эксцентриситета (неконцентричности) как самих волокон, так и деталей крепления разъёма (рис. А.14).

Рис А. 14. Сложение разных видов неконцентричности в наконечнике

Оценим допустимую величину смещения сердцевин волокон исходя из того, что потери в разъемах, в соответствии рекомендациями ETSI, не должны превышать 0.5 дБ. Зависимость этих потерь от величины смещения сердцевин d описывается формулой: ?d(дБ) = 4.34 (2 d/w)2. Учитывая, что диаметр модового поля w ? 10 мкм, получаем, что величина смещения сердцевин друг относительно друга должна быть меньше 1.7 мкм.

Потери принято относить к одному определенному разъёму (несмотря на то, что измеряемой величиной являются потери в месте соединения двух разъемов). Так можно делать, когда потери в месте соединения разъемов обусловлены только смещением сердцевин волокон и один разъём при этом образцовый (его также называют материнским или мастер-разъёмом). Образцовый разъем А выделен среди других разъёмов тем, что в нем ось сердцевины волокна совпадает с номинальным центром разъёма (рис. А. 15).

Рис. А. 15. Местоположение сердцевины волокна в наконечниках: (а) – в типовом (некалиброванном) разъёме и (б) – в образцовом разъеме А.

Все измерения при изготовлении оптических шнуров выполняются только относительно образцового разъёма. Данные именно этих измерений и указываются в каталогах всех производителей, а также на упаковке готовых изделий. Но при использовании оптических шнуров типовой разъём стыкуется не с образцовым разъёмом, а с таким же типовым разъемом (любой с любым). В таких соединениях смещения сердцевин получаются больше почти в 1.5 раза, а потери (в дБ) увеличиваются при этом примерно в 2 раза (рис. А. 16).

Рис. А. 16. Гистограмма распределения потерь, вносимых при соединении типовых (некалиброванных) разъемов (любого с любым).

Для компенсации негативного влияния эксцентриситета применяются различные способы регулировки (настройки) разъемов. Наибольшее распространение получила технология, в которой используется образцовый разъём Б (со смещенной сердцевиной во-локна). В образцовом разъёме Б сердцевина волокна смещена относительно номинального центра (параметры оговорены в спецификации IЕС) примерно на половину радиуса зоны возможных отклонений сердцевины (рис. А. 17).

Рис. А. 17. Местоположение сердцевины волокна в наконечниках: (а) – в некалиброванном разъеме и (б) – б образцовом разъеме Б.

Потери в месте соединения наконечников стандартного разъёма и образцового разъема Б, как легко видеть из рис. А. 17, будут изменяться при вращении одного из наконечников вокруг продольной оси. Своих экстремальных значений эти потери достигают в положениях, где совпадают азимуты их сердцевин. Таким образом, имеется возможность при изготовлении разъёма настраивать его на минимум потерь. Для этой цели (только в разъемах типа FC) имеется специальный ключ.

Настройка разъёма осуществляется следующим образом. Вращая изготовленный наконечник вокруг продольной оси, определяют его положение относительно образцового, при котором достигается наименьший уровень вносимых потерь, после чего наконечник фиксируется в корпусе разъёма. Наконечник может быть вставлен в корпус разъема в одном из четырех положений (со смещением вокруг оси на 90°). В результате сердцевина волокна попадает в строго определенный (относительно корпуса разъёма) квадрант торцевой поверхности (рис. A. 17). При соединении откалиброванных таким способом разъёмов (любого с любым) потери получаются в среднем примерно в два раза меньше (рис. А. 18).

Рис.А.18. Гистограмма распределения потерь вносимых при соединении калиброванных разъемов (любого с любым).

Достоинство этого способа настройки разъёмов, кроме эффективного уменьшения потерь (таблица № А.1), заключается также и в том, что используются стандартные наконечники, и что стоимость таких калиброванных разъёмов увеличивается незначительно. Этот способ настройки специфицирован IЕС и поддержан большинством крупных производителей, что обеспечивает совместимость и взаимозаменяемость изготавливаемых ими разъёмов.

Таблица № А.1. Потери, вносимые при соединении разъёмов.

В настоящее время на телекоммуникационных сетях в Европе наиболее часто применяются некалиброванные разъемы со специфицированным значением вносимых потерь (относительно образцового разъёма) не более 0.5 дБ. Однако поскольку с ростом числа телекоммуникационных сетей возрастает и количество точек соединений, то для снижения величины полных потерь все чаще применяются калиброванные разъёмы.

Первый шаг в разработке оптоволоконной системы - выбор передатчиков и приемников, наилучшим образом подходящих к заданному типу сигнала. Лучше всего это делать, сравнивая техническую информацию об изделиях и консультируясь с инженерами фирмы-изготовителя, которые помогут подобрать наилучший вариант. После этого надо выбрать сам оптоволоконный кабель, оптические соединители и метод их установки. Хотя это в самом деле не очень простая задача, часто не имеющие опыта инженеры испытывают неоправданную боязнь технологий работы с оптоволокном. В этой брошюре мы попытаемся прояснить несколько распространенных заблуждений об оптоволоконных кабелях и монтаже разъемов на них.

Конструкция кабеля

Выбор кабеля определяется решаемой задачей.

Как и медные провода, оптоволоконные кабели выпускаются во множестве различных вариантов. Существуют одно- и многожильные кабели, кабели для воздушной прокладки или непосредственной укладки в грунт, кабели в негорючей оболочке для прокладки в пространстве между фальшпотолком и перекрытием и в межэтажных кабельных каналах, и даже сверхпрочные тактические кабели военного назначения, способные выдерживать сильнейшие механические перегрузки. Понятно, что выбор кабеля определяется решаемой задачей.

Вне зависимости от вида внешней оболочки, в любом оптоволоконном кабеле имеется хотя бы один волоконный световод. Остальные конструктивные элементы (разные в разных типах кабеля) защищают световод от повреждений. Наиболее часто используются две схемы защиты тонких оптических волокон: с помощью неплотно облегающей трубки и с помощью плотно прилегающей оболочки.

Наиболее часто используются две схемы защиты тонких оптических волокон: с помощью неплотно облегающей трубки и с помощью плотно прилегающей оболочки.

В первом способе оптоволокно находится внутри пластмассовой защитной трубки, внутренний диаметр которой больше внешнего диаметра волокна. Иногда эту трубку заполняют силиконовым гелем, предотвращающим скопление влаги в ней. Поскольку оптоволокно свободно «плавает» в трубке, механические усилия, действующие на кабель снаружи, обычно его не достигают. Такой кабель очень устойчив к продольным воздействиям, возникающим при протяжке через кабельные каналы или при прокладке кабеля на опорах. Поскольку в световоде нет значительных механических напряжений, кабели такой конструкции имеют малые оптические потери.

Второй способ состоит в использовании толстого пластикового покрытия, нанесенного прямо на поверхность световода. Защищенный таким образом кабель имеет меньший диаметр и массу, большую устойчивость к ударным воздействиям и гибкость, но поскольку оптоволокно жестко зафиксировано внутри кабеля, его стойкость к растяжению не столь высока, как при использовании свободно облегающей защитной трубки. Такой кабель применяется там, где не предъявляются очень высокие требования к механическим параметрам, например, при прокладке внутри зданий или для соединения отдельных блоков аппаратуры. На рис. 1 схематично показано устройство обоих типов кабеля.

Рис. 1. Конструкция основных типов оптоволоконных кабелей

На рис. 2 показано поперечное сечение одно- и двухжильного оптоволоконного кабеля, а также более сложного многожильного. Двухжильный кабель внешне похож на обычный сетевой электропровод.

Во всех случаях световод с защитной трубкой сначала заключаются в слой синтетической (например, кевларовой) оплетки, определяющей прочность кабеля на растяжение, а затем все элементы помещаются во внешнюю защитную оболочку из поливинилхлорида или другого подобного материала.

Во всех случаях световод с защитной трубкой сначала заключаются в слой синтетической (например, кевларовой) оплетки, определяющей прочность кабеля на растяжение, а затем все элементы помещаются во внешнюю защитную оболочку из поливинилхлорида или другого подобного материала. В многожильных кабелях часто добавляется дополнительный центральный усиливающий элемент. При изготовлении оптоволоконных кабелей используются, как правило, только не проводящие электрический ток материалы, но иногда добавляется внешняя навивка из стальной ленты для защиты от грызунов (кабель для непосредственной укладки в грунт) или внутренние усиливающие элементы из стальной проволоки (кабели для воздушных линий на опорах). Существуют также кабели с дополнительными медными жилами, по которым подается питание на удаленные электронные устройства, используемые в системе передачи сигнала.

Рис. 2. Различные типы кабелей в поперечном разрезе

Волоконные световоды

Независимо от разнообразия конструкций кабелей их основной элемент - оптическое волокно - существует лишь в двух основных модификациях: многомодовое (для передачи на расстояния примерно до 10 км) и одномодовое (для больших расстояний). Применяемое в телекоммуникациях оптоволокно обычно выпускается в двух типоразмерах, отличающихся диаметром сердцевины: 50 и 62,5 мкм. Внешний диаметр в обоих случаях составляет 125 мкм, для обоих типоразмеров используются одни и те же разъемы. Одномодовое оптоволокно выпускается только одного типоразмера: диаметр сердцевины 8-10 мкм, внешний диаметр 125 мкм. Разъемы для многомодовых и одномодовых световодов, несмотря на внешнее сходство, не взаимозаменяемы.

Рис. 3. Прохождение света через оптоволокно со ступенчатым и плавным профилем показателя преломления

На рис. 3 показано устройство двух типов оптоволокна - со ступенчатой и с плавной зависимостью показателя преломления от радиуса (профилем).

Волокно со ступенчатым профилем состоит из сердцевины из сверхчистого стекла, окруженной обычным стеклом с более высоким показателем преломления. При таком сочетании свет, распространяясь по волокну, непрерывно отражается от границы двух стекол, примерно как теннисный шарик, запущенный в трубу. В световоде с плавным профилем показателя преломления, который целиком изготовлен из сверхчистого стекла, свет распространяется не с резким, а с постепенным изменением направления, как в толстой линзе. В оптоволокне обоих типов свет надежно заперт и выходит из него только на дальнем конце.

Потери в оптоволокне возникают из-за поглощения и рассеяния на неоднородностях стекла, а также из-за механических воздействий на кабель, при котором световод изгибается так сильно, что свет начинает выходить через оболочку наружу. Величина поглощения в стекле зависит от длины волны света. На 850 нм (свет с такой длиной волны в основном применяется в системах передачи на небольшие расстояния) потери в обычном оптоволокне составляют 4-5 дБ на километр кабеля. На 1300 нм потери снижаются до 3 дБ/км, а на 1550 нм - до величины порядка 1 дБ. Свет с двумя последними длинами волн используется для передачи данных на большие расстояния.

Потери, о которых только что было сказано, не зависят от частоты передаваемого сигнала (скорости передачи данных). Однако существует еще одна причина потерь, которая зависит от частоты сигнала и связана с существованием множества путей распространения света в световоде. Рис. 4 поясняет механизм возникновения таких потерь в оптоволокне со ступенчатым профилем показателя преломления.

Рис. 4. Различные пути распространения света в оптоволокне

Потери в оптоволокне возникают из-за поглощения и рассеяния на неоднородностях стекла, а также из-за механических воздействий на кабель, при котором световод изгибается так сильно, что свет начинает выходить через оболочку наружу. Величина поглощения в стекле зависит от длины волны света.

Луч, вошедший в оптоволокно почти параллельно его оси, проходит меньший путь, чем тот, который испытывает многократные отражения, поэтому свету для достижения дальнего конца световода требуется разное время. Из-за этого световые импульсы с малой длительностью нарастания и спада, обычно используемые для передачи данных, на выходе из оптоволокна размываются, что ограничивает максимальную частоту их следования. Влияние этого эффекта выражается в мегагерцах полосы пропускания кабеля на километр его длины. Стандартное волокно с диаметром сердцевины 62,5 мкм (многократно превышающим длину волны света) имеет максимальную частоту 160 МГц на 1 км на длине волны 850 нм и 500 МГц на 1 км при 1300 нм. Одномодовое волокно с более тонкой сердцевиной (8 мкм) обеспечивает максимальную частоту в тысячи мегагерц на 1 км. Однако для большинства низкочастотных систем максимальное расстояние передачи в основном ограничивается все же поглощением света, а не эффектом размывания импульсов.

Оптические разъемы

Поскольку свет передается только по очень тонкой сердцевине оптоволокна, важно очень точно совмещать его с излучателями в передатчиках, фотодетекторами в приемниках и световодами в оптических соединениях. Эта функция возлагается на оптические разъемы, которые изготавливаются с очень высокой точностью (допуски имеют порядок тысячных долей миллиметра).

Поскольку свет передается только по очень тонкой сердцевине оптоволокна, важно очень точно совмещать его с излучателями в передатчиках, фотодетекторами в приемниках и световодами в оптических соединениях.

Хотя существует много типов оптических разъемов, сейчас наиболее распространен разъем типа ST (рис. 5). Он состоит из изготовленного с высокой точностью штифта, в который выходит оптоволокно, пружинного механизма, который прижимает штифт к такому же штифту в ответной части разъема (или в электронно-оптическом устройстве) и кожуха, механически разгружающего кабель.

Разъемы ST выпускаются в вариантах для одномодового и многомодового оптоволокна. Основное различие между ними заключено в центральном штифте и его не так просто заметить визуально. Однако следует внимательно относиться к выбору варианта разъема: если одномодовые разъемы еще можно использовать с многомодовыми излучателями и детекторами, то разъемы для многомодового кабеля с одномодовым будут работать плохо или вообще приведут к неработоспособности системы.

Рис. 5. Оптический разъем типа ST

Однако следует внимательно относиться к выбору варианта разъема: если одномодовые разъемы еще можно использовать с многомодовыми излучателями и детекторами, то разъемы для многомодового кабеля с одномодовым будут работать плохо или вообще приведут к неработоспособности системы.

Установка оптического разъема на кабель начинается со снятия оболочки с помощью практически таких же инструментов, что используются для электрического кабеля. Затем усиливающие элементы обрезаются на нужную длину и вставляются в различные удерживающие уплотнения и втулки. В кабеле со свободно облегающей защитной трубкой ее конец снимается, чтобы обнажить само оптоволокно. В кабеле с плотно прилегающей к оптоволокну оболочкой она снимается с помощью прецизионного инструмента, напоминающего устройство для снятия изоляции с тонких электрических проводов. До этого момента процесс очень похож на работу с электрическим кабелем, но дальше начинаются отличия. Освобожденное от оболочек оптоволокно смазывается быстротвердеющей эпоксидной смолой и вставляется в прецизионно выполненное отверстие или канавку штифта, конец оптоволокна при этом выходит из отверстия наружу. Затем на разъеме устанавливаются элементы механической разгрузки кабеля, и он готов к завершающим операциям. Штифт помещается в специальное приспособление, в котором торчащий конец оптоволокна скалывается. На это уходит одна-две секунды, после чего разъем устанавливается в специальное зажимное приспособление, где выполняется полировка скола с помощью специальных пленок двух или трех степеней шероховатости. На все, не считая пяти минут на затвердевание эпоксидной смолы, уходит 5-10 минут в зависимости от мастерства монтажника.

Фактически, сборка оптического разъема ST - не более трудная задача, чем монтаж старого знакомого электрического разъема BNC.

Разъемы всех типов их изготовители снабжают простой пошаговой инструкцией по монтажу на оптоволоконный кабель.

Среди многих людей распространено предубеждение о трудностях установки разъемов на оптоволоконные кабели, поскольку они слышали «о сложном процессе скола и полировки стеклянного волокна». Когда им показывают, что этот «сложный процесс» выполняется с помощью очень простого приспособления и занимает меньше минуты, то окутывающая его «тайна» мгновенно улетучивается. Фактически, сборка оптического разъема ST - не более трудная задача, чем монтаж старого знакомого электрического разъема BNC. После обучения, которое занимает от 30 минут до часа, наибольшее время при установке оптических разъемов расходуется на ожидание затвердевания эпоксидной смолы. Тем не менее предубеждение остается широко распространенным, и для таких потребителей некоторые фирмы выпускают оптические разъемы так называемого быстрого монтажа. Они устанавливаются на кабели с помощью разнообразных механических зажимных систем, клеевых расплавов, быстросохнущих клеев (а иногда и вообще без химических клеящих составов). Некоторые из этих разъемов даже поставляются с заранее отполированным отрезком оптоволокна, вставленного в штифт, что вообще позволяет исключить процедуру окончательной обработки. Хотя установка этих разъемов действительно чуть более проста, никому не следует бояться и стандартного метода монтажа с использованием эпоксидной смолы и полировкой торца световода. На рис. 6 показана последовательность установки типового разъема ST на оптоволоконный кабель.

Рис. 6. Этапы монтажа разъема ST на оптоволоконный кабель

Также распространены оптические разъемы SMA, SC и FCPC. Все они подобны в смысле использования штифта, прецизионно совмещаемого с таким же штифтом в ответной части разъема, а отличаются только конструкцией механического соединения. Разъемы всех типов их изготовители снабжают простой пошаговой инструкцией по монтажу на оптоволоконный кабель.

ИЦ "Телеком-Сервис" предлагает услуги по проектированию, монтажу и сервисной поддержке корпоративных коммуникаций, построенных на основе ВОЛС. Уникальное предложение компании – в комплексном подходе к созданию корпоративных телекоммуникационных и информационных систем. Помимо прокладки оптики, мы эффективно реализуем создание офисных АТС и call-центров (в том числе на базе VOIP), а также создание центров обработки данных и СХД. Внимание: оборудование поставляется только в рамках проекта, розничной продажи нет.

Очевидно, что в идеальной оптической системе передачи информации световой поток должен беспрепятственно проходить трассу от источника до фотоприемника. Оптическое волокно – это ничто иное, как та самая трасса распространения сигнала. Протянуть цельное волокно от источника до приемника не представляется возможным. Технологическая длина волокна обычно не превышает нескольких километров. И если эту проблему еще можно решить сваркой световодов, то обеспечение мобильности локальной оптической подсети достигается только с применением кроссового оборудования. Проблем передачи световой волны от одного отрезка волокна к другому не избежать. Для многократного и простого подключения оптических линков световоды могут оконцовываться оптическими коннекторами. Учитывая, что современные световоды - это микронные технологии, оконцовка волокна оптическими коннекторами представляет собой непростую задачу.

Потери в оптических коннекторах

Опишем проблемы, возникающие при переходе сигнала из одного световода в другой. Потеря мощности или затухание оптической волны возникает при неточной центровке световодов. В этом случае часть лучей просто не переходит в следующий световод, или входит под углом более критического. При неполном физическом контакте волокн образуется воздушный зазор. В связи с чем возникает эффект возвратных потерь. Часть лучей при прохождении прозрачных сред с разной плотностью отражается в обратном направлении. Дотигая резонатора, они усиливаются и вызывают искажения сигналов.

Неидеальная геометрическая форма волокн также вносит вклад в потери мощности. Это может быть и элиптичность световода и нецентричность его сердцевины. Торец самого световода может содержать деформации: сколы и шероховатости, что в свою очередь уменьшает рабочую поверхность соприкосновения волокн.

Наконечники оптических коннекторов

Таким образом необходимо точно и плотно совместить оба световода. Чтобы обеспечить сохранность хрупкого волокна при многократном совмещении, их оконечные отрезки помещают в керамические, пластмассовые или стальные наконечники. Большинство наконечников имеют цилиндрическую форму с диаметром 2,5 мм. Встречаются конические конструкции, а коннекторы LC имеют наконечник диаметром 1,25 мм.
Внутри наконечников существует канал, в который вводится и фиксируется химическим или механическим способом очищенный от оболочки световод. При удалении защитного покрытия могут использоваться как специальные механические инструменты, так и химически активные растворы. Внутри наконечника световод может фиксироваться как по всей длине канала (чаще это методы на основе клея), так и в точке ввода волокна в наконечник (механические методы). Процесс механической фиксации занимает гораздо меньше времени (до нескольких минут) и основан на "придавливании" волокна с помощью полимерных материалов. Но он является менее надежным и недолговечным. Химический способ говорит сам за себя. Чаще всего фиксирующим составом в данной технологии выступают эпоксидные растворы, как наиболее надежные. Однако период полного загустевания такого состава весьма продолжителен –до суток. Поэтому при необходимости более быстрого монтажа коннекторов могут применяться другие компоненты или специальные печи для сушки.

После установки световода в коннектор необходимо отшлифовать торец наконечника. Выступающий излишек волокна удаляется специальными инструментами. Основной принцип заключается в надрезе и обламывании световода, после чего можно приступать к непосредственной полировке поверхности.
Особый интерес вызывает форма торцов наконечников. Их обработка представляет собой целое искусство. Простейший вариант торца - плоская форма. Ей присущи большие возвратные потери, поскольку вероятность возникновения воздушного зазора в окрестности световодов велика. Достаточно неровностей даже в нерабочей части поверхности торца. Поэтому чаще применяются выпуклые торцы (радиус скругления составляет порядка 10-15 мм). При хорошем центрировании плотное соприкосновение световодов гарантируется, а значит более вероятно отсутствие воздушного зазора. Еще более продвинутым рещением является применение скругления торца под углом в несколько градусов. Скругленные торцы меньше зависят от деформаций, образуемых при соединении коннекторов, поэтому подобные наконечники выдерживают большее количество подключений (от 100 до 1000).

Также важен материал наконечника. Подавляющее число коннекторов строятся на основе керамических наконечников, как более стойких.
После оконцовки световодов коннекторами необходимо произвести анализ качества поверхности наконечника. Чаще всего для этого применяются микроскопы. Професcиональные приборы обладают кратностью увеличения в сотни раз и снабжены специальной подсветкой с различных ракурсов. Они могут также иметь интерфейс подключния к дополнительному измерительному оборудованию.

Согласно стандарту TIA/EIA 568A величина возвратных потерь для многомодового волокна в оптических коннекторах не должна превышать -20 Дб, а для одномодового -26 Дб. По величине возвратных потерь коннекторы делятся на классы

Тип	Потери	Тип	Потери
PC	менее 30 дБ	Ultra PC	менее 50 дБ
Super PC	менее 40 дБ	Angled PC	менее 60 дБ

PC представляет собой абривиатуру от англйского Phisical Contact.

Соединение оптических коннекторов

Принципиально соединение двух оптических коннекторов кроссового оборудования строится по следующей схеме:
Платформой для установки коннекторов служит розетка. Входящие в нее коннекторы фиксируются таким образом, чтобы оси их наконечников были отцентрированы, паралельны и плотно прижаты. Подобные розетки обычно устанавливают в патч-панели или вставки монтажных коробов.

Тип коннектора	Наконечник	Потери (Дб) при 1300 нм
		Многомодовый	Одномодовый
ST	Керамика	0.25	0.3
SC	Керамика	0.2	0.25
LC	Керамика	0.1	0.1
FC	Керамика	0.2	0.6
FDDI	Керамика	0.3	0.4

ST-коннектор

Коннекторы различаются не только применяемыми наконечниками, но и типом фиксации конструкции в розетке. Самым распространенным представителем в локальных оптических сетях является ST-тип коннектора (от англ. Straight Tip). Керамический наконечник имеет цилиндрическую форму диаметром 2.5 мм со скругленным торцом. Фиксация производится за счет поворота оправы вокруг оси коннектора, при этом вращения основы коннектора отсутствуют (теоретически) за счет паза в разъеме розетки. Направляющие оправы сцепляясь с упорами ST-розетки при вращении вдавливают конструкцию в гнездо. Пружинный элемент обеспечивает необходимое прижатие.

Слабым местом ST-технологии является вращательное движение оправы при подключении/отключении коннектора. Оно требует большого жизненного пространства для одного линка, что важно в многопортовых кабельных системах. Более того, вращения наконечника отсутствуют только теоретически. Даже минимальные изменения положения последнего влекут рост потерь в оптических соединениях. Наконечник выступает из основы конструкции на 5-7 мм, что ведет к его загрязнению.

SC-коннектор

Слабые стороны ST-коннекторов в настоящее время решают за счет применения SC-технологии (от англ. Subscriber Connector). Сечение корпуса имеет прямоугольную форму. Подключение/отключение коннектора осуществляется поступательным движением по направляющим и фиксируется защелками. Керамический наконечник также имеет цилиндрическую форму диаметром 2.5 мм со скругленным торцом (некоторые модели имеют скос поверхности). Наконечник почти полностью покрывается корпусом и потому менее подвержен загрязнению нежели в ST-конструкции. Отсутствие вращательных движений обуславливает более осторожное прижатие наконечников.

В некторых случаях SC-коннекторы применяются в дуплексном варианте. На конструкции могут быть предусмотрены фиксаторы для спаривания коннекторов, или применяться специальные скобы для группировки корпусов. Коннекторы с одномодовым волокном обычно имеют голубой цвет, а с многомодовым серый.

LC-коннектор

Коннекторы типа LC – это малогаббаритный вариант SC-коннекторов. Он также имеет прямоугольное сечение корпуса. Конструкция исполняется на пластмассовой основе и снабжена защелкой, подобной защелке, применяющейся в модульных коннекторах медных кабельных систем. Вследствие этого и подключение коннектора производится схожим образом. Наконечник изготавливается из керамики и имеет диаметр 1.25 мм.

Встречаются как многомодовые, так и одномодовые варианты коннекторов. Ниша этих изделий - многопортовые оптические системы.

FC-коннектор

В одномодовых системах встречается еще одна разновидность коннекторов – FC. Они характеризуются отличными геометрическими характеристиками и высокой защитой наконечника.

FDDI-коннектор

Для подключения дуплексного кабеля могут использоваться не только спаренные SC-коннекторы. Часто в этих целях применяют FDDI-коннекторы. Конструкция исполняется из пластмассы и содержит два керамических наконечника. Для исключения неправильного подключения линка коннектор имеет несимметричный профиль.
Технология FDDI предусматривает четыре типа используемых портов: A, B, S и M. Проблема идентификации соответствующих линков решается за счет снабжения коннекторов специальными вставками, которые могут различаться по цветовой гамме или содержать буквенные индексы.
В основном данный тип используется для подключения к оптическим сетям оконечного оборудования.

MT-RJ-коннекторы

Гарантированные параметры кабельных сборок:

• Прямые потери <0.5 дБ (типичное значение - 0.25 дБ для ММ)

Области применения:

• Проводка в зданиях (горизонтальная и backbone)
• Телекоммуникационные сети

Примечание: сборка MT-RJ шнуров осуществляется в соответствии с процедурами MFO 86001-0112.

Особенности:

• Размер и конструкция защелки аналогичны RJ-45
• Дуплексный ферул
• Низкая стоимость
• Высокая плотность портов
• Соответствие стандартам ISO/IEC 11801 и TIA/EIA 568A
• Низкие прямые потери:

< 0.22 дБ для ММ
< 0.19 дБ для ОМ

Разработка коннектора MT-RJ преследовала решение следующих задач: малый размер, низкая стоимость и простота установки. Использование коннектора MT-RJ увеличивает плотность портов в два раза по сравнению со стандартными коннекторами и делает его идеальным для использования в приложениях типа fiber-to-the-desk. Дизайн коннектора соответствует требованиям TIA.

В коннекторе MT-RJ используется улучшенная версия индустриального стандарта для коннекторов типа RJ-45. Именно малый размер и удобство защелки аналогичной RJ-45 определяют преимущества данного коннектора при использовании в горизонтальной проводке до рабочего места.

Особенностью системы MT-RJ от Molex является использование различных PN для коннекторов модификации «папа» (с направляющими штырьками, выступающими из ферула) и «мама» (с дырочками под штырьки). Имеются две модификации адаптера, одна из которых устанавливается в гнездо для симплексного SC адаптера.

Качество и характеристики

Материалы предоставлены компаний AESP, известным производителем сетевого и коммуникационного оборудования, разработчиком кабельной системы SygnaMax.

Оптические коннекторы применяются при оконцовке оптических волокон для их стыковки с пассивным или активным телекоммуникационным оборудованием.

Сегодня на рынке представлено большое количество специализированных оптических коннекторов. В телекоммуникациях и сетях кабельного телевидения наибольшее распространение получили коннекторы типов SC, FC, ST, имеющие стандартные размеры и миниатюрные LC. Оптические коннекторы могут соединять как одно, так и несколько волокон.

Оптический коннектор состоит из корпуса, внутри которого расположен наконечник (феррула) с прецизионным продольным концентрическим каналом. Диаметр канала зависит от того, какое оптическое волокно будет использоваться - одномодовое или многомодовое. Для одномодового волокна диаметр канала феррулы равен 125,5-127 мкм, для многомодового 127-130 мкм. Наиболее распространенный внешний диаметр феррул - 2,5 мм, но в оптических коннекторах с малым форм-фактором используются феррулы диаметром 1,25 мм. Стандартно в качестве материала феррул используется диоксид циркония.

Феррула соединяется с оптическим волокном: волокно без оболочки вставляется в канал наконечника и фиксируется, выступающий конец волокна скалывается параллельно с поверхностью торца ферула, сам торец ферула полируется. Далее феррула с волокном совмещается с корпусом разъема. После соединения волокна и феррулы, сборка тестируется на наличие дефектов (на микроскопе или интерферометре). Для одномодового волокна точность выравнивания волокна в ферруле должна быть выше, чем 0,5 мкм, угловое отклонение не более 5 гр., а возвратные потери не менее 40 дБ.

Существует несколько наиболее часто используемых типов коннекторов, каждый из которых требует своего метода сборки. Но минимум два шага этих методов являются общими для всех типов.

1) Волокно закрепляется в оптическом коннекторе с помощью эпоксидной смолы. Этот процесс важен с точки зрения обеспечения надежности соединения. Эпоксидная смола предотвращает движение оптического волокна, что позволяет производить равномерную полировку торцов феррулы и оптического волокна.

2) Торец феррулы полируется для обеспечения наиболее плотного соединения коннекторов. Это необходимо для того, чтобы снизить в точке соединения коннекторов вносимое в линию затухание и обратное отражение.

Существует несколько типов полировки

• РС (Physically Contact)
• UPC (Ultra Physically Contact)
• APC (Angled Physically Contact)
• SPS (Super Physically Contact)

В случае полировки UPC плоскость торца феррулы перпендикулярна оптическому волноводу волокна, при APC - наклонена под углом 8°.

В телекоммуникациях стандартно используются оптические коннекторы с полировкой UPC, обозначаемые синим цветом, реже - APC, обозначаемые зеленым цветом. Оптические коннекторы с полировкой APC не совместимы с другими типами коннекторов, они нашли широкое применение в сетях кабельного телевидения.

Выбор метода полировки зависит от материала наконечника. Если материал наконечника очень твердый, например керамика, то, как правило, наконечник закруглен в районе торцевого конца, и на него ссылаются как на предварительно закругленный. Мягкие материалы наконечника, такие, как композитные термопластики или стеклокерамика, могут полироваться плоско. Эти материалы интенсивно используются, так как изнашиваются примерно с такой же скоростью, что и оптоволокно, и поддерживают высокое качество физического контакта.

Торцевые концы волокна закругляются, для того, чтобы свет не отражался непосредственно назад к источнику (угол отражения равен углу падения). В случае закругления торца, отражение происходит назад под углом и рассеивается, а волокна соприкасаются наиболее выступающими точками, приходящимися на среднюю часть светонесущей сердцевины волокна. Таким образом, воздушный зазор исключен.

Обратное отражение может быть снижено еще больше, если использовать угловой физический контакт APC (Angled Physically Contact). Угловой контакт отражает свет в оболочку волокна, а не в сердцевину.

Возвратные потери оптического коннектора должны быть, как уже говорилось, не меньше 40 дБ.

Еще одна важная характеристика оптического коннектора - количество циклов соединения. Оно определяется числом соединений/разъединений, начиная с которого характеристики коннектора начнут ухудшаться. Это число, как показывает опыт, колеблется от 200 до 600 соединений. В конце жизненного цикла потери на коннекторе не должны увеличиваться более чем на 0,2 дБ.

Требования, предъявляемые к коннекторам:

• Малые вносимые потери
• Малое обратное отражение
• Устойчивость к внешним механическим, климатическим и другим воздействиям
• Высокая надежность и простота конструкции, незначительное ухудшение параметров после многократных повторных соединений

Типы оптических коннекторов

Коннекторы ST были разработаны в середине 80-х годов. Удачная конструкция этих коннекторов обусловила появление на рынке большого числа их аналогов. В настоящее время коннекторы ST получили широкое распространение в оптических подсистемах локальных сетей. Керамический наконечник диаметром 2,5 мм, с выпуклой торцевой поверхностью диаметром 2 мм обеспечивает физический контакт стыкуемых световодов. Для защиты торца волокна от повреждений при прокручивании в момент установки применяется боковой ключ, входящий в паз розетки, вилка на розетке фиксируется байонетным замком.

Коннекторы ST просты и надежны в эксплуатации, легко устанавливаются, относительно недороги. Однако, простота конструкции имеет и отрицательные стороны: чувствительность к резким усилиям, прилагаемым к кабелю, а также к значительным вибрационным и ударным нагрузкам, ведь наконечник представляет собой единый узел с корпусом и хвостовиком. Этот недостаток ограничивает применение подобного типа коннекторов на подвижных объектах. Детали коннекторов ST обычно изготавливаются из цинкового сплава с никелированием, реже из пластмассы.

При сборке коннекторов арамидные нити упрочняющей оплетки кабеля укладываются на поверхность задней части корпуса, после чего надвигается и обжимается металлическая гильза. Такая конструкция позволяет в значительной мере снизить вероятность обрыва волокна при выдергивании коннектора. Для дополнительного увеличения механической прочности соединительных шнуров в коннекторах ряда производителей предусматривается обжим на задней части корпуса не только арамидных нитей, но и внешней оболочки миникабеля.

В настоящее время ST-коннектор заменяется на более прогрессивный FC-коннектор.

Этот тип коннектора широко применяется как для одномодового, так и для многомодового волокна. SC-коннектор относится к классу коннекторов общего пользования и применяется как в сетях с большой длиной секций, так и в локальных сетях. В устройстве используется механизм сочленения "push-pull".

Коннектор SC базового типа состоит из сборки (вилки), содержащей наконечник, вставленной в корпус разъема, центрирующую наконечник. Оптический SC-коннектор может объединяться в модуль, состоящий из нескольких разъемов. В этом случае модуль может использоваться для дуплексного соединения (одно волокно которого используется для передачи в прямом, а другое в обратном направлениях). Коннектор имеет ключ, предотвращающий неправильное соединение волокон.

Коннекторы типа FC ориентированы, в основном, на применение в одномодовых линиях дальней связи, специализированных системах и сетях кабельного телевидения. Керамический наконечник диаметром 2,5мм с выпуклой торцевой поверхностью диаметром 2 мм обеспечивает физический контакт стыкуемых световодов. Наконечник изготавливается со строгими допусками на геометрические параметры, что гарантирует низкий уровень потерь и минимум обратных отражений. Для фиксации коннектора FC на розетке используется накидная гайка с резьбой М8 х 0,75. В данной конструкции подпружиненный наконечник жестко не связан с корпусом и хвостовиком, что усложняет и удорожает коннектор, однако такое дополнение окупается повышенной надежностью.

Уровень вносимых потерь коннектора типа FC составляет <0,4 дБ. Они имеют средства для настройки. Ключ настройки позволяет настраивать уровень вносимых потерь до нескольких десятых дБ. После того, как позиция минимальных потерь найдена, ключ может быть зафиксирован.

Коннекторы типа FC устойчивы к воздействию вибраций и ударов, что позволяет применять их на соответствующих сетях, например, непосредственно на подвижных объектах, а также на сооружениях, расположенных вблизи железных дорог.

Миниатюрные LC-коннекторы имеют размеры примерно в два раза меньше, чем обычные варианты SC, FC, ST с диаметром наконечника 1,25 мм, вместо стандартного 2,5 мм. Это позволяет реализовать большую плотность при установке на коммутационной панели и плотную схему установки в стойку.

Коннектор фиксируется с помощью прижимного механизма, исключающего случайное разъединение.

D4-коннектор

Этот тип оптических коннекторов особенно широко используется для одномодового волокна. Он во многих отношениях похож на FC-коннектор, но имеет наконечник меньшего диаметра - 2,0 мм.

FDDI-коннектор

Разъем FDDI спроектирован как двухканальный, использует два керамических наконечника и механизм боковых защелок. Прочный кожух защищает наконечники от случайных повреждений, тогда как плавающий стык обеспечивает ему плотное сочленение без усилий. Уровень вносимых потерь составляет порядка 0,3 дБ для одномодового волокна и порядка 0,5 дБ для многомодового. FDDI - технология локальных сетей, используемая для пакетной передачи данных со скоростью 100 Мбит/с в соответствии со стандартом ANSI.

Оптический разъем Е-2000 и F-3000

Разъемы Е-2000 представляют из себя достаточно сложную конструкцию. Для разъединения разъема требуется специальный ключ, поэтому вероятность случайного разъединения разъема Е-2000 сводится к нулю. После разъединения коннектора, отверстие закрывают специальные шторки. Данные разъемы отличает большое количество циклов соединений - до 2000.

Оптические разъемы F-3000 являются усовершенствованной версией разъема Е-2000. Отличие заключается в диаметре ферула - 1,25 мм (у F-3000) и в материале шторок, у F-3000 они металлические.

Существует еще большое количество типов оптических разъемов - HDSC, FJ, SC-Compact, MU, SCDC, SCQC, Mini-MT, MT-RJ, Mini-MPO, Optoclip II, VF-45 и прочие. Эти разъемы имеют узкое прикладное назначение и в настоящее время не получили широкого применения.