Оптические компоненты ВОЛС

Подбор пассивных оптических компонентов ВОЛС

Данный раздел даст полное представление по пассивным оптическим компонентам. После прочтения вы получите полное представление для чего, по каким параметрам и как выбирать компоненты для работы ВОЛС.

Различные производители в разные годы разработали несколько десятков типов оптических разъемов (коннекторов) и проходных адаптеров для их соединения, однако наибольшее распространение получили всего 4 из них: ST, FC, SC, LC. Остальные когда-либо существовавшие разъемы используются редко или вообще сняты с производства.

Следует заметить, что никакого документа, стандартизирующего применение каких либо типов коннекторов, на данный момент нет. В связи с этим, в зависимости от отрасли применения более популярны те или иные типы коннекторов.

Основные типы оптических коннекторов

Разъем ST «Straight Tip»

Как выбирать пассивные оптические компоненты?

Имеет металлическую байонетную конструкцию, диаметр керамического наконечника 2.5 мм. Разъем был популярен ранее в основном в сетях с использованием многомодового оптического волокна. Однако сейчас к использованию не рекомендован, поскольку такой тип разъёма лишен преимуществ, которые имеют другие:

  • возможность изготовления дуплексного разъема, в котором физически нельзя было бы перепутать местоположение волокон для передачи и приема;

  • высокой надежности, устойчивости при вибрационных нагрузках;

  • компактности и простоты коммутации.

Разъем FC «Ferrule Connector»

Пассивные оптические компоненты: разъем FC

По конструкции напоминает разъем ST, диаметр керамического наконечника 2.5 мм, однако вместо байонета используется металлическое резьбовое соединение. На сегодняшний день коннектор активно используется в активном оборудовании и измерительных приборах, благодаря высокой надежности и устойчивости к вибрации.

Он в основном применяется в ВОЛС большой протяженности (магистральные ВОЛС), однако на сети доступа, в СКС и ЦОД его применение ограничено из-за сложности коммутации и невозможности изготовления дуплексного разъёма.

Разъем SC «Subscriber Connector»

Примечание: Может также применяться обозначение SC-D, подчеркивающее, что разъем дуплексный, с ключом.

Пассивные оптические компоненты: разъем SC

Коннектор имеет наибольшее распространение благодаря удобству коммутации (при помощи прямого защелкивания) и возможности создания дуплексного разъема. SC коннектор состоит из внутреннего и внешнего корпуса, диаметр керамического наконечника 2.5 мм. Он устанавливается в проходной адаптер без вращения, что удобно при коммутации. Пластиковая конструкция достаточно прочна, встречается в активном оборудовании и широко применяется в СКС и сетях передачи данных масштаба города, хотя разъем не относится к числу компактных. Чаще применяются дуплексные коннекторы SC, однако возможно использование и симплексных коннекторов.

Разъем LC «Lucent Connector»

Пассивные оптические компоненты: разъем LC

В отличие от перечисленных ранее разъемов, диаметр керамического наконечника составляет 1.25 мм и потому требует более аккуратного обращения. Благодаря более компактным размерам коннекторы LC приобрели большую популярность и в активном оборудовании, и в пассивных оптических шкафчиках и полках, особенно высокой плотности. Разъем относится к классу SFF – Small Form Factor, в котором внешние габариты коннектора вписываются в посадочное место 8-позиционного модульного разъема RJ-45. Коннектор устанавливается в проходной адаптер без вращения, прямым защелкиванием. Чаще применяются дуплексные коннекторы LC, однако возможно использование и симплексных разъемов. Корпус коннектора изготовлен из пластика.

Внимание! Существует уменьшенная версия дуплексного коннектора LC, в котором два корпуса отстоят друг от друга на меньшее расстояние, чем у стандартного разъема. Мини-коннекторы LC и мини-проходники не совместимы с дуплексными компонентами LC стандартного разъема!

Пассивные оптические компоненты: сравнение разъемов

Среди всего разнообразия коннекторов в СКС предпочтение отдано дуплексным разъемам SC и LC с ключом, предотвращающим неправильное введение коннектора в проходной адаптер – тем самым обеспечивается правильная полярность оптического соединения. В новых моделях активного оборудования и в центрах обработки данных практически всегда используются разъемы LC по причине их компактности.

Одномодовые и многомодовые коннекторы и проходные адаптеры

Все перечисленные коннекторы выпускаются в вариантах для одномодового волокна 9/125 мкм и для многомодовых волокон 50/125 или 62.5/125 мкм. Конструкция коннекторов принципиально одинакова, однако для одномодовых систем их изготавливают с максимально строгими допусками, в то время как для многомодовых систем пригодны коннекторы с более широкими границами по точности сверления наконечника (ferrule) и изготовления других элементов конструкции. То же касается и проходных адаптеров: к проходникам для одномодовых систем предъявляются более строгие требования по точности изготовления.

Типы полировки

У основной массы оптических коннекторов поверхность торца расположена под углом 90º к продольной оси световода. Торец керамического наконечника может иметь определенное закругление, иметь фаску того или иного размера, но область в месте соприкосновения световодов плоская. Качество полировки может отличаться:

  • PC – Physical Contact – базовое качество, приемлемое для обычных приложений в СКС и локальных сетях для не очень больших расстояний и скоростей до 1 Гбит/с включительно. Отражательная способность порядка -35 дБ.
  • SPC – Super Physical Contact – улучшенное качество (в первую очередь за счет машинной полировки), отражательная способность -40 ÷ -45 дБ или меньше. Такой или более высокий уровень полировки используется в заводских оптических шнурах и пигтэйлах.
  • UPC – Ultra Physical Contact – максимальное качество, только машинная полировка с жестким контролем качества, отражательная способность -50 ÷ -55 дБ или меньше. Шнуры с такой полировкой применяются для высокоточных измерений при тестировании оптических систем и для работы наиболее требовательных приложений со скоростями 10 Гбит/с и более.

Пассивные оптические компоненты: коннекторы

Коннекторы с полировкой PC, UPC и SPC конструктивно совместимы между собой. На совокупные характеристики системы больше всего влияют компоненты с самыми слабыми параметрами, поэтому рекомендуется выбирать продукцию с качеством полировки одного и того же или более высокого типа.

Коннекторы с угловой полировкой

Существуют коннекторы с угловой полировкой APC – Angled Physical Contact. В них стыкуемая поверхность отклонена на 8º от обычной, т. е. угол с осью световода составляет 82º. Отражательная способность составляет -65 дБ или меньше.

Пассивные оптические компоненты: угловая полировка APC

Такие коннекторы обеспечивают наилучшие характеристики из возможных на сегодняшний день и минимизируют обратные отражения. Однако они не совместимы с коннекторами с обычной полировкой. Попытка состыковать коннектор APC с любым не-угловым разъемом вызовет повреждение обоих! Чтобы уменьшить риск ошибочной стыковки, корпуса коннекторов APC, их хвостовики и проходные адаптеры изготавливают ярко-зеленого цвета.

Пассивные оптические компоненты: полировка

Наибольшее распространение коннекторы APC получили в сетях кабельного телевидения и провайдерских линиях.

Цветовое исполнение обычных коннекторов

Для обычных многомодовых коннекторов принято использовать черный и бежевый цвета корпуса и проходных адаптеров. Одномодовые коннекторы и проходные адаптеры чаще всего изготавливаются синего цвета.

Пассивные оптические компоненты: цветовое исполнение коннекторов

Примечание:

– Некоторые производители могут изготавливать все проходные адаптеры с одномодовой точностью, однако рекомендуется всегда проверять характеристики по техническим описаниям и каталогам.

Типы центраторов в проходных адаптерах

Соосность наконечников при стыковке оптических коннекторов обеспечивается центратором, расположенным внутри проходного адаптера. Центратор – это гильза из бронзы, латуни или керамики, имеющая продольный разрез по всей длине. Наилучшие характеристики обеспечивают керамические центраторы; они изготовлены из того же материала, что и керамические наконечники (ferrule) коннекторов. Для высокоскоростных и требовательных приложений рекомендуется использовать проходные адаптеры с керамическими центраторами.

Типы центраторов в проходных адаптерах

Оптические патч-шнуры

Шнуры выбираются в соответствии с типом волокна в системе (многомодовое классов OM1-OM4, одномодовое классов OS1-OS2), с определенным типом разъемов на концах. Основная масса оптических патч-шнуров – дуплексные. Наиболее популярны дуплексные коннекторы LC и SC, однако применяются и симплексные шнуры. При необходимости используются шнуры с разными разъемами на концах – например, коннекторы FC на одном конце для подключения к активному оборудованию и коннекторы LC на другом для подключения к оптическому кроссу.

Внешний диаметр кабеля в оптических шнурах ранее обычно составлял 3 мм (или дважды по 3 мм, если речь шла о зип-шнурах), однако в последнее время кабели стараются делать компактнее, меньше в диаметре (например, 2 или 1.5 мм), чтобы умещать в оптических шкафчиках и органайзерах максимально возможное количество шнуров и подключений. Независимо от диаметра и типа разъемов, все оптические шнуры требуют бережного обращения. При отсоединении от портов коннекторы должны обязательно закрываться защитными колпачками.

Пигтэйлы

Пигтэйл – односторонняя волоконно-оптическая перемычка, «полушнур» – имеет на одном конце изготовленный на заводе и протестированный разъем, другой конец не заделан и предназначен для присоединения к проложенному неоконцованному кабелю сварной или механической муфтой. В отличие от оптических шнуров, пигтэйлы не имеют внешней оболочки кабеля, из хвостовика коннектора выходит волокно в плотном буфере диаметром 900 мкм или 250 мкм. Конструкция хвостовика, диаметр его отверстия должны соответствовать диаметру буфера. Хвостовики, предназначенные для установки на кабель диаметром 3 мм или менее, не предназначены для установки на волокно в буфере какого бы то ни было диаметра и не могут обеспечить волокну должной защиты.

Пигтэйлы

Пигтэйлы выбираются в соответствии с типом световодов в кабеле, к которому они должны присоединяться. Типовая длина пигтэйлов составляет 1 м – этого достаточно для удобной заделки муфты и последующей укладки в муфтовый лоток (сплайс-пластину). Изготовители могут предлагать пигтэйлы с другими длинами, однако при заказе необходимо учитывать, где и как будет укладываться это волокно. Поскольку волокно в буфере не имеет внешней оболочки кабеля, для него критически важно обеспечить поддержание радиуса изгиба не менее 25 мм и отсутствие риска повреждений.

Оптические аттенюаторы

Аттенюаторы предназначены для искусственного ослабления сигнала, что бывает необходимо в случаях, когда оптические сегменты имеют небольшую протяженность, а передатчик выдает слишком мощный сигнал. Чтобы предотвратить поступление на вход к приемнику чрезмерно мощного сигнала, его «приглушают», установив аттенюатор в какой-то точке сегмента.

Аттенюатор должен соответствовать установленной системе по типу волокна и разъема. Кроме того, аттенюатор выбирается в зависимости от величины оптических потерь в децибелах, которые необходимо внести в сегмент для ослабления исходного сигнала до приемлемого уровня.

Оптические аттенюаторы

Аттенюаторы подразделяются на:

  • активные и пассивные устройства;
  • регулируемые и нерегулируемые устройства;
  • конструкции malefemale («папа-мама», устанавливаются на любой коннектор в сегменте) и femalefemale («мама-мама», устанавливаются вместо проходного адаптера).

Аттенюаторы, как и любые оптические компоненты, требуют аккуратного обращения, использования защитных колпачков и своевременного применения чистящих средств для волоконной оптики.

Оптические муфты

Оптические муфты – компактные устройства, предназначенные для сращивания оптических волокон, не оконцованных коннекторами. На рынке доступны два типа муфт: сварные и механические.

Сварная муфта представляет собой армированную жесткой проволокой термоусадочную трубку – гильзу КДЗС (комплект для защиты сварного соединения). Сварка выполняется специализированным сварочным аппаратом для оптоволокна, в который может быть встроена (или прилагаться отдельно) печка для термоусадочных гильз.

Оптические муфты

Также применяются усложненные конструкции гильз, рассчитанные на плоские ленточные кабели или на многоволоконные кабели круглого сечения. Их корпуса предназначены для защиты 12 и более сварных соединений одновременно.

Механические муфты имеют собственный жесткий корпус и не требуют применения сварочного аппарата и гильз КДЗС. Зачищенные и сколотые волокна механически стыкуются и фиксируются внутри муфты, а возможные пустоты или неровности сколов заполняются гелем, показатель преломления которого равен показателю преломления ядра волокна. Гель изначально находится внутри муфты – этот компонент принципиально важен для достижения приемлемых оптических характеристик механического соединения.

Оптические муфты фото

При прочих равных условиях сварная муфта имеет более высокие характеристики и приводит к существенно меньшим оптическим потерям, чем механическая. На качественно заделанном сварном соединении может теряться 0.01 дБ или менее. Этот метод лидирует по популярности и используется как для присоединения пигтэйлов к концам кабеля, так и для сращивания протяженных участков кабеля между собой, особенно если магистраль имеет большую протяженность и количество сращиваний велико. В неблагоприятных условиях (чердаки, подвалы, канализационные коммуникации, столбы и иные зоны вне зданий) сварное муфтовое соединение, безусловно, выигрывает у механического по характеристикам, долговечности и надежности. Механические муфты могут применяться внутри зданий, где нет резких перепадов температур, вибрации и других неблагоприятных факторов.

Еще одной областью применения механических соединителей является оперативный ремонт ВОЛС при недоступности сварочного аппарата.

В этом случае обеспечивается высокая скорость устранения повреждения при минимальных затратах (для ремонта требуется иметь: механические соединители, стриппер буферного слоя, ручной скалыватель). Недостатком такого (не по технологии выполненного) соединения является недолговечность, потому как в ходе высыхания иммерсионного геля повышаются потери и отражения от места сростка. Для недопущения такой ситуации такое соединение стоит заменить сварным в течение небольшого промежутка времени (до месяца).

Любые муфты требуют размещения внутри муфтовых лотков, также называемых сплайс-кассетами, при этом вместимость лотков и форма пазов для укладки сварных и механических муфт различны.

Пассивные оптические компоненты: муфты

Внешние корпуса для размещения оптических муфт

Внешние корпуса, в которых размещаются волоконно-оптические муфты, часто тоже называют муфтами, что может приводить к определенному недопониманию. В данном случае речь идет о прочном внешнем корпусе, рассчитанном на установку в уличных условиях, в канализационных коллекторах, на столбах, в траншеях (прямое закапывание), в подвалах, на чердаках и крышах зданий. Оптические муфтовые соединения находятся внутри корпуса; конструкция обеспечивает им сохранность и защиту от неблагоприятных внешних условий: пыли, ветра, дождя, снега, перепадов температур и т. п.

В зависимости от точек ввода кабеля конструкции подразделяются на два типа:

  • тупиковые оптические муфты (кабели заходят в корпус только с одной стороны);
  • проходные оптические муфты (кабели заходят в корпус с противоположных сторон).

Существуют также конструкции, в которых точки ввода может выбрать монтажник на месте. Подобные решения применяются при прокладке дальних магистральных сегментов, линий между городскими узлами связи, участков между зданиями. Они позволяют не только срастить однотипные оптические кабели между собой, но и перейти от кабеля с большим количеством волокон на кабели с меньшим количеством световодов, выполнить разветвление в сторону разных конечных точек.

Пассивные оптические компоненты: муфты оптические фото

Оптические шкафчики, панели и кроссы

Оптические коннекторные соединения (а также пигтэйлы и муфтовые лотки, если таковые используются) размещаются в оптических полках, шкафчиках или панелях, устанавливаемых в стандартные 19-дюймовые шкафы или стойки. Существуют также настенные варианты шкафчиков, однако они имеют меньшую вместимость и ограниченную возможность размещать внутри муфтовые соединения.

Пассивные оптические компоненты: шкафчики

Лицевая пластина оптических панелей или шкафчиков содержит оптические проходные адаптеры определенного типа, она может быть наборной или фиксированной. С внутренней стороны к проходникам подключаются коннекторы пигтэйлов или коннекторы, установленные на магистральные кабели клеевым или механическим способом; с внешней стороны подключаются оптические патч-шнуры и перемычки.

Пассивные оптические компоненты: кроссы

Наиболее функциональные модели оптических полок и шкафчиков оснащены вводными фитингами для кабелей в оболочке, внутренними направляющими для укладки запаса кабеля и волокна в буфере, органайзерами для упорядочивания подключаемых оптических шнуров. Поскольку сами оптические соединения обычно расположены плотно, маркировка портов выносится на отдельную пластину или специально предусмотренный маркировочный конверт или карман.

Внутреннее пространство шкафчика или полки может использоваться для установки определенного количества муфтовых лотков (сплайс-пластин), в которые укладываются сварные или механические муфты. Если лотков несколько, они ставятся друг на друга и фиксируются либо общим кронштейном либо шпилькой (в последнем случае в сплайс-пластинах и корпусе самого шкафчика предусмотрены монтажные отверстия). Крепеж либо входит в комплект поставки, либо заказывается дополнительно.

Пассивные оптические компоненты: укладка волокон

Подобные шкафчики, полки и панели рассчитаны на применение внутри зданий и не предназначены для установки в неблагоприятных условиях. Основная область их применения – телекоммуникационные помещения, аппаратные и городские вводы. Хотя дверцы, как правило, оснащены замками с ключом, такие конструкции не являются антивандальными. Для установки в зонах, где оборудование необходимо обезопасить от взлома, порчи и хищения, обычно выбирается антивандальный шкаф уличного или внутреннего исполнения с должной степенью защиты, оптические полки или панели устанавливаются внутри него.