eng
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
Выпуск #8/2022
М.Боев, Э.Ким, А.Микилев
ВОПРОСЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ТЕРАБИТНЫХ СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ
ВОПРОСЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ КАБЕЛЕЙ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ТЕРАБИТНЫХ СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ
Просмотры: 1337
DOI: 10.22184/2070-8963.2022.108.8.52.56
Рассмотрены вопросы конструирования, промышленного производства, методик и задач исследования оптических кабелей с оптическим волокном со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью.
Рассмотрены вопросы конструирования, промышленного производства, методик и задач исследования оптических кабелей с оптическим волокном со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью.
Теги: fiber optic cables optical fibers optical fibers attenuation coefficient measurement methods ula optical fibers ull optical fibers методы измерения коэффициента затухания оптического волокна оптические волокна оптические волокна типа ula оптические волокна типа ull оптические кабели
ВОПРОСЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ оптических кабелей для применения в терабитных системах передачи
М.Боев, д.т.н., профессор НИУ "МЭИ",
Э.Ким, генеральный директор ОАО "Еврокабель-1",
А.Микилев, к.ф-м.н, ведущий научный сотрудник
ОАО ВНИИКП // a.mikilev@vniikp.ru
УДК.621.315.21, DOI: 10.22184/2070-8963.2022.108.8.52.56
Рассмотрены вопросы конструирования, промышленного производства, методик и задач исследования оптических кабелей с оптическим волокном со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью.
Введение
Общая скорость передачи информации (емкость) для современных волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) достигла и уже во многих случаях превысила порог свыше 1 Тбит/с на одно волокно. Такая скорость стала возможной благодаря технологии плотного мультиплексирования с разделением по длине волны, известной как DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), развитию когерентных систем, использованию сложных форматов модуляции, методов коррекции ошибок и другим многочисленным усовершенствованиям оборудования связи. Увеличению пропускной способности способствовала также разработка новых поколений оптических волокон (ОВ), таких как ОВ со сверхнизким затуханием типа ULL (Ultra Low Loss) и ОВ c большой эффективной площадью − ULA (Ultra Large Area).
О характеристиках и преимуществах ОВ типа ULL подробно говорилось в [1, 2]. В настоящей статье речь пойдет о характеристиках оптического кабеля (ОК), при изготовлении которого применены подобные ОВ. Экспериментальный образец ОК разработан предприятием "Еврокабель-1" с учетом технических требований, специфичных для применения кабеля на территории России.
Одним из основных требований к ОК, предназначенному для работы терабитных ВОСП, помимо высокой пропускной способности, должно, по нашему мнению, быть требование особо высокой надежности. При этом следует обеспечить такие показатели, как безотказность и долговечность в условиях воздействия различных факторов окружающей среды: температуры, механических нагрузок и др.
Особенности конструкции ОК, используемых в ВОСП магистральной сети
Сегодня магистральные сети пока еще по большей части строят с использованием ОВ, соответствующего рекомендации Сектора стандартизации Международного союза электросвязи (МСЭ-Т) G.652.D, а в последнее время также G.652.D/G.657.А1.
В дальнейшем будем считать такие волокна соответствующими стандартной спецификации. Среди передаточных характеристик ОВ для магистральных линий существенным является требование малого прироста километрического затухания передаваемого сигнала (дБ/км) при изготовлении ОК.
При передаче сигналов на длине волны 1550 нм в магистральных линиях стараются использовать ОВ с пониженным коэффициентом затухания − около 0,18 дБ/км [3]. Однако после 2010 года у операторов ВОСП повысился интерес к ОВ категории G.654 с еще более низким затуханием с одновременным ростом требований к конструкции ОК.
Сегодня различные изготовители предлагают ОВ со сверхнизким затуханием − менее 0,17 дБ/км на длине волны 1550 нм, причем такое волокно может соответствовать рекомендации G.652 и/или G.654. Волокна, соответствующие только рекомендации G.654, имеют увеличенный диаметр модового поля (ДМП), обычно более 11 мкм на длине волны 1550 нм, и параметр "эффективной площади сердцевины", как правило, более 110 кв. мкм.
Одним из актуальных вопросов при конструировании ОК с применением ОВ ULL со сверхнизким затуханием, таких как, например, волокно типа SMF-28 ULL, и, особенно, типа ULA является обеспечение надежной работы кабелей при внешних воздействиях. Такие воздействия возникают при прокладке кабелей и в дальнейшем в условиях эксплуатации. К ним относятся, в частности, колебания температуры от низких до высоких значений, различные виды механических воздействий.
В связи с необходимостью определять с гарантией малый прирост затухания важной задачей является усовершенствование методов измерения коэффициента затухания ОВ как в исходном состоянии, так и после переработки в составе ОК. Измерение затухания должно производиться на длине волны не только 1550, но и 1625 нм. Также желательно осуществить более подробное изучение таких свойств ОВ рассматриваемых типов, как, например, исследование "свариваемости" и совместимости с ОВ других типов. С точки зрения оптимизации производства ОК важным является также определение чувствительности ОВ к возможной неравномерности распределения "избыточной" длины вдоль физической длины кабеля, обусловленной технологическими причинами.
Интересным является исследование состояния ОВ в кабеле с применением бриллюеновского рефлектометра (BOTDR), что позволяет дать оценку физическому состоянию волокна и прогнозировать срок службы ОК.
Конструкция опытного образца кабеля
По условиям прокладки ОК, используемые на сетях связи России, подразделяют на несколько типов. Для непосредственной прокладки в грунт широко применяют ОК, конструкция которых содержит броню из стальных проволок [4−8]. В случае использования волокна типа ULL/ULA, по нашему мнению, целесообразна именно подобная конструкция, описываемая далее, которая имеет наибольшие шансы на практическое применение.
Поскольку полагаем, что ОВ типа ULL/ULA по сравнению с другими ОВ потенциально более чувствительны к внешним воздействиям (натяжение, изгибы, высокая и низкая температура и пр.), такое волокно требует большей защиты. Наличие металлической брони обеспечивает бόльшую стабильность геометрической конструкции ОК при значительных механических нагрузках и при температурных воздействиях. Очевидно, что внедрение волокна рассматриваемых типов в реальную практику строительства ВОЛС потребует в дальнейшем набора более обширной статистики и наработки опыта конструирования, исследования и применения ОК с волокном ULL/ULА в лабораторных, производственных и полевых условиях. Для работы с терабитными системами передачи был разработан экспериментальный ОК, описанный ниже.
На рис.1 показан разрез кабеля марки ОГД-6 × 16У-7, который был сконструирован и произведен специалистами ООО "Еврокабель-1" в 2021 году.
Кабель содержит центральный силовой элемент (ЦСЭ), который выполнен из стеклопластикового прутка, наружную и внутреннюю оболочку из полиэтилена высокого давления. Между оболочками наложена броня из стальных оцинкованных проволок. Кабель содержит шесть оптических модулей (ОМ) из полибутилентерефталата, в каждом модуле содержится по 16 ОВ. Межмодульное пространство, а также пространство в области проволок брони заполнено гидрофобным компаундом.
Основные результаты испытаний
Согласно техническим условиям строительная длина ОК должна быть не менее 1000 м, а длина на барабане № 12 составляет около 4 км. Для экспериментальных исследований был изготовлен образец длиной около 3 км. Несмотря на некоторые экспериментальные сложности по точному определению коэффициента затухания ОК более короткой длины, мы оценили погрешность наших измерений (использовались различные оптические рефлектометры OTDR) ориентировочно не хуже ±0,002 дБ/км на длине волны 1550 нм.
В данном экспериментальном образце в разных ОМ содержались различные ОВ, спецификации согласно МCЭ-Т и типы которых, а также некоторые исходные параметры, указаны в табл.1. Там же приведены параметры ОВ, измеренные на длине волны 1550 нм, а именно: диаметр модового поля (ДМП), длина волны отсечки (ДВО) и коэффициент затухания (КЗ). Учитывая, что каждый ОМ содержал по 16 ОВ, в таблице приведены минимальное (мин.), среднее (средн.) и максимальное (макс.) из значений затухания ОВ в каждом ОМ. Параметр Δср. Представляет собой усредненные по каждому модулю разности КЗ в изготовленном ОК по сравнению с КЗ исходного ОВ на катушке (до окрашивания).
Измерение сверхмалых затуханий, особенно при коротких длинах исследуемого ОК, безусловно, требует хотя бы ориентировочной оценки погрешности (неопределенности) результатов измерений. Анализ результатов, приведенных в таблице, показывает, что среднеквадратичное отклонение (СКО) результатов измерения коэффициента затухания ориентировочно находится на уровне ±0,0005 дБ/км. Данная функция "погрешности" проиллюстрирована графиком на рис.2, подробности можно найти в работе [9].
С учетом этой оценки и использованного метода обработки промежуточных результатов можно сделать вывод, что неопределенность результатов измерения коэффициента затухания в нашем случае составила около ±0,002 дБ/км. Допускаем, что эта оценка несколько оптимистична и подлежит более доказательному и подробному обоснованию. Во всяком случае, к соответствующей точности следует стремиться при измерениях коэффициента затухания ОК на строительных длинах 4 км.
На наш взгляд, наибольший интерес представляют результаты измерения затухания в модулях, пронумерованных в таблице как 1, 2 и 3, так как в них используются именно те ОВ, которые сегодня коммерчески доступны на отечественном рынке. В среднем прирост коэффициента затухания (параметр Δср в таблице) в ОК по сравнению с исходным (неокрашенным) ОВ составил для этих модулей, соответственно 0,001/0,007/0,003 дБ/км.
Полученные результаты по измерению коэффициента затухания близки к выводам работы [10]: для волокна G.654, вследствие потенциально большей вероятности прироста затухания на микро- и макроизгибах, затухание в ОК должно иметь тенденцию к некоторому увеличению после изготовления и прокладки ОК по сравнению с исходным ОВ. Однако, в худшем случае, этот прирост не должен превышать исходное затухание волокна более чем на 0,01 дБ/км.
С учетом экономического фактора пока что был разработан и исследован только один экспериментальный образец кабеля с волокном ULL и/или ULA. Полученные результаты, очевидно, требуют статистического подтверждения при массовом производстве ОК подобного типа. В дальнейшем предполагается подробное исследование кабеля представленной конструкции на стойкость к различным воздействующим факторам (механические воздействия, низкие температуры и др.), характеризующим надежность ОК. Исследования по другим параметрам ОК авторами продолжаются.
Заметим, что наименьшее затухание в кабеле (0,16 дБ/км) отмечено у ОВ марки TeraWave Scuba производства компании OFS (ОМ № 4 в таблице). Однако, с учетом фактора стоимости и доступности в нынешней ситуации подобного ОВ, более реальным и перспективным считаем применение ОВ, подобного TeraWave ULL, с затуханием не более 0,17 дБ/км с номинальным диаметром модового поля 12,4 мкм (допуск ±0,5 мкм). Это волокно находится в ОМ № 3.
Как показывают расчетные оценки и результаты экспериментов, сверхнизкое затухание и большая эффективная площадь, сочетаясь в одном ОВ одновременно, могут заметно улучшить эффективность ВОСП новых поколений. В [11] обращается внимание на так называемый "показатель эффективности" FOM (Figure of Merit):
где α − коэффициент затухания,
n2 − нелинейный показатель преломления,
L − длина пролета,
Leff − эффективная длина пролета,
Аeff − эффективная площадь волокна ULL/ULA.
Индекс ref относится к соответствующим параметрам для стандартного ОВ типа G.652.D, принимаемого в качестве основы для сравнения (reference).
Перспективы применения ОК со сверхнизким затуханием
Ранее, в [1] приводились аргументы в пользу применения новых типов ОВ и рассматривались возможные технические сложности, с этим связанные. С учетом нашего опыта конструирования и исследования описанного выше ОК с волокном G.654, который считаем еще пока достаточно ограниченным, можно сделать следующие выводы.
Возможно конструирование ОК со средним превышением коэффициента затухания не более 0,003 дБ/км в кабеле по сравнению с исходным ОВ. Например, при использовании ОВ марки TeraWave ULL производства OFS коэффициент затухания в ОК в нашем случае не превышал среднестатистически (0,171 ± 0,002) дБ/км на длине волны 1550 нм. Однако с целью обеспечения достаточного уровня надежности результатов при сдаче-приемке кабеля предлагаем принимать величину допустимого порога превышения затухания в ОК по сравнению с исходным на уровне не более 0,01 дБ/км для любого индивидуального ОВ, но не более 0,005 дБ/км в среднем по всем волокнам в кабеле. Методы измерений и испытаний ОК с волокном ULL/ULA, скорее всего, могут потребовать "адаптации" и усовершенствования по сравнению с существующими методами, используемыми для стандартных ОВ.
Предстоит также более точно определить коэффициент затухания в ОК на длине 1625 нм. Предварительные оценки показывают, что он не превышает (0,18±0,01) дБ/км для всех волокон в модуле № 3 описанного выше ОК.
Авторы выражают признательность коллективу ООО "Еврокабель-1" (г. Щелково Московской обл.) за большую техническую и организационную помощь при выполнении настоящей работы.
ЛИТЕРАТУРА
Микилев А., Павлычев М. Оптические волокна класса ULL: характеристики и вопросы применения // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2021. № 8. С. 18–25.
Микилев А. ОВ для наземных ВОСП со сверхнизким затуханием и увеличенной эффективной площадью // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2017. № 3. С. 14–18.
Микилев А. Оптические волокна стандартной группы: эволюция и перспективы // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2015. № 6. С. 34–39.
Боев М.А., Йе Чжо Мин // Особенности определения механических параметров оптического кабеля, прокладываемого в земле // Вестник МЭИ. 2018. № 1. С. 41–46.
Боев М.А., Йе Чжо Мин // Стойкость к механическому усилию оптических кабелей, прокладываемых в земле // Кабели и провода. 2017. № 3 (364). С. 22–25.
Боев М.А., Йе Чжо Мин // Обеспечение требований к механическим параметрам оптических кабелей, предназначенных для прокладки в земле в тропическом климате // Кабели и провода. 2017. № 6 (368). С. 16–19.
Boev M.A. et al. Design of Optical Cables Intended for Laying Inside Buildings and Zone Communication // 2020 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications. Moscow: MTUCI, 2020. PP. 1–4.
Ko H.M. et al. Comparison of Mechanical Parameters of Self-Supporting Suspended Optical Cables with Power Elements from Different Materials // 2020 International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE). Moscow, 2020. PP. 1–5.
Микилев А.И. Некоторые актуальные задачи рефлектoметрии при измерениях ОВ // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2017. № 8. С. 36–41.
Zhang L. et al. Single-Mode Fiber with Ultra-Low-Loss and Large-Effective-Area. NTI News, 2015-12-04 [Электронный ресурс]. URL: www.nti.news/Tech/7.html. (дата обращения: 02.11.2022).
Downie John D. et all. Towards Superior Transmission Performance in Submarine Systems: Leveraging Ultra Low Attenuation and Large Effective Area // Journal of Lightwave Teсhnology. 2016. No 1. PP. 114–119.
М.Боев, д.т.н., профессор НИУ "МЭИ",
Э.Ким, генеральный директор ОАО "Еврокабель-1",
А.Микилев, к.ф-м.н, ведущий научный сотрудник
ОАО ВНИИКП // a.mikilev@vniikp.ru
УДК.621.315.21, DOI: 10.22184/2070-8963.2022.108.8.52.56
Рассмотрены вопросы конструирования, промышленного производства, методик и задач исследования оптических кабелей с оптическим волокном со сверхнизким затуханием и большой эффективной площадью.
Введение
Общая скорость передачи информации (емкость) для современных волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) достигла и уже во многих случаях превысила порог свыше 1 Тбит/с на одно волокно. Такая скорость стала возможной благодаря технологии плотного мультиплексирования с разделением по длине волны, известной как DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), развитию когерентных систем, использованию сложных форматов модуляции, методов коррекции ошибок и другим многочисленным усовершенствованиям оборудования связи. Увеличению пропускной способности способствовала также разработка новых поколений оптических волокон (ОВ), таких как ОВ со сверхнизким затуханием типа ULL (Ultra Low Loss) и ОВ c большой эффективной площадью − ULA (Ultra Large Area).
О характеристиках и преимуществах ОВ типа ULL подробно говорилось в [1, 2]. В настоящей статье речь пойдет о характеристиках оптического кабеля (ОК), при изготовлении которого применены подобные ОВ. Экспериментальный образец ОК разработан предприятием "Еврокабель-1" с учетом технических требований, специфичных для применения кабеля на территории России.
Одним из основных требований к ОК, предназначенному для работы терабитных ВОСП, помимо высокой пропускной способности, должно, по нашему мнению, быть требование особо высокой надежности. При этом следует обеспечить такие показатели, как безотказность и долговечность в условиях воздействия различных факторов окружающей среды: температуры, механических нагрузок и др.
Особенности конструкции ОК, используемых в ВОСП магистральной сети
Сегодня магистральные сети пока еще по большей части строят с использованием ОВ, соответствующего рекомендации Сектора стандартизации Международного союза электросвязи (МСЭ-Т) G.652.D, а в последнее время также G.652.D/G.657.А1.
В дальнейшем будем считать такие волокна соответствующими стандартной спецификации. Среди передаточных характеристик ОВ для магистральных линий существенным является требование малого прироста километрического затухания передаваемого сигнала (дБ/км) при изготовлении ОК.
При передаче сигналов на длине волны 1550 нм в магистральных линиях стараются использовать ОВ с пониженным коэффициентом затухания − около 0,18 дБ/км [3]. Однако после 2010 года у операторов ВОСП повысился интерес к ОВ категории G.654 с еще более низким затуханием с одновременным ростом требований к конструкции ОК.
Сегодня различные изготовители предлагают ОВ со сверхнизким затуханием − менее 0,17 дБ/км на длине волны 1550 нм, причем такое волокно может соответствовать рекомендации G.652 и/или G.654. Волокна, соответствующие только рекомендации G.654, имеют увеличенный диаметр модового поля (ДМП), обычно более 11 мкм на длине волны 1550 нм, и параметр "эффективной площади сердцевины", как правило, более 110 кв. мкм.
Одним из актуальных вопросов при конструировании ОК с применением ОВ ULL со сверхнизким затуханием, таких как, например, волокно типа SMF-28 ULL, и, особенно, типа ULA является обеспечение надежной работы кабелей при внешних воздействиях. Такие воздействия возникают при прокладке кабелей и в дальнейшем в условиях эксплуатации. К ним относятся, в частности, колебания температуры от низких до высоких значений, различные виды механических воздействий.
В связи с необходимостью определять с гарантией малый прирост затухания важной задачей является усовершенствование методов измерения коэффициента затухания ОВ как в исходном состоянии, так и после переработки в составе ОК. Измерение затухания должно производиться на длине волны не только 1550, но и 1625 нм. Также желательно осуществить более подробное изучение таких свойств ОВ рассматриваемых типов, как, например, исследование "свариваемости" и совместимости с ОВ других типов. С точки зрения оптимизации производства ОК важным является также определение чувствительности ОВ к возможной неравномерности распределения "избыточной" длины вдоль физической длины кабеля, обусловленной технологическими причинами.
Интересным является исследование состояния ОВ в кабеле с применением бриллюеновского рефлектометра (BOTDR), что позволяет дать оценку физическому состоянию волокна и прогнозировать срок службы ОК.
Конструкция опытного образца кабеля
По условиям прокладки ОК, используемые на сетях связи России, подразделяют на несколько типов. Для непосредственной прокладки в грунт широко применяют ОК, конструкция которых содержит броню из стальных проволок [4−8]. В случае использования волокна типа ULL/ULA, по нашему мнению, целесообразна именно подобная конструкция, описываемая далее, которая имеет наибольшие шансы на практическое применение.
Поскольку полагаем, что ОВ типа ULL/ULA по сравнению с другими ОВ потенциально более чувствительны к внешним воздействиям (натяжение, изгибы, высокая и низкая температура и пр.), такое волокно требует большей защиты. Наличие металлической брони обеспечивает бόльшую стабильность геометрической конструкции ОК при значительных механических нагрузках и при температурных воздействиях. Очевидно, что внедрение волокна рассматриваемых типов в реальную практику строительства ВОЛС потребует в дальнейшем набора более обширной статистики и наработки опыта конструирования, исследования и применения ОК с волокном ULL/ULА в лабораторных, производственных и полевых условиях. Для работы с терабитными системами передачи был разработан экспериментальный ОК, описанный ниже.
На рис.1 показан разрез кабеля марки ОГД-6 × 16У-7, который был сконструирован и произведен специалистами ООО "Еврокабель-1" в 2021 году.
Кабель содержит центральный силовой элемент (ЦСЭ), который выполнен из стеклопластикового прутка, наружную и внутреннюю оболочку из полиэтилена высокого давления. Между оболочками наложена броня из стальных оцинкованных проволок. Кабель содержит шесть оптических модулей (ОМ) из полибутилентерефталата, в каждом модуле содержится по 16 ОВ. Межмодульное пространство, а также пространство в области проволок брони заполнено гидрофобным компаундом.
Основные результаты испытаний
Согласно техническим условиям строительная длина ОК должна быть не менее 1000 м, а длина на барабане № 12 составляет около 4 км. Для экспериментальных исследований был изготовлен образец длиной около 3 км. Несмотря на некоторые экспериментальные сложности по точному определению коэффициента затухания ОК более короткой длины, мы оценили погрешность наших измерений (использовались различные оптические рефлектометры OTDR) ориентировочно не хуже ±0,002 дБ/км на длине волны 1550 нм.
В данном экспериментальном образце в разных ОМ содержались различные ОВ, спецификации согласно МCЭ-Т и типы которых, а также некоторые исходные параметры, указаны в табл.1. Там же приведены параметры ОВ, измеренные на длине волны 1550 нм, а именно: диаметр модового поля (ДМП), длина волны отсечки (ДВО) и коэффициент затухания (КЗ). Учитывая, что каждый ОМ содержал по 16 ОВ, в таблице приведены минимальное (мин.), среднее (средн.) и максимальное (макс.) из значений затухания ОВ в каждом ОМ. Параметр Δср. Представляет собой усредненные по каждому модулю разности КЗ в изготовленном ОК по сравнению с КЗ исходного ОВ на катушке (до окрашивания).
Измерение сверхмалых затуханий, особенно при коротких длинах исследуемого ОК, безусловно, требует хотя бы ориентировочной оценки погрешности (неопределенности) результатов измерений. Анализ результатов, приведенных в таблице, показывает, что среднеквадратичное отклонение (СКО) результатов измерения коэффициента затухания ориентировочно находится на уровне ±0,0005 дБ/км. Данная функция "погрешности" проиллюстрирована графиком на рис.2, подробности можно найти в работе [9].
С учетом этой оценки и использованного метода обработки промежуточных результатов можно сделать вывод, что неопределенность результатов измерения коэффициента затухания в нашем случае составила около ±0,002 дБ/км. Допускаем, что эта оценка несколько оптимистична и подлежит более доказательному и подробному обоснованию. Во всяком случае, к соответствующей точности следует стремиться при измерениях коэффициента затухания ОК на строительных длинах 4 км.
На наш взгляд, наибольший интерес представляют результаты измерения затухания в модулях, пронумерованных в таблице как 1, 2 и 3, так как в них используются именно те ОВ, которые сегодня коммерчески доступны на отечественном рынке. В среднем прирост коэффициента затухания (параметр Δср в таблице) в ОК по сравнению с исходным (неокрашенным) ОВ составил для этих модулей, соответственно 0,001/0,007/0,003 дБ/км.
Полученные результаты по измерению коэффициента затухания близки к выводам работы [10]: для волокна G.654, вследствие потенциально большей вероятности прироста затухания на микро- и макроизгибах, затухание в ОК должно иметь тенденцию к некоторому увеличению после изготовления и прокладки ОК по сравнению с исходным ОВ. Однако, в худшем случае, этот прирост не должен превышать исходное затухание волокна более чем на 0,01 дБ/км.
С учетом экономического фактора пока что был разработан и исследован только один экспериментальный образец кабеля с волокном ULL и/или ULA. Полученные результаты, очевидно, требуют статистического подтверждения при массовом производстве ОК подобного типа. В дальнейшем предполагается подробное исследование кабеля представленной конструкции на стойкость к различным воздействующим факторам (механические воздействия, низкие температуры и др.), характеризующим надежность ОК. Исследования по другим параметрам ОК авторами продолжаются.
Заметим, что наименьшее затухание в кабеле (0,16 дБ/км) отмечено у ОВ марки TeraWave Scuba производства компании OFS (ОМ № 4 в таблице). Однако, с учетом фактора стоимости и доступности в нынешней ситуации подобного ОВ, более реальным и перспективным считаем применение ОВ, подобного TeraWave ULL, с затуханием не более 0,17 дБ/км с номинальным диаметром модового поля 12,4 мкм (допуск ±0,5 мкм). Это волокно находится в ОМ № 3.
Как показывают расчетные оценки и результаты экспериментов, сверхнизкое затухание и большая эффективная площадь, сочетаясь в одном ОВ одновременно, могут заметно улучшить эффективность ВОСП новых поколений. В [11] обращается внимание на так называемый "показатель эффективности" FOM (Figure of Merit):
где α − коэффициент затухания,
n2 − нелинейный показатель преломления,
L − длина пролета,
Leff − эффективная длина пролета,
Аeff − эффективная площадь волокна ULL/ULA.
Индекс ref относится к соответствующим параметрам для стандартного ОВ типа G.652.D, принимаемого в качестве основы для сравнения (reference).
Перспективы применения ОК со сверхнизким затуханием
Ранее, в [1] приводились аргументы в пользу применения новых типов ОВ и рассматривались возможные технические сложности, с этим связанные. С учетом нашего опыта конструирования и исследования описанного выше ОК с волокном G.654, который считаем еще пока достаточно ограниченным, можно сделать следующие выводы.
Возможно конструирование ОК со средним превышением коэффициента затухания не более 0,003 дБ/км в кабеле по сравнению с исходным ОВ. Например, при использовании ОВ марки TeraWave ULL производства OFS коэффициент затухания в ОК в нашем случае не превышал среднестатистически (0,171 ± 0,002) дБ/км на длине волны 1550 нм. Однако с целью обеспечения достаточного уровня надежности результатов при сдаче-приемке кабеля предлагаем принимать величину допустимого порога превышения затухания в ОК по сравнению с исходным на уровне не более 0,01 дБ/км для любого индивидуального ОВ, но не более 0,005 дБ/км в среднем по всем волокнам в кабеле. Методы измерений и испытаний ОК с волокном ULL/ULA, скорее всего, могут потребовать "адаптации" и усовершенствования по сравнению с существующими методами, используемыми для стандартных ОВ.
Предстоит также более точно определить коэффициент затухания в ОК на длине 1625 нм. Предварительные оценки показывают, что он не превышает (0,18±0,01) дБ/км для всех волокон в модуле № 3 описанного выше ОК.
Авторы выражают признательность коллективу ООО "Еврокабель-1" (г. Щелково Московской обл.) за большую техническую и организационную помощь при выполнении настоящей работы.
ЛИТЕРАТУРА
Микилев А., Павлычев М. Оптические волокна класса ULL: характеристики и вопросы применения // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2021. № 8. С. 18–25.
Микилев А. ОВ для наземных ВОСП со сверхнизким затуханием и увеличенной эффективной площадью // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2017. № 3. С. 14–18.
Микилев А. Оптические волокна стандартной группы: эволюция и перспективы // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2015. № 6. С. 34–39.
Боев М.А., Йе Чжо Мин // Особенности определения механических параметров оптического кабеля, прокладываемого в земле // Вестник МЭИ. 2018. № 1. С. 41–46.
Боев М.А., Йе Чжо Мин // Стойкость к механическому усилию оптических кабелей, прокладываемых в земле // Кабели и провода. 2017. № 3 (364). С. 22–25.
Боев М.А., Йе Чжо Мин // Обеспечение требований к механическим параметрам оптических кабелей, предназначенных для прокладки в земле в тропическом климате // Кабели и провода. 2017. № 6 (368). С. 16–19.
Boev M.A. et al. Design of Optical Cables Intended for Laying Inside Buildings and Zone Communication // 2020 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications. Moscow: MTUCI, 2020. PP. 1–4.
Ko H.M. et al. Comparison of Mechanical Parameters of Self-Supporting Suspended Optical Cables with Power Elements from Different Materials // 2020 International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE). Moscow, 2020. PP. 1–5.
Микилев А.И. Некоторые актуальные задачи рефлектoметрии при измерениях ОВ // ПЕРВАЯ МИЛЯ. 2017. № 8. С. 36–41.
Zhang L. et al. Single-Mode Fiber with Ultra-Low-Loss and Large-Effective-Area. NTI News, 2015-12-04 [Электронный ресурс]. URL: www.nti.news/Tech/7.html. (дата обращения: 02.11.2022).
Downie John D. et all. Towards Superior Transmission Performance in Submarine Systems: Leveraging Ultra Low Attenuation and Large Effective Area // Journal of Lightwave Teсhnology. 2016. No 1. PP. 114–119.
Отзывы читателей
