АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ КАБЕЛЕЙ СВЯЗИ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются вопросы изготовления оптических кабелей, имеющих высокие требования надежности и безотказности работы, которые обеспечивают эффективность передачи сигналов и поддержание работоспособности всей оптической системы в целом. Эффективность эксплуатации оптического кабеля зависит от оптического волокна, которое является основным конструктивным элементом, обеспечивающим высокую скорость и качество передаваемого сигнала. Проведен анализ материалов, применяемых для изготовления оптических волокон и их классификация.

ABSTRACT

The article deals with the manufacture of optical cables that have high requirements for reliability and non-failure operation, which ensure the efficiency of signal transmission and maintaining the operability of the entire optical system as a whole. The efficiency of optical cable operation depends on optical fiber, which is the main structural element that provides high speed and quality of the transmitted signal. The analysis of materials used for the manufacture of optical fibers and their classification is carried out.

Ключевые слова: современные материалы, кабель связи специального назначения, анализ.

Keywords: modern materials, special-purpose communication cable, analysis.

Введение

Современное развитие науки и техники, дает основание к более углубленному анализу материалов используемых при производстве оптических кабелей (ОК).

Учитывая тот факт, что развитые компьютерные технологии широко внедрены в космической технике, а также при производстве самолётов, морских судов, беспилотных летательных аппаратов и атомной энергетики, то все системы участвующие в их работе должны отвечать высоким требованиям, предъявляемым к особым условиям эксплуатации и способностью обеспечивать быстродействие в передаче информации при постоянном и интенсивном воздействии внешних факторов, а также надежность работы не только ОК но всей системы в целом. Отличительным критерием в работе рассматриваемых систем является способность к передаче информации с высокой скоростью не взирая на агрессивные условия воздействия сопутствующих экстремальных внешних факторов.

В кабельно-проводниковой продукции основным конструктивным элементом, отвечающим за качество передачи сигнала является токопроводящая жила (ТПЖ). В оптических кабелях эта функция обеспечивается качеством работы оптоволокна (ОВ), эффективностью работы которого во многом определяется видом материала, из которого оно изготовлено, а также уровнем защищённости от воздействий внешних факторов. Помимо вышеперечисленного хорошие эксплуатационные показатели ОВ, также зависят от конструктивного исполнения и выбора материалов [1-5].

Рассматриваемая категория ОК должна обеспечивать особый уровень надежности и безотказности в работе, т.к. они находятся в нестабильной рабочей среде, сочетающей множество внешних факторов постоянно воздействующих и за частую имеющих экстремальный характер.

Поэтому данные кабельные изделия выполняются по индивидуальным конструктивным решениям с применением в конструкции особых материалов.

В соответствии с вышеизложенным, одним из основных вопросов в обеспечении надежности и безотказности работы оптических систем (ОС) особого назначения является точный подбор определенных материалов способных противостоять различным внешними воздействиям, а также их влиянию, обеспечив при этом высокую эффективность в передаче сигналов как по ОВ, так и по ОК с поддержанием высокой работоспособности всей системы в целом. Это факт подтверждает актуальность рассматриваемой задачи и обеспечивает востребованность и актуальность настоящей темы исследования.

Общие сведения

Оптическое волокно (рис.1) – состоит из сердцевины (ядро) и оболочки. Сердцевина представляет собой длинномерное волокно, которое имеет цельное, монолитное строение с абсолютно круглым сечением.

Рисунок 1. Конструкция оптического волокна

Передача сигнала, электромагнитное излучение оптического диапазона, по телу ОВ основанное на явлении полного внутреннего отражения, осуществляется по ядру благодаря многократному отражению от оболочки, нанесённой на внешнюю поверхность ОВ (рис. 2).

Рисунок 2. Передача сигнала по оптическому волокну

Для защиты ОВ поверх оболочки наносят защитное покрытие, а для противостояния механическим воздействиям применяют специальные конструктивные элементы позволяющие защитить оптоволоконный кабель. Конструктивно в ОК может находится несколько ОВ, которые объединены одной общей оболочкой (рис.3).

Сердцевина и оболочка выполнены из материалов имеющих разные величины показателей преломления, благодаря чему на границе раздела, по внутренней части ОВ, образуется отражающая для световой волны поверхность. Световая волна (мода) идет по световоду под определенным углом, благодаря чему происходит многократное ее отражение, в следствии чего осуществляется высококачественная передача сигнала по ОК  на большие расстояния (рис. 2).

Структурно ОВ может иметь разную конструкции профиля сечения: ступенчатый и градиентный (рис. 4).

Профили показателя преломления, как среда передачи, могут быть выполнены более сложно, чем определяются характеристики самого ОВ.

Таким образом, конструкции ОК отличаются внешней оболочкой, зависящей от среды эксплуатации и требований к механическим воздействиям, способа и условий прокладки кабельного изделия.

Современное требование времени, предъявляемое высокоразвитой техникой электросвязи: осуществление с высокой скоростью передачи огромного массива информации на большие расстояния, стало возможным благодаря оптическому волокну, которое является наиболее перспективным направлением, с точки зрения - среды передачи.

Данное направление позволит ОК стать конкурентоспособными с электрическими кабелями при потребностях обеспечения передачи сигналов в диапазонах частот 10⁷ –10⁹ Гц [6].

Анализ материалов

На сегодняшний день, технологический процесс производства ОВ, является очень отвественным и сложным, т.к. содержит в себе технологические операции изготовления заготовок имеющих разные технические характеристики, которые определяются особенностями эксплуатации ОК, а значит этим объясняется большое разнообразие их методов производства.

Проведенный анализ материалов применяемых для изготовления ОВ был построен на классификации материалов, а именно по функциональному назначению: пассивные и активные материалы.

К пассивным (передающим) материалам относятся высокочистые, высокопрозрачные и высокооднородные неорганические стекла, стеклокерамика и органические полимеры [6], которые служат для передачи информации в виде оптических сигналов или изображения на большие, средние и короткие расстояния.

К активным, относятся материалы, способные по средствам световых сигналов и потоков осуществлять различные функциональные операции: усиление, модулирование, вращение в плоскости поляризации, отклонение в пространстве и т.д.

Это достигается путем легирования основного материала специальными активаторами и добавками, к которым относятся ионы редкоземельных элементов: эрбий, иттербий, неодим, празеодим, ионы переходных металлов - хром, никель, ванадий, кобальт и т.д., фоточувствительных ионов: церий, серебро, железо; наноразмерные металлические частицы серебра, золота, меди и т.д.

Основным материалом для изготовления ОВ является кварц, также могут быть использованы полимеры и фосфатосиликатные стекла, выбор которых определяется эксплуатационными факторами.

Классификация материалов для ОВ представлена в таблице 1.

Таблица 1.

Классификация материалов ОВ

Вывод: при осуществлении выбора ОВ для производства ОК линий связи особое внимание уделяется материалам, из которых он изготовлено.

При этом условия эксплуатации и требования к оптической системе, которая находится в эксплуатации, являются решающими. Безотказность работы ОК во много определяется качеством ОВ, его рабочими параметрами.

Поэтому приведенный анализ в данной статье, в рамках классификации, может быть полезен при выборе типа ОВ.

Список литературы:

1. Гроднев И.И. и др. Оптические кабели: конструкции, характеристики, производство и применение./И.И. Гроднев, Ю.Т. Ларин, И.И. Теумин. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 176 с., илл.
2. Ларин Ю.Т., Овчинникова И.А. Оптические кабели для прокладки в полевых условиях. - "ИНФОРМОСТ" - "Радиоэлектроника и Телекоммуникации", №18, 2001 г. - с. 36-39.
3. Кабели, провода и материалы для кабельной индустрии: Технический справочник. Сост. и редактирование: Кузенев В.Ю., Крехова О.В. - М.: Издательство "Нефть и газ", 1999. - 304 с.
4. Овчинникова И.А. Требования к оптическим кабелям и методы контроля / И.А.Овчинникова, Д.А.Тарасов, А.С.Воронцов // Фотон-экспресс. –2019. –№ 6 (158). –С. 120-121.
5. Жиро А. Технологии производства оптических волокон. обзор последних разработок // Кабели и Провода, - 2009, - № 317, - С. 22-27.
6. В.Г. Иванов Анализ материалов для оптического волокна file:///G:/SOFT/analiz-materialov-dlya-opticheskogo-volokna.pdf