2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Типы оптических изделий

Оптические материалы

Молдавит. Минерал, образовавшийся из земной горной породы в результате падения метеорита. Беседнице. Чехия

Оптические материалы (например, стекло) — технические природные и синтетические материалы, прозрачные в том или ином диапазоне электромагнитных волн. Оптические материалы применяют для изготовления элементов оптических систем, работающих в разных областях спектраэлектромагнитных волн.

  • В качестве оптических материалов используют неорганические, органические вещества. Роль оптических материалов могут выполнять такие оптические среды, как полимеры, оптические плёнки, воздух или другие газы (например, СО2 в газовых лазерах), жидкости.

Общие сведения Править

В настоящее время в оптических устройствах широкое применение получают оптические материалы с более широким диапазоном оптических характеристик , удовлетворяющих запросам всё возрастающих требований науки, производстсва, медицины и другим требованиям жизни людей. Развитие и освоение новых технологий, в том числе нанотехнологий, приводят к отказу от применявшихся в течение многих лет различных материалов, в том числе и оптических, а также к созданию более совершенных, которые ранее не применялись. Например, заменена фотоплёнка на фотосенсоры, идёт быстрое внедрение стекломатериалов на базе минералоорганических взамен неорганических (контактные линзы), сами неорганические стекломатериалы содаются на базе силикатных в смеси с различними химическими элементаим и катализаторами, которые открыли целую область в получении стекловидных или керамических материалов ситаллов, обладающими различными характеристиками материалов с оптическими и неоптическими свойствами. Т.е. свойствами стекла или керамики (см. ситаллы). К числу новых достижениий в создании оптических материалов относятся оптические стекломатериалы на базе керамики. Уже получены и внедрены новые прозрачные керамические линзы на базе нанотехнологий и новых методов фомирования материала с применением высокой температуры и давления. (См. Прозрачные керамические линзы). Широко внедряются новые органические и минералоорганические стекломатерилы, как производство линз в изготовлении очков и разных протезов в офтальмологии и т.д.

Виды оптических материалов Править

  • Неорганические оптические материалы;
    • Силикатные стекломатериалы
    • Оптическая керамика
  • Органические оптические материалы;
  • Минералоорганические оптические материалы.

История Править

Появление линз во многом обязано задаче улучшения зрения. Впервые идею использовать контактную коррекцию зрения c применением линз высказал Леонардо да Винчи в 1508 г.

Современные oчки c полимерными органическими стеклами, контактные линзы гораздо легче аналогичных по диоптриям стеклянных линз, и широко применяются в офтальмологии. В профессиональной же оптике органическое стекло применения практически не нашло, за исключением некоторого производства асферических компонентов.

На Руси, богатой залежами кварца и чистого природного кварцевого песка стеклоделие уже было известно в домонгольский период. В Киеве, в 11—13 вв., раскопками вскрыты большие стекольные мастерские, стеклянных браслетов, которые могли изготавливаться из кварца и стекла.

Россия занимала и сейчас занимает ведущую роль в производстве оптического стекла.

Еще в СССР было развёрнуто строительство крупных механизированных новых стекольных заводов и производилась реконструкция старых заводов. Перед Великой Отечественной войной стекольная промышленность России выдвинулась по объёму производства на 1-е место в Европе (с 11-го, какое занимала Россия в 1913). Из истории ЛОМО видна вся история развития оптико-механического производства России с 1914 года. Одним из крупнейших в СССР заводов по производству оптического стекла был Изюмский приборостроительный завод. Микроскопы петербургской фирмы в 1997 году победили в тендере ООН в Ираке, а эндоскопы в 1998 году — в тендере МБРР в России.

Неорганические оптические материалы Править

Стекло Править

Стекло — твёрдое аморфное состояние вещества. Характерные для стекла свойства — высокое светопропускание (прозрачность), светопреломление, изотропность (реже, у спецстёкол — анизотропность) и др.

Классификация стёкол по химическому составу Править

При изготовлении оптических систем применяются материалы, которые можно классифицировать по составу:

  • Оксидные стекла
  • Силикатные стекла
  • Боратные стекла
  • Кварцевое стекло
  • Стекло растворимое
  • Свинцовое стекло
  • Стекловолокно
  • Фотоситаллы

Оптическое стекло Править

Опти́ческое стекло́ — прозрачное стекло специального состава, используемое для изготовления различных оптических приборов. В силу исключительно высоких требований, предъявляемых к качеству изображения оптических систем, естественно возникла необходимость в изготовлении широкого ассортимента специальных сортов стёкол, различных по своим свойствам. Помимо оптических стёкол для производства линз и призм, к специальным стёклам можно отнести цветные стёкла, стёкла с необходимым коэффициентом преломления, фотохромные стёкла, стёкла для защиты от рентгеновского излучения, и др.

Кремниевые и кварцевые оптические стекла Править

Кремниевые и Кварцевые (на основе диоксида кремния SiO2) материалы отличаются различным диапазоном оптических характеристик, необходимых для оптических элементов приборов. Эти природные материалы составлют основное сырьё для производства современных оптических систем и элементов. Например, только Кремниевые элементы способны пропускать ИК — лучи, Кварцевые элементы пропускают ультрафиолетовые лучи + лучи видимого спектра в широком диапазоне. Кроме того они отличаются неизменностью фронта световой волны, распространяющейся в оптическом материале, которое в свою очередь связано с высокой химической и физической однородностью материала, обеспеченной технологией изготовления.

Технологические операции изготовления линз из оптического стекла Править

  • Подготовка исходной смеси
  • Расплавление смеси и варка стекла
  • Литьё заготовки
  • Остывание заготовки (в зависимости от массы заготовки на остывание могут уйти месяцы)
  • Внешняя механическая и химическая обработка
  • Нанесение просветляющих покрытий

Требование к исходной смеси — высокая степень чистоты основы и добавок, определяющих физические параметры будущего стекла. Расплав должен быть химически гомогенным.

Отливка стекла — достаточно известный технологический приём, но современная технология внесла в новые приёмы в операцию отливки. Так, литьё под давлением позволяет исключить свили, пузыри и т. п., а также повышает качество поверхности. Внутренние поверхности форм для литья должны быть обработаны с обеспечением оптических качеств. Важно сфероидальность этих поверхностей выдержать по высокому классу точности.

Внешняя обработка — шлифовка, полировка. Асферические линзы требует особенно точного выполнения технологической цепочки. Критическим звеном являются формы для литья. Так как в этом случае поверхности не являются сферическими, изготовление форм требует индивидуального подхода.

Нанесение просветляющих покрытий — важная технологическая операция получения нужных характеристик линз. Она обеспечивает:

  • Повышение коэффициента светопропускания в широком диапазоне длин световых волн с потерями не более 0,2-0,5 %
  • Многослойное полимерное покрытие устраняет блики
  • Повышение контрастности изображения
  • Получение линз с ахроматическими характеристиками
  • Антибликовое покрытие увеличивает износостойкость передней линзы объектива к царапинам

Большинство фирм, выпускающих фотографическую оптику, самостоятельно разрабатывает свои особые технологии расчёта и нанесения просветляющих покрытий, обладающих самыми совершенными характеристиками. У ведущих фирм параметры просветляющих покрытий рассчитываются отдельно для каждой линзы каждого объектива, ведь только таким образом можно обеспечить идентичную (или по крайней мере — близкую) цветопередачу всех объективов линейки.

Химическая и физическая однородность оптического стекла Править

Большое внимание уделяется вопросам химической однородности и гомогенности оптических материалов, которая обеспечивается тщательным механическим размешиванием расплава. Процесс размешивания — ответственная технологическая операция изготовления стекла, где недопустимы пороки материала — свили, пузыри, различные включения. Также недопустимы внутренние механические напряжения, которые возникают в процессе неравномерного остывания заготовок будущих линз при их последующей механической обработки и которые уменьшаются при специальном охлаждении заготовок.

Физически однородное оптическое стекло является гомогенным и изотропным материалом. Оптическая гомогенность означает, что коэффициент преломления материала одинаков во всех точках. Оптическая изотропность — это одинаковые оптические параметры по любому направлению. Требования оптической гомогенности и изотропности связаны. Отклонения требований и их нарушения вызывают отклонения оптических свойств материала. Изменения коэффициента преломления от точки к точке приводят к искривлению траектории лучей в материале. Углы отклонения от прямолинейности, в общем, не велики, но они пагубно отражаются на разрешающей способности линз. Наличие нежелательных внутренних напряжений в материале ведут к возникновению оптической анизотропии.

Читать еще:  У грудничка глаза гноятся

Бороться с этими явлениями можно за счёт выполнения технологических операций. Одной из самых важных — остывание заготовок. Например, самое крупное в мире (на тот момент) шестиметровое в диаметре зеркало для телескопа, установленное в телескопе БТА (Специальная астрофизическая обсерватория РАН, посёлок Нижний Архыз Зеленчукского района Карачаево-Черкесии), было изготовлено на Ленинградском оптико-механическом объединении (ЛОМО). Литая 70-тонная заготовка зеркала очень медленно остывала в специальном помещении с постоянной скоростью 0,03 градуса в час, и этот процесс длился около трёх лет. Заготовка всё это время находилась в тепловом равновесии с окружающей средой, температура которой очень медленно и плавно снижалась.

Оптические материалы

Кристаллические или аморфные материалы, предназначенные для передачи или преобразования света в различных участках спектрального диапазона. Различаются по строению, свойствам, функцией, назначению, а также по технологии изготовления.

По строению оптические материалы подразделяют на моно- и поликристаллические, стекла, аморфные, стекло-кристаллические и жидкокристаллические. Природные монокристаллы, например, флюорита CaF2, кварца SiO2, кальцита СаСО3, слюды, каменной соли и других, давно используют в качестве оптических материалов. Кроме того, используют большое количество синтетических монокристаллов, обладающих прозрачностью в различных участках оптического диапазона и имеющих высокую однородность и определенные габариты.

Поликристаллические оптические материалы характеризуются прозрачностью, по величине сходной с прозрачностью монокристаллов, и лучшими по сравнению с ними конструкционными свойствами. Наибольшее применение находит оптическая керамика (иртраны) на основе Аl2О3 (например, поликор, или лукалокс), Y2O3 (иттралокс), MgAl2O4, SiO2 (кварцевая оптическая керамика), цирконатотитанатов Pb, La (электрооптическая керамика), а также бескислородные поликристаллические оптические материал для ИК области спектра – LiF, MgF2, ZnS, ZnSe и других.

Оптические стекла характеризуются высокой прозрачностью в различных спектральных диапазонах, высокой однородностью структуры, позволяющей сохранять неизменность фронта световой волны при ее распространении в толще стекла, коррозионностойкостью, хорошими конструкционными свойствами, относительно простой технологией изготовления крупногабаритных изделий и изделий со сложной конфигурацией.

Применяются с XVIII века. В качестве оптических материал используют бесцветные или цветные оксидные и бескислородные стекла. Большинство оксидных оптических стекол – силикатные (более 30-40% SiO2 по массе), свинцово- или боросиликатные, а также многокомпонентные оксидные системы из 10-12 различных оксидов, например алюмоси-ликафосфатные стекла, содержащие Аl2О3, SiO2, P2O5. Несиликатные оксидные стекла содержат Р2О5, В2О3, GeO2 или ТеО2.

При изменении состава стекол изменяются и их оптические константы, главным образом показатель преломления nD и коэффициент дисперсии света vD. В зависимости от величин этих характеристик на диаграмме nD-vD (так называемая диаграмма Аббе) оптические материалы делят на типы – кроны и флинты.

Флинты характеризуются малым коэффициентом дисперсии (vD 50). Стекла обоих типов назывваются легкими или тяжелыми в зависимости от величины показателя преломления. Обе разновидности стекол имеют общие компоненты – SiO2, Na2O, К2О. Кроме того, для увеличения vD в состав кронов добавляют В2О3, А12О3, ВаО, СаО, в состав флинтов – PbO, TiO2, ZnO, MgO, Sb2O3. Осветлители стекол – As2O3 и Sb2O3. Наиболее высокими значениями vD обладают фосфатные флинты на основе Р2О5 (особенно при введении фторидов металлов).

Особое место среди стекол занимают фотохромные стекла. Выделяют также кварцевые стекла, уникальные по термо- и химической стойкости, огнеупорности и другими свойствам. Стеклообразный SiО2 – основной компонент кварцевых оптических волокон для протяженных волоконно-оптических линий связи; такие волоконно-оптические материалы характеризуются минимальными оптическими потерями на поглощение (

10-6 см -1 ). Для линий протяженностью 10-100 м используют также оптические волокна на основе прликомпонентных стекол и полимеров (оптические потери

Оптические потери (теоретические) у бескислородных оптических стекол на 1-3 порядка ниже, чем у оксидных. В качестве таких материалов для ИК диапазона используют обычно различные халькогенидные стекла, содержащие As, S (Se, Те), Sb, P, Tl, Ge и другие. Наименьшими оптическими потерями в ИК диапазоне обладают оптические волокна на основе галогенидов Ag, Tl и их твердых растворов и волоконные световоды на основе фтороцирконатных (содержат Zr, F с добавлением Ва, Na, РЗЭ и других) и халькогенидных стекол (содержат As-S(Se)-Ge).

К аморфным оптическим материалам относятся многие неорганические и органические вещества. Среди первых наиболее распространены аморфный Si, SiO2, оксиды II-VI групп, соединения типа AIIBVI, среди вторых – различают полимеры: полиметилметакрилат (органическое стекло), полистирол, многие фторопласты.

Неорганические аморфные оптические материалы используют главным образом в виде различных пленок, иногда в виде массивных образцов (например, аморфный Si); органические аморфные оптические материалы – в виде пленок, оптических волокон, массивных образцов (например, полистирол).

К особому классу относятся оптические материалы с непрерывно изменяющимся составом и оптическими свойствами. Основа таких материалов – градиентные оптические волокна или самофокусирующие градиентные оптические элементы (например, селфок, или градан) в виде цилиндрических образцов (диаметр 1-10 мм), обеспечивающих фокусировку света. Изготовляют их из таллиево-силикатных или силикогерманатных стекол, кристаллических материалов (например, на основе твердых растворов галогенидов Т1), полимеров (например, полиметилметакрилата). Градиентные слои и пленки на монокристаллах ниобата Li и др. кристаллич. или стеклянных материалах – основа интегрально-оптических устройств.

По спектральному диапазону различают оптические материалы, пропускающие в УФ, видимой и ИК областях спектра. Некоторые оптические материалы характеризуются широким плато спектрального пропускания, иногда разбиваемого на отдельные окна прозрачности селективными полосами поглощения примесей.

Для работы в УФ, видимой и ближней ИК областях спектра применяют главным образом кварц, фториды Li и Na; для работы в средней и дальней областях ИК спектра –преимущественно бескислородные оптические материалы. Такие оптические материалы, как Si, Ge, GaAs, InSb, пропускают только ИК излучение; галогениды щелочных металлов, BaF2, ZnSe прозрачны в видимой, ближней и средней ИК областях спектра; КСl, GaAs, TlBr-TlI и другие пропускают интенсивное лазерное ИК излучение.

С увеличением массы атомов, составляющих структуру оптических материалов, длинноволновая граница пропускания большего числа оптических материалов перемещается в сторону расширения спектрального диапазона; например, для анионов имеет место следующий ряд: оксиды По назначению различают:

Оптические материалы для элементов оптических устройств; просветляющие, отражающие и поглощающие покрытия; электрооптические, магнитооптические, акустооптические и пьезооптические материалы. Иногда к оптическим материалам относят лазерные материалы, материалы для преобразования света в тепло и электричество, а также оптические материалы в виде композитов, порошков, эмульсий: дисперсные фильтры, отражающие покрытия, люминесцирующие стекла, красители для лазеров. В качестве оптического материала иногда применяют оптические клеи (с определенным показателем преломления), прозрачные органические иммерсионные жидкости и другие.

Материалы оптических устройств (линзы, светофильтры и тому подобных) имеют определенный показатель преломления, высокую прозрачность в определенном спектральном диапазоне, хорошо поддаются оптико-механической обработке (шлифованию, полировке) поверхности. Наиболее важное свойство – оптическая однородность, так как ослабление (потери) света, наряду с поглощением, определяется рассеянием на различных дефектах структуры – микровключениях посторонних фаз, пузырях и свилях (областях стекол с измененным показателем преломления), микропорах (для керамики) и тому подобных.

служат для уменьшения коэффициента отражения оптических устройств, отражающие – для изготовления зеркал, поглощающие – для чернения поверхности. Разновидность просветляющих покрытий – интерференциальные покрытия толщиной 10-150 мкм; они могут быть многослойными и характеризоваться постепенным изменением показателя преломления от низкого (1,3-1,55; NaAlF4 , MgF2 или SiO2) до среднего (2,0-2,6; ZrO2, GeO2, ZnS, TiO2 или A12S3) и высокого (более 3,0; Si, Ge). Отражающие покрытия изготовляют главным образом из Ag, Au, Al, поглощающие – из углерода, оксидов, нитридов и силицидов.

Читать еще:  Чем разбавить подводку для глаз

Электрооптические, магнитооптические, акустооптические и пьезооптические

оптические материалы характеризуются способностью менять свои оптические свойства под действием различных полей (электрического, магнитного, звукового). Наиболее распространенные электрооптические материалы – КН2РО4, KH2AsO4 и их дейтериевые аналоги, соли других щелочных металлов и аммония, кристаллы типа сфалерита и эвлитина, различных сегнето- и антисегнетоэлектрики, в том числе LiNbO3, LiTaO3, BaTiO3, бариевостронциевые бронзы и другие.

К магнитооптическим материалам относят железоиттриевые и железо-гадолиниевые гранаты, ферриты, содержащие РЗЭ, и другие.

Основные акустооптические и пьезооптические материалы – кварц, многие титанаты, ниобаты, танталаты и другие.

Многие оптические материалы способны поляризовать световой поток, например вращать плоскость поляризации света. При облучении некоторых оптических материалов видимыми и УФ лучами наблюдается вторичное свечение – фотолюминесценция.

В зависимости от состава и назначения оптических материалов для их получения применяют различные методы. Общим является то, что все оптические материалы получают из сырья, максимально очищенного от примесей (например, для оптических материалов, работающих в видимой и ближней ИК областях, основные красящие примеси – Fе, Mn, Cu, Cr, Ni, Co). Содержание примесей в сырье не должно превышать 10 -2 % по массе, что обеспечивает коэффициент поглощения менее 10-2 см -1 , а в случае волоконно-оптических материалов – 10 -5 -10 -7 % по массе.

Для выращивания синтетических монокристаллов используют методы монокристаллов выращивания, для оксидной керамики – спекание, для получения поликристаллических оптических материалов из порошков – горячее прессование. Бескислородные поликристаллические оптические материалы для ИК области спектра с размерами зерен

50 мкм и коэффициент поглощения

10 -3 см -1 получают с использованием метода химического осаждения из газовой фазы или конденсацией из паровой фазы.

Оптические стекла получают методом варки стекла. Для кварцевых оптических волокон наиболее распространено химическое осаждение из газовой фазы. Образующиеся при высокой температуре частицы SiO2 осаждают (в виде слоев) на внутренней поверхности кварцевой трубки (так называемый CVD-метод), внешней поверхности цилиндрической подложки (OVD-метод) или на торец затравочного кварцевого стержня (VAD-метод). Затем при нагревании заготовка оплавляется и вытягивается в тонкое оптическое волокно.

Для изменения состава и nD кварц легируют Ge, F и другими. Для получения поликомпонентных и ИК оптических волокон используют фильерный метод или перетяжку пары «согласованных» стекол по методу «штабикислотрубка».

Среди различных методов получения градиентных материалов наиболее значение имеет обработка стекол расплавами солей щелочных металлов, при которой протекает диффузия ионов из стекла в расплав и наоборот (метод ионного обмена).

Неорганические аморфные оптические материалы получают конденсацией из паро-газовой фазы, химическими транспортными реакциями, кристаллизацией и химическим осаждением из растворов, облучением кристаллических материалов и другими методами. Органические – полимеризацией в блоке, растворе и так далее. Для снижения оптических потерь в волокнах из аморфных органических оптических материалах до 10 -2 -10 -4 см -1 используют мономеры, предварительно подвергнутые очистке.

Покрытия из оптических материалов наносят термически вакуумным напылением, испаряя исходный материал в электропечах или потоком электронов (катодное, магнетронное распыление).

Оптические материалы применяют

в качестве элементов в оптических системах приборов, оптоэлектронных устройствах, световодных системах связи, измерительных и интегральных схемах, в средствах управления и контроля технологическими и физическими процессами, бытовых приборах, медицинской аппаратуре и так далее.

Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на

Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на

Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий

Оптические волокна. Классификация.

Оптические волокно стандарт де-факто при построении магистральных сетей связи. Протяженность волоконно-оптических линий связи в России у крупных операторов связи достигает > 50 тыс.км.
Благодаря волокну мы имеем все те преимущества в связи, которых не было раньше.
Вот и попробуем рассмотреть виновника торжества — оптическое волокно.

В статье попробую написать просто о оптических волокнах, без математических выкладок и с простыми человеческими объяснениями.

Статья чисто ознакомительная, т.е. не содержит уникальных знаний, всё что будет описано может быть найдено в куче книг, однако, это не копипаст, а выжимка из «кучи» информации только лишь сути.

Классификация

Чаще всего волокна подразделяют на 2 общих типа волокон
1. Многомодовые волокна
2. Одномодовые

дадим пояснение на «бытовом» уровне что есть одномод и многомод.
Представим гипотетическую систему передачи с волокном воткнутым в нее.
Нам надо передать двоичную информацию. Импульсы электричества в волокне не распространяются, ибо диэлектрик, поэтому мы будим передавать энергию света.
Для этого нам нужен источник световой энергии. Это могут быть светодиоды и лазеры.
Теперь мы знаем что мы используем в качестве передатчика — это свет.

Подумаем как свет вводится в волокно:
1) Световое излучение имеет свой спектр, поэтому если сердцевина волокна широкая (это в многомодовом волокне), то больше спектральных составляющих света попадет в сердцевину.
Например мы передаем свет на длине волны 1300нм (к примеру), сердцевина многомода широкая, то и путей распространения у волн больше. Каждый такой путь и есть моды

2) Если же сердцевина маленькая (одномодовое волокно), то путей распространения волн соотвественно уменьшается. И так как дополнительных мод гораздо меньше, то и не будет и модовой дисперсии (о ней ниже).

Это основное отличие многомодового и одномодового волокон.
Спасибо enjoint, tegger, hazanko за замечания.

Многомодовые в свою очередь делятся на волокна со ступенчатым показателем преломления (step index multi mode fiber) и с градиентным (graded index m/mode fiber).

Одномодовые делятся на ступенчатые, стандартные (standard fiber), со смещенной дисперсией (dispersion-shifted) и ненулевой смещенной дисперсией (non-zero dispersion-shifted)

Конструкция оптического волокна

Каждое волокно состоит из сердцевины и оболочки с разными показателями преломления.
Сердцевина (которая и является основной средой передачи энергии светового сигнала) изготавливается из оптически более плотного материала, оболочка — из менее.

Так, например, запись 50/125 говорит о том, что диаметр сердцевины равен 50 мкм, оболочки — 125мкм.

Диаметры сердцевины равные 50мкм и 62,5мкм являются признаками многомодовых оптических волокон, а 8-10мкм, соответственно, одномодовым.
Оболочка же, как правило, всегда имеет диаметр размером 125мкм.

Как видно диаметр сердцевины одномодового волокна имеет намного меньший размер, нежели диаметр многомодового. Меньший диаметр сердцевины позволяет уменьшить модовую дисперсию (о которой, возможно, будет написано в отдельной статье, а также вопросы распространения света в волокне), а соответственно увеличить дальность передачи. Однако, тогда бы одномодовые волокна вытеснили многомоды, благодаря более лучшим «транспортным» характеристикам, если бы не необходимость использовать дорогие лазеры с узким спектром излучения. В многомодовых волокнах используются светодиоды с более размазанным спектром.

Поэтому для недорогих оптических решений, таких как локальные сети интернет-провайдеров применения многомода случается.

Профиль показателя преломления

Вся пляска с бубном у волокна с целью увеличения скорости передачи была вокруг профиля показателя преломления. Так как основным сдерживающим фактором увеличения скорости является модовая дисперсия.
Кратко суть в следующем:
когда излучение лазера поступает в сердцевину волокна, то сигнал передается по ней в виде отдельных мод (грубо: лучей света. А на самом деле разные спектральные составляющие вводимого сигнала)
Причем входят «лучи» под разными углами, поэтому время распространения энергии отдельно взятых мод различается. Это проиллюстрировано на рисунке ниже.

Здесь отображены 3 профиля преломления:
ступенчатый и градиентный для многомодового волокна и ступенчатый для одномодового.
Видно, что в многомодовых волокнах моды света распространяются по различным путям, но, из-за постоянного коэффициента преломления сердцевины с ОДИНАКОВОЙ скоростью. Те моды, которые вынуждены идти по ломанной линии приходят позже, чем моды, идущие по прямой. Поэтому исходный сигнал растягивается во времени.
Другое дело с градиентным профилем, те моды которые раньше шли по центру — замедляются, а моды, которые шли по ломанному пути, наоборот, ускоряются. Это произошло оттого, что коэффициент преломления сердечника теперь непостоянен. Он увеличивается параболически от краев к центру.
Это позволяет увеличить скорость передачи и получить распознаваемый сигнал на приеме.

Читать еще:  С зиртеком можете завести кота или герань

Области применения оптических волокон

Многомодовое волокно Одномодовое волокно
MMF 50(62.5)/125
Градиентное
SF 9/125
ступенчатое
SF 9/125
со смещенной дисперсией
(с ненулевой смещенной дисп.)
ЛВС(GigaEther,FDDI,ATM) Протяженные ЛВС, магистрали SDH Сверхпротяженные магистрали SDH

К этому можно добавить, что магистральные кабели теперь все почти идут с ненулевой смещенной дисперсий, что позволяет использовать на этих кабелях спектральное волновое уплотнение (WDM) без нужды замены кабеля.
А при построении пассивных оптических сетей часто используют многомодовое волокно.

Спасибо тем, кто конструктивно критиковал.

PS
если будет интересно, то могут появиться статьи о
— дисперсии
— типах волоконно-оптических кабелей (не волокон)
— системах передачи, используемых для wdm/dwdm уплотнения.
— процедура сварки оптических волокон. и типы сколов.

Классификация оптических кабелей связи

Век информационных технологий оперирует громадными массивами данных из самых разнообразных сфер нашей жизни. Мы обмениваемся в сети большими медиафайлами, госучреждения, банки, аэропорты, институты, компании, тысячи и сотни тысяч других субъектов каждую секунду передают и получают терабиты разнообразнейшей информации. И сегодня от каналов связи, кроме физической способности пропускать через себя такие колоссальные объемы, требуется еще и предельно высокая скорость обмена, которая иногда имеет критически важное значение.

Когда был придуман и успешно запущен в «массы» оптический кабель, интернет получил новый фундаментальный фактор, позволивший мировой сети развиваться еще более быстрыми темпами. Созданный на основе принципа передачи информации через оптические сигналы данный тип кабеля связи обеспечил практически мгновенную передачу дата-массивов любого объема на громадные дистанции. Фотоны движутся на скоростях близких к световым, почти не затухают, не чувствительны к электрошумам, их сложно перехватить. Волоконная оптика работает на высоких частотах, относительно компактна, довольно проста для масштабирования и монтажа.

Данный материал посвящен вопросу классификации оптических кабельных изделий связи, мы выделим их основные разновидности и расскажем об особенностях каждой их них.

Описание и конструкция

Конструкция оптического кабеля

Как и силовые, оптоволоконные провода чрезвычайно разнообразны по конструкции, типам исполнения, сфере использования и прочим критериям. Оптический кабель, обеспечивающий интернет широкополосным каналом для транспортировки информации, обязательно имеет в своей конструкции такие элементы:

  • оптоволокна или стекловолоконные нити из высококачественного кварцевого стекла, которые скручены по продуманной схеме и представляют собой заключенную в оболочку сердцевину. По ней за счет последовательных и полных отражений распространяется свет. При этом сердцевина имеет высочайший уровень преломления, а оболочка – низкий,
  • оптический модуль – это центральная полимерная или металлическая трубка, в которой заключены хрупкие оптические волокна,
  • центральный силовой элемент из стеклопластика, стального каната, проволоки или стренги присутствует в многомодульных магистральных марках кабеля,
  • наружная защитная оболочка.

Кроме того, в конструкцию оптоволоконного изделия могут включаться:

  • армирующие арамидные нити, гофростальная или проволочная броня,
  • демпфирующие амортизаторы,
  • заполнители типа гидрофобных гелей или водоблокирующих нитей,
  • металлические проводники.

Также существуют марки оптического кабеля с тросом для подвешивания.

На видео приведен пример исполнения марки кабеля ДПЛ.

(самонесущие: ОКСНМ, ОКСНЦ, ОКА, ОКСД, ДПТ, ОКЛЖ, ОКМС, а также оптический кабель с тросом из стеклопластика или металла, который покрыт ПЭТ-оболочкой: ОК/Т, ОПД, ДПОм, ОКПМ, ОКПЦ, ДПК, ОКТс). Подвесная оптика может размещаться на грозотросах, фазовых проводах ВЛ, контактной сети электротранспорта.

Внутри помещений обычно прокладываются абонентские и распределительные марки, к примеру, FTTH, ОБВ, ОМВ, ИКВА–П, OКТЦ, ОКТМ, ДБН, ОКВ-М и прочие.

По сфере применения и дальности передачи информации оптический интернет-кабель бывает следующих типов:

магистральный, который используют для создания многоканальных линий связи большой протяженности. Обеспечить минимальные показатели дисперсии и затухания сигнала способно только мономодовое волокно с примерными размерами оболочки и сердцевины 8-125 мкм на волнах длиной 1.3-1.55 мкм. К магистральным относят кабеля под марками ОКГМ, ОКГЦ, ОККМ, ОККЦ, ОКСМ, ОКСД,

зоновый кабель необходим для организации многополосных линий между, например, областью и отдаленными районами (до 250 км). Кабельная продукция группы содержит градиентные волокна, примеры марок: ОМЗКГМ, ОМЗКГЦ, ОК, ОЗКГ,

городской оптический интернет-кабель (ОКСТМ, ОКСТЦ, ОККТМ), как правило, прокладывается в трубах и коллекторах. Он предназначен для создания сравнительно коротких магистралей (до 10 км), но также должен обладать отличной дата-пропускной способностью, т.е. быть поликанальным. По техпараметрам класс городских кабелей близок к зоновым,

полевые марки (ОК-ПН) предназначены для строительства линий в полевых условиях, в т.ч. подземным, подводным и подвесным способом, поэтому рассчитаны на многократные прокладки и снятия, не распространяют горение, стойки к воздействию растягивающих усилий, влаги, бензина и дизтоплива, грызунам. Полевой кабель обычно содержит 1-12 оптоволокон,

подводный оптический кабель (СПС, ОА2, ДАС) может быть грузонесущим, отличается высокой разрывной и растягивающей устойчивостью, не пропускает влагу, в т.ч. молекулярную, имеет низкий уровень дисперсионности и значительные длины регенерационных участков.,

объектовая (стационарная) оптика служит для пропускания внутренних информационных потоков, к примеру, в бортовых системах кораблей и самолетов, видеотелефонии в учреждениях, кабельном ТВ непосредственно в здании. В конструкции объектовых кабелей не предусмотрены гидрофобные заполнители, что упрощает их монтаж и повышает степень пожарной безопасности. Примеры марок: ИКВ–Т2, ИКВА–П, ОТЦ,

монтажный оптический кабель (ОК-МС с разным номером разработки) имеет форму плоских лент или жгутов. Он применяется для создания внутри- и межблоковых соединений в аппаратуре локальных инфо-систем. Монтажные кабельные изделия сконструированы на основе мультимодовых градиентных оптоволокон.

Одна из разновидностей классификации оптических кабелей связи по назначению с указанием вариантов применения и монтажа представлена на рисунке.

Оптоволоконные кабеля могут также различаться по вариантам конструктивного исполнения сердечника:

с повивной концентрической скруткой. Оптические модули с числом волокон 1-24 в этом виде проводных изделий скручены вокруг центрального силового элемента. При этом каждый следующий повив содержит на 6 волокон больше. Одноповивная скрутка насчитывает 4-12 модулей (до 288 оптоволокон), мультиповивная – до 48 (576 ОВ),

с центральным оптическим модулем, который выполнен в виде сердечника с количеством оптических волокон до 48,

с фигурным сердечником. В полимерной оболочке этого типа кабельных изделий выполнены профилированные пазы, в которые укладываются оптические модули или плоские ленты с общим числом оптоволокон до 576. Преимуществом такого расположения является минимизация продольного разрывного усилия. Этот тип встречается редко из-за высокой стоимости и сложности монтажной разделки,

Плоские оптические ленты уложены в центральный оптомодуль, количество оптических волокон может достигать 288.

Первые две группы оптических кабелей чрезвычайно широко распространены в странах СНГ и РФ.

Еще одна классификация подразделяет оптические кабеля для интернета по материалу, из которого изготовлены оптоволокна:

GOF -стекловолокно, glass optic fiber,

POF — полимерное волокно, plastic optic fiber,

PCF – стеклянно-кристаллическое волокно с защитным покрытием из полимера, plastic crystal fiber.

В конструкции оптического кабеля для интернета могут присутствовать металлические элементы, к примеру, свинцовые или алюминиевые оболочки, бронированные покровы, медные проводники. Существуют и полностью диэлектрические марки, которые менее прочны и влагостойки, но обладают отличной помехоустойчивостью, имеют более скромные габариты и вес, поэтому удобны в транспортировке и монтаже.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector