Часто у знакомых системных администраторов, не сталкивавшихся раньше с оптическим волокном, возникают вопросы, как и какое оборудование необходимо для организации соединения. Немного почитав, становится понятно, что нужен оптический трансивер. В этой обзорной статье я напишу основные характеристики оптических модулей для приема/передачи информации, расскажу основные моменты, связанные с их использованием, и приложу много наглядных изображений с ними. Осторожно, под катом много трафика, делал кучу своих собственных фотографий.
Что и зачем
Сегодня практически любое сетевое оборудование для передачи данных в сетях Ethernet, предоставляющее возможность подключения через оптическое волокно, имеет оптические порты. В них устанавливаются оптические модули, в которые уже может подключаться волокно. В каждый модуль встроен оптический передатчик (лазер) и приемник (фотоприемник). При классической передаче данных с их использованием предполагается использовать два оптических волокна - одно для приема, другое для передачи. На изображении снизу представлен коммутатор с оптическими портами и установленными модулями.
Вот об этих маленьких электронных штуковинах дальше и пойдет речь.
Виды оптических модулей
Периодически возникают вопросы, какой же оптический приемопередатчик нужен в конкретной ситуации. Если перед глазами оказывается прайслист какой-либо, то просто разбегаются глаза от обилия всевозможных наименований. Попробую прояснить, что же значат различные буквы и цифры в названии модулей и что же из них вам может понадобиться. Оптические модули различаются формфактором (GBIC, SFP, X2...), типом технологии («прямые», CWDM, WDM, DWDM...), мощностью (в дицебелах), разъемами (FC, LC, SC).Различные формфакторы
В первую очередь модули различаются своими формфакторами. Немного расскажу про различные варианты.GBIC
GigaBit Interface Converter, активно использовался в 2000-х. Самый первый промышленно стандартизованный формат модулей. Очень часто применялся при передачи через многомодовые волокна. Сейчас же практически не используется в силу своих размеров. У меня осталась одна старая циска 3500, еще без поддержки CEF, в которой можно воспользоваться данными модулями. На изображении снизу два GBIC-модуля 1000Base-LX и 1000Base-T:
SFP
Small Form-factor Pluggable, наследник GBIC. Наверно самый распространенный на сегодняшний день формат, гораздо удобнее в силу меньших размеров. Такой формфактор позволил значительно увеличить плотность портов на сетевом оборудовании. Благодаря таким размерам стало возможно реализовать до 52 оптических портов на одной железке в один юнит. Используется для передачи данных на скоростях 100Mbits, 1000Mbits. На изображении снизу коммутатор с оптическими портами и пара модулей 1000Base-LX и 1000Base-T.
SFP+
Enhanced Small Form-factor Pluggable. Имеют идеентичный SFP размер. Схожий размер позволил сделать оборудование с портами, поддерживающими обычные SFP и SFP+. Такие порты могут работать в режимах 1000Base/10GBase. Лишь дальнобойные CWDM-модули имеют большую длину из-за радиатора. Используются для передачи данных на скоростях 10 Gbits. Малые размеры придали некоторые особенности - для дальнобойных модулей бывают случаи слишком сильного нагрева. Поэтому для передачи более чем на 80 км таких модулей пока нет. На картинке снизу два модуля SFP+ - CWDM и обычный 10GEBase-LR:
XFP
10 Gigabit Small Form Factor Pluggable. Также, как и SFP+, используются для передачи данных на скоростях 10 Gbits. Но в отличии от предыдущих, немного шире. Увеличенный размер позволил использовать их для прострела на большие расстояние по стравнению с SFP+. Снизу дополнительная плата для Huawei с установленными XFP и пара таких модулей.
XENPAK
Модули, используемые преимущественно в оборудовании Cisco. Используются для передачи данных на скоростях 10 Gbits. Сейчас уже изредка можно найти им применение, изредка можно встретить в старых линейках маршрутизаторов. Также такие модули бывают для подключения медного провода 10GBase-CX4. К сожалению, у меня нашелся лишь один XENPAK-модуль 10GEBase-LR и старая Cisco-вская плата WS-X6704-10GE под них.
X2
Дальнейшее развитие модулей формата XENPAK. Часто в разъемы X2 можно установить модуль TwinGig, в который уже можно установить два модуля SFP… Это нужно в случае, если на оборудовании нет 1GE оптических портов. В основном X2-формфактор использует Cisco. В продаже существуют адаптеры X2-SFP+ (XENPACK-to-SFP+). Интересно, что такой комплект (адаптер+SFP+ модуль) выходит дешевле одного X2 модуля.К сожалению, на руках у меня нашелся только адаптер, но чтобы понять, как выглядят эти модули и какого они размера этого вполне хватит. На рисунке снизу адаптер X2-SFP+ со вставленным SFP+ модулем.
Но если кому интересно, вот можно посмотреть больше картинок и возможностей этого разъема.
Да, я не затрагивал относительно новые формфакторы (QSFP, QSFP+, CFP). На текущий момент они еще не очень распространены.
Различные стандарты
Как известно, комитетом 802.3 принято множество разных стандартов Ethernet. Соответственно, оптические модули поддерживают один из них. Неплохая шпаргалка по стандартам Ethernet есть . В основном сейчас распространены следующие типы:- 100Base-LX - 100 мегабит по волокну на 10км
- 100Base-T - 100 мегабит по меди на 100 м
- 1000Base-LX - 1000 мегабит по волокну на 10 км
- 1000Base-T - 1000 мегабит по меди на 100 м
- 1000Base-ZX - 1000 мегабит по одномодовому волокну на 70 км
- 10GBase-LR - 10GE по одномодовому волокну на 10 км
- 10GBase-ER - 10GE по одномодовому волокну на 40 км
С использованием спектрального уплотнения
Описанные выше оптические модули передают сигнал в основном на длине волны 1310 нм или 1550 нм на двух волокнах (одно для передачи, другое для приема). Они имеют широкополосный фотоприемник (принимают все) и лазер, излучающий на определенной длине волны (грубо конечно). Но имеется возможность использовать уплотнение по длине волны. Это дает возможность использовать меньшее количество волокон для организации нескольких каналов тем самым увеличивая пропускную способность одного волокна.WDM
Такие модули работают в паре, с одной стороны сигнал передается на длине волны 1310 нм, с другой 1550 нм. Это позволяет вместо двух волокон для организации одного канала использовать одно. Приемник на таких модулях так и остается широкополосным. Бывают как для 1GE, так и для 10GE. Снизу фотографии пары WDM-модулей с различными разъемами для подключения патчкордов LC и SC.
В большинстве случаев предпочтительнее использовать WDM-модули для малых расстояний. Их цена не очень большая (по 1 тыс рублей за модуль против 500 рублей за обычный). Причина - вы экономите целое волокно, на нем можно будет потом еще один такой же канал прогнать. Хотя конечно есть и другие способы экономии волокон.
CWDM
Дальнейшее продолжение технологии WDM. С ее использованием можно добиться до 8 дуплексных каналов по одному волокну. Для этих целей используются CWDM-мультиплексоры (пассивные устройства с призмой внутри, позволяющей делить сигнал по цветам с шагом 20нм в диапазоне от 1270нм до 1610нм). Для этого также используют специальные CWDM-модули, в простонародье их называют «цветные», они передают сигнал на определенной длине волны. В то же время приемник на них широкополосный. Кроме того, такие оптические модули часто делают для передачи на большие расстояние (до 160 км). На рисунке ниже представлен малый комплект CWDM-SFP, на котором с использованием мультиплексоров можно поднять 2GE на одном волокне.
Как можно заметить, дужки у всех разные. В зависимости от длины волны модуль имеет свою раскраску. К сожалению, у всех производителей они разные.
Здесь появляется понятие оптический бюджет . Правда его расчет выходит за рамки этой статьи. В кратце, чем больше доступных портов, тем больше вы сможете смультиплексировать каналов, тем больше будет затухание. Кроме того, различные длины волн дают различные затухания на 1 километр передаваемого сигнала. А еще нужно учитывать тип волокна…
Можно много писать о методиках подбора таких модулей, о пересечении длин волн, о нежелательных длинах, о ADD/DROP-модулях. Но это отдельная тема.
Разъемы
Это то место, куда вы будете подключать оптический патчкорд. На оптических модулях сейчас используются преимущественно два типа раъемов - SC и LC. Грубо и жаргонно - большой и мелкий квадраты. Понятно, что имея в наличии патчкорд с разъемом SC, вы не подсоедините его к разъему LC. Нужно либо менять патчкорд, либо ставить переходник-адаптер. В большинстве случаев SFP-модули имеют разъем LC, в то время как X2/XENPAK - SC. Выше на изображениях уже были модули с различными разъемами.Немного о патчкордах
Оптические патчкорды, они же оптические шнуры. Нас будут интересовать следующие характеристики: дуплекс/симплекс (количество волокон), полировка (сейчас это UPC-синие или APC-зеленые), разъем (SC, LC, FC), многомодовость и длина. Конечно, важна еще и толщина сердцевины волокна, но сейчас на многомодовые обычные шнуры используют стандартную толщину. Снизу я представил изображение с различными видами концов патчкордов.
В основном вы будете встречать следующее обозначение шнуров - ШО-2SM-SC/UPC-SC/UPC-3.0
. Это расшифровывается следующим образом: Шнур Оптический Дуплексный Одномодовый (Single-Mode) с разъемами SC и полировкой UPC с одной стороны и SC-UPC с другой длиной 3.0 метра. Соответственно, например, ШО-SM-LC/APC-SC/APC-15.0
- одномодовый дуплексный шнур с разъемами LC-LC и гравировкой APC длиной 15 метров.
Неоторые особенности
Оптические модули - активное оборудование, они потребяют электроэнергию и выделяют тепло. Это следует учитывать при подключении оборудования к электросети. Также коммутатор, заполненный мощными модулями под завязку может потребовать дополнительного охлаждения.Не стоит забывать, что в оптические модули встроены лазеры, и с ними необходимо соблюдать некоторую технику безопасности. Конечно в большинстве случаев никакой угрозы они не предоставляют в силу слабой мощности, но бывали случаи, дальнобойные мощные 10GE модули могут вполне выжечь сетчатку глаза или оставить ожог, если использовать палец в качестве аттюниатора.
Современные оптические модули имеют функцию DDM (Digital Diagnostics Monitoring) - в них встроен ряд сенсоров, через которые можно определить текущее значение некоторых параметров. Смотрится это через интерфейс оборудования, в которое установлен модуль. Самые важные параметры для вас - текущие принимаемая мощность и температура.
Ряд производителей сетевого оборудования запрещают использовать сторонние модули в их оборудовании. По крайней мере раньше Cisco не давала их запускать, они в ней просто не работали. Сейчас же в узких кругах известны
Для соединения оптических кабелей в муфтах или установки пигтейлов в кроссах обычно используют сварочный аппарат - он позволяет надежно и с максимальной плотностью фиксировать волокна, а так же оставлять технологические запасы на повторное соединение и перемещения волокон в кабеле под воздействием температуры и растягивающего усилия. В большинстве случаев сварка самый удобный вид соединения. Но у нее есть и недостатки, которые можно решить с помощью установки на кабель быстрых коннекторов.
Какие проблемы возникают при использовании сварки как основного вида соединений?
1. Место сварки оптического волокна становится хрупким и его следует фиксировать специальной термоусадочной гильзой КЗДС.
2. Термоусадочная гильза требует фиксации, т.к. не защищает волокно от растягивающего усилия.
3. Волокно с обоих сторон гильзы может сломаться, т.к. с него снята защитная оболочка.
4. Нельзя произвести соединение волокон с помощью сварки в сложных условиях, например когда нет запаса волокна или на столбе без технологического запаса волокна.
Из всего следует, что при оконцовывании кабеля всегда требуется установка маленького кросса, а при развертывании сетей в частном секторе всегда требуется снимать муфту со столба и оставлять колечки кабеля магистрального и клиентских, что со временем создает паутину из проводов. И самое главное нельзя провести такие работы одному монтажнику, т.к. он просто не сможет снять муфту.
Вставляем оптическое волокно в центральную трубку и перемещаем зажимной бегунок вправо, тем самым фиксируя его в разъеме. Передвинув его обратно можно вынуть волокно из коннектора.
Под крышкой, зажимающей кабель от выскальзывания необходимо оставить запас волокна. Быстрый коннектор типа SC одевается непосредственно на кабель, поэтому нельзя оставить большой запас волокна, как при использовании сварочного аппарата. Если длина кабеля более 200 метров нужно предпринять меры для исключения перемещения волокон внутри кабеля, например оставлять запас, свернутый в колечки.
Закрываем крышку быстрого коннектора и затягиваем зажимную втулку. Хотя разъем предназначен для установки на FTTH кабель, можно устанавливать его и на центральную трубку кабеля.
ВНИМАНИЕ!!! При установки на центральную трубку она не надежно фиксируется в разъеме, нужно положить сверху обрезок этой трубки, или намотать немного изоленты, что бы увеличить ее толщину. В этом случае крепление будет надежным.
Осталось только одеть синий пластмассовый фиксатор в розетке и готово - волокно можно подключать к оборудованию. Можно подключить его непосредственно или расположить в кроссе или настенной розетке, а подключение оборудования осуществлять через промежуточный патчкорд.
Теперь для сравнения произведем установку разъема с применением оптического сварочного аппарата. Сами разъемы на кабель с помощью сварки непосредственно не устанавливаются, поэтому нужно использовать разрезанный патчкорд или специальный оптический пигтейл. Он приваривается к волокну из кабеля и устанавливается в кроссе.
Существуют оптические патчкорды с разъемами SC разной длины, у них обычно толстая изоляция 2 или 3 миллиметра, бывают и специальные пигтейлы (обрезанные патчкорды), с тонкой внешней изоляцией 0.9 миллиметров. Использовать можно любые, однако для плотного монтажа многоволоконного кабеля в кроссе целесообразнее использовать пигтейлы с тонкой изоляцией - они легко гнуться и фиксируются, не занимают много места.
Сделать из патчкорда пигтейл можно с помощью специального кабельного стриппера с различными диаметрами отверстий. Разрезаем его пополам и снимаем верхнюю защитную изоляцию.
В итоге получаем тот же оптический пигтейл, который при сравнении с оптическим волокном обладает несколько более толстой защитной оболочкой.
Скалываем оптическое волокно из кабеля по линейке 20 миллиметров скалывателем Jilong KL- 21 C . Естественно волокно предварительно нужно очистить и снять буферное покрытие стриппером.
Зажимаем волокно прижимной планкой скалывателя KL- 21 C , закрываем крышку и производим скол.
Аналогичную операцию производим и с привариваемым патчкордом - снимаем буферное покрытие, протираем и скалываем.
Включаем сварочный аппарат Jilong KL-280 G и ждем его готовности к работе, когда на экране появится соответствующее сообщение.
Открываем защитную крышку сварочного аппарата и укладываем пигтейл на правую зажимную площадку, волокно при этом должно попасть на V образную канавку перед сварочными электродами. Предварительно на волокно нужно одеть термоусадочную гильзу КЗДС.
Аналогично укладываем волокно из оптического кабеля слева. Роутер Mikrotik RB450 G используем в качестве подставки под кабель.
После закрытия крышки сварочного аппарата Jilong KL-280 он автоматически производит сведение и сварку волокон, но предварительно проверяет качество произведенного скола. Аппарату скол не понравился, поэтому он выдал сообщение что превышен угол скола. Хоть на экране аппарата и виден дефект волокна справа, однако не всегда его явно видно и было бы не плохо, если аппарат сообщал с какой стороны плохой скол.
Сообщение с экрана сварочного аппарата об ошибке - "Превышен угол скола". Он предлагает игнорировать дефект и продолжить, но лучше этого не делать и произвести повторный скол волокна.
После произведения повторных действий по сколу, очистке и укладки волокна аппарат без проблем произвел сварку и показал информацию о потерях в сварном соединении - Loss: 0.01 dB - такое значение должно быть показано при всех сварках, если оно выше 0.03 , то нужно произвести повторное соединение волокон.
Вводить волокна в аппарат Jilong KL-280 G можно даже в защитной оболочке, специальная прокладка под крышкой и соответствующий вырез это позволяют.
После сварки волокно натягивается между зажимными планками, если одну пошевелить пальцем, вторая так же будет перемещаться, поэтому открывать крышки следует аккуратно.
Получилось вот такое красивое соединение, однако глаз специалиста сразу поймет не ладное.
Забыли одеть термоусадочную гильзу КЗДС, а без нее волокно можно легко сломать. Это одна из основных ошибок при начале работы с оптикой. Придется разрезать волокно и произвести повторную сварку. Нельзя просто взять и разрезать волокно в любом месте, нужно найти место сварки и вырезать его с двух сторон, как красную ленточку при открытии новых объектов строителями.
Производим повторный скол скалывателем Jilong KL- 21 C , только линейку ставим на самое минимальное значение, что бы буферное покрытие было на максимально возможной длине оптического волокна.
Одеваем термоусадочную гильзу и вновь заводим волокна в сварочный аппарат.
Производим сварку и получаем результат - Loss:0.36 dB - это очень много, нужно резать и делать повторную сварку. Видно что волокно сварилось со смещением, что говорит о том, что нельзя укладывать в канавку сварочного аппарата волокно с не снятым буферным покрытием.
Зато гильза КЗДС на месте, однако она не закрывает все волокно со снятым буферным покрытием - со стороны кабеля конец оголенного волокна был короткий, а со стороны патчкорда забыли выровнять длину. Режем снова.
Пробуем сразу поместить волокна в сварочный аппарат не скалывая их концы - и вот наглядный результат. Сразу становиться понятно для чего нужен скалыватель и можно ли обойтись без него. Аппарат для сварки оптических волокон Jilong KL-280 G не будет работать если их торцы не обработаны.
Аппарат выдает соответствующее предупреждение.
Теперь производим скол по всем правилам с обрезкой волокна по линейке на 16 миллиметров.
И попадаем опять на сообщение о превышении угла скола, смотрим на картинке какое волокно с дефектом (в данном случае правое) и производим повторный скол.
Вставляем волокна в аппарат Jilong KL 280 G и закрываем крышку. Волокна должны свободно перемещаться, т.к. аппарат во время сведения может утягивать их внутрь. Так же не следует располагать волокна глубже сварочного электрода, аппарат выдаст сообщение об ошибке - он может только втягивать волокна в себя, а не выталкивать обратно.
Процесс сварки производится автоматически, в этом и есть основное отличие сварочного аппарата Jilong KL-280 G от обычного KL-280 .
Опять что-то пошло не так и аппарат выдал сбой сварки с интересной картинкой волокна с дыркой в центре, нужно опять резать и переделывать.
Однако само волокно с дефектом сварилось и достаточно крепко.
Производим повторную сварку.
И получаем требуемый уровень потерь - Loss: 0.01 dB .
Аккуратно достаем волокна, сдвигаем термоусадочную гильзу КЗДС на место сварки и помещаем ее в печку вверху сварочного аппарата.
Закрываем крышку, но ей мешает толстая оболочка кабеля - ничего страшного, печка может работать и с приоткрытой крышкой.
Для включения печки следует нажать кнопку HEAT на панели сварочного аппарата.
И по завершении процесса усадки вынуть гильзу и разместить ее в специальном металлическом держателе для полного остывания. Гильза может прилипнуть в печке, поэтому следует доставать ее сразу после звукового сигнала.
Вот результат, волокно сварено, одета гильза КЗДС, но все равно обращаться с ним нужно осторожно и требуется уложить в кросс или настенную коробку.
Вид со стороны коннекторов на соединения различных типов. Вверху быстрый коннектор одетый на центральную трубку оптического кабеля, внизу патчкорд, приваренный к основному кабелю.
С другой стороны все не так аккуратно. Если конец кабеля с быстрым коннектором можно гнуть как угодно, то конец кабеля в месте сварки очень легко повредить и требуется защитить его путем укладки в маленький настенный оптический бокс, при этом для подключения активного оборудования понадобиться использовать дополнительный пигтейл.
Конечно можно разделать волокно так, что бы центральная трубка оптического кабеля зашла в гильзу КЗДС, и буферное покрытие пигтейла так же оказалось внутри, тогда при усадке и трубка основного кабеля, и приваренный патчкорд окажутся надежно соединенными.
Естественно внешний вид такого соединения не очень аккуратный. Толстую желтую изоляцию не получится одеть в гильзу, т.к. она не зажимается лапкой сварочного аппарата, тут можно либо обмотать все изолентой, либо одеть несколько обычных термоусадочных трубок для электрических кабелей.
В сравнении со сваркой соединение быстрым коннектором с разъемом SC производится быстрее и проще, кроме этого в некоторых случаях не требуется применение оптического кросса и лишних переходников с патчкордами. Что может быть удобно при подключении абонентских кабелей в муфты на столбах не на сварке, а на быстрых соединителях. В муфте предварительно развариваются волокна и устанавливаются розетки, абонентские кабели на земле оконцовываются коннекторами и подключаются к муфте, при этом запас кабеля не требуется и на столбах не появляется паутина из проводов. Кроме этого быстрые соединители можно использовать при строительстве сетей на базе технологии PON.
Стоимость самого дешевого оптического кабеля меньше витой пары, поэтому набор из скалывателя, стриппера и быстрых коннекторов очень быстро окупается, особенно если часто приходится прокладывать линии связи длиной более 100 метров.
Данный информационный материал был создан, подготовлен и размещен специалистами ООО «ЛАНМАРТ» и является собственностью администрации проекта www.сайт. Любое использование и размещение данного материала на других ресурсах допускается только при наличии прямой ссылки на первоисточник.
Один из заключительных этапов монтажа ВОЛС - это разводка и подключение входящего оптоволоконного кабеля непосредственно в точке назначения: в серверной, дата-центре и т.д. Для этого кабель заводится в оптический кросс и волокна подсоединяются к разъемам. На этом этапе используется такая группа, как оптические компоненты - это , пигтейлы, и всякого рода зажимы. Их также объединяют под названием пассивное оптоволоконное оборудование .
Пигтейл - это кусок оптического кабеля, оконцованный коннектором только с одной стороны.
Патчкорд имеет коннекторы на обоих концах, типы разъемов при этом могут отличаться (переходной патчкорд) или быть одинаковыми (соединительный).
Оптический адаптер - это, собственно, розетка, в которую подключается пигтейл или патч-корд.
Что важно учитывать?
Может показаться, что на стадии подключения коннектора в оптический адаптер нет ничего сложного. Как воткнуть вилку в розетку. Однако, нет.
Давайте посмотрим хотя бы с точки зрения технологии. Что представляет собой комплект - патчкорд/пигтейл + адаптер? Это стыковка двух оптических волокон, толщина которых примерно равна толщине человеческого волоса. При этом сдвиг соединения даже на 1 микрон вызывает потерю мощности.
То есть кроссовое соединение должно обеспечить:
- идеально точное соприкосновение сердечников (оптоволокна);
- защиту этого идеального соприкосновения от внешних влияний - сдвигов, возникновения воздушного зазора и т.п.;
- механическую защиту волокон при многократном соединении-разъединении;
- механическую защиту кабеля в коннекторе при изгибе, выдергивании и т.д.
В частности, именно поэтому создано столько типов оптических коннекторов. Каждый производитель стремился создать идеальный разъем именно под свое оборудование.
Но это еще не все сложности
Для обеспечения точного соединения наконечники оптических коннекторов не должны иметь трещин (если трещина пересекает оптоволокно, такой коннектор заменяется), не должны быть пыльными и грязными. Даже если вы просто прикоснулись к нему пальцем - след нужно тщательно вытереть спиртовой салфеткой. Каждая пылинка, загрязнение и т.д. - это ослабление, затухание сигнала, обратные отражения.
Поэтому оптические коннекторы регулярно протираются спиртом, а розетки - продуваются сжатым воздухом или очищаются специальными палочками.
На рисунке справа - наконечник коннектора после прикосновения пальца и после очистки.
Механическая прочность соединений обеспечивается в каждом типе разъемов по-разному, но в основном это:
- особо прочный материал наконечника коннектора - керамика, металлокерамика;
- защитные пластиковые и металлические колпачки над разъемами;
- защелки и фиксаторы положения как в оптических адаптерах, так и в "вилках";
- кевларовые и другие армирующие нити под оболочкой отрезка кабеля, ведущего к разъему.
Виды оптических патчкордов, пигтейлов, адаптеров
Классификация оптических пигтейлов, патчкордов и адаптеров в целом одинакова и основана на следующих параметрах:
- стандарт коннектора (разъема);
- тип шлифовки;
- тип волокна - многомодовое или одномодовое;
- тип коннекторов - одинарный иди дуплекс.
В результате различных комбинаций всех этих типов получается огромное множество модификаций коннекторов и адаптеров. На этой картинке далеко не все:
Что означают все эти буквы?
Возьмем типичную маркировку оптического патчкорда. К примеру, .
- SC и LC - это типы коннекторов. Здесь мы имеем дело с патчкордом - переходником, так как два разных типа разъема;
- UPC - тип шлифовки;
- Multimode - вид волокна, здесь многомодовое волокно, еще может быть обозначено аббревиатурой MM. Одномодовое маркируется как SinglеMode или SM;
- Duplex - два разъема в одном корпусе, для более плотного расположения. Обратный случай - это Simplex, один коннектор.
Пример Duplex:
Типы полировки (шлифовки) оптоволоконных разъемов
Шлифовка или полировка оптоволоконных разъемов призвана обеспечить идеально плотное соприкосновение сердечников оптоволокна. Между их поверхностями не должно быть воздуха, так как это ухудшает качество сигнала.
На данный момент используются такие типы полировки, как PC, SPC, UPC и APC .
PC - прародитель всех остальных видов полировки. Разъем, обработанный методом PC (в том числе вручную), представляет собой скругленный наконечник.
Обратите внимание, на рисунке видно, что соединение коннекторов с плоским торцом чревато возникновением воздушной прослойки. В то время как скругленные торцы соединяются более плотно.
Может применяться в сетях небольшой дальности, предполагающих небольшую скорость передачи данных.
SPC - улучшенный вариант PC, но шлифовка производится только машинным способом.
UPC - почти плоский (но не свосем) разъем, который производится с применением высокоточной обработки поверхности. Дает отличные показатели отражательной способности (по сравнению с PC и SPC), поэтому активно применяется в высокоскоростных оптических сетях.
Коннекторы с этим типом разъема чаще всего - синие.
APC - разъем, обработанный по совсем другому принципу: концы скошены под углом 8 градусов. Такая полировка поверхности дает самые лучшие результаты. Обратные отражения сигнала практически сразу покидают покидают оптоволокно, и благодаря этому снижаются потери.
Разъемы с полировкой APC применяются в сетях с высокоми требованиями к качеству сигнала : передача голосовых, видеоданных. Как пример - кабельное телевидение .
Коннекторы с этим типом разъема - зеленого цвета.
Внимание!
Коннекторы с шлифовкой APC не подходят к разъемам с другой полировкой (PC, SPC, UPC) и вызывают взаимное повреждение.
Полировки PC, SPC, UPC взаимно совместимы.
Сравнение формы наконечника и пути отраженного сигнала в разъемах с полировкой UPC и APC:
Зависимость потерь на линии от типа полировки оптического коннектора изложена в таблице:
Как видим, полировка UPC (скругленные торцы) и APC (скошенные торцы) - эффективнее всего. Поэтому патчкорды и пигтейлы с этим типом шлифовки чаще всего применяются.
Типы оптических разъемов
На практике наши монтажники оптоволоконных сетей в подавляющем большинстве случаев работают с типами FC, LC, SC.
На более редких видах коннекторов мы пока останавливаться не будем.
FC
- подпружиненное соединение, за счет чего достигается "вдавливание" и плотный контакт;
- металлической колпачок - прочная защита;
- коннектор вкручивается в розетку, а значит, не может выскочить, даже если случайно дернуть;
- шевеление кабеля не влияет на соединение.
Однако плохо подходит для плотного расположения разъемов - необходимо пространство для вкручивания/выкручивания.
SC
Более дешевый и удобный, но менее надежный аналог FC. Легко соединяется (защелка), разъемы могут располагаться плотно.
Однако пластиковая оболочка может сломаться, да и на затухание сигнала и обратные отражения влияют даже прикосновения к коннектору.
В общем, используется наиболее часто, но не рекомендован на важных магистралях.
LC
Уменьшенный аналог SC. За счет малого размера применяется для кроссовых соединений в офисах, серверных и т.п. - внутри помещений, там где требуется высокая плотность расположения разъемов.
Автор разработки этого типа коннектора - ведущий производитель телекоммуникационного оборудования, Lucent Technologies (США) - изначально прогнозировал своему детищу судьбу лидера рынка. В принципе, так оно и есть. Особенно учитывая то, что этот тип разъема относится к соединениям с повышенной плотностью монтажа.
В следующих выпусках:
Еще статьи по теме "Оптоволоконные сети":
сайт
Первый шаг в разработке оптоволоконной системы - выбор передатчиков и приемников, наилучшим образом подходящих к заданному типу сигнала. Лучше всего это делать, сравнивая техническую информацию об изделиях и консультируясь с инженерами фирмы-изготовителя, которые помогут подобрать наилучший вариант. После этого надо выбрать сам оптоволоконный кабель, оптические соединители и метод их установки. Хотя это в самом деле не очень простая задача, часто не имеющие опыта инженеры испытывают неоправданную боязнь технологий работы с оптоволокном. В этой брошюре мы попытаемся прояснить несколько распространенных заблуждений об оптоволоконных кабелях и монтаже разъемов на них.
Конструкция кабеля
Выбор кабеля определяется решаемой задачей.
Как и медные провода, оптоволоконные кабели выпускаются во множестве различных вариантов. Существуют одно- и многожильные кабели, кабели для воздушной прокладки или непосредственной укладки в грунт, кабели в негорючей оболочке для прокладки в пространстве между фальшпотолком и перекрытием и в межэтажных кабельных каналах, и даже сверхпрочные тактические кабели военного назначения, способные выдерживать сильнейшие механические перегрузки. Понятно, что выбор кабеля определяется решаемой задачей.
Вне зависимости от вида внешней оболочки, в любом оптоволоконном кабеле имеется хотя бы один волоконный световод. Остальные конструктивные элементы (разные в разных типах кабеля) защищают световод от повреждений. Наиболее часто используются две схемы защиты тонких оптических волокон: с помощью неплотно облегающей трубки и с помощью плотно прилегающей оболочки.
Наиболее часто используются две схемы защиты тонких оптических волокон: с помощью неплотно облегающей трубки и с помощью плотно прилегающей оболочки.
В первом способе оптоволокно находится внутри пластмассовой защитной трубки, внутренний диаметр которой больше внешнего диаметра волокна. Иногда эту трубку заполняют силиконовым гелем, предотвращающим скопление влаги в ней. Поскольку оптоволокно свободно «плавает» в трубке, механические усилия, действующие на кабель снаружи, обычно его не достигают. Такой кабель очень устойчив к продольным воздействиям, возникающим при протяжке через кабельные каналы или при прокладке кабеля на опорах. Поскольку в световоде нет значительных механических напряжений, кабели такой конструкции имеют малые оптические потери.
Второй способ состоит в использовании толстого пластикового покрытия, нанесенного прямо на поверхность световода. Защищенный таким образом кабель имеет меньший диаметр и массу, большую устойчивость к ударным воздействиям и гибкость, но поскольку оптоволокно жестко зафиксировано внутри кабеля, его стойкость к растяжению не столь высока, как при использовании свободно облегающей защитной трубки. Такой кабель применяется там, где не предъявляются очень высокие требования к механическим параметрам, например, при прокладке внутри зданий или для соединения отдельных блоков аппаратуры. На рис. 1 схематично показано устройство обоих типов кабеля.
Рис. 1. Конструкция основных типов оптоволоконных кабелей
На рис. 2 показано поперечное сечение одно- и двухжильного оптоволоконного кабеля, а также более сложного многожильного. Двухжильный кабель внешне похож на обычный сетевой электропровод.
Во всех случаях световод с защитной трубкой сначала заключаются в слой синтетической (например, кевларовой) оплетки, определяющей прочность кабеля на растяжение, а затем все элементы помещаются во внешнюю защитную оболочку из поливинилхлорида или другого подобного материала.
Во всех случаях световод с защитной трубкой сначала заключаются в слой синтетической (например, кевларовой) оплетки, определяющей прочность кабеля на растяжение, а затем все элементы помещаются во внешнюю защитную оболочку из поливинилхлорида или другого подобного материала. В многожильных кабелях часто добавляется дополнительный центральный усиливающий элемент. При изготовлении оптоволоконных кабелей используются, как правило, только не проводящие электрический ток материалы, но иногда добавляется внешняя навивка из стальной ленты для защиты от грызунов (кабель для непосредственной укладки в грунт) или внутренние усиливающие элементы из стальной проволоки (кабели для воздушных линий на опорах). Существуют также кабели с дополнительными медными жилами, по которым подается питание на удаленные электронные устройства, используемые в системе передачи сигнала.
Рис. 2. Различные типы кабелей в поперечном разрезе
Волоконные световоды
Независимо от разнообразия конструкций кабелей их основной элемент - оптическое волокно - существует лишь в двух основных модификациях: многомодовое (для передачи на расстояния примерно до 10 км) и одномодовое (для больших расстояний). Применяемое в телекоммуникациях оптоволокно обычно выпускается в двух типоразмерах, отличающихся диаметром сердцевины: 50 и 62,5 мкм. Внешний диаметр в обоих случаях составляет 125 мкм, для обоих типоразмеров используются одни и те же разъемы. Одномодовое оптоволокно выпускается только одного типоразмера: диаметр сердцевины 8-10 мкм, внешний диаметр 125 мкм. Разъемы для многомодовых и одномодовых световодов, несмотря на внешнее сходство, не взаимозаменяемы.
Рис. 3. Прохождение света через оптоволокно со ступенчатым и плавным профилем показателя преломления
На рис. 3 показано устройство двух типов оптоволокна - со ступенчатой и с плавной зависимостью показателя преломления от радиуса (профилем).
Волокно со ступенчатым профилем состоит из сердцевины из сверхчистого стекла, окруженной обычным стеклом с более высоким показателем преломления. При таком сочетании свет, распространяясь по волокну, непрерывно отражается от границы двух стекол, примерно как теннисный шарик, запущенный в трубу. В световоде с плавным профилем показателя преломления, который целиком изготовлен из сверхчистого стекла, свет распространяется не с резким, а с постепенным изменением направления, как в толстой линзе. В оптоволокне обоих типов свет надежно заперт и выходит из него только на дальнем конце.
Потери в оптоволокне возникают из-за поглощения и рассеяния на неоднородностях стекла, а также из-за механических воздействий на кабель, при котором световод изгибается так сильно, что свет начинает выходить через оболочку наружу. Величина поглощения в стекле зависит от длины волны света. На 850 нм (свет с такой длиной волны в основном применяется в системах передачи на небольшие расстояния) потери в обычном оптоволокне составляют 4-5 дБ на километр кабеля. На 1300 нм потери снижаются до 3 дБ/км, а на 1550 нм - до величины порядка 1 дБ. Свет с двумя последними длинами волн используется для передачи данных на большие расстояния.
Потери, о которых только что было сказано, не зависят от частоты передаваемого сигнала (скорости передачи данных). Однако существует еще одна причина потерь, которая зависит от частоты сигнала и связана с существованием множества путей распространения света в световоде. Рис. 4 поясняет механизм возникновения таких потерь в оптоволокне со ступенчатым профилем показателя преломления.
Рис. 4. Различные пути распространения света в оптоволокне
Потери в оптоволокне возникают из-за поглощения и рассеяния на неоднородностях стекла, а также из-за механических воздействий на кабель, при котором световод изгибается так сильно, что свет начинает выходить через оболочку наружу. Величина поглощения в стекле зависит от длины волны света.
Луч, вошедший в оптоволокно почти параллельно его оси, проходит меньший путь, чем тот, который испытывает многократные отражения, поэтому свету для достижения дальнего конца световода требуется разное время. Из-за этого световые импульсы с малой длительностью нарастания и спада, обычно используемые для передачи данных, на выходе из оптоволокна размываются, что ограничивает максимальную частоту их следования. Влияние этого эффекта выражается в мегагерцах полосы пропускания кабеля на километр его длины. Стандартное волокно с диаметром сердцевины 62,5 мкм (многократно превышающим длину волны света) имеет максимальную частоту 160 МГц на 1 км на длине волны 850 нм и 500 МГц на 1 км при 1300 нм. Одномодовое волокно с более тонкой сердцевиной (8 мкм) обеспечивает максимальную частоту в тысячи мегагерц на 1 км. Однако для большинства низкочастотных систем максимальное расстояние передачи в основном ограничивается все же поглощением света, а не эффектом размывания импульсов.
Оптические разъемы
Поскольку свет передается только по очень тонкой сердцевине оптоволокна, важно очень точно совмещать его с излучателями в передатчиках, фотодетекторами в приемниках и световодами в оптических соединениях. Эта функция возлагается на оптические разъемы, которые изготавливаются с очень высокой точностью (допуски имеют порядок тысячных долей миллиметра).
Поскольку свет передается только по очень тонкой сердцевине оптоволокна, важно очень точно совмещать его с излучателями в передатчиках, фотодетекторами в приемниках и световодами в оптических соединениях.
Хотя существует много типов оптических разъемов, сейчас наиболее распространен разъем типа ST (рис. 5). Он состоит из изготовленного с высокой точностью штифта, в который выходит оптоволокно, пружинного механизма, который прижимает штифт к такому же штифту в ответной части разъема (или в электронно-оптическом устройстве) и кожуха, механически разгружающего кабель.
Разъемы ST выпускаются в вариантах для одномодового и многомодового оптоволокна. Основное различие между ними заключено в центральном штифте и его не так просто заметить визуально. Однако следует внимательно относиться к выбору варианта разъема: если одномодовые разъемы еще можно использовать с многомодовыми излучателями и детекторами, то разъемы для многомодового кабеля с одномодовым будут работать плохо или вообще приведут к неработоспособности системы.
Рис. 5. Оптический разъем типа ST
Однако следует внимательно относиться к выбору варианта разъема: если одномодовые разъемы еще можно использовать с многомодовыми излучателями и детекторами, то разъемы для многомодового кабеля с одномодовым будут работать плохо или вообще приведут к неработоспособности системы.
Установка оптического разъема на кабель начинается со снятия оболочки с помощью практически таких же инструментов, что используются для электрического кабеля. Затем усиливающие элементы обрезаются на нужную длину и вставляются в различные удерживающие уплотнения и втулки. В кабеле со свободно облегающей защитной трубкой ее конец снимается, чтобы обнажить само оптоволокно. В кабеле с плотно прилегающей к оптоволокну оболочкой она снимается с помощью прецизионного инструмента, напоминающего устройство для снятия изоляции с тонких электрических проводов. До этого момента процесс очень похож на работу с электрическим кабелем, но дальше начинаются отличия. Освобожденное от оболочек оптоволокно смазывается быстротвердеющей эпоксидной смолой и вставляется в прецизионно выполненное отверстие или канавку штифта, конец оптоволокна при этом выходит из отверстия наружу. Затем на разъеме устанавливаются элементы механической разгрузки кабеля, и он готов к завершающим операциям. Штифт помещается в специальное приспособление, в котором торчащий конец оптоволокна скалывается. На это уходит одна-две секунды, после чего разъем устанавливается в специальное зажимное приспособление, где выполняется полировка скола с помощью специальных пленок двух или трех степеней шероховатости. На все, не считая пяти минут на затвердевание эпоксидной смолы, уходит 5-10 минут в зависимости от мастерства монтажника.
Фактически, сборка оптического разъема ST - не более трудная задача, чем монтаж старого знакомого электрического разъема BNC.
Разъемы всех типов их изготовители снабжают простой пошаговой инструкцией по монтажу на оптоволоконный кабель.
Среди многих людей распространено предубеждение о трудностях установки разъемов на оптоволоконные кабели, поскольку они слышали «о сложном процессе скола и полировки стеклянного волокна». Когда им показывают, что этот «сложный процесс» выполняется с помощью очень простого приспособления и занимает меньше минуты, то окутывающая его «тайна» мгновенно улетучивается. Фактически, сборка оптического разъема ST - не более трудная задача, чем монтаж старого знакомого электрического разъема BNC. После обучения, которое занимает от 30 минут до часа, наибольшее время при установке оптических разъемов расходуется на ожидание затвердевания эпоксидной смолы. Тем не менее предубеждение остается широко распространенным, и для таких потребителей некоторые фирмы выпускают оптические разъемы так называемого быстрого монтажа. Они устанавливаются на кабели с помощью разнообразных механических зажимных систем, клеевых расплавов, быстросохнущих клеев (а иногда и вообще без химических клеящих составов). Некоторые из этих разъемов даже поставляются с заранее отполированным отрезком оптоволокна, вставленного в штифт, что вообще позволяет исключить процедуру окончательной обработки. Хотя установка этих разъемов действительно чуть более проста, никому не следует бояться и стандартного метода монтажа с использованием эпоксидной смолы и полировкой торца световода. На рис. 6 показана последовательность установки типового разъема ST на оптоволоконный кабель.
Рис. 6. Этапы монтажа разъема ST на оптоволоконный кабель
Также распространены оптические разъемы SMA, SC и FCPC. Все они подобны в смысле использования штифта, прецизионно совмещаемого с таким же штифтом в ответной части разъема, а отличаются только конструкцией механического соединения. Разъемы всех типов их изготовители снабжают простой пошаговой инструкцией по монтажу на оптоволоконный кабель.
