СПОСОБ ВЫРАВНИВАНИЯ СВЯЗИ МОД В ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ НА СТРОИТЕЛЬНОЙ ДЛИНЕ ОПТИЧЕСКОГО КАБЕЛЯ МОДУЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ С МНОГОМОДОВЫМИ ИЛИ МАЛОМОДОВЫМИ ОПТИЧЕСКИМИ ВОЛОКНАМИ
METHOD OF LEVELING MODE CONNECTION IN OPTICAL FIBERS ON BUILDING LENGTH OF OPTICAL CABLE OF MODULAR CONSTRUCTION WITH MULTIMODE OR SMALL-MODE OPTICAL FIBERS

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для выравнивания связи мод в оптических волокнах на строительной длине оптического кабеля модульной конструкции с многомодовыми или маломодовыми оптическими волокнами.
Известно [1, 2], что в целях снижения напряжений в оптических волокнах оптического кабеля при внешних растягивающих нагрузках на кабель оптические волокна укладывают в модульных трубках оптического кабеля с избыточной длиной - длина оптических волокон превышает длину модульных трубок. В результате, оптические волокна располагаются в модульных трубках по траекториям, близким к геликоиду, с изгибами. Радиусы изгибов оптических волокон изменяются вдоль длины оптического кабеля случайным образом и, поскольку при понижении температуры избыточная длина оптического волокна в модуле увеличивается, среднее значение радиуса изгиба на строительной длине оптического кабеля с понижением температуры уменьшается [1-3]. Известно, что параметры мод на изгибах оптического волокна, в частности постоянная распространения и радиус пятна моды, зависят от радиуса изгиба [4]. Как следствие, на стыках участков оптического волокна с разными радиусами изгиба имеют место связи мод. При этом, поскольку радиусы изгиба оптических волокон изменяются вдоль кабеля случайным образом и зависят от температуры, то и обусловленная ими связь мод в оптических волокнах оптического кабеля носит случайный характер и зависит от температуры окружающей среды. Связь мод в оптических волокнах оптического кабеля, ее случайный характер и зависимость от температуры ограничивают применение оптических кабелей с маломодовыми и многомодовыми оптическими волокнами на линиях дальней связи, хотя именно эти оптические волокна перспективны с точки зрения преодоления нелинейного предела Шеннона [5-9]. При сильной связи мод, когда длина линии превышает длину интервала корреляции модовой связи, что характерно для линий дальней связи, как и в случае с поляризационной модовой дисперсией, дифференциальная модовая задержка пропорциональна не длине линии, а корню квадратному из длины линии. Отсюда следует, что для снижения отрицательного влияния модовой связи на качество восстановления сигналов на приеме протяженных кабельных линий необходимо стабилизировать изменения коэффициентов связей мод, снижая разброс значений радиусов изгиба оптических волокон по длине оптического и при колебаниях температуры.
Известен способ [10] выравнивания параметров передачи оптического волокна на изгибах за счет выбора профиля показателя преломления многомодового или маломодового оптического волокна. Данный способ позволяет минимизировать дополнительные потери на изгибах и тем самым стабилизировать коэффициент затухания. Однако он не обеспечивает стабильность характеристик дифференциальной модовой задержки и коэффициентов связей мод.
Известны способы [11-12] выравнивания параметров оптических волокон за счет регулирования избыточной длины оптического волокна в модульной трубке в процессе изготовления модулей оптического кабеля. Обычно модуль включает 4, 8 или 12 оптических волокон. Взаимное расположение оптических волокон в модульной трубке ограничивает возможности выравнивания радиусов изгибов оптического волокна по длине кабеля. Разброс значений радиусов изгиба тем больше, чем больше оптических волокон в модуле. Кроме того, в дальнейшем в процессе изготовления строительной длины избыточная длина оптического волокна в модуле может измениться [13-14], а следовательно, изменяться и распределение радиусов изгиба волокон по длине кабеля, и параметры оптического волокна. Все это ограничивает область применения данных способов для выравнивания связи мод в оптических волокнах на строительной длине оптического кабеля модульной конструкции с многомодовыми или маломодовыми оптическими волокнами.
Известен способ выравнивания затухания оптического волокна за счет отбора строительных длин оптического кабеля, соответствующих требованиям по стабильности затухания при воздействии температурных циклов на строительную длину оптического кабеля, для этого строительную длину оптического кабеля на барабане помещают в климатическую камеру, предварительно до выполнения температурных циклов в климатической камере устанавливают заданное начальное положительное значение температуры, в процессе выполнения каждого температурного цикла сначала температуру последовательно понижают до заданных значений отрицательной температуры, а затем последовательно повышают до заданных значений положительной температуры, после чего цикл завершают, при этом каждое заданное значение температуры устанавливают на заданный интервал времени и переход от одного заданного значения к другому выполняют в течение заданного интервала времени, причем число температурных циклов, заданные значения температуры и заданные интервалы времени выбирают из условий, обеспечивающих отбор строительных длин оптического кабеля по стабильности затухания оптических волокон в заданных условиях эксплуатации. В качестве недостатков данного способа с точки зрения выравнивания связи мод в оптических волокнах на строительной длине оптического кабеля модульной конструкции с многомодовыми или маломодовыми оптическими волокнами необходимо отметить следующее. Во-первых, стабильность затухания не гарантирует стабильность связи мод в оптических волокнах на строительной длине оптического кабеля модульной конструкции с многомодовыми или маломодовыми оптическими волокнами. Во-вторых, при относительно большом количестве оптических волокон в модуле оптического кабеля стабильность параметров передачи оптического волокна ограничена из-за взаимного расположения волокон. И, наконец, данный способ позволяет отбирать оптические волокна с заданной стабильностью затухания, но не повышать стабильность параметров передачи оптических волокон в оптическом кабеле. Указанные недостатки ограничивают область применения данного способа для выравнивания связи мод в оптических волокнах на строительной длине оптического кабеля модульной конструкции с многомодовыми или маломодовыми оптическими волокнами.
Сущностью предлагаемого изобретения является расширение области применения.
Эта сущность достигается тем, что согласно способу выравнивания связи мод в оптических волокнах на строительной длине оптического кабеля модульной конструкции с многомодовыми или маломодовыми оптическими волокнами строительную длину оптического кабеля на барабане помещают в климатическую камеру и подвергают воздействию температурных циклов, в процессе выполнения каждого температурного цикла сначала температуру последовательно понижают до заданных значений отрицательной температуры, а затем последовательно повышают до заданных значений положительной температуры, после чего цикл завершают, при этом каждое заданное значение температуры устанавливают на заданный интервал времени и переход от одного заданного значения к другому выполняют в течение заданного интервала времени, при этом количество оптических волокон в модуле оптического кабеля ограничивают, предварительно после изготовления модули оптического кабеля на катушках помещают в климатическую камеру и подвергают воздействию температурных циклов, в процессе выполнения каждого температурного цикла сначала температуру последовательно понижают до заданных значений отрицательной температуры, а затем последовательно повышают до заданных значений положительной температуры, после чего цикл завершают, причем каждое заданное значение температуры устанавливают на заданный интервал времени и переход от одного заданного значения к другому выполняют в течение заданного интервала времени, при этом количество оптических волокон в модуле оптического кабеля, число температурных циклов, заданные значения температуры и заданные интервалы времени выбирают из условий обеспечения заданного разброса оценок радиусов изгиба оптических волокон в модуле оптического кабеля при заданной минимальной температуре, затем, после завершения технологических операций по изготовлению строительной длины оптического кабеля, строительную длину оптического кабеля на барабане помещают в климатическую камеру и подвергают воздействию температурных циклов, в процессе выполнения каждого температурного цикла сначала температуру последовательно понижают до заданных значений отрицательной температуры, а затем последовательно повышают до заданных значений положительной температуры, после чего цикл завершают, при этом каждое заданное значение температуры устанавливают на заданный интервал времени и переход от одного заданного значения к другому выполняют в течение заданного интервала времени, причем число температурных циклов, заданные значения температуры и заданные интервалы времени выбирают из условий минимизации разброса радиусов изгиба оптических волокон в модулях на строительной длине оптического кабеля при изменении температуры.
На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации заявляемого способа.
Устройство содержит климатическую камеру 1, модули оптического кабеля с оптическими волокнами 2 на катушках 3, строительную длину оптического кабеля 4 на барабане 5. При этом или модули оптического кабеля с оптическими волокнами 2 на катушках 3 помещены в климатическую камеру 1, или строительная длина оптического кабеля 4 на барабане 5 помещена в климатическую камеру 1.
Устройство работает следующим образом. Предварительно ограничивают число оптических волокон в модулях оптического кабеля с оптическими волокнами 2. После изготовления модулей оптического кабеля с оптическими волокнами 2 модули оптического кабеля с оптическими волокнами 2 на катушках 3 помещают в климатическую камеру 1 (фиг. 1а). Изменяя температуру в климатической камере 1 подвергают модули оптического кабеля с оптическими волокнами 2 на катушках 4 воздействию температурных циклов. При этом число оптических волокон в модулях оптического кабеля с оптическими волокнами 2 и параметры температурных циклов выбирают из условий обеспечения заданного разброса оценок радиусов изгиба оптических волокон в модулях оптического кабеля с оптическими волокнами 2 при заданной минимальной температуре. Затем после изготовления строительной длины оптического кабеля 4 строительную длину оптического кабеля 4 на барабане 5 с помещают в климатическую камеру 1 (фиг. 1б). Изменяя температуру в климатической камере 1 подвергают строительную длину оптического кабеля 4 на барабане 5 воздействию температурных циклов. При этом число температурных циклов, заданные значения температуры и заданные интервалы времени выбирают из условий минимизации разброса радиусов изгиба оптических волокон в модулях оптического кабеля с оптическими волокнами на строительной длине оптического кабеля 4 при изменении температуры.
В отличие от известного способа, которым является прототип, количество оптических волокон в модулях оптического кабеля ограничивают из условий обеспечения заданного разброса оценок радиусов изгиба оптических волокон в модулях оптического кабеля при заданной минимальной температуре, что позволяет уменьшить ограничения регулирования разброса радиуса изгибов из-за взаимного расположения оптических волокон в модульных трубках. Предварительно, модули оптического кабеля после их изготовления подвергаются воздействиям температурных циклов, параметры которых выбирают так, чтобы обеспечить заданный разброс оценок радиусов изгиба оптических волокон в модулях оптического кабеля при заданной минимальной температуре. За счет многократного изменения избыточной длины оптических волокон в модулях укладка оптических волокон в модулях в пучке волокон становится более равномерной и разброс радиусов изгиба оптических волокон по длине модуля уменьшается, что обеспечивает выравнивание связей мод в маломодовых и многомодовых оптических волокнах в модулях оптического кабеля по сравнению с прототипом. После изготовления строительной длины оптического кабеля с данными модулями ее подвергают воздействию температурных циклов, параметры которых выбирают из условий минимизации разброса радиусов изгиба оптических волокон в модулях на строительной длине оптического кабеля при изменении температуры. После многократного изменения избыточной длины оптических волокон оптические волокна более равномерно распределяются по длине модульной трубки. Это позволяет частично компенсировать влияние технологических операций при производстве оптического кабеля, выполняемых после изготовления модулей, на избыточную длину оптических волокон и, соответственно, распределения радиусов изгиба оптических волокон по строительной длине оптического кабеля. В результате, разброс коэффициентов связей мод снижается по сравнению с прототипом. Таким образом, заявляемый способ обеспечивает улучшенную по сравнению с прототипом стабилизацию связей мод в оптических волокнах на строительной длине оптического кабеля модульной конструкции с многомодовыми или маломодовыми оптическими волокнами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Мальке Г., Гессинг П. Волоконно-оптические кабели // Corning Cable Systems, 2001. - 352 с.
2. Ларин Ю.Т. Оптические кабели: методы расчета конструкций. Материалы. Надежность и стойкость к ионизирующему излучению // Престиж, 2006. - 304 с.
3. Stueflotten S. Low temperature excess loss of loose tube fiber cables // Applied Optic, vol. 21, No. 23, 1982. - pp. 4300-4307.
4. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов. - М.: Радио и связь, 1987. - 656 с.
5. Amphawan A. Review of optical multiple-input-multiple-output techniques in multimode fiber // Optical Engineering, v. 50(10), 102001, 2011. - p.p. 102001-1 - 102001-6.
6. Richardson D.J., Fini J.M., Nelson L.E. Space-division multiplexing in optical fibres // Nature Photonics, 7, 2013. - p.p. 354-362.
7. Space Division Multiplexing: A new milestone in the evolution of fiber optic communication // Nokia Siemens Networks, White paper, 2013. - 8 p. (www.nokiasiemensnetworks.com).
8. Space Division Multiplexing. A New Milestone in the Evolution of Fiber Optic Communication // Coriant, White Paper, MCD0011-1213, 2013. - 7 p.
9. Shieh W., An Li, Abdullah Al Amin, Xi Chen, Space division multiplexing: MIMO and multimode fiber communications // IEEE Photonics society newsletter, 2012, v. 26, No. 5, p. 4-8.
10. Pimpinella R., Lane B. Intermateability of Bend Insensitive Multimode Fiber with Standard Multimode Fiber // Proceedings of the 59th IWCS/IICIT, 2010, p. 444-450.
11. US 8489219.
12. US 2014/0193539.
13. Авдеев Б.В., Барышников E.H., Длютров O.B., Стародубцев И.И. Изменение избыточной длины в процессе изготовления ВОК // Кабели и провода. - 2002. - №3(274). - с. 32-34.
14. Авдеев Б.В., Барышников Е.Н. Проблемы корректного определения избыточной длины оптического волокна в оптическом кабеле // Электротехника, электромеханика и электротехнологии: Тез. докладов III международной конференции 1999 г., Россия, Клязьма. - М.: МЭИ, 1999 г. - с. 86-87.
15. ГОСТ Р МЭК 794-1-93 Кабели оптические. Общие технические требования.