Краткий обзор элементной базы

Соединители - необходимая часть любой волоконно-оптической системы передачи информации (ВОСП). Без них уже невозможно представить себе современную связь. И, естественно, в СКС соединители тоже занимают заметное место. О них спорят, их стандартизируют, но главное - никто уже не сомневается, что без них СКС не смогут нормально развиваться.

Соединитель в волоконной оптике - это комплект коннекторов , установленных на волоконно-оптический кабель и состыкованных в розетке .

Сегодня установка коннектора на кабель даже в полевых условиях, в зависимости от конструкции, занимает от 2 до 10 минут, и это - длительность технологического цикла; а трудоемкость оконцовки еще ниже.

А ведь, кажется, совсем недавно, лет десять назад, эта сложнейшая операция требовала применения станков, микроскопов, телекамер и мониторов, специальной оснастки. За день удавалось оконцевать не больше 6-8 шнуров. Сейчас оператор в стационарных условиях может оконцевать до 50 и более шнуров в смену.

Какими средствами удается достигать таких результатов?

Эта статья - о том, какие коннекторы применялись вчера, применяются сегодня и будут применяться завтра, о технологиях оконцовки.

Обычно основа коннектора - прецизионный наконечник, в который вклеивается оптическое волокно. Отверстие под волокно - 125 микрон; суммарный допуск на диаметры наконечника и отверстия, на их соосность - единицы микрон, даже если используется многомодовое волокно с диаметром световедущей жилы 62.5 мкм. А работать всё чаще приходится с одномодовым - 9.5/125 мкм. В начале 80-х существовало две технологии оконцовки кабеля: на станке и под микроскопом. Соответственно и коннекторы выпускались двух типов: с припуском на обработку или с юстируемой внешней втулкой.

Появившиеся позже волокна с хорошей геометрией и керамические прецизионные наконечники позволили полностью отказаться от юстировки серийной продукции, хотя до сих пор в некоторых типах коннекторов существует возможность выставлять эксцентриситет волокна относительно ключа коннектора, тем самым значительно (максимум - вдвое) снижая радиальное рассогласование волокон в розетке соединителя.

Уход от юстировки дал возможность вести оконцовку в условиях объекта. Появились комплекты инструментов и приспособлений, размещенные в удобных кейсах; были разработаны модификации коннекторов, исключающие операции полировки торца и даже вклейку волокна в условиях объекта. Работа свелась к разделке кабеля и механической фиксации на нем коннекторов, но платить за это пришлось снижением качества и надежности либо существенным увеличением стоимости.

И, как логическое продолжение развития, все чаще применяется наиболее прогрессивный способ монтажа сетей - из заранее оконцованных кабелей заказной длины, в том числе многожильных, бронированных, длиной до двух километров. Коннекторы таких многожильных шнуров защищены при транспортировке и прокладке отрезком гибкого металлопластикового рукава, снабженного рым-болтом для удобства прокладки. Это новшество позволило вести установку коннекторов на мерные отрезки кабеля в условиях специализированного производства, тестировать и паспортизовать его в стационарных условиях на высокоточной измерительной аппаратуре, а главное - пользоваться простыми и надежными коннекторами. Монтаж на объекте - в его традиционном понимании - при использовании такого "оптического конструктора" отсутствует; работы сводятся к прокладке и подключению готовых оконцованных кабелей.

Итак, что представляет собой современный соединитель?

Коннектор ST был разработан компанией AT&T (из нее позднее выделилась Lucent Technologies) в середине 80-х годов и в настоящее время получил наибольшее распространение в оптических подсистемах локальных сетей. Основой конструкции коннектора является керамический наконечник (ferrule) диаметром 2,5 мм с выпуклой (R~20 мм) торцевой поверхностью, которая обеспечивает физический контакт состыкованных световодов. Для защиты торца волокна от повреждений при прокручивании в момент установки применяется боковой ключ, входящий в паз розетки, вилка на розетке фиксируется подпружиненным байонетным замком.

Коннектор прост и надежен в эксплуатации, легко устанавливается, относительно дешев. Однако предельная простота конструкции имеет и отрицательные стороны: коннектор чувствителен к рывкам за кабель, значительным вибро - и ударным нагрузкам, поскольку наконечник представляет единый узел с корпусом и хвостовиком. Этот недостаток не позволяет применять ST-коннекторы на подвижных объектах. При попытках использовать такие стационарные соединители в качестве бортовых могут происходить сбои в работе аппаратуры.

Удачная конструкция коннектора ST вызывала появление на рынке большого числа ST-совместимых аналогов. Их конструктивные отличия от прототипа определяются в основном формой и материалом гайки (байонетного фиксатора), а также принципом крепления корпуса коннектора к буферным оболочкам и защитным покрытиям оптического кабеля и световода. Детали коннектора обычно выполняются из цинкового сплава с никелированием, реже - из пластмассы. Вариант с одинарным обжимом (фирмы Lucent Technologies, AMP) основан на хвостовике цилиндрической формы и обжимной гильзе. При сборке коннектора кевларовые нити упрочняющей оплетки укладываются на поверхность задней части корпуса, после чего на него надвигается и обжимается металлическая гильза. В такой конструкции при воздействии вырывающего усилия сразу же начинают работать нити упрочняющей оплетки, что резко снижает вероятность обрыва кабеля.

Для дополнительного увеличения механической прочности соединительных шнуров в коннекторах ряда фирм предусматривается обжим на задней части корпуса не только кевларовых нитей, но и внешней оболочки миникабеля.

Коннектор разрешен к применению стандартами СКС.

Розетки SТ снабжены разрезным керамическим (SM) или бронзовым (ММ) центратором. Крепление на панели - гайкой за корпусную резьбу.

Реже встречаются специальные фланцевые SТ-розетки ряда западных фирм.

Были разработаны японской телекоммуникационной корпорацией NTT и ориентированы, в основном, на применение в одномодовых линиях дальней связи и специализированных системах, а также в сетях кабельного телевидения. Керамический наконечник диаметром 2,5 мм с выпуклой (R~20 мм) торцевой поверхностью, обеспечивает физический контакт стыкуемых световодов. Его изготавливают с жесткими допусками на геометрические параметры. Все это позволяет получить низкий уровень потерь и минимум обратных отражений. Радиус наконечника обеспечивает физический контакт стыкуемых световодов. Этот контакт, исключающий воздушный зазор, применяется для уменьшения обратного отражения, например, в системах кабельного телевидения. (Иногда это подчеркивают тем, что в названии коннектора указывают аббревиатуру PC - physical contact, SPC - super physical contact, UPC - ultra physical contact; отличие здесь в качестве полировки торца, что ведет к снижению уровня отраженного сигнала; максимальное снижение удается получить шлифовкой и полировкой торца под углом 8?; при этом практически весь отраженный сигнал выходит из световедущей жилы в отражающую оболочку и затем поглощается полимерным покрытием волокна. Такие коннекторы обозначаются аббревиатурой APC - angle physical contact, и отличаются обязательным зеленым цветом хвостовиков, поскольку несовместимы с обычными коннекторами).

Для фиксации на розетке коннектор снабжен накидной гайкой с резьбой М8 х 0.75. В отличие от коннектора ST, в данной конструкции предусмотрена развязка подпружиненного наконечника относительно корпуса, что усложняет и удорожает коннектор; однако такое дополнение полностью окупается повышением надежности. Соединители FC лучше выдерживают вибрацию и удары, и потому они наиболее предпочтительны для бортовых сетей.

Многокомпонентная конструкция коннектора FC допускает азимутальное вращение наконечника в процессе оконцовки, что позволяет достигать потерь менее 0.2 дБ и работать со специализированными волокнами.

Моноблочный FC коннектор "ПТ Плюс" аналогичен большинству зарубежных FC/PC коннекторов. Все они имеют упрощенную технологию сборки, что позволяет ускорить процесс оконцовки оптического кабеля.

Основным недостатком FC и ST-коннектора считается необходимость вращательного движения при подключении к розетке соединителя. Для преодоления этого недостатка, препятствующего более плотному монтажу на лицевой панели, разработан коннектор типа SC. Конструктивно он представляет из себя прямоугольный в сечении пластмассовый корпус. Коннектор имеет механическую развязку наконечника, фиксирующего элемента и кабеля.

Подключение и отключение коннектора SC производится линейно (push-pull), Это предохраняет наконечники соединителей от прокручивания друг относительно друга в момент фиксации в розетке. Фиксирующий механизм открывается только при вытягивании коннектора за корпус. К недостаткам коннекторов SC следует отнести несколько более высокую по сравнению с изделиями серии ST цену и существенно меньшую механическую прочность. Например, усилие вырыва коннектора из розетки регламентируется в пределах 40 Н, в то время как для серии FC это значение практически может равняться прочности миникабеля. Все это не сказывается при стационарном использовании коннекторов; однако использовать их, как бортовые, нецелесообразно. Несмотря на меньшую механическую прочность, коннектор нашел широкое применение в одномодовых и многомодовых сетях и был принят, как основной, во многих странах Европы. Он также разрешен к применению стандартами СКС.

Его применение несколько ограничивается тем, что часть активного оптического оборудования, разработанного ранее 1995 года, не выпускается в вариантах с SC-розетками.

Кроме SC и ST, допускается применение других коннекторов в том случае, если система полностью поставляется одним предприятием, которое дает гарантию на СКС в целом.

В системах FDDI, отвечающих стандарту LCF, а также в некоторых типах оборудования с портами Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, используются дуплексные коннекторы типа SC. Они отличаются наличием на корпусе фиксаторов, позволяющих соединить два коннектора вместе для получения дуплексной вилки.

Для получения такой вилки из коннекторов SC, не имеющих фиксаторов, может быть использован специальный пластмассовый зажим, который состоит из двух симметричных половин, содержащих гнезда для укладки двух коннекторов и защелку для фиксации.

Пластмассовый корпус позволяет применить цветовую кодировку различных типов коннекторов SC, что облегчает их идентификацию. Одномодовые варианты имеют, обычно голубой, бежевый, а многомодовые - черный, серый цвет. Выпускается также коннектор SC со скошенной (АРС) торцевой частью наконечника. Коннекторы этого типа обязательно имеют корпус зеленого цвета.

На изменение окраски могут влиять и требования покупателей. Например, достаточно часты просьбы о применении для всех типов одномодовых соединителей более контрастного, чем бежевый, синего цвета.

Все коннекторы от "Перспективных Технологий Плюс", выпускающиеся по ТУ 25904174.01-99, имеют сертификат Минсвязи России (ССЭ) и гарантийный срок эксплуатации 18 месяцев.

Технические характеристики соединителей по ТУ 25904174.01-99:
диаметр наконечника: 2.5 ± 0.0005 мм
несоосность отверстия:
для SM менее 0.0007 мм
для MM менее 0.002 мм
угол торца наконечника АРС: 8° ±0.2°

Рабочие условия эксплуатации:
температура: -60…..+85 °С
пониженное атмосферное давление:
рабочее 60 кПа (450 мм рт.ст.)
предельное 12 кПа (90 мм рт.ст.)
влажность: до 100% при +25 °С

Соединительная розетка ST обеспечивает физический контакт соединяемых ST коннекторов. Многомодовая розетка ST содержит бронзовый разрезной центратор, одномодовая розетка ST - керамический центратор. Установка на панель - в D-образном отверстии с помощью гайки. Гораздо реже встречаются розетки с развитым фланцем, с креплением на два винта.

Соединительные розетки FC выпускаются с квадратным фланцем (тип NTT) и с гайкой (D-тип) для компактного монтажа.

D-тип может устанавливаться на панель с гнездами под ST-розетку. Разрезной плавающий центратор в одномодовых розетках - керамический, в многомодовых - бронзовый.

Соединительная розетка SC имеет полимерный корпус. В одномодовых SC и дуплексных SC розетках плавающие центраторы обычно являются керамическими, в многомодовых SC и дуплексных SC - бронзовыми. Крепление на панели осуществляется металлическим фиксатором - защелкой, реже - винтами через отверстия фланца.

Полимерные или резьбовые металлические заглушки защищают розетки от попадания пыли.

Используются для соединения шнуров различных стандартов, для сопряжения аппаратуры различных производителей с ранее проложенными сетями, если их стандарты не совпадают.

Выпускаются переходные розетки всех наиболее часто используемых стандартов: FC-SТ, FC-SC, SC-ST, SC-D-ST. Присоединительные размеры могут соответствовать любой из розеток, однако поддержание большой номенклатуры достаточно дорого; поэтому, например, все переходные розетки от "ПТ Плюс" имеют фланец, соответствующий розетке SC.

Стандартные технические характеристики розеток:
вносимые потери на соединение стандартных шнуров:
для одномодовых (SM) 0.2 дБ - типично, 0.3 дБ - максимально
для многомодовых (ММ) 0.05дБ - типично, 0.2 дБ - максимально
Цвет пластмассовых полукорпусов:
SM: бежевый, синий, зеленый (АРС);
MM: черный
Рабочие температуры: -60…..+85 °С

Кроме коннекторов, выпускаемых российскими компаниями "ПТ" и "ПТ Плюс" (массово), "Оптел" (серийно) и "Техномаш" (мелкосерийно), на отечественном рынке присутствуют изделия от АМР, Мolex, FACI, Amfenol, Lucent Technology (Avaya); появляются, обычно в составе импортной аппаратуры, изделия других фирм. Многие отечественные предприятия занимаются сейчас сборкой шнуров с применением таких комплектующих.

Как правило, эти коннекторы и розетки выполнены из никелированных цинковых сплавов (литьем или методом порошковой металлургии) или из пластмасс.

Пластмассовые изделия не обладают высокой жесткостью и твердостью, свойственной металлам, но такие соединители (после включения желательно их не трогать) имеют право на существование, например, в офисах. Расчет прост: раз в два-три года меняется поколение компьютеров, причем редкая сеть может избежать модернизации после смены 2-3 поколений, значит, время жизни офисной сети без глубокой модернизации не может превышать 5-7 лет. Такое время в офисе прослужат и пластмассовые разъемы. Наверное, лучшими из простых пластмассовых коннекторов являются коннекторы типа SC, жесткая конструкция которых (с развязанным наконечником) неплохо ведет себя при переменных нагрузках на хвостовик, а худшими - коннекторы типа ST в комплекте с пластмассовыми розетками.

Конечно, за рубежом выпускаются также и изделия безукоризненного качества, например, измерительные шнуры от американской фирмы "Rifox" или швейцарского "Diamond", где детали для коннекторов изготавливают из латуни или сплавов типа мельхиора, но их стоимость несопоставима с ценой той продукции, которая продвигается на наши рынки.

Кроме трех основных типов одноканальных коннекторов, (занимающих, например, более 73% рынка США), на нашем рынке присутствуют и другие коннекторы, например, SMA, DIN, D4, Е-2000 (и начинают появляться SFF-типы, о которых следует рассказать отдельно).

Соединитель типа SMA морально устарел еще в начале 90-х годов. В этой конструкции, применявшейся одно время в странах НАТО (как оптический аналог электроразъема SMA), нет разрезного плавающего центратора; "нестандартные" наконечники диаметром 3.75 мм стыкуются в жесткой соединительной розетке без ключа, что ведет к высоким потерям и повреждениям торца волокна. Соединительная резьба - 3/8 дюйма, что тоже не способствовало популярности изделия.

Когда в начале 90-х годов "Перспективные Технологии" выпускали детали SMA-совместимого соединителя на своем производстве, пришлось существенно ужесточить допуски на размеры по сравнению с принятыми, например, в Англии. Ведь даже расчеты показывали невозможность получения хороших параметров на случайном сочетании розеток и коннекторов. С тех пор многое изменилось лучшему в качестве, но, тем не менее, на Западе тип SMA сейчас используется только для поддержания старой аппаратуры, а также в медицинских и других прикладных применениях волоконной оптики. В современных системах связи его нет. И если он все же порой появляется в изделиях, получаемых российскими предприятиями с Запада (даже в 2000 году), Вы можете сами сделать вывод о добросовестности поставщиков и компетентности покупателей.

Соединитель типа DIN имеет небольшие габариты (например, соединительная резьба - М5.5х0.5, диаметр гайки - 7 мм) и далеко выступающий керамический наконечник диаметром 2.5 мм, ключ от поворота. Достаточно широко применялся в Германии, поступает в Россию в составе аппаратуры. В Европе выпускается транснациональным концерном "Diamond", чьи предприятия расположены от Норвегии до Италии, а новые филиалы открыты в Венгрии и Чехии. Употребление на рынке США - не прослеживается.

Соединитель типа D4 - "ветеран" среди оптических разъемов; резьбовое соединение в розетке, гайка М8х0.75. Ключ, выступающий из корпуса вперед (нетехнологичная конструкция), и "нестандартный" наконечник диаметром 2 мм определили его незначительное потребление, что не помешало попытке скопировать его в конце 80-х годов для нужд нашей "оборонки" (у нас - Лист-Х). Употребление на рынке США - не прослеживается.

Соединитель типа Е-2000 - пластмассовый соединитель типа push-pull от "Diamond". Коннектор имеет наконечник диаметром 2.5 мм, корпуса коннектора и розетки - пластмассовые, со сдвигающимися в процессе включения заглушками, предохраняющими внутренние части от попадания пыли. По сравнению с остальными изделиями конструкция Е-2000 выглядит из-за таких усовершенствований сложнее, стоит существенно дороже. Насколько это оправдано - судить трудно, т.к. пылезащита особо важна вне офиса, а к объектовым пластмассовый соединитель относить, наверное, не следует. С одной стороны, чем сложнее конструкция, тем вероятнее отказы; с другой - мы имеем дело с традиционным качеством от "Diamond" (соединитель рассчитан на 2000 циклов открывания - закрывания), а переключаются коннекторы в реальной жизни нечасто.

Относительно сложная конструкция так и не смогла стать популярной в мире, хотя "родитель" широко рекламировал новинку и развернул ее производство в Восточной Европе. (Сейчас объем продаж Е-2000 в США - менее 1%, прогноз на 2004 и 2009 гг. - тот же.)

Другие одноканальники в России почти не встречаются.

В последние годы чаще начали появляться дорогие импортные коннекторы для ускоренной оконцовки в условиях объекта без использования эпоксидного клея. Такие технологии используют механическую фиксацию волокна встроенными в коннектор зажимами, термофиксацию клеями-расплавами и т. п.

Могут применяться в различных типах стандартных коннекторов.

Например, в коннекторах от 3М Hot Melt используется "передовая адгезивная технология без применения эпоксидных смол". На деле это означает, что коннектор содержит дозу клея-расплава. После нагрева в мини-печке, входящей в состав комплекта инструментов для оконцовки, волокно фиксируется в наконечнике и полируется. Цена таких коннекторов в 1.8 - 2.8 раза выше, чем обычных, цена комплекта инструментов - около 1000 $. Было время, когда продажи таких коннекторов на Западе непрерывно росли, и казалось, они полностью вытеснят эпоксидную технологию, однако этого не произошло, и объем продаж резко упал.

Возможно, это связано с хладотекучестью клеев-расплавов под давлением. В самом деле, если считать, что радиус торца наконечника выполнен правильно, а так называемый offset - отклонение оптической оси волокна от вершины радиуса не превышает 50 мкм, получается, что на волокно O 125 мкм приходится усилие пружины 6 -15 Н, т.е. давление на торец волокна может достигать тысяч атмосфер. Не исключено, что при таком давлении и перепадах температур волокно в клее-расплаве со временем смещается вдоль оси, а это влечет за собой ухудшение или потерю физического контакта, а значит, ведет к увеличению прямых потерь и к росту обратных отражений.

Коннекторы от АМР LightCrimp фиксируют волокно механическим зажимом: расположенные в корпусе коннектора (за наконечником) три шарика из мягкого сплава деформируются с помощью специального инструмента, обжимая волокно с трех сторон. После фиксации обработка волокна идет по традиционной технологии: скол, полировка. Существенным недостатком способа является то, что волокно не зафиксировано в капилляре наконечника. Микронный зазор между ними удерживает влагу и частицы абразива, которые могут в момент включения попасть между торцами коннекторов, сделав невозможным физический контакт волокон.

Этот недостаток ликвидирован, например, в коннекторах Corning® UniCam®

Коннектор уже содержит отрезок волокна, один конец которого вклеен в капилляр и отполирован, а второй конец вставлен в механический сплайс, размещенный в одном корпусе с капилляром.

Процесс оконцевания сводится к зачистке, точному сколу, установке и фиксации волокна в коннекторе. Время установки коннектора - около 1 минуты. Исключены требующие определенной квалификации работы по вклейке волокна и шлифовке торца капилляра.

Это позволяет эффективно применять коннекторы для инсталляции оптических сетей в условиях дефицита времени, а так же при замене и ремонте в условиях объекта.

При оконцевании, помимо стандартного набора инструментов, необходимо использовать универсальное устройство для инсталляции коннекторов UniCam® и универсальное кримпирующее устройство.

Типичные потери при таком способе оконцовки - 0.3 дБ (не следует забывать о том, что плата за скорость и удобство оконцовки - три стыка вместо одного: в сущности, в каждом из пары стыкуемых коннекторов имеется свой неразборный сплайс). Стоимость таких коннекторов в 4…5 раз дороже обычных SC и ST.

А вот "Diamond" считает более целесообразным подваривать оптическое волокно. Применяемая производителем технология установки коннекторов Е-2000 Fuision предполагает приваривание волокна из кабеля к уже установленному в разъеме отрезку волокна. Все операции (разделка, скалывание, сварка) осуществляются стандартным инструментом, но с использованием специальной установочной кассеты.

Соединитель "Diamond Е-2000" является своего рода переходным типом между изделиями сегодняшнего поколения и соединителями новой волны, т.н. small form factor . Вариант исполнения Е-2000 СОМРАСТ DUPLEX выпущен в габаритах стандарта RJ 45, что позволяет существенно уплотнять монтаж. Здесь два коннектора Е-2000 соединены защелкой в дуплексную вилку. Розетка - дуплексная, малогабаритная, моноблочная, с базой между центраторами 7.4 мм. Соединитель достаточно широко распространен в странах Восточной Европы, где расположены новые производственные мощности "Diamond". Среди производителей, лицензировавших у Diamond разъем CECC-LSH (Е-2000 - это торговая марка принадлежащая Diamond) следует отметить Reichle & De-Massari и Krone. Кроме того, дочерняя компания Diamond - FiberCraft - выпускает ряд активных и пассивных продуктов (адаптеры Ethernet, преобразователи среды, коммутационные панели и проч.) с применением E-2000.

Соединители small form factor.

Но настоящая "битва мини-разъемов", как образно назвали этот длительный и пока безрезультатный процесс, разворачивается исключительно в Соединенных Штатах. Соединитель SC, закрепленный стандартом TIA/EIA-586A, перестал удовлетворять требованиям пользователей, в частности, к горизонтальной разводке. SC в дуплексном варианте слишком велик, а это предполагает использование специальных лицевых панелей для розеток. Отсюда - трудности установки совместно с RJ-45, малая плотность монтажа.

В подкомитет TIA FO-6.3 начали поступать запросы на стандартизацию рассчитанного на применение в локальных сетях соединителя, в том числе и для пластиковых (обратите внимание, на то, чем собираются вести последнюю стометровку!) волокон , того же размера, что и стандартные розетки RJ-45 для меди. Новое поколение разъемов должно, с точки зрения заказчиков, удовлетворять следующим требованиям: изначальная ориентация на рынок горизонтальной проводки, наличие дуплексного решения, соответствие по размеру RJ-45. При этом компания Panduit первой представила соединитель FJ (Fiber Jack, или OPTI-JACK). Были представлены также соединители Volition (или VF-45) от 3M, Mini-MT (Mini-MPO) от Siecor (Corning Cable Sistems), Mini-MAC от Berg, LC от Lucent, SCDC/SCQC (2/4 волоконных разъема в корпусе SC) от Siecor и разъем MT-RJ от AMP. Этот тип соединителя AMP продвигает не в одиночку, а при поддержке таких компаний, как Hewlett-Packard, Siecor, Fujikura и USConnec. SCDC/SCQC имеет также поддержку со стороны IBM и Siemens.

Судя по сложившейся ситуации, среди претендентов уже выделились лидеры и выявились два аутсайдера - это разъемы mini MT и SCDC/SCQC.

Оставшиеся разъемы будут применяться хотя бы как решения для коммутационных панелей. Panduit не откажется от своей разработки Opti Jack, 3M будет продвигать свой разъем Volition (VF-45). Эти разработки вряд ли найдут применение где-либо, кроме коммутационных панелей, так как им необходима поддержка производителей активного оборудования, но те сегодня склоняются к двум другим решениям. Это соединители MT-RJ и LC. Соединитель от AMP пользуется поддержкой Hewlett-Packard и Cisco, а также ряда производителей компонентов. Lucent же сама по себе имеет значительный вес как производитель сетевого и телекоммуникационного оборудования, к тому же компанию также поддерживают другие производители. Характерно, что один из ведущих производителей волоконно-оптических продуктов - Molex - приобрел лицензии как на технологию LC, так и на MT-RJ. Соединители LC уже доступны для заказа в России. AMP и Molex также объявили о начале поставок серии MT-RJ в Россию.

Поскольку такие соединители нового поколения (Small form factor ) проникают на отечественный рынок, следует иметь о них хотя бы минимальное представление.

Small form factor как правило, выпускаются либо в дуплексном варианте, либо с возможностью объединения двух коннекторов в один дуплексный; габариты - в стандарте RJ 45. Возможно, что универсальность LC и MU дадут им определенные преимущества в объемах продаж и распространении перед чисто дуплексными решениями; отчасти это подтверждается меньшим спросом на Opti Jack - вряд ли это только следствие недостаточной поддержки со стороны поставщиков активного оборудования, хотя такая поддержка очень существенна. Ниже мы рассмотрим соединители Small form factor в порядке возможной востребованности заказчиками.

Соединитель LC от Lucent - простой коннектор с развязанным от корпуса наконечником, механизм фиксации - RJ-45, выпускается в вариантах MM и SM. Диаметр керамического наконечника 1.25 мм; корпус - пластмассовый, детали - пластик, металл. Потери, по данным Lucent - 0.2 дБ. Легко объединяется в дуплекс.

На начало 2000 г. продажи на Западе составили 2.5 млн. разъемов (40% MM и 60% SM, но объемы продаж ММ растут быстрее).

Соединитель MT-RJ , разработанный консорциумом производителей в составе AMP, Hewlett-Packard, Siecor LIN, Fujikura и USConnec, имеет широкую поддержку в сетевой отрасли. Представляет собой миниатюрный дуплексный разъем, в прямоугольный корпус которого, не имеющий наконечников, но содержащий пару металлических направляющих, предварительно устанавливаются два волокна. Для подключения кабеля предусмотрен механический сплайс. После установки кабель фиксируется поворотом запирающего ключа. Выпускается в вариантах MM и SM. Средние потери - 0.2 дБ. Используется в коммутаторах, маршрутизаторах, концентраторах, сетевых платах и коммутационных платах более чем 45 компаниями. Не сможет стать универсальным, т.к. существует только в дуплексном варианте исполнения; технологически сложен в производстве, в отличие от соединителей с керамическими наконечниками может выпускаться далеко не всеми желающими, даже при покупке лицензий и ноу-хау. Здесь уместно также вспомнить судьбу других коннекторов с нестандартной присоединительной базой - CMA, Biconic и др.

Соединитель MU похож на SC, уменьшенный в поперечнике примерно вдвое. Механизм фиксации аналогичен SC, т.е. сложнее, чем у LC, а с учетом уменьшения габаритов может быть и менее надежен; выпускается в вариантах MM и SM. Наконечник и центратор - керамические, диаметром 1.25 мм, корпус пластмассовый, детали - пластик, металл. Выпускается компанией NTT-AT и другими фирмами.

Соединитель Volition (VF-45) . Широко рекламировался, как не содержащий дорогостоящих керамических наконечников. Однако это же можно считать и недостатком - невозможен физический контакт волокон, что резко ограничивает применение разъема (только многомод 62.5/125 с потерями до 0.5 и более дБ). Соединитель смотрится крупнее рассмотренных выше изделий, имеет излом оси, что может оказаться не всегда удобным в применении.

Резко отличающаяся от других типов коннекторов технология фиксации волокон в V-образных канавках также не добавила популярности новому разъему.

Приведенные в журнале Lightwave сведения о продажах соединителей в 1999 г., прогноз на 2004 и 2009 гг. по рынку США позволяют судить о популярности старых и новых соединителей, их предполагаемой "долговечности" на рынке, приоритетах покупателей. Данные пересчитаны только на коннекторы (изъяты обезличенные объемы продаж розеток, а также сплайсов - механических соединителей двух сколотых волокон в капилляре с иммерсией) и поэтому отличаются от журнальных. Положение на рынках США и Европы может отличаться, однако следует учесть, что основное количество активного оборудования, в том числе для СКС, выпускается под спрос в США, а это во многом определяет структуру пассивных компонентов в мире.

Выводы . В ближайшие годы начнется перераспределение мирового рынка коннекторов. При этом, как считают американские эксперты, до 2009 г. значительно (примерно в четыре раза) снизится доля коннекторов ST и FC, в 1.75 раза уменьшится доля SC коннекторов, резко увеличится доля LC , объем продаж которых сравняется с SC. Доля MT-RJ коннекторов вырастет почти вдвое, однако объем продаж в итоге будет почти вдвое меньше, чем у LC. Е-2000 и VF-45 сохранят свои минимальные доли рынка. Следует учесть, что все это перераспределение будет происходить на фоне общего роста объемов продаж - более чем вдвое за каждые 5 лет вплоть до 2009 г. - последнего прогнозируемого. Поэтому абсолютный рост выпуска будет наблюдаться у всех типов коннекторов. В России эти тенденции обычно проявляются с задержкой в полтора - два года. Возможно, они будут сглажены ориентацией наших предприятий на надежные и, главное, долговечные металлические коннекторы. Новые разъемы будут проникать в Россию в первую очередь с новой высокоскоростной аппаратурой связи и спектрального уплотнения, а также в составе комплексных поставок западных СКС.

1. Технологии и средства связи, 1-2001, с.72 Традиционные оптические соединители. В. Репин
2. Технологии и средства связи, 1-2001, с.74 Оптические соединители нового поколения. Н. Гуща
3. Технологии и средства связи, 1-2001, с. 76 Тенденции и прогнозы. В. Репин

Оптические разъемы (коннекторы) применяются при оконечивании оптических волокон для их стыковки с пассивным или активным телекоммуникационным оборудованием.

На сегодняшний день представлено большое количество специализированных оптических коннекторов. Наибольшее распространение получили оптические разъемы типов SC , FC , ST , имеющие стандартные размеры и миниатюрные LC . Принцип работы у них одинаковый, различны только способы фиксации или тип крепления к гнезду.

Оптический разъем ST типа имеет наконечник диаметром 2,5мм с выпуклой торцевой поверхностью. Фиксация вилки на розетке выполняется подпружиненным байонетным элементом, поворачивающимся на 1/4 оборота. Направляющие оправы сцепляясь с упорами ST-розетки при вращении вдавливают конструкцию в гнездо. Пружинный элемент обеспечивает необходимое прижатие.

Оптический разъем типа SC типа самый популярный среди разъемов с прямоугольным поперечным сечением. Фиксация осуществляется за счет защелки с фиксатором по принципу «push-pull». Линейное движении при подключении и отключении делает этот разъем особенно для применения в 19-дюймовых полках, так как позволяет увеличить плотность портов за счет сближения розеток. Защелка открывается только при вытягивании за корпус, что увеличивает эксплуатационную надежность. Оптический SC-коннектор может объединяться в модуль, состоящий из нескольких разъемов Duplex.

Оптический разъем типа FC фиксируется резьбовым соединением. ориентированы , в основном, на применение в одномодовых линиях дальней связи, специализированных системах и сетях кабельного телевидения. Конструкция разъема обеспечивает надежную защиту керамического наконечника от загрязнений, а применение для фиксации накидной гайки дает большую герметичность зоны соединения и надежность соединения при воздействии вибраций.

Миниатюрные оптические разъемы типа LC имеют размеры примерно в два раза меньше, чем обычные варианты SC, FC, ST с диаметром наконечника 1,25 мм, вместо стандартного 2,5 мм. Это позволяет реализовать большую плотность при установке на коммутационной панели и плотную схему установки в стойку. Коннектор фиксируется с помощью прижимного механизма.

Также мы рады предложить вам разъемы различающиеся по способу установки:

Один из самых простых методов по установке разъемов на волокно - клеевой. Для фиксации волокна в сердечнике разъема в этом методе применяется эпоксидная смола.

Быстрый коннектор, позволяет легко и быстро произвести оконцовку оптических кабелей. В магазине Вы можете найти все необходимое для монтажа быстрого коннектора.

Они предназначены для быстрого оконечивания оптических кабелей по уникальной технологии «Splice-On» с помощью сварочного аппарата Ilsintech Swift F1.

Самыми главными врагами оптических разъемов, препятствующими высокоскоростной передаче данных являются грязь, пыль и другие загрязняющие вещества.

Оптические разъемные соединения волокон (их часто называют оптическими разъемами или коннекторами (connectors)) обеспечивают многократные (500…1000 циклов) соединения/разъединения волокон. На рынке существует большое количество специализированных разъемов в двух типоразмерах: стандартном и миниатюрном. Наиболее распространены три типа стандартных разъемов: FC, ST, SC и шесть типов миниатюрных разъемов: MT-RJ, LC, VF-45, LX-5, Opti-Jack, SCDC-SCQC.

Наиболее высокие требования к качеству разъемов предъявляются при соединении одномодовых волокон, где в основном используются стандартные разъемы типа: FC, ST, SC. Разъемы типа FC ориентированы на применение в линиях дальней связи и в сетях кабельного телевидения. Это единственный тип разъема, рекомендованный для применения на подвижных объектах, так как он лучше других выдерживает вибрацию и удары.

Основным недостатком FC разъемов является то, что он обеспечивает меньшую плотность монтажа, чем разъемы ST и SC. Для закрепления разъема FC в розетке необходимо закрутить накидную металлическую гайку с резьбой. В тоже время разъем типа ST крепится к розетке с помощью байонетной гайки, а разъем SC еще проще - с помощью пластмассовой защелки. Однако разъемы типа ST и SC обладают менее жесткой конструкцией, чем разъемы типа FC и рекомендованы только для стационарных объектов. Минимальную же плотность монтажа (почти в 2 раза меньшую) обеспечивают миниатюрные разъемы. Среди них на сегодняшний день наиболее популярны разъемы MT-RJ и LC. Они применяются преимущественно с многомодовыми волокнами в локальных вычислительных сетях, где особенно велика потребность в увеличении плотности монтажа.

Рассмотрим более подробно конструкцию разъемного соединителя для FC разъемов. В ней содержатся все принципиально важные решения, используемые в соединителях с разъемами другого типа. Конструктивно разъемный соединитель представляет собой два разъема и соединительную розетку. Оптические волокна вклеены в керамические наконечники разъемов диаметром 2.5 мм (в миниатюрных разъемах диаметр наконечника 1.25 мм). Разъемы центрируются в розетке с помощью плавающего центратора в виде разрезной втулки из керамики для одномодового волокна или из бронзы для многомодового волокна. Наконечники разъемов прижимаются друг к другу в центраторе с помощью пружин и, таким образом, место соединения волокон механически развязано относительно корпуса розетки. Фиксация разъемов в розетке может быть резьбовой (FC), байонетной (ST) и замковой (SG).

Торцевые поверхности волокон в оптических разъёмах имеют сферическую форму с радиусом закругления 10…25 мм для PC разъёмов (PC – Physical Contact) и 5…12 мм для АРС разъемов (АРС – Angled Physical Contact). В соединенном состоянии торцы стыкуемых наконечников прижимаются друг к другу с определенным усилием (обычно 8…12 Н). Возникающая при этом эластичная деформация наконечников приводит к появлению оптического контакта (рис. А. 13).

Рис. А. 13. Схема образования оптического контакта в месте соединения наконечников разъемов PC и АРС.

Две поверхности считаются находящимися в оптическом контакте, если расстояние между ними много меньше длины волны света. При этом чем меньше расстояние между этими поверхностями, тем меньше будет и величина отраженного от них света. Качество оптического контакта определяется качеством шлифовки и последующей полировки торцевой поверхности волокон. Для PC разъёмов ETSI рекомендует величину коэффициента френелевского отражения от места оптического контакта менее – 35 дБ. Стандартная шлифовка, как правило, обеспечивает – 40 дБ.

Многие поставщики оптических коммутационных шнуров предлагают разъёмы со специальной шлифовкой, обеспечивающие коэффициент отражения менее – 55 дБ. Это так называемые разъёмы Супер- и Ультра-PC. На практике такая шлифовка оказывается беспо-лезной, так как буквально после нескольких подключений коэффициент отражения увеличивается до величины, свойственной обычному PC разъёму. Происходит это из-за неизбежного появления пыли и микроцарапин на торцевых поверхностях разъёмов.

Поэтому, когда требуется коэффициент отражения не хуже - 55 дБ, разумнее использовать АРС разъемы. В АРС разъёмах нормаль к контактной поверхности наклонена к оси наконечника под углом 8° (рис. А. 13). В такой конструкции коэффициент отражения не превышает - 60 дБ как в соединенном, так и в разъединенном состоянии. В соединенном состоянии типичным является значение от –70 до –80 дБ.

Таким образом, в PC и АРС разъёмах только ничтожно малая часть излучения отражается от места соединения торцов волокон. Поэтому потери, вызванные отражением света, пренебрежимо малы. Если пренебречь так же потерями, возникающими из-за дефектов на торцах волокон, то основной причиной, вызывающей потери в месте соединения разъемов, является смещение сердцевин соединяемых волокон относительно друг друга вследствие эксцентриситета (неконцентричности) как самих волокон, так и деталей крепления разъёма (рис. А.14).

Рис А. 14. Сложение разных видов неконцентричности в наконечнике

Оценим допустимую величину смещения сердцевин волокон исходя из того, что потери в разъемах, в соответствии рекомендациями ETSI, не должны превышать 0.5 дБ. Зависимость этих потерь от величины смещения сердцевин d описывается формулой: ?d(дБ) = 4.34 (2 d/w)2. Учитывая, что диаметр модового поля w ? 10 мкм, получаем, что величина смещения сердцевин друг относительно друга должна быть меньше 1.7 мкм.

Потери принято относить к одному определенному разъёму (несмотря на то, что измеряемой величиной являются потери в месте соединения двух разъемов). Так можно делать, когда потери в месте соединения разъемов обусловлены только смещением сердцевин волокон и один разъём при этом образцовый (его также называют материнским или мастер-разъёмом). Образцовый разъем А выделен среди других разъёмов тем, что в нем ось сердцевины волокна совпадает с номинальным центром разъёма (рис. А. 15).

Рис. А. 15. Местоположение сердцевины волокна в наконечниках: (а) – в типовом (некалиброванном) разъёме и (б) – в образцовом разъеме А.

Все измерения при изготовлении оптических шнуров выполняются только относительно образцового разъёма. Данные именно этих измерений и указываются в каталогах всех производителей, а также на упаковке готовых изделий. Но при использовании оптических шнуров типовой разъём стыкуется не с образцовым разъёмом, а с таким же типовым разъемом (любой с любым). В таких соединениях смещения сердцевин получаются больше почти в 1.5 раза, а потери (в дБ) увеличиваются при этом примерно в 2 раза (рис. А. 16).

Рис. А. 16. Гистограмма распределения потерь, вносимых при соединении типовых (некалиброванных) разъемов (любого с любым).

Для компенсации негативного влияния эксцентриситета применяются различные способы регулировки (настройки) разъемов. Наибольшее распространение получила технология, в которой используется образцовый разъём Б (со смещенной сердцевиной во-локна). В образцовом разъёме Б сердцевина волокна смещена относительно номинального центра (параметры оговорены в спецификации IЕС) примерно на половину радиуса зоны возможных отклонений сердцевины (рис. А. 17).

Рис. А. 17. Местоположение сердцевины волокна в наконечниках: (а) – в некалиброванном разъеме и (б) – б образцовом разъеме Б.

Потери в месте соединения наконечников стандартного разъёма и образцового разъема Б, как легко видеть из рис. А. 17, будут изменяться при вращении одного из наконечников вокруг продольной оси. Своих экстремальных значений эти потери достигают в положениях, где совпадают азимуты их сердцевин. Таким образом, имеется возможность при изготовлении разъёма настраивать его на минимум потерь. Для этой цели (только в разъемах типа FC) имеется специальный ключ.

Настройка разъёма осуществляется следующим образом. Вращая изготовленный наконечник вокруг продольной оси, определяют его положение относительно образцового, при котором достигается наименьший уровень вносимых потерь, после чего наконечник фиксируется в корпусе разъёма. Наконечник может быть вставлен в корпус разъема в одном из четырех положений (со смещением вокруг оси на 90°). В результате сердцевина волокна попадает в строго определенный (относительно корпуса разъёма) квадрант торцевой поверхности (рис. A. 17). При соединении откалиброванных таким способом разъёмов (любого с любым) потери получаются в среднем примерно в два раза меньше (рис. А. 18).

Рис.А.18. Гистограмма распределения потерь вносимых при соединении калиброванных разъемов (любого с любым).

Достоинство этого способа настройки разъёмов, кроме эффективного уменьшения потерь (таблица № А.1), заключается также и в том, что используются стандартные наконечники, и что стоимость таких калиброванных разъёмов увеличивается незначительно. Этот способ настройки специфицирован IЕС и поддержан большинством крупных производителей, что обеспечивает совместимость и взаимозаменяемость изготавливаемых ими разъёмов.

Таблица № А.1. Потери, вносимые при соединении разъёмов.

В настоящее время на телекоммуникационных сетях в Европе наиболее часто применяются некалиброванные разъемы со специфицированным значением вносимых потерь (относительно образцового разъёма) не более 0.5 дБ. Однако поскольку с ростом числа телекоммуникационных сетей возрастает и количество точек соединений, то для снижения величины полных потерь все чаще применяются калиброванные разъёмы.

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.

Рост числа эксплуатируемых портов, скоростей и дальности передачи информации требует новых подходов к организации подключения портов оборудования и СКС. Один из подходов - использование разъемов типа LC, которые выпускаются в разнообразных конструктивных исполнениях. Однако не все они эффективны в условиях высокой плотности монтажа пассивных и активных портов.

Разъем LC

Оптический интерфейс типа LC (Lucent Connector) - один из самых широко используемых сегодня типов разъемных соединителей. Разъем был представлен рынку в 1996 г. компанией Lucent Technologies и получил признание специалистов благодаря ряду преимуществ, которые получает пользователь в реальных условиях эксплуатации конечного пассивного и активного оборудования наряду с использованием SFP-трансиверов. По оценкам аналитиков, на сегодня по всему миру установлено более 60 млн коннекторов LC. В настоящее время около 30 компаний официально обладают лицензией на производство данного типа интерфейса.

Среди главных преимуществ оптического соединителя LC - возможность разместить дуплексный оптический порт на той же площади, что и медный порт RJ45 (рис. 1), к тому же в соединителе LC используется схожий механизм фиксации защелкой.

В первоначальном варианте исполнения оптическая розетка LC имела посадочные размеры, равные размерам отверстия под медную розетку, что допускало «повторное использование» существующих медных коммутационных панелей и их комбинирование.

До недавнего прошлого удельный вес оптической проводки в общем объеме кабельной системы составлял менее 10%, поскольку основные задачи подключения активного оборудования эффективно решались с помощью традиционных медножильных СКС различных категорий. Ситуация начала меняться с появлением приложений 10G Ethernet и развитием инфраструктуры сетей хранения данных, работающих по протоколу Fibre Channel, который требует более низкого уровня потерь в канале.

Ограниченность доступных площадей в машинных залах ЦОДов и общий рост числа единиц активного оборудования на единицу площади зала привели к появлению более эффективного - с точки зрения размеров, энергопотребления и охлаждения - активного оборудования. В свою очередь это заставило производителей структурированных кабельных систем адаптировать свои решения для размещения большего количества пассивных оптических портов за счет внедрения новой малогабаритной дуплексной розетки LC (так называемый тип SC foot print), посадочные размеры которой совпадают с размерами стандартной симплексной розетки SC (рис. 2).

Плотность или удобство

Появление малогабаритной дуплексной розетки LC позволило повысить плотность монтажа за счет более тесного расположения портов на коммутационной оптической панели. Сегодня на одном стандартном юните высоты можно разместить до 48 дуплексных розеток LC. С точки зрения инфраструктуры ЦОДа это означает, например, возможность существенно сократить количество используемых юнитов в стойке с активным оборудованием, сделать коммутационное поле компактнее. Однако с эксплуатационной точки зрения остается нерешенным вопрос удобства обслуживания подключаемых оптических разъемов LC. Именно здесь большинству производителей СКС так и не удалось существенно продвинуться в технологическом плане.

Удобство эксплуатации любого разъемного соединения в общем случае подразумевает, что можно получить свободный доступ к оптическому разъему, не затрагивая соседние, уже подключенные соединители. Эта проблема особенно критична в условиях высокой плотности монтажа, которая сегодня характерна для центральных коммутационных оптических кроссов, а также при подключении целого ряда типов сетевых коммутаторов или маршрутизаторов.

Не секрет, что еще несколько лет назад специалисты отделов эксплуатации крайне негативно воспринимали интерфейс LC, ссылаясь на то, что он имеет крайне малые размеры в сравнении с привычным соединителем SC, что его сложно извлечь из розетки (часто производители СКС предлагали даже использовать специальный инструмент, облегчающий эту операцию), что образуется «борода» из перепутанных патчкордов, так как защелки разъемов все время цепляются за кабель, усложняя процесс извлечения оптического шнура.

Поскольку плотность подключений в случае LC выше в два и более раза по сравнению с другими соединителями (например, SC), а конструктивное исполнение защелки разъема LC и медного разъема RJ45 реализовано сходным образом, то в условиях подключенных шнуров доступ к защелкам существенно ограничен (рис. 3, а). Думаю, большинство специалистов хорошо помнят лучший инструмент для обслуживания дуплексных подключений LC - обычный пинцет.

Разработчики и производители оптических разъемов LC, приняв во внимание это ограничение, внесли конструктивные изменения в форму защелки (рис. 3, б). Разнообразные варианты исполнения, предлагаемые разными производителями, предполагают, например, создание дополнительной площадки для нажатия на защелку разъема (площадка является частью либо корпуса разъема, либо дуплексной клипсы), увеличение полезной рабочей площади защелки либо усложнение геометрии ее поверхности, чтобы нажатие на защелку разъема срабатывало более эффективно.

Наличие дополнительной площадки упрощает доступ к защелкам разъема и уменьшает перепутывание оптических шнуров. С другой стороны, в силу особенностей деформации полимерного материала и малых размеров защелки невозможно обеспечить равномерный нажим на защелки в дуплексном варианте исполнения соединителя LC. Обычно это вызывает залипание дуплексного разъема при отключении, когда одна защелка сработала, а вторая нет. Наряду с дополнительными затратами времени и сил это может привести к разрушению корпуса разъема из-за несимметричной боковой нагрузки.

Среди интересных, нестандартных решений, имеющихся на рынке, следует отметить конструктивное исполнение разъема LC с так называемой обращенной защелкой (рис. 4). Сохраняя полную совместимость с розетками стандартного исполнения, такая конструкция разъема обеспечивает хороший доступ к защелкам за счет увеличенной площадки, снижает вероятность перепутывания оптических шнуров из-за того, что кабель оптического шнура зацепится за защелку. Кроме того, в дуплексном исполнении благодаря конструкции используемой клипсы прикладываемое усилие равномерно распределяется на обе защелки.

Гибкие хвостовики

Один из альтернативных подходов, повышающих удобство обслуживания разъемных соединений LC в условиях высокой плотности монтажа, - использование укороченных гибких хвостовиков (рис. 5). Производители, предлагающие такие решения, сообщают о том, что реализуется удобный доступ к оптическим портам и что возможна безопасная выкладка коммутационных шнуров даже в условиях ограниченного пространства между плоскостью установки оборудования и дверью шкафа.

Отметим, однако, что использование укороченного тела разъема и/или гибкого хвостовика тем не менее не решает вопрос удобства доступа к защелкам самого разъема.

Конструкция LC-HD

С точки зрения эксплуатации разъемных соединений представляет особый интерес возможность комбинировать высокую плотность подключений, свойственную интерфейсу LC, с вариантом фиксации push-pull интерфейса SC. В этом случае доступ к защелкам разъемов, особенно в дуплексном исполнении, вообще не требуется. На рынке сегодня представлена такая конструкция (рис. 6) под торговой маркой LC-HD (предмет действующего патента), где аббревиатура HD означает High Density.

Производитель, сохранив полную совместимость со стандартными розетками LC и трансиверами SFP/SFP+, создал решение для организации высокой плотности подключений как на коммутационных панелях, так и на картах/лезвиях активного оборудования. Главная его особенность - использование специальной клипсы, благодаря которой вообще нет необходимости в доступе к защелкам разъемов.

Предлагаемое конструктивное решение одинаково эффективно работает в случаях горизонтальной и вертикальной ориентации розеток LC или оптических трансиверов, например на лезвиях тяжелого многопортового коммутатора (рис. 7).

Прикладывая к защелкам разъемов равномерное и симметричное усилие, пользователь может подключить или отключить дуплексный разъем от порта коммутатора практически вслепую - это типичная ситуация, например, при использовании лезвий с сверхплотным монтажом трансиверов.

Немного о перспективах

И в заключение хочется обратить внимание на особый вид оптического дуплексного интерфейса - mini-LC. Это решение возникло как следствие попытки увеличить плотность монтажа трансиверов на лезвии коммутатора. Характерной его особенностью является уменьшенное расстояние между геометрическими центрами разъемов - 5,25 мм вместо 6,25 мм для стандартного исполнения. Соответствующие изменения были внесены и в конструкцию трансиверов, которые получили название mini-SFP.

По-видимому, практическое будущее такого решения пока неочевидно, хотя целый ряд производителей оптических разъемов заявил о доступности для заказа разъемов mini-LC и коммутационных шнуров на их основе. В любом случае данное решение не может быть адаптировано в рамках законченной кабельной системы, так как не выполняется требование совместимости и универсальности кабельной проводки по отношению к активному оборудованию различных вендоров в машинном зале ЦОДа.

В целом же разработчики и производители пассивных компонентов находятся только в самом начале пути, и безусловно, новые интересные инженерные решения еще будут представлены вниманию рынка.