Budowa światłowodów

Światłowód to falowód służący do przesyłania promieniowania świetlnego. Jest w formie włókien dielektrycznych - najczęściej szklanych, z otuliną z tworzywa sztucznego, charakteryzującego się mniejszym współczynnikiem załamania światła niż wartość tego współczynnika dla szkła. Promień światła rozchodzi się w światłowodzie po drodze będącej łamaną tzn. ulegając kolejnym odbiciom (w przypadku światłowodu z włókien są, to odbicia całkowite wewnętrzne).

Kabel światłowodowy składa się z następujących elementów: (od środka):
rdzeń (core)
płaszcz (cladding)
powłoka lakierowa (coating)
wzmocnienie (strenght member)
płaszcz zewnętrzny (outer jacket)

Rdzeń (core) znajduje się pośrodku kabla i jest medium propagacyjnym sygnału. Wykonany jest ze szkła kwarcowego lub plastiku (POF - Plastic Optic Fiber). Obecne rdzenie mają średnice rzędu 8 mikronów dla światłowodu jednomodowego do 1000 mikronów dla wielomodowych światłowodów plastikowych (POF).

Płaszcz (Cladding) wykonany jest z materiału o niższym współczynniku załamania światła niż rdzeń. Różnica ta powoduje, że zachowuje się niczym "lustro" otaczające rdzeń, kierując promień do wnętrza rdzenia, formując falę optyczną.

Powłoka lakierowa (zwana również buforem lub buffer coating) chroni warstwę płaszcza. Wykonany jest z materiałów termoplastycznych i specjalnego żelu chroniącego włókno przed uszkodzeniami mechanicznymi (np. wskutek wibracji). Kabel światłowodowy pod wpływem różnych temperatur może zmieniać swoje właściwości mechaniczne i fizyczne (wydłużać się lub skracać).

Jako ochronę włókna podczas instalacji i przed zgubnym wpływem środowiska używa się powłoki zwanej strenght members, wykonana ona jest z różnych materiałów, poczynając od stali a kończąc na Kevlarze (materiał opracowany przez firmę DuPont, wykonuje się z niego min kamizelki kuloodporne). W pojedynczym i podwójnym kablu zabezpieczenie to wykonuje się jako otulinę coating. W kablach, gdzie jest kilka
bądź kilkanaście włókien strenght member
stosuje się centralnie wewnątrz przewodu.

Płaszcz (jacket) jest ostatnią warstwą ochronną kabla i służy do ochrony przed uszkodzeniami powstałymi w wyniku oddziaływania niekorzystnych warunków środowiska w jakim znajduje się światłowód.

Światłowody ze względu na zastosowanie dzieli się na :
- stacyjne,czyli tzw. zewnętrzne
- trakcyjne,tzw. wewnętrzne.

Kable stacyjne wykorzystuje się przy transmisji sygnałów cyfrowych i analogowych do transmisji danych, głosu i obrazu, mających zastosowanie w teleinformatycznych sieciach rozległych . Mają one także zastosowanie w sieciach lokalnych.

Kable te implementuje się w pomieszczeniach zamkniętych, w tunelach kolejowych i drogowych, wykonuje się także połączenia między urządzeniami optoelektronicznymi i rozgałęzieniami sieci w budynkach.

Powłoka zewnętrzna kabli jest wykonana z materiałów o wysokim stopniu wytrzymałości na ścieranie jak i odpornych na ogień .

Często stanowi też ochronę przed atakami gryzoni. W niektórych kablach centralny dielektryczny element wytrzymałościowy oraz wzmocnienie na ośrodku z włókien aramidowych zespolonych tzw. hot-meltem, pozwalają na uzyskanie dużej odporności kabli na naprężenia podłużne i poprzeczne.

W kablach stacyjnych stosuje się najczęściej ogólnie przyjęte kolory powłoki zewnętrznej światłowodu ,są to:
- kolor żółty - światłowód jednomodowy
- kolor pomarańczowy - światłowód wielomodowy

Wybrane kable optotelekomunikacyjne stacyjne:

Kabel w ścisłej tubie wielowłóknowy ,rozdzielczy :
* powłoka kabla: polwinitowa (nierozprzestrzeniająca płomienia)
* tuba: ścisła 0.9mm
* moduł ze światłowodami
* włókno optyczne: jednomodowe lub jednomodowe z przesuniętą dyspersją, wielomodowe G/50 lub wielomodowe G/62,5.

Kabel w ścisłej tubie wielowłóknowy:
* powłoka kabla: polwinitowa (nierozprzestrzeniająca płomienia)
* tuba: ścisła 0.9mm
* włókno optyczne: jednomodowe lub jednomodowe z przesuniętą dyspersją, wielomodowe G/50 lub wielomodowe G/62,5
* włókna: aramidowe w ośrodku

Kabel tubowy wewnątrzobiektowy:
* powłoka kabla: bezhalogenowa (tworzywo trudnopalne)
* tuba: luźna ze światłowodami wypełniona żelem optycznym
* uszczelnienie ośrodka: żel hydrofobowy
* element wytrzymałościowy centralny: dielektryczny pręt FRP w powłoce z PE, lub bez powłoki
* wkładka: polietylenowa
* włókno optyczne: jednomodowe lub jednomodowe z przesuniętą dyspersją, wielomodowe G/50 lub wielomodowe G/62,5
* ośrodek kabla: skręcone tuby lub tuby i wkładki wokół elementu centralnego

Kable trakcyjne, podobnie jak stacyjne, są przeznaczone do transmisji sygnałów cyfrowych i analogowych wykorzystywanych do transmisji: danych , głosu i obrazu , stosowanych w teleinformatycznych sieciach dalekosiężnych , rozległych i lokalnych.

Kable są przystosowane do układania w kanalizacji kablowej pierwotnej i wtórnej. Kable podwieszane na liniach napowietrznych są wyposażone w stalowe linki pełniące funkcję wzmacniającą.

Mogą być one zawieszone m.in. na trakcji kolejowej, liniach energetycznych średnich i małych napięć lub liniach telekomunikacyjnych miedzianych.

Poza tym wraz z kablem może biec linia elektryczna, dzięki której na końcu linii światłowodowej można zasilać różne odbiorniki i przetworniki sygnału.
Zewnętrzna powłoka kabli stanowi ochronę ich przed atakami gryzoni, jest odporna na ścieranie, promieniowanie UV oraz korozję naprężeniową.
Poza tym kable mogą być zaopatrzone we wzmocnienie z włókien aramidowych lub przeciwwilgociową barierę aluminiową na ośrodku pod powłoką.

Kabel tubowy kanałowy, przeciwgryzoniowy
* powłoka kabla dwuwarstwowa: poliamidowo-polietylenowa (VX-poliamid na zewnątrz lub XV-PE wysokiej gęstości na zewnątrz)
* tuba: luźna ze światłowodami wypełniona żelem optycznym
* wypełnienie tuby: żel optyczny
* uszczelnienie ośrodka: żel hydrofobowy
* włókno optyczne: jednomodowe lub jednomodowe z przesuniętą dyspersją, wielomodowe G/50 lub wielomodowe G/62,5
* ośrodek kabla: skręcone tuby lub tuby i wkładki wokół elementu centralnego
- ośrodek jest 6-cio, 8-mio lub 12-to elementowy
element wytrzymałościowy centralny: dielektryczny pręt FRP w powłoce z PE, lub bez powłoki
* wkładka: polietylenowa.

Kabel tubowy samonośny, ósemkowy:
* powłoka kabla: polietylenowa, łączy mostkiem kabel z elementem nośnym, czarna
* tuba: luźna ze światłowodami wypełniona żelem optycznym
* żel optyczny: o właściwościach hydrofobowych
* element wytrzymałościowy centralny: dielektryczny pręt FRP w powłoce z PE, lub bez powłoki
* uszczelnienie ośrodka: żel hydrofobowy
* włókno optyczne: jednomodowe lub jednomodowe z przesuniętą dyspersją, wielomodowe G/50 lub wielomodowe G/62,5
* ośrodek kabla: skręcone tuby lub tuby i wkładki wokół elementu centralnego
- ośrodek jest 6-cio, 8-mio lub 12-to elementowy
* wkładka: polietylenowa
* element nośny: linka stalowa lub pręt dielektryczny umieszczony w mostku.