По теме старения оптоволокна • теория •
Измерение механических характеристик волокон
Разрывная прочность
Статическая усталость
Долговечность волокон
Метод бриллюэновской рефлектометрии
+ Из переписки
Большое затухание ОВ G.652 на волне 1550 нм
Преждевременное старение подвесного оптического кабеля

+ Из практики
Конструкция кабеля и натяжение оптоволокна

Старение оптоволоконных (оптических) кабелей

Как-то тема старения оптоволокна долгое время мне казалась не актуальной. Все специалисты-теоретики и особенно производители в один голос утверждали, что срок службы оптического кабеля 20-25 лет, типа проложил и забыл. Сам я работал в строительно-монтажной организации и в процессе дальнейшей эксплуатации смонтированных линий связи участия не принимал. Обратиться к этой теме заставили два письма косвенно затронувших проблемы эксплуатации оптоволоконных линий связи.

Кроме повреждений оболочки кабеля или аппаратуры на старение оптических волокон влияют три фактора: растяжение волокон, вода (или влажность) и водород. Далее представлены выписки по этому поводу из более авторитетных изданий со ссылками на соответствующие страницы.

Растяжение волокон

В настоящее время установлено, что срок службы оптических кабелей определяется, в основном, величиной натяжения волокон. Дело в том, что под действием нагрузки кварцевые волокна постепенно снижают свою прочность из-за роста трещин на их поверхности. Это явление, называемое статической усталостью стекла, объясняется совместным действием напряжения и молекул веществ (в первую очередь воды), попадающих в трещину и активирующих разрыв химических связей в её вершине.

Листвин A.B. Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон.
Часть 4. Измерение механических характеристик волокон (дальше в главах много теории)

Влажность

… Длительное воздействие водяных паров может привести к проникновению в волокна находящихся в воде гидроксильных ионов (ОН-), вызывая потерю прочности и увеличение затухания.

Диффузия водорода

Было обнаружено, что когда волокна длительное время находятся в атмосфере с высоким содержанием водорода, молекулы водорода могут диффундировать в волокна и вызвать увеличение затухания на более длинных волнах (1300 и особенно 1500 нм)...
Когда концентрация водорода в воздухе очень мала, он может образовываться внутри некоторых кабелей в результате разложения пластиковых материалов...

Волоконная оптика. Теория и практика. Дэвид Бейли, Эдвин Райт
Конструктивные элементы волоконно-оптического кабеля

В жизни всё конечно же в комплексе и по каждому случаю надо разбираться отдельно.

Коннекторы, шнуры и соединения в кроссе

Cоединения оптоволокна в кроссе

Оптоволокно в кассете муфты

Прежде чем подозревать оптоволокно кабеля

Не стоит делать вывод о состарившемся волокне всей линии только по той причине, что аппаратура перестала работать. Мест, где может прерваться оптический контакт много, и многие из них находятся не в кабеле, а во всевозможных коннекторах, шнурах и местах соединений этих шнуров с волокнами кабеля.

Коннекторы, шнуры и соединения в кроссе

Измерения оптическим рефлектометром этих мест, как правило, затруднены влиянием мёртвых зон и должны быть сделаны с использованием дополнительных длин оптоволокна (километрических катушек).

Теоретически именно в этих местах факторы старения должны проявиться в первую очередь. В кабеле оптоволокно защищено несколькими оболочками и гидрофобными наполнителями. В шнуре (ОВ пигтейле) защитных оболочек намного меньше, соответственно проникновение к волокнам атмосферной влаги или водорода не столь уж и затруднено. К тому же шнуры и волокна кабеля в кассетах (спайс-пластинах) всегда изогнуты. И даже если изгибы эти сделаны с допустимыми радиусами фактор это для долговечности волокон неблагоприятный.

Опять же оптоволоконный шнур на отрезке оптический кросс – приёмо-передающая аппаратура часто изогнут с ещё меньшим радиусом. То есть сигнал проходит, но само волокно на таком изгибе деградирует гораздо быстрее остальной системы.

Найти место оптического обрыва в таких случаях помогает специальный и довольно дешёвый тип приборов. Подробней Прозвонка оптоволокна

Муфты

Разборная оптоволоконная муфта
Комплект муфты FOSC

Кабельная муфта на любом кабеле элемент менее надёжный, чем остальная длина кабельной линии. Если оболочка кабеля это сплошной полиэтиленовый шланг, то герметизирующие компоненты муфты как правило содержат довольно разнообразные материалы которые в свою очередь могут быть не столь долговечны.

Производители муфт зачастую указывают довольно длительный срок службы своих изделий (25 лет пункт 1.7 МОГу-М-О1-IV), но относится к этому надо с некоторой долей скепсиса. По крайней мере, о не герметичности разборных муфт типа МТОК (FOSC) слышал неоднократно, поговаривали, что они предназначены скорее для сухих немецких колодцев, а не для нашего постоянного затопления.

Из-за того что в муфте волокна отделены от гидрофобных и защитных оболочек и изогнуты процессы старения в них происходят быстрее.

Вклад к ненадёжности муфт вносит также человеческий фактор. Монтируют их не роботы и "косяки" в виде плохо уложенных волокон и некачественной герметизации вполне возможны.

Старение оптоволоконных кабелей

Случаи преждевременного старения оптических волокон в кабелях пока замечены из-за двух причин.

1. Пластиковые оболочки кабеля сделаны из пластмассы выделяющей водород. В них быстро, в течении года-двух деградировали волокна становясь непрозрачными сначала на волне 1550 нм позже и на 1310 нм. Выпускались такие кабеля непродолжительное время, пока ошибка в технологии не была устранена (данные не проверены, но если что и было, никто не признается).

2. Чрезмерное растяжение кабеля и соответственно оптических волокон. Теория на странице Измерение механических характеристик волокон. Причина не соответствующие оболочкам кабеля условия эксплуатации. Проявляется обрывами и деградацией волокна на механически перегруженных участках.

По второму пункту несколько вариантов "кто виноват…". Обычно с такими проблемами грешат подвесные линии (воздушки). Ещё бы, в кабельной канализации или в грунте кабель буквально лежит и даже если в момент прокладки были растягивающие перегрузки, то, как правило, они выравниваются, сами волокна находятся в геле и могут подтягиваться с концов кабеля. Добавьте к подземным плюсам малые температурные колебания на глубине около метра и отсутствие ультрафиолетового солнечного облучения и получите оптимальные условия сохранности.

С подвесной прокладкой тоже может всё хорошо и надёжно, но для этого надо учитывать больше факторов. Пример нормативный документ Требования к выбору параметров и конструкции ОКСН

Если же не учесть все растягивающие нагрузки в пролётах, перетянуть кабель, не учтя высоту провеса в тёплое время и не учтя теплового расширения материалов (8.13 Подвеска кабелей на воздушных столбовых линиях связи), то растягивающая нагрузка на оптоволокно может сказаться на его старении.

Дальше → Удешевление конструкции кабеля

К теме главы из книги Лиственных → "Рефлектометрия оптических волокон"

ИЗМЕРЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛОКОН
МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЛОКОН
§ 1 → Разрывная прочность
§ 2 → Статическая усталость
§ 3 → Долговечность волокон
ИЗМЕРЕНИЕ НАТЯЖЕНИЯ ВОЛОКОН
§ 4 → Метод бриллюэновской рефлектометрии
§ 5 → Бриллюэновский анализатор (BOTDA)
§ 6 → Бриллюэновский рефлектометр (BOTDR)
§ 7 → Точность измерения натяжения волокна