В ОК в качестве направляющей среды передачи для информационных сигналов применяется кварцевое ОВ, которое чувствительно к механическим нагрузкам (усилиям растяжения и сдавливания, изгибам, кручению и ударам), а также к перепадам температур, химическому воздействию и влиянию влаги. Причем параметры эластичности и механизмы отказа у ОВ иные, чем у медных жил электрических кабелей.

Основные воздействующие факторы (механические, климатические и электромагнитные), которым должны противостоять ОК, определяют особенности конструкций ОК различного назначения и обуславливают использование в них тех или иных конструктивных элементов.

В зависимости от условий применения на Взаимоувязанной сети связи (ВСС) России ОК могут содержать основные конструктивные элементы, приведенные на рис.7. К ним относятся: оптическое волокно, оптические модули, оптические сердечники, силовые элементы, гидрофобные материалы, броня и оболочка. Отдельные элементы могут отсутствовать исходя из назначения и условий применения ОК.

Оптическое волокно – это основной конструктивный элемент ОК, который выполняет роль направляющей среды передачи.

В зависимости от материала изготовления ОВ бывают:

· Полимерные. Изготовляются из целого ряда полимерных материалов. Производители таких ОВ декларируют его низкую стоимость и легкость монтажа в будущем, однако остальные характеристики, соответствующие требованиям техники связи, пока не реализованы. Перспективная область применения полимерных ОВ – линии длиной 10…100 м с большим количеством подключений при отсутствии высоких требований к надежности и емкости сетей, в т.ч. локальные сети, сети доступа, датчики в автомобилях и военная техника.

· Кварц-полимерные. Имеют сердцевину из кварцевого стекла и оболочку из полимерных материалов. Преимуществом этих ОВ является сердцевина большого диаметра (200…1000 мкм), высокая механическая прочность, малая чувствительность к изгибам и повышенная стойкость к ионизирующим излучениям. Область применения – линии длиной несколько сотен метров.

· Кварцевые. Имеют сердцевину из кварцевого стекла, легированного малыми добавками стеклообразующих компонентов для изменения показателя преломления и оболочку из кварцевого стекла. Достоинствами кварцевого стекла являются прозрачность в ближней инфрокрасной области спектра, высокая механическая прочность, хорошая формуемость, высокая химическая стойкость и стабильность характеристик. Оценка предельно достижимой скорости передачи по кварцевому ОВ (10…30 Тбит/с) и сравнение ее с имеющими место в настоящее время скоростями передачи показывает, что полоса пропускания ОВ действующих линий используется менее чем на 1%.

ОВ крайне чувствительно к поверхностным дефектам (микротрещинам, пылинкам), которые резко снижают его прочность, особенно в присутствии влаги и под действием высоких температур и напряжений. Поэтому для сохранения механической прочности и защиты поверхности ОВ наносятся полимерные покрытия. Защитные полимерные покрытия ОВ в основном имеют двухслойную структуру.

Для цветового кодирования ОВ используются, в основном, «чернила» ультрафиолетового отверждения, наносимые на волокна. «Чернила» обеспечивают стойкость цветовой окраски в течение всего срока службы ОК, не оказывают влияния на характеристики передачи ОВ, стойки к химическим материалам, применяемым в конструкциях ОК.

В ОМ размещается в основном до 12 ОВ и для их окраски используются «чернила» следующих цветов: голубой, оранжевый, зеленый, коричневый, серый, белый, красный, черный, желтый, фиолетовый, розовый, бирюзовый.

При размещении в оптическом модуле ОК от 14 до 36 ОВ окраска ОВ производится теми же цветами, однако с нанесением на ОВ с номерами от 13 до 24 дополнительной сплошной цветовой полоски, а на ОВ с номерами от 25 до 36 с нанесением дополнительной штриховой цветовой полоски.

Оптический модуль (ОМ) – самостоятельный конструктивный элемент ОК, содержащий одно или более ОВ, выполняет функции защитного элемента, уменьшает опасность обрыва ОВ и обеспечивает стабильность его работы при воздействии продольных и поперечных сил. Конструкция ОМ бывает следующих типов: трубчатые; профилированные; ленточные.

В трубчатом ОМ оптические волокна свободно укладываются либо без скрутки (рис.8, а), либо путем скрутки вокруг центрального силового элемента (рис.8, б), либо размещаются в плотном буферном покрытии (рис.8, в). Плотный буферный слой увеличивает сопротивляемость ОВ к сжатию и изгибам.

В профилированном ОМ в спиралеобразных пазах V–образного типа, образуемых в полимерном стержне, ОВ (одно или несколько) свободно укладываются по спирали. Силовой элемент в центре профилированного стержня обеспечивает необходимые механические параметры и стойкость к температурным изменениям (рис.8, г).

В ленточном ОМ оптические волокна от двух и более размещаются в линейный ряд, образуя линейный элемент. Фиксация ОВ в линейном элементе может осуществляться с помощью полимерного материала по длине элемента, выполняющего функцию вторичного защитного покрытия (рис.9, а), или адгезивного слоя и наложенных поверх синтетических лент (рис.9, б).

Из ОМ ленточного типа может создаваться матрица (единичный блок) с определенным числом ОВ, который затем размещается либо в полимерной трубке, либо в пазах спиралеобразного профилированного элемента (стержня).

Оптический сердечник ОК формируется либо из одного ОМ, расположенного в центре, либо из нескольких ОМ или пучков ОМ, скрученных вокруг центрального силового элемента (ЦСЭ). В первом случае оптический сердечник рассматривается как одномодульная конструкцию, во втором – многомодульная.

Оптический сердечник повышает механическую прочность ОК, защищает ОВ от изгибов и от нагрузок на растяжение и сдавливание, в пределах, не оказывающих влияния на передаточные параметры. ЦСЭ выполняет основную функциональную нагрузку.

Оптические сердечники могут содержать следующие дополнительные элементы: элементы заполнения, не содержащие ОВ (кордели), медные жилы, пары или четверки из медных жил.

Обычно повив оптического сердечника их элементов скрепляется нитями или скрепляющей лентой. Основным материалом для скрепления элементов сердечника ОК повивной скрутки является полиэтилентерефталатная лента, обеспечивающая фиксацию элементов конструкции сердечника до наложения полимерной оболочки и предотвращающая вытекание из сердечника гидрофобного заполнителя.

Конструкция оптического сердечника определяется функциональным назначением и условиями применения ОК. Примеры конструкций оптических сердечников ОК, образованных из ОМ различного типа, для подвески или прокладки в грунте и внутри зданий приведены на рис.10. Примеры конструкций оптических сердечников ОК для подводной прокладки приведены на рис.11.

Силовые элементы обеспечивают требуемую механическую прочность ОК и величину деформации ОВ в заданных пределах. При выборе материалов для силовых элементов учитывают следующие факторы: модуль Юнга, соотношение механической прочности и массы, стабильность параметров во времени и в пределах заданных изменений температур, стойкость к коррозии, возможность прокладки и монтажа, а также условия работы ОК.

В качестве материалов для силовых элементов могут применяться стальная, медная и алюминиевая проволоки, а также арамидные нити и стеклопластиковые стержни.

Силовые элементы, размещенные в центре, обеспечивают большую гибкость, а на периферии – большую стойкость ОК к ударам и растягивающим нагрузкам.

Для изготовления ОК, предназначенных для прокладки в грунт, с целью повышения стойкости ОК к внешним электромагнитным воздействиям в качестве ЦСЭ преимущественно используется стеклопластиковый стержень.

Стальная проволока используется в бронепокровах ОК, прокладываемых в грунт (в том числе в скальный грунт и грунт, подверженный мерзлотным явлениям). Ее применение обеспечивает более высокую стойкость ОК к растягивающим и раздавливающим усилиям при меньших габаритах и стоимости, а также упрощает трассопоисковые работы.

Стеклопластиковые стержни и арамидные нити применяют в качестве силовых элементов диэлектрических ОК, предназначенных для подвески на опорах ЛЭП, опорах контактной сети и автоблокировки электрифицированных железных дорог, а также для ОК, предназначенных для прокладки в условиях сильных электромагнитных воздействий.

Гидрофобные материалы предназначены для защиты ОВ от воздействия влаги, выполняют функции амортизатора для ОВ при механических воздействиях на ОК и смазки, уменьшающей трение между ОВ и стенкой ОМ. Как правило, это специальный гидрофобный компаунд, водоблокирующая лента (разбухающая при попадании воды) или их комбинации. Свободное пространство в модулях, пазах, а также между ОМ и силовыми элементами заполняется гидрофобным компаундом.

Преимущественно применяют гидрофобные гелеобразные компаунды. Заполнители на основе порошкообразных материалов, нити и ленты применяют значительно реже.

Гидрофобные заполнители отличаются диапазоном рабочих температур и назначением и подразделяются на внутримодульные и межмодульные заполнители.

Внутримодульные заполнители применяются для заполнения модулей с ОВ. Они характеризуются более высокими требованиями и имеют меньшую вязкость по сравнению с межмодульными заполнителями.

Межмодульные заполнители применяются для заполнения свободного пространства в сердечниках ОК и в бронепокровах

К гидрофобным компаундам предъявляются следующие требования: не должен становиться текучим при температуре до + 70°С и влиять на параметры ОВ, совместимость с другими материалами ОК, легкое удаление при монтаже, отсутствие токсичности и не вызывать коррозию.

Оболочки защищают оптические сердечники от внешних воздействий и механических повреждений. Тип оболочки выбирают с учетом механической стойкости, стойкости к воздействию окружающей среды, физических характеристик материала, а также удобства монтажа.

Оболочка ОК должна в течение всего срока службы сохранять герметичность, влагонепроницаемость, электрическую прочность, стойкость к воздействию соляного тумана, солнечного излучения, стойкость к избыточному гидростатическому давлению, к низким и высоким температурам, обеспечивать нераспространение горения и иметь требуемые механические свойства на растяжение, сдавливание, удары и изгибы.

Защиту кабелей от поперечной диффузии влаги через полимерные оболочки обеспечивают комбинированные оболочки: алюмополиэтиленовые и сталеполиэтиленовые. Они применяются при изготовлении ОК, которые предназначены для эксплуатации в воде. Наличие у ОК комбинированной оболочки упрощает также проведение трассопоисковых работ, а применение оболочки «сталь-полиэтилен» обеспечивает повышение стойкости ОК к воздействию грызунов.

Для изготовления оболочек ОК используются следующие материалы:

· Полиэтилен, наиболее широко применяемый материал, получается в результате полимеризации этилена. В зависимости от способа полимеризации имеет несколько разновидностей:

- полиэтилен низкой плотности ПЭНП (в отечественной литературе именуется как полиэтилен высокого давления) характеризуется высокими электрическими свойствами;

- полиэтилен высокой плотности ПЭВП (в отечественной литературе –полиэтилен низкого давления) характеризуется высокими механическими свойствами и более худшими, по сравнению с ПЭНП, электрическими свойствами;

-  полиэтилен средней плотности ПЭСП обладает промежуточными характеристиками по сравнению с ПЭНП и ПЭВП.

Для изготовления оболочек ОК применяют также полиэтиленовые (ПЭ) композиции, в которые вводят различные компоненты, способствующие повышению стойкости материала к старению, к солнечной радиации и др. Одним из недостатков полиэтилена является его горючесть, поэтому ОК с ПЭ оболочками используются только для наружной прокладки. Применять их для кабелей, прокладываемых внутри зданий, в коллекторах и туннелях, нельзя по соображениям пожаробезопасности.

· Поливинилхлоридный пластикат применяется преимущественно для изготовления оболочек станционных ОК, т.к. обеспечивает нераспространение горения и позволяет изготавливать оболочки ОК высокой гибкости. К недостаткам материала относится возможность миграции пластификатов в другие элементы конструкции, выделение дыма и хлора при воздействии пламени, с образованием удушающих газов и паров соляной кислоты.

· Полиамид (т.е. капрон, нейлон) применяют как дополнительное покрытие наружной оболочки ОК с целью повышения стойкости к абразивному воздействию, к химическим веществам, а также воздействию грызунов и термитов.

· Полиуретаны наиболее дорогостоящие полимеры. Они характеризуются превосходными механическими характеристиками, высокой абразивной стойкостью, высокой гибкостью, стойкостью к химическим материалам, к окислению. Основная область применения – военно-полевые кабели и кабели для подвижных соединений машин и механизмов.

Броня повышает механические свойства и улучшает защитные функции ОК. Наиболее часто она выполняется из круглых оцинкованных или из нержавеющей стали проволок в виде одного или нескольких повивов. Применяется также броня из продольно наложенной стальной гофрированной ленты. В диэлектрических ОК броня может быть выполнена из арамидных нитей, стеклопластиковых стержней и др. Например, в ОК для прокладки через судоходные реки используется броня из двух повивов. Такая же броня используется и для шельфовых и прибрежных морских ОК, но выполненная из проволок большого диаметра с более высокой прочностью.

Броня должна обладать механическими свойствами, адекватными условиям прокладки и эксплуатации ОК, и сохранять эти свойства в течение всего срока службы ОК, обеспечивая защиту от грызунов.