Co to jest kabel światłowodowy

Kable światłowodowe są dziś szeroko stosowane do transmisji danych. W niektórych obszarach IT całkowicie zastąpiły one tradycyjne linie komunikacyjne oparte na przewodnikach metalowych. Linie optyczne są szczególnie skuteczne, gdy duże ilości danych muszą być przesyłane na duże odległości.

Fizyczna podstawa światłowodów

Fizyczne zasady działania światłowodu oparte są na zasadzie całkowitego odbicia. Jeśli weźmiemy dwa ośrodki o różnych współczynnikach załamania n₁ oraz n₂, oraz n₂<n₁ (na przykład powietrze i szkło lub szkło i przezroczysty plastik) i skierować wiązkę światła pod kątem α do interfejsu, wtedy zajdą dwa zdarzenia.

Wiązka (oznaczona na rysunku kolorem czerwonym), wystrzelona z lewej strony u góry (wzdłuż strzałki), zostanie częściowo załamana i przejdzie przez ośrodek o współczynniku załamania n₂ kąt α₁<α - ta część belki jest oznaczona linią przerywaną.Druga część wiązki zostanie odbita od interfejsu pod tym samym kątem. Jeśli wiązka zostanie wystrzelona pod płytszym kątem β (zielona wiązka na rysunku), to stanie się to samo - częściowe odbicie i częściowe załamanie pod kątem β₁.

Jeśli kąt padania α zostanie jeszcze bardziej zmniejszony (niebieska wiązka na rysunku), to załamana część wiązki może „przesunąć się” prawie równolegle do interfejsu mediów (niebieska linia przerywana). Dalszy spadek kąta padania (zielona wiązka padająca pod kątem β) spowoduje skok jakościowy - załamana część będzie nieobecna. Wiązka zostanie całkowicie odbita od interfejsu między dwoma mediami. Ten kąt nazywa się kątem całkowitego odbicia, a samo zjawisko nazywa się całkowitym odbiciem. To samo będzie obserwowane przy dalszym spadku kąta padania.

Urządzenie światłowodowe

Światłowód zbudowany jest na tej zasadzie. Składa się z dwóch współosiowych warstw o ​​różnej gęstości optycznej.

Jeśli wiązka światła wejdzie w otwarty koniec światłowodu pod kątem większym niż kąt odbicia światła, zostanie całkowicie odbita od granicy styku dwóch mediów o różnych współczynnikach załamania, z małym tłumieniem przy każdym „skoku”.

Zewnętrzna część światłowodu wykonana jest z tworzywa sztucznego. Wewnętrzna może być również wykonana z przeźroczystego tworzywa sztucznego, wtedy można ją wygiąć pod odpowiednio dużymi kątami (nawet zwinąć w pierścień, a światło, które dostanie się do środka, będzie dalej przechodziło z jednego końca na drugi z tłumieniem zależnym od właściwości optycznych plastik i długość światłowodu). W przypadku kabli szkieletowych, w których elastyczność nie jest tak ważna, rdzeń wewnętrzny jest zwykle wykonany ze szkła.Zmniejsza to tłumienie, zmniejsza koszt włókna, ale staje się on wrażliwy na zginanie.

Aby zwiększyć przepustowość linii optycznej, światłowód produkowany jest w wersji dwumodowej lub wielomodowej. Aby to zrobić, przekrój poprzeczny rdzenia zwiększa się do 50 mikronów lub 62,5 mikronów (w porównaniu do 10 mikronów dla trybu jednomodowego). Takim włóknem światłowodowym można jednocześnie przesyłać dwa lub więcej sygnałów.

Taka konstrukcja optycznej linii transmisyjnej ma pewne wady. Jednym z nich jest rozproszenie światła spowodowane inną ścieżką każdego sygnału. Nauczyli się sobie z tym radzić, wykonując rdzeń o gradientowym (zmieniającym się od środka do krawędzi) współczynniku załamania światła. Dzięki temu korygowane są trasy różnych wiązek.

Kable ze światłowodami wielomodowymi stosowane są głównie w sieciach lokalnych (w obrębie tego samego budynku, jednego przedsiębiorstwa itp.), a ze światłowodami jednomodowymi – do linii magistralnych.

Urządzenie linii światłowodowej

FOCL przesyła sygnał świetlny generowany przez diodę LED lub laser. W nadajniku generowany jest sygnał elektryczny. Urządzenie końcowe również potrzebuje sygnału w postaci impulsów elektrycznych. Dlatego konieczne będzie dwukrotne przekształcenie oryginalnych danych. Na rysunku przedstawiono uproszczony schemat linii światłowodowej.

Sygnał z nadajnika jest przetwarzany na impulsy świetlne i przesyłany po linii optycznej. Moc nadajników po stronie nadawczej jest ograniczona, dlatego na długich liniach w określonych odstępach czasu instalowane są urządzenia kompensujące tłumienie - wzmacniacze optyczne, regeneratory lub repeatery.Po stronie odbiorczej znajduje się kolejny konwerter, który zamienia sygnał optyczny na elektryczny.

Konstrukcja kabla optycznego

Aby zorganizować linię światłowodową, pojedyncze włókna są używane jako część kabla optycznego. Jego konstrukcja zależy od przeznaczenia linii przesyłowej i sposobu układania, ale generalnie zawiera kilka włókien z indywidualną powłoką ochronną (przed zarysowaniami i uszkodzeniami mechanicznymi). Taka ochrona jest zwykle wykonywana w dwóch warstwach - najpierw skorupa złożona, a na wierzchu dodatkowa powłoka z tworzywa sztucznego lub lakieru. Włókna są zamknięte we wspólnej powłoce (podobnie jak konwencjonalne kable elektryczne), która określa zasięg kabla i jest dobierana z uwzględnieniem wpływów zewnętrznych, na które linia będzie narażona podczas pracy.

Podczas układania w korytkach kablowych pojawia się problem ochrony linii przed gryzoniami. W takim przypadku należy wybrać kabel, którego zewnętrzna powłoka jest wzmocniona taśmą stalową lub pancerzem z drutu. Włókna szklane służą również jako ochrona przed uszkodzeniami.

Jeśli kabel jest układany w rurze, wzmocniona osłona nie jest potrzebna. Metalowa rurka niezawodnie chroni przed zębami myszy i szczurów. Zewnętrzna powłoka może być lekka. Ułatwia to dokręcenie kabla wewnątrz rury.

W przypadku układania linii w gruncie zabezpieczenie wykonuje się w postaci pancerza z drutu zabezpieczonego przed korozją lub prętów z włókna szklanego. Zapewnia wysoką odporność nie tylko na ściskanie, ale również na rozciąganie.

Jeżeli kabel ma być układany na obszarach morskich, w poprzek rzek i innych barier wodnych, na glebach bagiennych itp., stosuje się dodatkową ochronę aluminiową taśmą polimerową. W ten sposób zapobiega się przedostawaniu się wody.

Ponadto wiele kabli we wspólnej osłonie zawiera:

• pręty wzmacniające, które służą do nadania konstrukcji większej wytrzymałości pod wpływem zewnętrznych wpływów mechanicznych i podczas termicznego wydłużania linii;
• wypełniacze - plastikowe nici wypełniające puste przestrzenie między włóknami a innymi elementami;
• pręty energetyczne (ich przeznaczeniem jest zwiększenie obciążenia rozciągającego).

W dużych rozpiętościach lina jest zawieszona na kablu, ale są też kable samonośne. Wspierający metalowy kabel jest wbudowany bezpośrednio w osłonę.

Jako osobny typ linii światłowodowej należy wymienić patchcord optyczny. Kabel ten zawiera jedno lub dwa włókna (jednomodowe lub dwumodowe) zamknięte we wspólnej powłoce. Po obu stronach przewód wyposażony jest w złącza do podłączenia. Takie kable mają krótką długość i są przeznaczone do łączenia sprzętu na niewielką odległość lub do układania komunikacji wewnątrzszafowej.

Zalety i wady kabli optycznych

Do niewątpliwych zalet kabli optycznych, które decydowały o szerokim rozmieszczeniu takich linii komunikacyjnych należą:

• wysoka odporność na zakłócenia – na sygnał świetlny nie ma wpływu domowe i przemysłowe promieniowanie elektromagnetyczne, a sama linia nie emituje (utrudnia to nieuprawniony dostęp do przesyłanych informacji i nie stwarza problemów z kompatybilnością elektromagnetyczną);
• pełna izolacja galwaniczna pomiędzy stroną odbiorczą i nadawczą;
• niski poziom tłumienia - znacznie mniejszy niż w przypadku linii przewodowych;
• długa żywotność;
• duża przepustowość.

We współczesnych realiach liczy się też to, że kabel nie przyciąga złodziei metalu.

Optyka nie jest pozbawiona wad. Przede wszystkim jest to złożoność instalacji i podłączenia, która wymaga specjalnego sprzętu, narzędzi i materiałów, a także nakłada zwiększone wymagania na kwalifikacje personelu zajmującego się instalacją i konserwacją linii. Większość usterek w FOCL wiąże się z błędami instalacji, które mogą nie objawiać się od razu. Początkowo koszt samej linii również był wysoki, jednak rozwój technologii pozwolił zniwelować tę wadę do poziomów konkurencyjnych.

Optyczne linie komunikacyjne zajmują poważny sektor na rynku materiałów komunikacyjnych. W dającej się przewidzieć przyszłości nie widzą poważnej alternatywy, chyba że nastąpi przełom technologiczny.

Podobne artykuły: