Какво е оптичен кабел

Оптичните кабели са широко използвани днес за предаване на данни. В някои области на ИТ те са заменили напълно традиционните комуникационни линии, базирани на метални проводници. Оптичните линии са особено ефективни, когато трябва да се предават големи количества данни на дълги разстояния.

Физическата основа на оптичните влакна

Физическите принципи на работа на оптичните влакна се основават на принципа на пълното отражение. Ако вземем две среди с различни показатели на пречупване n₁ и n₂, и n₂<n₁ (например въздух и стъкло или стъкло и прозрачна пластмаса) и пуснете лъч светлина под ъгъл α спрямо интерфейса, тогава ще се случат две събития.

Лъч (обозначен в червено на фигурата), пуснат от горния ляв ъгъл (по протежение на стрелката), ще бъде частично пречупен и ще премине през среда с показател на пречупване n₂ ъгъл α₁<α - тази част от лъча е обозначена с пунктирана линия.Другата част от лъча ще бъде отразена от интерфейса под същия ъгъл. Ако лъчът бъде изстрелян под по-плитък ъгъл β (зеленият лъч на фигурата), тогава ще се случи същото - частично отражение и частично пречупване под ъгъл β₁.

Ако ъгълът на падане α бъде допълнително намален (син лъч на фигурата), тогава пречупената част на лъча може да се „плъзне“ почти успоредно на интерфейса на медиите (синя пунктирана линия). По-нататъшно намаляване на ъгъла на падане (зелен лъч, падащ под ъгъл β) ще предизвика качествен скок - пречупената част ще отсъства. Лъчът ще бъде напълно отразен от интерфейса между двете медии. Този ъгъл се нарича ъгъл на пълно отражение, а самото явление се нарича пълно отражение. Същото ще се наблюдава и при по-нататъшно намаляване на ъгъла на падане.

Устройство с оптични влакна

Оптичното влакно е изградено на този принцип. Състои се от два коаксиални слоя с различна оптична плътност.

Ако светлинен лъч навлезе в отворения край на влакното под ъгъл, по-голям от ъгъла на отражение на светлината, той ще бъде напълно отразен от контактната граница на две среди с различни показатели на пречупване, с ниско затихване при всеки „скок“.

Външната част на оптичното влакно е изработена от пластмаса. Вътрешната може да бъде направена и от прозрачна пластмаса, след което може да бъде огъната под достатъчно големи ъгли (дори навита на пръстен, а светлината, която влиза вътре, все още ще преминава от единия край към другия със затихване в зависимост от оптичните свойства на пластмасата и дължината на светловода). За гръбначни кабели, където гъвкавостта не е толкова важна, вътрешната сърцевина обикновено е направена от стъкло.Това намалява затихването, намалява цената на влакното, но то става чувствително към огъвания.

За да се увеличи пропускателната способност на оптична линия, влакното се произвежда в двумодова или многомодова версия. За да направите това, напречното сечение на сърцевината се увеличава до 50 микрона или 62,5 микрона (срещу 10 микрона за едномодови). През такова оптично влакно могат да се предават едновременно два или повече сигнала.

Тази конструкция на оптичната предавателна линия има някои недостатъци. Една от тях е дисперсията на светлината, причинена от различния път на всеки сигнал. Те се научиха да се справят с него, като направиха ядро ​​с градиент (променящ се от средата към ръбовете) показател на пречупване. Поради това се коригират маршрутите на различни греди.

Кабелите с многомодови влакна се използват главно за локални мрежи (в рамките на една сграда, едно предприятие и др.), а с едномодови влакна - за магистрални линии.

Устройство за влакнеста линия

FOCL предава светлинен сигнал, генериран от светодиод или лазер. В предавателя се генерира електрически сигнал. Крайното устройство също се нуждае от сигнал под формата на електрически импулси. Следователно ще е необходимо да трансформирате оригиналните данни два пъти. На фигурата е показана опростена диаграма на оптична линия.

Сигналът от предавателя се преобразува в светлинни импулси и се предава по оптична линия. Мощността на излъчвателите от предавателната страна е ограничена, следователно на дълги линии на определени интервали се монтират устройства, които компенсират затихването - оптични усилватели, регенератори или повторители.От приемащата страна има друг преобразувател, който преобразува оптичния сигнал в електрически.

Дизайн на оптичен кабел

За организиране на оптична линия се използват отделни влакна като част от оптичен кабел. Дизайнът му зависи от предназначението на преносната линия и начина на полагане, но като цяло съдържа няколко влакна с индивидуално защитно покритие (от надраскване и механични повреди). Такава защита обикновено се извършва на два слоя - първо, комбинирана обвивка, а отгоре - допълнително покритие от пластмаса или лак. Влакната са затворени в обща обвивка (като конвенционалните електрически кабели), която определя обхвата на кабела и се избира, като се вземат предвид външните влияния, на които линията ще бъде подложена по време на работа.

При полагане в кабелни скари има проблем с предпазването на линиите от гризачи. В този случай е необходимо да изберете кабел, чиято външна обвивка е подсилена със стоманена лента или телена броня. Стъклените влакна се използват и като защита срещу повреди.

Ако кабелът е положен в тръба, не е необходима подсилена обвивка. Металната тръба надеждно предпазва от зъбите на мишки и плъхове. Външната обвивка може да бъде направена олекотена. Това улеснява затягането на кабела вътре в тръбата.

Ако трябва да се полага линия в земята, защитата се извършва под формата на защитена от корозия телена броня или пръти от фибростъкло. Осигурява висока устойчивост не само на компресия, но и на разтягане.

Ако кабелът се полага в морски райони, през реки и други водни прегради, върху блатиста почва и др., се прилага допълнителна защита от алуминиева полимерна лента. По този начин се предотвратява попадането на вода.

Също така много кабели вътре в обща обвивка съдържат:

• усилващи пръти, които служат за придаване на по-голяма здравина на конструкцията при външни механични влияния и по време на термично удължаване на линията;
• пълнители - пластмасови нишки, които запълват празни зони между влакна и други елементи;
• силови пръти (целта им е да увеличат натоварването на опън).

При големи разстояния линията е окачена на кабел, но има самоносещи кабели. Носещият метален кабел е вграден директно в корпуса.

Като отделен тип оптична линия трябва да се спомене оптичен пач кабел. Този кабел съдържа едно или две влакна (едномодов или двоен режим), затворени в обща обвивка. От двете страни кабелът е оборудван с конектори за свързване. Такива кабели са с къса дължина и са предназначени за свързване на оборудване на кратко разстояние или за полагане на вътрешкафови комуникации.

Предимства и недостатъци на оптичните кабели

Безспорните предимства на оптичните кабели, които определят широкото разпространение на такива комуникационни линии, включват:

• висока устойчивост на шум - светлинният сигнал не се влияе от битови и промишлени електромагнитни лъчи, а самата линия не излъчва (това затруднява неоторизиран достъп до предаваната информация и не създава проблеми с електромагнитната съвместимост);
• пълна галванична изолация между приемащата и предаващата страна;
• ниско ниво на затихване - много по-малко от това на кабелните линии;
• дълъг експлоатационен живот;
• голяма пропускателна способност.

В съвременните реалности има значение и това, че кабелът не привлича метални крадци.

Оптиката не е без недостатъци. На първо място, това е сложността на монтажа и свързването, което изисква специално оборудване, инструменти и материали, а също така налага повишени изисквания към квалификацията на персонала, участващ в монтажа и поддръжката на линиите. Повечето неизправности във FOCL са свързани с грешки при инсталиране, които може да не се проявят веднага. Първоначално цената на самата линия също беше висока, но развитието на технологиите направи възможно изравняването на този недостатък до конкурентни нива.

Оптичните комуникационни линии заеха сериозен сектор на пазара на комуникационни материали. В обозримо бъдеще те не виждат сериозна алтернатива, освен ако няма технологичен пробив.

Подобни статии: