Cabluri optice - dispozitiv, tipuri și caracteristici

Cablurile optice, spre deosebire de cablurile cu conductori de cupru sau aluminiu, folosesc o fibră optică transparentă ca mediu pentru transmiterea unui semnal. Semnalul este transmis aici nu cu ajutorul curentului electric, ci cu ajutorul luminii. Aceasta înseamnă că practic nu se mișcă electroni, ci mai degrabă fotoni, iar pierderile de transmisie a semnalului se dovedesc a fi nesemnificative.

Aceste cabluri sunt ideale ca mijloc de transmitere a informațiilor, deoarece lumina poate trece prin fibra de sticlă transparentă practic nestingherită timp de zeci de kilometri, în timp ce intensitatea luminii scade ușor.

Există Cabluri GOF (cablu din fibră optică de sticlă) — cu fibre de sticlă și Cabluri POF (cablu optic din plastic) — cu fibră de plastic transparentă. Ambele sunt denumite în mod tradițional cabluri optice sau cu fibră optică.

Dispozitiv cu cablu optic

Cablul de fibră optică are un dispozitiv destul de simplu.În centrul cablului se află un ghidaj de lumină din fibră de sticlă (diametrul său nu depășește 10 microni), îmbrăcat într-o carcasă de protecție din plastic sau sticlă, care asigură reflexia internă totală a luminii datorită diferenței indicilor de refracție la limită. a două medii.

Se pare că lumina, de la emițător la receptor, nu poate părăsi vena centrală. În plus, lumina nu se teme de interferențe electromagnetice, prin urmare, un astfel de cablu nu are nevoie de ecranare electromagnetică, ci trebuie doar întărit.

Pentru a asigura rezistența mecanică a cablului optic, se iau măsuri speciale — acestea fac cablul blindat, mai ales când este vorba de cabluri optice multi-core care transportă mai multe fibre optice separate în același timp. Cablurile suspendate necesită o armătură specială cu metal și Kevlar.

Cel mai simplu design al cablurilor de fibră optică este fibre de sticlă într-o carcasă de plastic… Un design mai complex este un cablu multistrat cu elemente de armare, de exemplu, pentru instalații subacvatice, subterane sau suspendate.

Într-un cablu blindat cu mai multe straturi, cablul de armare de susținere este realizat din metal închis într-o manta de polietilenă. În jurul acestuia sunt plasate fibre de plastic sau de sticlă purtătoare de lumină. Fiecare fibră individuală este acoperită cu un strat de lac colorat pentru codificarea culorilor și protecția împotriva deteriorărilor mecanice. Mănunchiurile de fibre sunt ambalate în tuburi de plastic umplute cu un gel hidrofob.

Un tub de plastic poate conține de la 4 la 12 astfel de fibre, în timp ce numărul total de fibre dintr-un astfel de cablu poate fi de până la 288 de bucăți. Țevile sunt împletite cu un fir care strânge filmul umezit cu un gel hidrofob - pentru o amortizare mai mare a influențelor mecanice. Conductele si cablul central sunt inchise in polietilena.Urmează firele de Kevlar, care oferă practic armură pentru cablul torsionat. Apoi polietilenă din nou pentru a o proteja de umiditate și, în final, învelișul exterior.

Cele două tipuri principale de cabluri de fibră optică

Există două tipuri de cabluri de fibră optică: multimod și single mode. Cele cu mai multe moduri sunt mai ieftine, cele cu un singur mod sunt mai scumpe.

Cablu monomod asigură că razele care trec prin fibră parcurg practic aceeași cale fără abateri reciproce semnificative, ca urmare, toate razele ajung la receptor în același timp și fără distorsiuni ale formei semnalului. Diametrul unei fibre optice într-un cablu monomod este de aproximativ 1,3 μm și tocmai la această lungime de undă trebuie să fie transmisă lumina prin ea.

Din acest motiv, ca transmițător este folosită o sursă laser cu lumină monocromatică de o lungime de undă strict necesară.Tocmai cablurile de acest tip (single-mode) sunt astăzi considerate cele mai promițătoare pentru comunicațiile la distanță lungă în viitor, dar deocamdată ele sunt scumpe și de scurtă durată.

Cablu multimod mai puțin „precise” decât cele cu un singur mod. Fasciculele de la transmițător trec în el cu dispersie, iar pe partea receptorului există o oarecare distorsiune a formei semnalului transmis. Diametrul fibrei optice din cablul multimod este de 62,5 µm, iar diametrul exterior al mantalei este de 125 µm.

Folosește un LED convențional (non-laser) pe partea transmițătorului (0,85 μm lungime de undă), iar echipamentul nu este la fel de scump ca o sursă de lumină laser, iar cablurile multimode actuale au o durată de viață mai lungă. Lungimea cablurilor de acest tip nu depășește 5 km. Latența tipică a transmisiei semnalului este de ordinul a 5 ns/m.

Avantajele cablurilor de fibră optică

Într-un fel sau altul, cablul optic diferă radical de cablurile electrice obișnuite prin protecția sa excepțională la zgomot, care asigură siguranță maximă atât a integrității, cât și a confidențialității informațiilor transmise prin intermediul acestuia.

Interferența electromagnetică îndreptată către un cablu optic nu poate distorsiona fluxul de lumină, iar fotonii înșiși nu generează radiații electromagnetice externe. Fără a rupe integritatea cablului, este imposibil să interceptați informațiile transmise prin intermediul acestuia.

Lățimea de bandă a unui cablu de fibră optică este teoretic de 10 ^ 12 Hz, ceea ce nu poate fi comparat cu cablurile actuale de orice complexitate. Puteți transfera cu ușurință informații cu o viteză de până la 10 Gbps pe kilometru.

Cablul de fibră optică în sine nu este la fel de scump ca cablul coaxial subțire. Dar ponderea principală a creșterii prețului rețelei finite revine în continuare echipamentelor de transmisie și recepție, a căror sarcină este să transforme un semnal electric în lumină și invers.

Atenuarea unui semnal luminos la trecerea printr-un cablu optic al unei rețele locale nu depășește 5 dB pe 1 kilometru, adică aproape la fel cu cea a unui semnal electric de joasă frecvență. De asemenea, cu cât frecvența este mai mare - cu atât este mai puternic avantajul mediului optic față de firele electrice tradiționale - atenuarea crește marginal. Și la frecvențe de peste 0,2 GHz, cablul optic este în mod clar în afara concurenței. Este practic posibil să mărești distanța de transmisie până la 800 km.

Cablurile de fibră optică sunt aplicabile în rețelele cu topologie inel sau stea, eliminând în același timp complet problemele de împământare și echilibrare a sarcinii care sunt întotdeauna relevante pentru cablurile electrice.

Perfect izolare galvanică, împreună cu avantajele de mai sus, permite analiștilor să prezică că în comunicațiile de rețea, cablurile optice le vor înlocui în curând pe cele electrice, mai ales având în vedere deficitul tot mai mare de cupru de pe planetă.

Dezavantajele cablurilor de fibră optică

Pentru dreptate, nu putem să nu menționăm dezavantajele sistemelor optice de transmisie a datelor, principalul dintre acestea fiind complexitatea instalării sistemelor și cerințele ridicate pentru precizia instalării conectorilor. Abaterile de microni în timpul asamblării conectorului pot duce la o creștere a atenuării în acesta. Aici aveți nevoie de sudare de înaltă precizie sau de un gel adeziv special, al cărui indice de refracție este similar cu cel al fibrei de sticlă instalată în sine.

Din acest motiv, calificarea personalului nu permite clemență, pentru utilizarea lor sunt necesare instrumente speciale și abilități înalte. Cel mai adesea, recurg la utilizarea bucăților de cablu gata făcute, la capetele cărora sunt deja instalați conectori gata de tipul necesar. Pentru a ramifica semnalul din fibra optică, se folosesc splittere specializate pentru mai multe canale (de la 2 la 8), dar la ramificare apare inevitabil atenuarea luminii.

Desigur, fibra este un material mai puțin rezistent și mai puțin flexibil decât cuprul și este periculos să îndoiți fibra pe o rază mai mică de 10 cm pentru siguranța ei.Radiația ionizantă reduce transparența fibrei optice, crește atenuarea semnalului luminos transmis.

Cablurile de fibră optică rezistente la radiații sunt mai scumpe decât cablurile convenționale de fibră optică. O schimbare bruscă a temperaturii poate provoca formarea unei fisuri în fibră. Desigur, fibra optică este vulnerabilă la stres mecanic, șoc și ultrasunete; pentru a proteja împotriva acestor factori, materiale speciale moi, fonoabsorbante, sunt utilizate din mantaua cablurilor.