Оптоволоконний кабель

Оптоволоконний кабель служить середовищем передачі даних для модульованого електромагнітного випромінювання із певною, строго визначеною довжиною хвилі (світлових імпульсів). Його основною перевагою є значна швидкість передачі даних (до 10 Гб/с) та довжина фізичного сегменту (до 40 км) порівняно із середовищами на мідній основі, а також несприйнятливість до зовнішніх електромагнітних шумів. Однак цей кабель є значно дорожчим порівняно з іншими, а також більш складним у прокладанні.

Світло, яке є носієм сигналу у оптоволоконному середовищі – це один з видів електромагнітної енергії. ЯК відомо, ця енергія у формі хвиль може проходити через вакуум, повітря та через деякі матеріали – наприклад, скло. Важливою характеристикою будь-якої енергетичної хвилі є довжина. Довжина електромагнітної хвилі визначається частотою коливання електричного заряду, який генерує цю хвилю.

Для передачі інформації через оптоволокно використовуються електромагнітні хвилі із довжинами, що лежать поза межами видимого діапазону (400-700 нм). Як правило, це хвилі довжиною 850 нм, 1310 нм або 1550 нм. Ці довжини були вибрані, оскільки хвилі з такими параметрами проходять через оптоволокно краще, ніж хвилі з іншими параметрами.

Виходячи з джерела, електромагнітні хвилі розповсюджуються по прямій. Ці прямі лінії називають променями. У вакуумі світлові промені розповсюджуються на швидкості 300000 км/с. Але у середовищі (вода, скло) ці швидкості є меншими.

Коли світловий промінь потрапляє на межу розділу двох середовищ (падаючий промінь), частина світлової енергії відбивається назад (відбитий промінь).

Та частина світлової енергії, яка не відбилася, буде поглинута іншим середовищем. Але через різницю оптичної густини падаючий промінь заломиться

Саме завдяки заломленню світлових променів на межі розділу середовищ можливе використання оптоволоконного кабелю для передачі інформації.

Кут заломлення світлового променя залежить від оптичної густини матеріалу. Оптична густина визначає, наскільки швидкість розповсюдження світла у середовищі менша від швидкості розповсюдження світла у середовищі. Відношення швидкості світла у середовищі до швидкості світла у вакуумі називається індексом заломлення. Отже, мірою оптичної густини матеріалу є його індекс заломлення.

Збільшити індекс заломлення матеріалу (наприклад, скла) можна, додаючи до нього певні хімічні елементи.

Якщо падаючий промінь падає на межу розділу двох середовищ під кутом 90⁰, промінь не заломлюється. Але якщо кут відмінний від 90, промінь заломлюється, причому кут заломлення залежить як від індексу заломлення середовищ, так і від кута падіння променя. Якщо світловий промінь переходить із середовища з меншим індексом заломлення у середовище з меншим індексом заломлення, заломлений промінь загинається у сторону нормалі. Якщо ж навпаки – заломлений промінь загинається у протилежний до нормалі бік. Кут падіння, при якому промінь при переході з більш оптично густого середовища у менш оптично густе вже не заломлюється, а повністю відбивається у середовище, називається критичним кутом.

Світловий промінь, який несе інформацію у оптоволокні, мусить залишаться всередині оптоволокна на всьому шляху від відправника інформації до отримувача. Він не повинен заломлюватися всередину матеріалу, який знаходиться навколо світловоду, оскільки через заломлення буде втрачатися частина енергії.

Закони відбивання та заломлення ілюструють, як спроектувати волокно, у якому світлова енергія буде втрачатися мінімально. Таке волокно повинно задовольняти двом умовам:

- центральна частина оптоволокна повинна мати більший індекс заломлення, ніж матеріал, який її оточує;

- кут падіння світлового променя повинен бути більшим за критичний кут для ядра та оболонки.

Коли обидві ці умови виконуються, падаючий промінь повністю залишається у волокні. Це явище називається повним внутрішнім відбиванням.

Першу умову виконати легко, підібравши відповідним чином матеріали для ядра та оболонки. Контролювати кут падіння променя дозволяють два фактори:

- числова апертура – межі кутів падіння променя, при яких він буде повністю відбиватися;

- мода – шлях проходження променя через оптоволокно.

Отже, світлові промені можуть увійти в ядро лише у тому випадку, якщо кут падіння лежить у межах числової апертури волокна.

Якщо діаметр волокна дозволяє, можна одночасно пропустити через нього кілька променів. Говорять, що таке волокно є багатоходовим на відміну від одномодового, у якому може проходити лише один промінь у певний момент часу.

Кожен волоконно-оптичний кабель, який використовується для передачі інформації у мережах, складається з двох світловодів у спільній оболонці – для передачі інформації у двох напрямках.

Оскільки у оптоволоконному кабелі не виникає проблем, пов’язаних з перехресними наводками, немає потреби екранувати або перекручувати пари проводів. Тому один кабель може нести від 2 до 48 світловодів.

Як правило, волоконно-оптичний кабель має наступну будову:

- зовнішня оболонка

- підсилюючий матеріал

- буфер

- оболонка

- ядро

Ядро оптоволокна виготовляється із світло провідного матеріалу – як правило, це скло, виготовлене з двоокису кремнію та інших матеріалів. Багатомодове оптоволокно використовує тип скла, який називають ступінчасто індексованим склом. У такого скла індекс заломлення зменшується у напрямку до зовнішнього краю ядра.

Оболонка навколо ядра виготовляється також з двоокису кремнію, але з меншим індексом заломлення, ніж ядро. Це дозволяє досягнути у ядрі ефекту повного внутрішнього відбивання. Як правило, стандартне багатомодове оптоволокно використовує 50-ти або 62,5-мікронне ядро та 125-ти мікронну оболонку. ЦЕ позначається як 62,5/125 µ або 50/125 µ оптоволокно.

В якості буферизуючого матеріалу, як правило,використовується пластик. Він дозволяє убезпечити оболонку та ядро від пошкоджень. Для цього існує 2 види дизайну кабелю: із вільним положенням ядра та із жорстко закріпленим ядром. Як правило, у LAN використовується багатомодовий кабель із жорстко закріпленим ядром. Він призначений для прокладки всередині будівель, тоді як кабель із вільним положенням ядра використовується для зовнішніх робіт.

Підсилюючий матеріал навколо буферизуючого шару попереджає ушкодження кабелю у процесі інсталяції. Для його виготовлення, як правило, використовують кевлар.

Зовнішня оболонка використовується для попередження забруднення кабелю розчинниками, абразивними речовинами та іншим.

У якості джерела випромінювання у багатомодовому оптоволокні використовуються інфрачервоні фотодіоди (Light Emitting Diodes, LEDs) або лазери.Багатомодове оптоволокно можна використовувати для передачі інформації на відстань до 2 км.

У одномодовому оптоволокні (9/125 µ) у якості джерела використовується інфрачервоні лазери. Одномодове оптоволокно можна використовувати для передачі інформації на відстань до 40 км.

Оскільки інформація у мережних вузлах представлена у вигляді електричних сигналів, необхідна наявність пристою для перетворення електричних сигналів у оптичні і навпаки. Для цього використовуються:

- фотодіоди, які можуть генерувати хвилі з довжиною 850 нм або 1310 нм. Для фокусування світла у ядро використовуються лінзи

- лазери, які генерують вузький промінь когерентного випромінювання з довжиною 1310 нм або 1550 нм.

Для прийому інформації і її зхворотнього перетворення використовуються фотоприймачі. Вони приймають світлові імпульси з чітко визначеною довжиною хвилі та конвертують їх у електричні сигнали.

Для приєднання кабелю до портів мережних пристроїв використовуються коннектори: з багатомодовим оптоволокном - Subscriber Connector (SC-коннектор), з одномодовим - Straight Tip (ST-коннектор)

Дата добавления: 2014-01-07