Optiska kablar - enhet, typer och egenskaper

Optiska kablar, till skillnad från kablar med koppar- eller aluminiumledare, använder en transparent optisk fiber som medium för att överföra en signal. Signalen överförs här inte med hjälp av elektrisk ström, utan med hjälp av ljus. Det betyder att praktiskt taget inga elektroner rör sig, utan snarare fotoner, och signalöverföringsförlusterna visar sig vara obetydliga.

Dessa kablar är idealiska som ett sätt att överföra information, eftersom ljus kan passera genom genomskinlig glasfiber praktiskt taget obehindrat i tiotals kilometer, samtidigt som ljusets intensitet minskar något.

Det finns GOF-kablar (optisk glasfiberkabel) — med glasfibrer, och POF-kablar (optisk plastkabel) — med genomskinlig plastfiber. Båda kallas traditionellt för optiska eller fiberoptiska kablar.

Optisk kabelenhet

Fiberoptisk kabel har en ganska enkel enhet.I mitten av kabeln finns en ljusledare gjord av glasfiber (dess diameter överstiger inte 10 mikron), klädd i ett skyddande plast- eller glasskal, vilket ger total intern reflektion av ljus på grund av skillnaden i brytningsindex vid gränsen av två medier.

Det visar sig att ljuset, hela vägen från sändaren till mottagaren, inte kan lämna den centrala venen. Dessutom är ljus inte rädd för elektromagnetisk störning, därför behöver en sådan kabel inte elektromagnetisk skärmning, utan behöver bara förstärkas.

För att säkerställa den mekaniska styrkan hos den optiska kabeln vidtas speciella åtgärder - de gör kabeln pansrad, särskilt när det gäller optiska kablar med flera kärnor som bär flera separata optiska fibrer samtidigt. Upphängda kablar kräver speciell förstärkning med metall och Kevlar.

Den enklaste designen av fiberoptiska kablar är glasfibrer i ett plastskal… En mer komplex design är en flerskiktskabel med förstärkningselement, till exempel för undervattens-, underjords- eller upphängd installation.

I en flerlagers armerad kabel är den stödjande förstärkningskabeln gjord av metall innesluten i en polyetenmantel. Ljusbärande plast- eller glasfibrer placeras runt den. Varje enskild fiber är belagd med ett lager av färgad lack för färgkodning och skydd mot mekanisk skada. Fiberknippena är förpackade i plaströr fyllda med en hydrofob gel.

Ett plaströr kan innehålla från 4 till 12 sådana fibrer, medan det totala antalet fibrer i en sådan kabel kan vara upp till 288 stycken. Rören är sammanflätade med en tråd som drar åt filmen fuktad med en hydrofob gel — för bättre dämpning av mekanisk påverkan. Rören och centralkabeln är inneslutna i polyeten.Nästa är Kevlar-trådar, som praktiskt taget ger rustning för den tvinnade kabeln. Sedan polyeten igen för att skydda den från fukt, och slutligen det yttre skalet.

De två huvudtyperna av fiberoptiska kablar

Det finns två typer av fiberoptiska kablar: multimode och single mode. Multi-mode är billigare, single-mode är dyrare.

Single mode kabel säkerställer att strålarna som passerar genom fibern tar praktiskt taget samma väg utan betydande inbördes avvikelser, som ett resultat kommer alla strålar till mottagaren samtidigt och utan distorsion av signalformen. Diametern på en optisk fiber i en singelmodskabel är cirka 1,3 μm, och det är vid denna våglängd som ljus måste sändas genom den.

Av denna anledning används en laserkälla med monokromatiskt ljus av en strikt nödvändig våglängd som sändare.Just kablar av denna typ (single-mode) anses idag vara de mest lovande för långdistanskommunikation i framtiden, men för närvarande är dyra och kortlivade.

Multimode kabel mindre "exakta" än enstaka lägen. Strålarna från sändaren passerar in i den med spridning, och på sidan av mottagaren finns det viss förvrängning av formen på den överförda signalen. Diametern på den optiska fibern i multimodkabeln är 62,5 µm och ytterdiametern på manteln är 125 µm.

Den använder en konventionell (icke-laser) LED på sändarsidan (0,85 μm våglängd), och utrustningen är inte lika dyr som en laserljuskälla, och nuvarande multimodskablar har längre livslängd. Längden på kablar av denna typ överstiger inte 5 km. Typisk signalöverföringslatens är i storleksordningen 5 ns/m.

Fördelar med fiberoptiska kablar

På ett eller annat sätt skiljer sig den optiska kabeln radikalt från vanliga elkablar med sitt exceptionella brusskydd, vilket säkerställer maximal säkerhet för både integriteten och konfidentialiteten för informationen som överförs genom den.

Elektromagnetisk störning riktad mot en optisk kabel kan inte förvränga ljusflödet, och fotonerna själva genererar inte extern elektromagnetisk strålning. Utan att bryta kabelns integritet är det omöjligt att fånga upp informationen som överförs genom den.

Bandbredden för en fiberoptisk kabel är teoretiskt 10 ^ 12 Hz, vilket inte kan jämföras med nuvarande kablar av någon komplexitet. Du kan enkelt överföra information med en hastighet på upp till 10 Gbps per kilometer.

Fiberoptisk kabel i sig är inte lika dyr som tunn koaxialkabel. Men huvuddelen av ökningen av priset på det färdiga nätverket faller fortfarande på sändnings- och mottagningsutrustningen, vars uppgift är att omvandla en elektrisk signal till ljus och vice versa.

Dämpningen av en ljussignal när den passerar genom en optisk kabel i ett lokalt nätverk överstiger inte 5 dB per 1 kilometer, det vill säga nästan samma som för en lågfrekvent elektrisk signal. Ju högre frekvensen är – desto starkare är fördelen med det optiska mediet jämfört med traditionella elektriska ledningar – ökar dämpningen marginellt. Och vid frekvenser över 0,2 GHz är den optiska kabeln helt klart utanför konkurrensen. Det är praktiskt möjligt att öka överföringsavståndet upp till 800 km.

Fiberoptiska kablar är tillämpliga i ring- eller stjärntopologinätverk samtidigt som de helt eliminerar de jordnings- och lastbalanseringsproblem som alltid är relevanta för elektriska kablar.

Perfekt galvanisk isolering, tillsammans med ovanstående fördelar, gör det möjligt för analytiker att förutsäga att inom nätverkskommunikation kommer optiska kablar snart att helt ersätta elektriska, särskilt med tanke på den växande bristen på koppar på planeten.

Nackdelar med fiberoptiska kablar

I rättvisans namn kan vi inte låta bli att nämna nackdelarna med optiska dataöverföringssystem, vars huvudsakliga är komplexiteten i att installera system och de höga kraven på noggrannheten för att installera kontakter. Mikronavvikelser under monteringen av kontakten kan leda till en ökning av dämpningen i den. Här behöver du högprecisionssvetsning eller en speciell vidhäftande gel, vars brytningsindex liknar det för den installerade glasfibern själv.

Av denna anledning tillåter inte personalens kvalifikationer mildhet, specialverktyg och hög kompetens krävs för deras användning. Oftast tillgriper de användningen av färdiga kabelstycken, i vars ändar färdiga kontakter av den önskade typen redan är installerade. För att förgrena signalen från den optiska fibern används specialiserade splitter för flera kanaler (från 2 till 8), men vid förgrening inträffar oundvikligen ljusdämpning.

Naturligtvis är fiber ett mindre starkt och mindre flexibelt material än koppar, och det är farligt att böja fibern till en radie på mindre än 10 cm för dess säkerhet.Joniserande strålning minskar den optiska fiberns transparens, ökar dämpningen av den överförda ljussignalen.

Strålningsbeständiga fiberoptiska kablar är dyrare än konventionella fiberoptiska kablar. En plötslig temperaturförändring kan orsaka en spricka i fibern. Naturligtvis är optisk fiber känslig för mekanisk påfrestning, stötar och ultraljud; för att skydda mot dessa faktorer används speciella mjuka ljudabsorberande material från kabelmanteln.