Optiskie kabeļi - ierīce, veidi un īpašības

Optiskajos kabeļos, atšķirībā no kabeļiem ar vara vai alumīnija vadītājiem, signāla pārraidīšanai tiek izmantota caurspīdīga optiskā šķiedra. Signāls šeit tiek pārraidīts nevis ar elektriskās strāvas palīdzību, bet gan ar gaismas palīdzību. Tas nozīmē, ka praktiski nekustas neviens elektrons, bet gan fotoni, un signāla pārraides zudumi izrādās niecīgi.

Šie kabeļi ir ideāli piemēroti informācijas pārraidei, jo gaisma var praktiski netraucēti iziet cauri caurspīdīgai stikla šķiedrai desmitiem kilometru, savukārt gaismas intensitāte nedaudz samazinās.

Tur ir GOF kabeļi (stikla optiskās šķiedras kabelis) — ar stikla šķiedrām un POF kabeļi (plastmasas optiskais kabelis) — ar caurspīdīgu plastmasas šķiedru. Abus tradicionāli sauc par optiskajiem vai optisko šķiedru kabeļiem.

Optiskā kabeļa ierīce

Optisko šķiedru kabelim ir diezgan vienkārša ierīce.Kabeļa centrā ir gaismas vadotne, kas izgatavota no stiklšķiedras (tā diametrs nepārsniedz 10 mikronus), kas ietērpts aizsargājošā plastmasas vai stikla apvalkā, kas nodrošina pilnīgu iekšējo gaismas atstarošanu, pateicoties refrakcijas koeficientu atšķirībai pie robežas. no diviem medijiem.

Izrādās, ka gaisma visu ceļu no raidītāja līdz uztvērējam nevar iziet no centrālās vēnas. Turklāt gaisma nebaidās no elektromagnētiskiem traucējumiem, tādēļ šādam kabelim nav nepieciešams elektromagnētiskais ekranējums, bet tikai jāpastiprina.

Lai nodrošinātu optiskā kabeļa mehānisko izturību, tiek veikti īpaši pasākumi — tie padara kabeli bruņotu, it īpaši, ja runa ir par daudzkodolu optiskajiem kabeļiem, kas vienlaikus nes vairākas atsevišķas optiskās šķiedras. Piekārtiem kabeļiem ir nepieciešams īpašs pastiprinājums ar metālu un kevlaru.

Vienkāršākais optisko šķiedru kabeļu dizains ir stikla šķiedras plastmasas apvalkā… Sarežģītāka konstrukcija ir daudzslāņu kabelis ar stiegrojuma elementiem, piemēram, zemūdens, pazemes vai piekārtai uzstādīšanai.

Daudzslāņu bruņu kabelī atbalsta stiegrojuma kabelis ir izgatavots no metāla, kas ietverts polietilēna apvalkā. Ap to ir novietotas gaismu nesošas plastmasas vai stikla šķiedras. Katra atsevišķa šķiedra ir pārklāta ar krāsainas lakas slāni krāsu kodēšanai un aizsardzībai pret mehāniskiem bojājumiem. Šķiedru kūlīši ir iepakoti plastmasas mēģenēs, kas pildītas ar hidrofobu gēlu.

Plastmasas caurulē var būt no 4 līdz 12 šādām šķiedrām, savukārt kopējais šķiedru skaits vienā šādā kabelī var būt līdz 288 gabaliem. Caurules savītas ar vītni, kas pievelk hidrofobā gēlā samitrinātu plēvi — lielākai mehānisko iedarbību amortizācijai. Caurules un centrālais kabelis ir ietverti polietilēnā.Tālāk ir Kevlar dzīslas, kas praktiski nodrošina bruņas savītajam kabelim. Pēc tam atkal polietilēns, lai pasargātu no mitruma, un visbeidzot ārējais apvalks.

Divi galvenie optisko šķiedru kabeļu veidi

Ir divu veidu optiskās šķiedras kabeļi: daudzmodu un vienmodu. Daudzrežīmi ir lētāki, vienrežīmi ir dārgāki.

Viena režīma kabelis nodrošina to, ka stari, kas iet cauri šķiedrai, iziet praktiski vienu un to pašu ceļu bez būtiskām savstarpējām novirzēm, kā rezultātā visi stari uztvērējā nonāk vienlaicīgi un bez signāla formas kropļojumiem. Optiskās šķiedras diametrs vienmoda kabelī ir aptuveni 1,3 μm, un tieši šajā viļņa garumā caur to ir jāraida gaisma.

Šī iemesla dēļ kā raidītājs tiek izmantots lāzera avots ar monohromatisku gaismu ar noteikti nepieciešamo viļņa garumu, tieši šāda veida (vienmodu) kabeļi šodien tiek uzskatīti par perspektīvākajiem tālsatiksmes sakariem nākotnē, bet pagaidām tie ir. ir dārgi un īslaicīgi.

Daudzmodu kabelis mazāk "precīzi" nekā viena režīma. Raidītāja stari tajā nonāk izkliedēti, un uztvērēja pusē ir daži pārraidītā signāla formas izkropļojumi. Optiskās šķiedras diametrs daudzmodu kabelī ir 62,5 µm un apvalka ārējais diametrs ir 125 µm.

Tas izmanto parasto (nav lāzera) gaismas diode raidītāja pusē (0,85 μm viļņa garums), un aprīkojums nav tik dārgs kā lāzera gaismas avots, un pašreizējiem daudzmodu kabeļiem ir ilgāks kalpošanas laiks. Šāda veida kabeļu garums nepārsniedz 5 km. Tipisks signāla pārraides latentums ir aptuveni 5 ns/m.

Optisko šķiedru kabeļu priekšrocības

Optiskais kabelis vienā vai otrā veidā radikāli atšķiras no parastajiem elektriskajiem kabeļiem ar izcilu aizsardzību pret trokšņiem, kas nodrošina maksimālu drošību gan caur to pārraidītās informācijas integritātei, gan konfidencialitātei.

Elektromagnētiskie traucējumi, kas vērsti uz optisko kabeli, nespēj izkropļot gaismas plūsmu, un paši fotoni nerada ārēju elektromagnētisko starojumu. Nepārkāpjot kabeļa integritāti, nav iespējams pārtvert caur to pārraidīto informāciju.

Optiskās šķiedras kabeļa joslas platums teorētiski ir 10 ^ 12 Hz, ko nevar salīdzināt ar jebkādas sarežģītības strāvas kabeļiem. Jūs varat viegli pārsūtīt informāciju ar ātrumu līdz 10 Gbps uz kilometru.

Optiskās šķiedras kabelis pats par sevi nav tik dārgs kā plāns koaksiālais kabelis. Bet lielākā daļa no gatavā tīkla cenas pieauguma joprojām attiecas uz raidīšanas un uztveršanas iekārtām, kuru uzdevums ir pārveidot elektrisko signālu gaismā un otrādi.

Gaismas signāla vājināšanās, ejot cauri lokālā tīkla optiskajam kabelim, nepārsniedz 5 dB uz 1 kilometru, tas ir, gandrīz tikpat, cik zemas frekvences elektriskā signāla. Turklāt, jo augstāka ir frekvence, jo spēcīgāka ir optiskā nesēja priekšrocība salīdzinājumā ar tradicionālajiem elektriskajiem vadiem, vājināšanās nedaudz palielinās. Un frekvencēs virs 0,2 GHz optiskais kabelis nepārprotami nekonkurē. Praktiski iespējams palielināt pārraides attālumu līdz 800 km.

Optisko šķiedru kabeļi ir izmantojami gredzenveida vai zvaigžņu topoloģijas tīklos, vienlaikus pilnībā novēršot zemējuma un slodzes līdzsvarošanas problēmas, kas vienmēr attiecas uz elektriskajiem kabeļiem.

Perfekti galvaniskā izolācija, kopā ar iepriekš minētajām priekšrocībām, ļauj analītiķiem prognozēt, ka tīkla sakaros optiskie kabeļi drīz pilnībā aizstās elektriskos kabeļus, īpaši ņemot vērā pieaugošo vara trūkumu uz planētas.

Optisko šķiedru kabeļu trūkumi

Godīgi sakot, nevar nepieminēt optisko datu pārraides sistēmu trūkumus, no kuriem galvenais ir sistēmu uzstādīšanas sarežģītība un augstās prasības savienotāju uzstādīšanas precizitātei. Mikronu novirzes savienotāja montāžas laikā var palielināt tā vājināšanos. Šeit nepieciešama augstas precizitātes metināšana vai speciāls līmgēls, kura laušanas koeficients ir līdzīgs pašai uzstādītajai stikla šķiedrai.

Šī iemesla dēļ personāla kvalifikācija nepieļauj iecietību, to lietošanai ir nepieciešami īpaši instrumenti un augstas prasmes. Visbiežāk viņi izmanto gatavus kabeļa gabalus, kuru galos jau ir uzstādīti gatavie vajadzīgā veida savienotāji. Signāla atzarošanai no optiskās šķiedras tiek izmantoti specializēti sadalītāji vairākiem kanāliem (no 2 līdz 8), bet, sazarojot, neizbēgami notiek gaismas vājināšanās.

Protams, šķiedra ir mazāk izturīgs un mazāk elastīgs materiāls nekā varš, un tās drošības labad ir bīstami šķiedru saliekt rādiusā, kas mazāks par 10 cm.Jonizējošais starojums samazina optiskās šķiedras caurspīdīgumu, palielina raidītā gaismas signāla vājināšanos.

Radiācijas izturīgi optiskās šķiedras kabeļi ir dārgāki nekā parastie optiskās šķiedras kabeļi. Pēkšņas temperatūras izmaiņas var izraisīt plaisu veidošanos šķiedrās. Protams, optiskā šķiedra ir neaizsargāta pret mehānisko spriegumu, triecieniem un ultraskaņu; lai aizsargātu pret šiem faktoriem, no kabeļu apvalkiem tiek izmantoti speciāli mīksti skaņu absorbējoši materiāli.