Оптоволоконная связь

Волоконно-оптическая связь произвела революцию в телекоммуникационной отрасли. Используя волоконно-оптический кабель, оптическая связь позволила протянуть телекоммуникационные линии на гораздо большие расстояния и с гораздо меньшими уровнями потерь в среде передачи, а что самое главное, волоконно-оптическая связь позволила обеспечить гораздо более высокие скорости передачи данных.

В результате этих преимуществ оптоволоконные системы связи используются широко, начиная от основной телекоммуникационной магистральной инфраструктуры и заканчивая системами Ethernet, широкополосным распределением и общими сетями передачи данных.

Развитие оптоволокна

С самых первых дней телекоммуникаций постоянно росла потребность передавать больше данных еще быстрее. Первоначально использовались однолинейные провода. Они уступили место коаксиальным кабелям, которые позволяли передавать несколько каналов по одному и тому же кабелю. Однако эти системы были ограничены в пропускной способности, и были исследованы оптические системы.

Оптическая связь стала возможной после того, как в 1960-х годах были разработаны первые лазеры. Следующая часть головоломки встала на свои места, когда в 1970-х годах были разработаны первые оптические волокна с достаточно низкими потерями для целей связи. Затем, в конце 1970-х годов, создана первая оптоволоконная телекоммуникационная линия. Она протянулась на 45 км и использовала длину волны 0,5 мм, а скорость передачи данных составляла всего 45 Мбит/с — малая часть того, что возможно сегодня.

С тех пор в технологию были внесены значительные усовершенствования. Скорость передачи данных увеличилась, и в дополнение к этому были улучшены характеристики оптического волокна, что позволило достичь гораздо больших расстояний между ретрансляторами. В качестве доказательства этого скорости, которые теперь могут быть достигнуты по оптоволоконной системе, превышают 10 Тбит/с.

Когда разрабатывались первые волоконно-оптические системы передачи, считалось, что волоконно-оптические кабели и технологии будут чрезмерно дорогими. Однако этого не произошло, и затраты упали до такой степени, что волоконная оптика теперь является единственным жизнеспособным вариантом для многих телекоммуникационных приложений. В дополнение к этому она также используется во многих локальных сетях, где скорость является основным требованием.

Преимущества оптоволокна для связи

Существует ряд преимуществ, которые привели к широкому внедрению оптоволоконных кабелей:

• Гораздо более низкий уровень затухания сигнала
• Волоконно-оптические кабели обеспечивают гораздо более высокую пропускную способность, что позволяет передавать больше данных.
• Волоконно-оптические кабели намного легче, чем коаксиальные кабели.
• Волоконная оптика не страдает от паразитных помех, возникающих при использовании коаксиальных кабелей.

Волоконно-оптическая система передачи

Любая оптоволоконная система передачи данных будет состоять из трех основных элементов:

• Передатчик (источник света)
• Волоконно-оптический кабель
• Приемник (детектор)

Также система может дополнительно включать Оптический повторитель. С оборудованием и материалами для построения волоконно-оптических линий можно ознакомиться, например, на сайте компании "Линии Связи" http://linesv.ru.

Оптическое волокно

Волоконно-оптическая технология основана на том факте, что можно направить световой пучок по тонкому волокну соответствующей конструкции. Волоконно-оптический кабель состоит из стеклянной или кварцевой жилы. Сердцевина оптического волокна окружена аналогичным материалом, т. е. стеклом или кремнеземом, называемым оболочкой, показатель преломления которого несколько ниже, чем у сердцевины. Обнаружено, что даже когда оболочка имеет несколько более высокий показатель преломления, свет, проходящий по сердцевине, подвергается полному внутреннему отражению и, таким образом, удерживается внутри сердцевины оптического волокна.

Снаружи облицовки размещена пластиковая оболочка. Это используется для защиты самого оптического волокна. В дополнение к этому оптические волокна обычно группируются в жгуты и защищены общей внешней оболочкой. Это не только обеспечивает дополнительную защиту, но и помогает удерживать оптические волокна вместе.

Типы оптического волокна

Существует множество различных типов оптоволоконных кабелей, которые можно использовать, и существует ряд способов различения типов. Оптические волокна могут одномодовыми и многомодовыми.

Одномодовое волокно. Обнаружено, что если диаметр оптического волокна уменьшить до нескольких длин волн света, то свет может распространяться только по прямой линии и не отражаться из стороны в сторону волокна. Поскольку свет может распространяться только в этом одномодовом волокне, этот тип кабеля называется одномодовым волокном. Обычно сердцевина одномодового волокна имеет диаметр от восьми до десяти микрон, что намного меньше волоса.

Одномодовое волокно не страдает от многомодовой дисперсии, а это означает, что оно имеет гораздо более широкую полосу пропускания. Недостатком одномодового волокна является то, что для его изготовления требуется высокая устойчивость, что увеличивает его стоимость.

Многомодовое волокно. Этот тип волокна имеет больший диаметр, чем одномодовое волокно, обычно около 50 микрон в диаметре, и это делает их более легкими в производстве, чем одномодовые волокна.

Многомодовое оптическое волокно имеет ряд преимуществ. Поскольку оно имеет больший диаметр, чем одномодовое волокно, оно может улавливать свет от источника света и передавать его на приемник с высоким уровнем эффективности. В результате его можно использовать с недорогими светодиодами. В дополнение к этому больший диаметр означает, что не требуются высокоточные соединители. Однако эта форма оптоволоконного кабеля имеет более высокий уровень потерь, чем одномодовое волокно, и ввиду этого его использование обходится дороже. Оно также страдает от многомодовой модовой дисперсии, что сильно ограничивает используемую полосу пропускания. В результате оно не получило широкого распространения. Одномодовый оптоволоконный кабель является основным типом.

Материалы, используемые для оптических волокон

Существует два основных типа материалов, используемых для оптических волокон. Это стекло и пластик. Они обладают совершенно разными характеристиками, поэтому волокна, изготовленные из двух разных материалов, находят применение в самых разных областях.

Размеры оптического волокна

Один из основных способов определения волоконно-оптических кабелей — это диаметры внутренней жилы и внешней оболочки. Для них существуют отраслевые стандарты, и это помогает сократить разнообразие разъемов, необходимых для соединителей, соединений и инструментов, необходимых для монтажа.

Стандарт для большинства оптических волокон составляет 125 микрон (мкм) для оболочки и 245 микрон (мкм) для внешнего защитного покрытия. Многомодовые оптические волокна имеют размер сердцевины 50 или 62,5 микрон, тогда как стандарты для одномодовых волокон составляют приблизительно от 8 до 10 микрон.