Optiset kaapelit - laite, tyypit ja ominaisuudet

Optiset kaapelit, toisin kuin kupari- tai alumiinijohtimilla varustetut kaapelit, käyttävät läpinäkyvää valokuitua signaalin välittämiseen. Signaalia ei välitetä täällä sähkövirran, vaan valon avulla. Tämä tarkoittaa, että käytännössä mikään elektroni ei liiku, vaan fotonit, ja signaalinsiirtohäviöt osoittautuvat merkityksettömiksi.

Nämä kaapelit ovat ihanteellisia tiedonsiirtovälineeksi, sillä valo pääsee läpinäkyvän lasikuidun läpi käytännössä esteettömästi kymmenien kilometrien ajan, kun taas valon voimakkuus pienenee hieman.

On GOF-kaapelit (lasioptinen kuitukaapeli) — lasikuiduilla ja POF-kaapelit (muovinen optinen kaapeli) - läpinäkyvä muovikuitu. Molempia kutsutaan perinteisesti optisiksi tai valokuitukaapeleiksi.

Optinen kaapelilaite

Kuituoptisella kaapelilla on melko yksinkertainen laite.Kaapelin keskellä on lasikuidusta valmistettu valonohjain (sen halkaisija ei ylitä 10 mikronia), joka on puettu suojaavaan muovi- tai lasikuoreen, joka tarjoaa täydellisen sisäisen valon heijastuksen rajan taitekertoimien eron vuoksi. kahdesta mediasta.

Osoittautuu, että valo ei aina lähettimestä vastaanottimeen voi poistua keskussuonesta. Lisäksi valo ei pelkää sähkömagneettisia häiriöitä, joten tällainen kaapeli ei tarvitse sähkömagneettista suojausta, vaan sitä on vain vahvistettava.

Optisen kaapelin mekaanisen lujuuden varmistamiseksi tehdään erityistoimenpiteitä - ne tekevät kaapelista panssaroituja, varsinkin kun on kyse moniytimisistä optisista kaapeleista, joissa on useita erillisiä optisia kuituja samanaikaisesti. Ripustetut kaapelit vaativat erikoisvahvistuksen metallilla ja kevlarilla.

Kuituoptisten kaapelien yksinkertaisin rakenne on lasikuituja muovikuoressa… Monimutkaisempi rakenne on monikerroksinen kaapeli, jossa on vahvistuselementtejä, esimerkiksi vedenalaiseen, maanalaiseen tai ripustettuun asennukseen.

Monikerroksisessa panssaroidussa kaapelissa tukivahvistuskaapeli on valmistettu metallista, joka on suljettu polyeteenivaippaan. Sen ympärille asetetaan valoa kuljettavia muovi- tai lasikuituja. Jokainen yksittäinen kuitu on päällystetty kerroksella värillistä lakkaa värikoodauksen ja mekaanisten vaurioiden suojaamiseksi. Kuitukimput on pakattu muoviputkiin, jotka on täytetty hydrofobisella geelillä.

Muoviputki voi sisältää 4-12 tällaista kuitua, kun taas yhden tällaisen kaapelin kuitujen kokonaismäärä voi olla jopa 288 kappaletta. Putket on kietoutunut kierteellä, joka kiristää hydrofobisella geelillä kostutettua kalvoa – vaimentaa paremmin mekaanisia vaikutuksia. Putket ja keskuskaapeli on suljettu polyeteenillä.Seuraavaksi ovat Kevlar-säikeet, jotka käytännössä tarjoavat panssaria kierretylle kaapelille. Sitten uudelleen polyeteeni kosteudelta suojaamiseksi ja lopuksi ulkokuori.

Kuituoptisten kaapelien kaksi päätyyppiä

Kuituoptisia kaapeleita on kahdenlaisia: monimuotoisia ja yksimuotoisia. Monimuotoiset ovat halvempia, yksimuotoiset ovat kalliimpia.

Yksimuotoinen kaapeli varmistaa, että kuidun läpi kulkevat säteet kulkevat käytännössä samaa reittiä ilman merkittäviä keskinäisiä poikkeamia, jolloin kaikki säteet saapuvat vastaanottimeen samanaikaisesti ja ilman signaalin muodon vääristymistä. Yksimuotokaapelin optisen kuidun halkaisija on noin 1,3 μm, ja juuri tällä aallonpituudella valoa on välitettävä sen läpi.

Tästä syystä lähettimenä käytetään laserlähdettä, jossa on ehdottomasti välttämättömän aallonpituuden monokromaattista valoa.Juuri tämän tyyppisiä (single-mode) kaapeleita pidetään nykyään lupaavimpana pitkän matkan viestinnässä tulevaisuudessa, mutta toistaiseksi ne. ovat kalliita ja lyhytikäisiä.

Monimuotoinen kaapeli vähemmän "tarkkoja" kuin yksimuotoiset. Lähettimen säteet kulkevat siihen hajanaisesti, ja vastaanottimen sivulla on jonkin verran vääristymää lähetetyn signaalin muodossa. Monimuotokaapelin optisen kuidun halkaisija on 62,5 µm ja vaipan ulkohalkaisija on 125 µm.

Sen lähettimen puolella on perinteinen (ei laser) LED (aallonpituus 0,85 μm), ja laite ei ole yhtä kallis kuin laservalonlähde, ja nykyisten monimuotokaapeleiden käyttöikä on pidempi. Tämän tyyppisten kaapelien pituus ei ylitä 5 km. Tyypillinen signaalin lähetysviive on luokkaa 5 ns/m.

Valokuitukaapelien edut

Optinen kaapeli eroaa tavallisista sähkökaapeleista tavalla tai toisella poikkeuksellisella melusuojauksellaan, joka takaa maksimaalisen turvallisuuden sekä sen kautta välitettävien tietojen eheydestä että luottamuksellisuudesta.

Optiseen kaapeliin kohdistuva sähkömagneettinen häiriö ei pysty vääristämään valon virtausta, eivätkä fotonit itse aiheuta ulkoista sähkömagneettista säteilyä. Kaapelin eheyttä rikkomatta on mahdotonta siepata sen kautta lähetettyä tietoa.

Kuituoptisen kaapelin kaistanleveys on teoriassa 10 ^ 12 Hz, jota ei voi verrata monimutkaisiin nykykaapeleihin. Voit siirtää tietoja helposti jopa 10 Gbps:n nopeudella kilometriä kohden.

Kuituoptinen kaapeli itsessään ei ole yhtä kallis kuin ohut koaksiaalikaapeli. Mutta pääosa valmiin verkon hinnan noususta kuuluu edelleen lähetys- ja vastaanottolaitteisiin, joiden tehtävänä on muuntaa sähköinen signaali valoksi ja päinvastoin.

Paikallisverkon optisen kaapelin läpi kulkevan valosignaalin vaimennus ei ylitä 5 dB kilometriä kohden, eli lähes sama kuin matalataajuisen sähköisen signaalin. Lisäksi mitä korkeampi taajuus – sitä vahvempi optisen välineen etu perinteisiin sähköjohtoihin verrattuna – vaimennus kasvaa hieman. Ja yli 0,2 GHz:n taajuuksilla optinen kaapeli on selvästi kilpailun ulkopuolella. Lähetysetäisyys on käytännössä mahdollista kasvattaa jopa 800 km:iin.

Kuituoptisia kaapeleita voidaan käyttää rengas- tai tähtitopologiaverkoissa samalla kun ne eliminoivat täysin maadoitus- ja kuormantasausongelmat, jotka ovat aina tärkeitä sähkökaapeleille.

Täydellinen galvaaninen eristysYhdessä yllä olevien etujen kanssa analyytikot voivat ennustaa, että verkkoviestinnässä optiset kaapelit korvaavat pian kokonaan sähkökaapelit, varsinkin kun otetaan huomioon planeetan kasvava pula kuparista.

Valokuitukaapeleiden haitat

Rehellisyyden nimissä emme voi olla mainitsematta optisten tiedonsiirtojärjestelmien haittoja, joista tärkein on järjestelmien asennuksen monimutkaisuus ja korkeat vaatimukset liittimien asennuksen tarkkuudelle. Mikronipoikkeamat liittimen kokoonpanon aikana voivat johtaa sen vaimennuksen lisääntymiseen. Täällä tarvitset erittäin tarkkaa hitsausta tai erityistä liimageeliä, jonka taitekerroin on samanlainen kuin itse asennetun lasikuidun.

Tästä syystä henkilöstön pätevyys ei salli lieventämistä, vaan niiden käyttö vaatii erikoistyökaluja ja korkeaa taitoa. Useimmiten he turvautuvat valmiiden kaapelikappaleiden käyttöön, joiden päihin on jo asennettu vaaditun tyyppiset valmiit liittimet. Signaalin haaraamiseksi optisesta kuidusta käytetään erikoistuneita jakajia useille kanaville (2 - 8), mutta haarautuessa tapahtuu väistämättä valon vaimennusta.

Kuitu on tietysti vähemmän luja ja taipuisa materiaali kuin kupari, ja kuitua on vaarallista taivuttaa alle 10 cm säteelle sen turvallisuuden vuoksi.Ionisoiva säteily vähentää optisen kuidun läpinäkyvyyttä, lisää lähetetyn valosignaalin vaimennusta.

Säteilynkestävät valokuitukaapelit ovat kalliimpia kuin perinteiset valokuitukaapelit. Äkillinen lämpötilan muutos voi aiheuttaa säröjen muodostumisen kuituun. Tietenkin optinen kuitu on herkkä mekaaniselle rasitukselle, iskuille ja ultraäänelle; Suojaamaan näitä tekijöitä vastaan ​​käytetään erityisiä pehmeitä ääntä vaimentavia materiaaleja kaapelin vaippaista.