Применение и возможности оптоволоконного кабеля

Рассмотрены различные виды оптоволоконного кабеля, характеристики и свойства кабелей, их воздействие на передачу информации.

Various types of fiber optic cables, the characteristics and properties of wires and cables, their impact on the transmission of information.

Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель — это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент — это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением. Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля, только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром порядка 1–10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции — стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае мы имеем дело с режимом так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется, однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей).

Рис. 1. Структура оптоволоконного кабеля

Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам этот сигнал принципиально не порождает внешних электромагнитных излучений. Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как это требует нарушения целостности кабеля. Теоретически возможная полоса пропускания такого кабеля достигает величины 1012 Гц, что несравнимо выше, чем у любых электрических кабелей. Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки.

Самый главный из них — высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стекловолокна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъеме). В любом случае для этого нужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде заранее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых уже установлены разъемы нужного типа.

Существуют два различных типа оптоволоконных кабелей:

-         многомодовый или мультимодовый кабель, более дешевый, но менее качественный;

-         одномодовый кабель, более дорогой, но имеющий лучшие характеристики.

Рис. 2. Профиль показателя преломления различных типов оптических волокон: слева вверху — одномодовое волокно; слева внизу — многомодовое ступенчатое волокно; справа — градиентное волокно с параболическим профилем

Основные различия между этими типами связаны с разным режимам прохождения световых лучей в кабеле. В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего все они достигают приемника одновременно, и форма сигнала практически не искажается. Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Кабель первого вида имеет плотный буфер, стальную бронированную ленту, устойчив к влаге. Применяется при создании подсистем для прокладки внешних магистралей и для объединения нескольких зданий. Обычно его прокладывают в кабель-канале.

Рис. 2. Пучок оптических волокон

Принцип, по которому работает оптическое волокно и почему по нему распространяется свет, очень прост. Как многие знают, свет распространяется только по прямой линии, и он не может изменять направление самостоятельно. Следовательно, чтобы свет распространялся по кругу его нужно несколько раз отразить. На этом, и основан принцип работы оптоволокна. В нём свет многократно переотражается, так как показатель преломления сердцевины немного больше, чем у поверхности оптоволокна.

В современном мире оптоволоконные кабели соединяют не только дома страны, но и целые континенты.

Садясь сегодня за компьютер и выходя в интернет, не многие пользователи задумываются о том, почему сегодня сеть стала такой качественной и быстрой. Хотя, всего десять лет назад ситуация была куда более плачевной и доступ к сегодняшним скоростям имели в основном крупные информационные компании и пользователи, живущие в технологически развитых городах. В современном мире хороший интернет уже не является чем-то необычным, а скорее является необходимостью, которая открывает всем пользователям более широкие возможности коммуникации с окружающим их миром. Говоря о деформациях, можно привести такой пример, оптическое волокно можно изгибать произвольным образом, даже в кольцо и свет будет без особых проблем проходить по нему, не теряя своих физических характеристик. Хотя, если требуется передать информацию на более дальние расстояния и в других диапазонах длин электромагнитных волн (инфракрасный свет), тогда применяются другие материалы: халькогенидное стекло, флуоро-алюминат и флуоро-цирконат. Более современные кабели изготавливаются из полимерных материалов, они так и называются оптические волокна из пластика. Все эти материалы имеют схожий со стеклом показатель преломления, что позволяет использовать их в оптоволоконных кабелях, соединяющие целые континенты.

Литература:

1.      Большой энциклопедический политехнический словарь. 2004 г.

2.      Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006 г.

3.      Гюнтер Мальке, Петер Гёссинг «Волоконно-оптические кабели», 2001г. Новосибирск, Издательский дом «Вояж»