Optiske kabler - enhet, typer og egenskaper

Optiske kabler, i motsetning til kabler med kobber- eller aluminiumsledere, bruker en gjennomsiktig optisk fiber som medium for å overføre et signal. Signalet overføres her ikke ved hjelp av elektrisk strøm, men ved hjelp av lys. Dette betyr at praktisk talt ingen elektroner beveger seg, men heller fotoner, og signaloverføringstap viser seg å være ubetydelige.

Disse kablene er ideelle som et middel til å overføre informasjon, da lys kan passere gjennom gjennomsiktig glassfiber praktisk talt uhindret i flere titalls kilometer, mens intensiteten på lyset avtar noe.

Det er GOF-kabler (optisk glassfiberkabel) — med glassfiber, og POF-kabler (optisk plastkabel) — med gjennomsiktig plastfiber. Begge kalles tradisjonelt optiske eller fiberoptiske kabler.

Optisk kabelenhet

Fiberoptisk kabel har en ganske enkel enhet.I midten av kabelen er det en lysleder laget av glassfiber (diameteren overstiger ikke 10 mikron), kledd i et beskyttende plast- eller glassskall, som gir total intern refleksjon av lys på grunn av forskjellen i brytningsindekser ved grensen av to medier.

Det viser seg at lyset, hele veien fra senderen til mottakeren, ikke kan forlate den sentrale venen. I tillegg er lys ikke redd for elektromagnetisk interferens, derfor trenger ikke en slik kabel elektromagnetisk skjerming, men trenger bare å forsterkes.

For å sikre den mekaniske styrken til den optiske kabelen, er det iverksatt spesielle tiltak - de gjør kabelen pansret, spesielt når det kommer til flerkjernede optiske kabler som bærer flere separate optiske fibre samtidig. Nedhengte kabler krever spesiell forsterkning med metall og Kevlar.

Den enkleste utformingen av fiberoptiske kabler er glassfiber i et plastskall… En mer kompleks design er en flerlagskabel med forsterkende elementer, for eksempel for undervanns-, underjordisk eller hengende installasjon.

I en flerlags pansret kabel er den støttende forsterkende kabelen laget av metall innelukket i en polyetylenkappe. Lysbærende plast eller glassfiber er plassert rundt. Hver enkelt fiber er belagt med et lag farget lakk for fargekoding og beskyttelse mot mekanisk skade. Fiberbuntene er pakket i plastrør fylt med en hydrofob gel.

Et plastrør kan inneholde fra 4 til 12 slike fibre, mens det totale antallet fibre i en slik kabel kan være opptil 288 stykker. Rørene er flettet sammen med en tråd som strammer filmen fuktet med en hydrofob gel - for større demping av mekaniske påvirkninger. Rørene og sentralkabelen er innkapslet i polyetylen.Neste er Kevlar-tråder, som praktisk talt gir rustning for den strandede kabelen. Deretter polyetylen igjen for å beskytte den mot fuktighet, og til slutt det ytre skallet.

De to hovedtypene fiberoptiske kabler

Det finnes to typer fiberoptiske kabler: multimodus og enkeltmodus. Multimodus er billigere, enkeltmodus er dyrere.

Enkel modus kabel sørger for at strålene som passerer gjennom fiberen tar praktisk talt samme vei uten vesentlige gjensidige avvik, som et resultat kommer alle stråler til mottakeren samtidig og uten forvrengning av signalformen. Diameteren til en optisk fiber i en enkeltmoduskabel er omtrent 1,3 μm, og det er ved denne bølgelengden lyset må sendes gjennom den.

Av denne grunn brukes en laserkilde med monokromatisk lys av en strengt nødvendig bølgelengde som sender Nettopp kabler av denne typen (single-mode) regnes i dag som de mest lovende for langdistansekommunikasjon i fremtiden, men foreløpig er dyre og kortvarige.

Multimodus kabel mindre "nøyaktig" enn enkeltmodus. Strålene fra senderen passerer inn i den med spredning, og på siden av mottakeren er det en viss forvrengning av formen til det overførte signalet. Diameteren til den optiske fiberen i multimoduskabelen er 62,5 µm og ytre diameter på kappen er 125 µm.

Den bruker en konvensjonell (ikke-laser) LED på sendersiden (0,85 μm bølgelengde), og utstyret er ikke så dyrt som en laserlyskilde, og nåværende multimoduskabler har lengre levetid. Lengden på kabler av denne typen overstiger ikke 5 km. Typisk signaloverføringsforsinkelse er i størrelsesorden 5 ns/m.

Fordeler med fiberoptiske kabler

På en eller annen måte skiller den optiske kabelen seg radikalt fra vanlige elektriske kabler med sin eksepsjonelle støybeskyttelse, som sikrer maksimal sikkerhet for både integriteten og konfidensialiteten til informasjonen som overføres gjennom den.

Elektromagnetisk interferens rettet mot en optisk kabel er ikke i stand til å forvrenge lysstrømmen, og fotonene i seg selv genererer ikke ekstern elektromagnetisk stråling. Uten å bryte integriteten til kabelen, er det umulig å fange opp informasjonen som overføres gjennom den.

Båndbredden til en fiberoptisk kabel er teoretisk 10 ^ 12 Hz, som ikke kan sammenlignes med nåværende kabler av noen kompleksitet. Du kan enkelt overføre informasjon med en hastighet på opptil 10 Gbps per kilometer.

Fiberoptisk kabel i seg selv er ikke så dyr som en tynn koaksialkabel. Men hovedandelen av økningen i prisen på det ferdige nettverket faller fortsatt på sende- og mottaksutstyret, hvis oppgave er å konvertere et elektrisk signal til lys og omvendt.

Dempningen av et lyssignal når den passerer gjennom en optisk kabel i et lokalt nettverk overstiger ikke 5 dB per 1 kilometer, det vil si nesten det samme som for et lavfrekvent elektrisk signal. Dessuten, jo høyere frekvensen er – jo sterkere fordelen til det optiske mediet fremfor tradisjonelle elektriske ledninger – øker dempningen marginalt. Og ved frekvenser over 0,2 GHz er optisk kabel helt klart ute av konkurranse. Det er praktisk mulig å øke overføringsavstanden opp til 800 km.

Fiberoptiske kabler kan brukes i ring- eller stjernetopologinettverk, samtidig som jordings- og lastbalanseringsproblemene som alltid er relevante for elektriske kabler, fullstendig elimineres.

Perfekt galvanisk isolasjon, sammen med fordelene ovenfor, lar analytikere forutsi at i nettverkskommunikasjon vil optiske kabler snart erstatte elektriske kabler fullstendig, spesielt gitt den økende mangelen på kobber på planeten.

Ulemper med fiberoptiske kabler

I rettferdighet kan vi ikke unnlate å nevne ulempene ved optiske dataoverføringssystemer, hvor den viktigste er kompleksiteten til å installere systemer og de høye kravene til nøyaktigheten av å installere kontakter. Mikronavvik under monteringen av kontakten kan føre til en økning i demping i den. Her trenger du høypresisjonssveising eller en spesiell klebende gel, hvis brytningsindeks ligner på den installerte glassfiberen i seg selv.

Av denne grunn tillater ikke kvalifikasjonen til personalet mildhet, spesialverktøy og høy kompetanse er nødvendig for bruk. Oftest tyr de til bruken av ferdige kabelstykker, i endene av hvilke ferdige kontakter av den nødvendige typen allerede er installert. For å forgrene signalet fra den optiske fiberen, brukes spesialiserte splittere for flere kanaler (fra 2 til 8), men ved forgrening oppstår uunngåelig lysdempning.

Selvfølgelig er fiber et mindre sterkt og mindre fleksibelt materiale enn kobber, og det er farlig å bøye fiberen til en radius på mindre enn 10 cm for sikkerheten.Ioniserende stråling reduserer gjennomsiktigheten til den optiske fiberen, øker dempningen av det overførte lyssignalet.

Strålingsbestandige fiberoptiske kabler er dyrere enn konvensjonelle fiberoptiske kabler. En plutselig endring i temperaturen kan føre til at det dannes en sprekk i fiberen. Selvfølgelig er optisk fiber sårbar for mekanisk stress, sjokk og ultralyd; for å beskytte mot disse faktorene, brukes spesielle myke lydabsorberende materialer fra kabelkappene.