Rychlost optického vlákna. Přenosové vzdálenosti optických vláken. Existují dva různé typy optických kabelů

Většina techniků optických vláken si je vědoma rozdílu mezi multimódovým vláknem a singlemodovým vláknem. Ale ne každý je informován o vlastnostech optických vláken a protokolech pro přenos informací přes ně. Článek popisuje specifické vlastnosti optických vláken a ethernetových přenosových protokolů, které někdy způsobují protichůdné interpretace.

Charakteristika optických vláken

Pravděpodobně neexistuje kabelový specialista pracující s optickým vláknem, který by neznal rozdíl mezi vícevidovými a jednovidovými vlákny. V tomto článku nebudeme opakovat běžné pravdy. Zastavme se u specifických vlastností optických vláken, které někdy vedou k rozporuplným výkladům.

Optická vlákna umožňují, aby se signály přenosu dat šířily podél nich za předpokladu, že světelný signál je do vlákna zaveden pod úhlem, který poskytuje úplný vnitřní odraz na rozhraní mezi dvěma médii dvou typů skla s různými indexy lomu. Ve středu jádra je obzvláště čisté sklo s indexem lomu 1,5. Průměr jádra se pohybuje od 8 do 62,5 mikronů. Sklo obklopující jádro, nazývané optický plášť, je o něco méně bez nečistot a má index lomu 1,45. Celkový průměr jádra a pláště se pohybuje od 125 do 440 mikronů. Polymerní povlaky se nanášejí na optický plášť, aby se zpevnilo vlákno, ochranná vlákna a vnější plášť.

Když je optické záření zavedeno do vlákna, světelný paprsek dopadající na jeho konec pod úhlem větším než je kritický se bude šířit podél rozhraní mezi dvěma médii ve vláknu. Pokaždé, když záření dopadne na rozhraní jádra a pláště, odrazí se zpět do vlákna. Úhel vstupu optického záření do vlákna je určen maximálním přípustným vstupním úhlem, tzv numerickou aperturou nebo clona vlákna. Pokud otočíte tento úhel podél osy jádra, vytvoří se kužel. Jakýkoli paprsek optického záření dopadající na konec vlákna v tomto kuželu bude přenášen dále podél vlákna.

Optické záření, které je uvnitř jádra, se opakovaně odráží od rozhraní mezi dvěma průhlednými médii s různými indexy lomu. Pokud jsou fyzické rozměry jádra optického vlákna významné, jednotlivé paprsky světla budou zavedeny do vlákna a následně podléhají odrazu pod různými úhly. Vzhledem k tomu, že paprsky optické energie byly zaváděny do vlákna pod různými úhly, budou se také lišit vzdálenosti, které urazí. V důsledku toho se dostávají do přijímací části vlákna v různých časech. Pulzní optický signál přenášený vláknem bude rozšířen ve srovnání s tím, který byl odeslán, a proto se kvalita signálu přenášeného vláknem zhorší. Tento jev se nazývá vidová disperze(DMD).

Další efekt, který také způsobuje zhoršení přenášeného signálu, je tzv chromatická disperze. Chromatická disperze je způsobena tím, že světelné paprsky různých vlnových délek se šíří podél optického vlákna různou rychlostí. Při přenosu série světelných pulsů optickým vláknem může mód a chromatická disperze nakonec způsobit sloučení série do jednoho dlouhého pulsu, což způsobí rušení signálových bitů a ztrátu přenášených dat.

Další typickou vlastností optického vlákna je útlum. Sklo použité k výrobě jádra optického vlákna (OF) je velmi čisté, ale stále není dokonalé. V důsledku toho může být světlo absorbováno skleněným materiálem v optickém vláknu. Další ztráty optického signálu ve vláknu mohou zahrnovat rozptyl a ztrátu, stejně jako útlum ze špatných optických spojení. Ztráty při spojování vláken mohou být způsobeny nesprávným vyrovnáním jader vláken nebo koncových ploch vláken, které nebyly řádně vyleštěny a vyčištěny.

Síťové protokoly pro optický přenos Ethernet

Uveďme si hlavní ethernetové přenosové protokoly přes multimódová a jednovidová optická vlákna.

10BASE-FL- 10 Mbit/s Ethernetový přenos přes multimódové vlákno.

100BASE-SX- 100 Mbit/s Ethernetový přenos přes multimodové optické vlákno na vlnové délce 850 nm. Maximální přenosová vzdálenost je až 300 m Při použití single-mode OFF jsou možné dlouhé přenosové vzdálenosti. Zpětně kompatibilní s 10BASE-FL.

100BASE-FX- Přenos 100 Mbit/s Ethernet (Fast Ethernet) přes vícevidové optické vlákno na vlnové délce 1300 nm. Maximální přenosová vzdálenost je až 400 m pro poloduplexní spojení (s detekcí kolize) nebo až 2 km pro plně duplexní spojení. Dlouhé vzdálenosti jsou možné pomocí single-mode OF. Není zpětně kompatibilní s protokolem 10BASE-FL.

100BASE-BX- 100 Mbit/s Ethernetový přenos přes single-mode OB. Na rozdíl od protokolu 100BASE-FX, který využívá dvě optická vlákna, 100BASE-BX pracuje přes jediné vlákno s technologií WDM (Wavelength-Division Multiplexing), která umožňuje oddělit vlnové délky signálu při příjmu a vysílání. Pro vysílání a příjem se používají dvě možné vlnové délky: 1310 a 1550 nm nebo 1310 a 1490 nm. Přenosová vzdálenost až 10, 20 nebo 40 km.

1000BASE-SX- Přenos 1 Gbit/s Ethernet (Gigabit Ethernet) přes vícevidové optické vlákno na vlnové délce 850 nm a na maximální vzdálenost až 550 m, v závislosti na použité třídě optických vláken.

1000BASE-LX- Ethernetový přenos 1 Gbit/s (GigabitEthernet) přes multimode OB na vlnové délce 1300-nm na maximální vzdálenost až 550 m Protokol je optimalizován pro přenos na velké vzdálenosti (až 10 km) přes singlemode OB .

1000BASE-LH- - Přenos Ethernet 1 Gbit/s přes jednovidové vlákno na maximální vzdálenost až 100 km.

10GBASE-SR- Přenos 10 Gbit/s Ethernet (10 GigabitEthernet) přes multimódová optická vlákna na vlnové délce přes 850 nm. Přenosová vzdálenost může být 26 m nebo 82 m, v závislosti na typu použitého optického vlákna s jádrem 50 nebo 62,5 mikronů. Podporuje přenos na vzdálenost 300 m přes vícevidové optické vlákno třídy OM3 a vyšší s širokopásmovým koeficientem minimálně 2000 MHz/km.

10GBASE-LX4- Přenos 10 Gbit/s Ethernet přes multimódová optická vlákna na vlnové délce 1300 nm. Využívá technologii WDM k přenosu na vzdálenost až 300 m přes multimódová vlákna. Podporuje přenos přes jednovidové vlákno na vzdálenost až 10 km.

Na závěr článku uvádíme několik údajů o typech použitých vícevidových optických vláken a standardech přenosu. Údaje jsou shrnuty v tabulce 1 (výňatky ze standardů).

Mezinárodní norma: ISO/IEC 11801 „GenericCabling for Customer Premises“

Mezinárodní norma: IEC 60793-2-10 „Specifikace produktu – dílčí specifikace pro vícevidová vlákna kategorie A1“

ANSI/TIA/EIA-492-AAAx „Podrobná specifikace pro vícevidová optická vlákna s klasifikovaným indexem třídy 1a“

(1) Vícevidové optické vlákno třídy OM1 s jádrem 62,5 μm nebo 50 μm.

(2) multimódové optické vlákno třídy OM2 s jádrem 50 μm nebo 62,5 μm.

(3) Třída OM4 byla ratifikována IEEE v červnu 2010 a je standardem 802.ba pro 40G/100G Ethernet. Funguje na vzdálenost až 1000 m přes 1 Gbit/s Ethernet, 550 m přes 10 Gbit/s Ethernet a 150 m přes 40 Gbit/s a 100 Gbit/s Ethernet síťových protokolů.

(4) Mezinárodní norma ISO/IEC 11801 definuje maximální hodnotu RF útlumu. Normy IEC a TIA popisují (minimální) nebo průměrný útlum „holého“ OB.

Optické vlákno se skládá z centrálního světlovodu (jádra) - skleněného vlákna, obklopeného další vrstvou skla - pláštěm, které má nižší index lomu než jádro. Paprsky světla při šíření jádrem nepřekračují jeho hranice a odrážejí se od krycí vrstvy pláště. U optického vlákna je světelný paprsek obvykle generován polovodičovým nebo diodovým laserem. Podle rozložení indexu lomu a průměru jádra se optické vlákno dělí na jednovidové a vícevidové.

Trh výrobků z optických vláken v Rusku

Příběh

Přestože je vláknová optika široce používaným a oblíbeným komunikačním prostředkem, samotná technologie je jednoduchá a vyvinutá již dávno. Experiment se změnou směru světelného paprsku lomem předvedli Daniel Colladon a Jacques Babinet již v roce 1840. O pár let později John Tyndall použil tento experiment na svých veřejných přednáškách v Londýně a již v roce 1870 publikoval práci o podstatě světla. Praktické využití technologie bylo nalezeno až ve dvacátém století. Ve dvacátých letech minulého století experimentátoři Clarence Hasnell a John Berd prokázali možnost přenosu obrazu pomocí optických trubic. Tento princip využil Heinrich Lamm pro lékařské vyšetření pacientů. Až v roce 1952 provedl indický fyzik Narinder Singh Kapany sérii vlastních experimentů, které vedly k vynálezu optického vlákna. Ve skutečnosti vytvořil úplně stejný svazek skleněných vláken a plášť a jádro byly vyrobeny z vláken s různými indexy lomu. Plášť ve skutečnosti sloužil jako zrcadlo a jádro bylo průhlednější – to vyřešilo problém rychlého rozptylu. Pokud dříve paprsek nedosáhl konce optického vlákna a nebylo možné použít takový způsob přenosu na velké vzdálenosti, nyní je problém vyřešen. Narinder Kapani vylepšil technologii do roku 1956. Spousta pružných skleněných tyčinek přenášela obraz prakticky bez ztráty nebo zkreslení.

Vynález vláknové optiky odborníky z Corningu v roce 1970, který umožnil duplikovat systém přenosu dat telefonního signálu po měděném drátu na stejnou vzdálenost bez opakovačů, je považován za přelomový bod v historii vývoje optického vlákna. technologií. Vývojářům se podařilo vytvořit vodič, který je schopen udržet alespoň jedno procento výkonu optického signálu na vzdálenost jednoho kilometru. Na dnešní poměry je to spíše skromný úspěch, ale tehdy, téměř před 40 lety, to byla nezbytná podmínka pro vývoj nového typu drátové komunikace.

Zpočátku bylo optické vlákno vícefázové, to znamená, že mohlo přenášet stovky světelných fází najednou. Navíc zvětšený průměr jádra vlákna umožnil použití levných optických vysílačů a konektorů. Mnohem později se začalo používat výkonnější vlákno, přes které bylo možné přenášet pouze jednu fázi v optickém prostředí. Se zavedením jednofázového vlákna mohla být integrita signálu zachována na větší vzdálenosti, což usnadnilo přenos značného množství informací.

Nejoblíbenějším vláknem je dnes jednofázové vlákno s nulovým posunem vlnové délky. Od roku 1983 je předním produktem z optických vláken v tomto odvětví, u kterého se prokázalo, že funguje na vzdálenost více než desítek milionů kilometrů.

Výhody optické komunikace

• Širokopásmové optické signály díky extrémně vysoké nosné frekvenci. To znamená, že informace lze přenášet po optickém vedení rychlostí asi 1 Tbit/s;
• Velmi nízký útlum světelného signálu ve vláknu, který umožňuje budovat optické komunikační linky o délce až 100 km a více bez regenerace signálu;
• Odolnost proti elektromagnetickému rušení z okolních měděných kabelážních systémů, elektrických zařízení (elektrické vedení, elektromotory atd.) a povětrnostních podmínek;
• Ochrana proti neoprávněnému přístupu. Informace přenášené prostřednictvím optických komunikačních linek je prakticky nemožné zachytit nedestruktivním způsobem;
• Elektrická bezpečnost. Optické vlákno, které je ve skutečnosti dielektrické, zvyšuje výbuch a požární bezpečnost sítě, což je důležité zejména v chemických a ropných rafinériích při obsluze vysoce rizikových technologických procesů;
• Životnost optických komunikačních linek - životnost optických komunikačních linek je minimálně 25 let.

Nevýhody optické komunikace

• Relativně vysoká cena aktivních liniových prvků, které převádějí elektrické signály na světlo a světlo na elektrické signály;
• Relativně vysoké náklady na spojování optického vlákna. To vyžaduje přesné, a tedy drahé technologické vybavení. Výsledkem je, že pokud se optický kabel rozbije, náklady na obnovu optického vedení jsou vyšší než při práci s měděnými kabely.

Linkové prvky z optických vláken

• Optický přijímač

Optické přijímače detekují signály přenášené po optickém kabelu a převádějí je na elektrické signály, které pak zesilují a následně obnovují svůj tvar, stejně jako hodinové signály. V závislosti na přenosové rychlosti a systémových specifikách zařízení lze datový tok převést ze sériového na paralelní.

• Optický vysílač

Optický vysílač v systému s optickými vlákny převádí sekvenci elektrických dat dodávanou komponentami systému na tok optických dat. Vysílač se skládá z paralelně-sériového převodníku s hodinovým syntezátorem (který závisí na instalaci systému a přenosové rychlosti), budiče a zdroje optického signálu. Pro optické přenosové systémy lze použít různé optické zdroje. Například světelné diody se často používají v nízkonákladových místních sítích pro komunikaci na krátké vzdálenosti. Široká spektrální šířka pásma a nemožnost pracovat ve vlnových délkách druhého a třetího optického okna však neumožňují použití LED v telekomunikačních systémech.

• Předzesilovač

Zesilovač převádí asymetrický proud z fotodiodového snímače na asymetrické napětí, které je zesíleno a převedeno na diferenciální signál.

• Čip pro synchronizaci a obnovu dat

Tento čip musí obnovit hodinové signály z přijímaného datového toku a jejich taktování. Obvod fázového závěsu potřebný pro obnovu hodin je také plně integrován do hodinového čipu a nevyžaduje externí řídicí hodinové impulsy.

• Blok převodu sériového kódu na paralelní

• Paralelně-sériový převodník

• Laserový tvarovač

Jeho hlavním úkolem je dodávat předpětí a modulační proud pro přímou modulaci laserové diody.

• Optický kabel, sestávající z optických vláken umístěných pod společným ochranným pláštěm.

Jednovidové vlákno

Pokud jsou průměr vlákna a vlnová délka dostatečně malé, bude se vláknem šířit jediný paprsek. Obecně platí, že samotná skutečnost výběru průměru jádra pro režim šíření signálu v jednom režimu hovoří o zvláštnosti každé jednotlivé možnosti návrhu vlákna. To znamená, že single-mode odkazuje na charakteristiky vlákna vzhledem ke specifické frekvenci použité vlny. Šíření pouze jednoho paprsku umožňuje zbavit se intermodové disperze, a proto jsou jednovidová vlákna řádově produktivnější. V současné době se používá jádro o vnějším průměru asi 8 mikronů. Stejně jako u vícevidových vláken se používají jak stupňovité, tak gradientní hustoty distribuce materiálu.

Druhá možnost je produktivnější. Single-mode technologie je tenčí, dražší a v současnosti se používá v telekomunikacích. Optické vlákno se používá v optických komunikačních linkách, které jsou lepší než elektronické komunikace v tom, že umožňují bezztrátový vysokorychlostní přenos digitálních dat na obrovské vzdálenosti. Optická vedení mohou buď tvořit novou síť, nebo sloužit ke spojení stávajících sítí - úseků optických dálnic, propojených fyzicky na úrovni světlovodu, nebo logicky na úrovni protokolů přenosu dat. Rychlosti přenosu dat po optických linkách lze měřit ve stovkách gigabitů za sekundu. Standard se již dokončuje, aby umožnil přenos dat rychlostí 100 Gbit/s a standard 10 Gbit Ethernet se v moderních telekomunikačních strukturách používá již několik let.

Vícevidové vlákno

Ve vícevidovém optickém vláknu se může současně šířit velké množství režimů – paprsků zaváděných do vlákna pod různými úhly. Multimode OF má relativně velký průměr jádra (standardní hodnoty 50 a 62,5 μm) a tedy i velkou numerickou aperturu. Větší průměr jádra multimódového vlákna zjednodušuje spojení optického záření do vlákna a volnější požadavky na toleranci pro multimódové vlákno snižují náklady na optické transceivery. V lokálních a domácích sítích s krátkým dosahem tedy převládá multimódové vlákno.

Hlavní nevýhodou vícevidového optického vlákna je přítomnost intermódové disperze, která vzniká v důsledku skutečnosti, že různé módy sledují různé optické dráhy ve vláknu. Pro snížení vlivu tohoto jevu bylo vyvinuto multimodové vlákno s odstupňovaným indexem lomu, díky kterému se vidy ve vlákně šíří po parabolických trajektoriích a rozdíl v jejich optických drahách a následně i intermodální disperze je výrazně méně. Bez ohledu na to, jak vyrovnaná gradientní multimode vlákna jsou, nelze jejich propustnost srovnávat s jednovidovými technologiemi.

Optické transceivery

Pro přenos dat přes optické kanály musí být signály převedeny z elektrických na optické, přeneseny přes komunikační linku a poté převedeny zpět na elektrické v přijímači. K těmto transformacím dochází v transceiveru, který obsahuje elektronické součástky spolu s optickými součástkami.

Široce používaný v přenosové technice umožňuje multiplexor s časovým dělením zvýšit přenosovou rychlost na 10 Gb/s. Moderní vysokorychlostní optické systémy nabízejí následující standardy přenosové rychlosti.

standard SONET	standard SDH	Rychlost přenosu
OC 1	-	51,84 Mb/s
OC 3	STM 1	155,52 Mb/s
OC 12	STM 4	622,08 Mb/s
OC 48	STM 16	2,4883 Gb/s
OC 192	STM 64	9,9533 Gb/s

Nové metody multiplexování vlnové délky nebo vlnové délky multiplexování umožňují zvýšit hustotu přenosu dat. Aby se toho dosáhlo, vícenásobné multiplexované toky informací se zasílají přes jediný kanál optických vláken s využitím přenosu každého toku na jiné vlnové délce. Elektronické komponenty v přijímači a vysílači WDM se liší od komponent používaných v systému s časovým dělením.

Aplikace optických komunikačních linek

Optické vlákno se aktivně používá k budování městských, regionálních a federálních komunikačních sítí a také k instalaci spojovacích linek mezi městskými automatickými telefonními ústřednami. Je to dáno rychlostí, spolehlivostí a vysokou kapacitou optických sítí. Prostřednictvím optických kanálů také existuje kabelová televize, vzdálený video dohled, videokonference a videovysílání, telemetrie a další informační systémy. Do budoucna se počítá s využitím převodu řečových signálů na optické signály v optických sítích.

Časopis Nature Photonics zveřejnil popis nové technologie pro přenos dat po optickém vláknu rychlostí až 26 Tbit/s namísto dosavadního maxima 1,6 Tbit/s.

Skupina německých inženýrů vedená profesorem Wolfgangem Freudem z Univerzity v Karlsruhe aplikovala techniku ​​OFDM (ortogonální frekvenční multiplexování), která je široce používána v bezdrátové komunikaci (802.11 a LTE), digitální televizi (DVB-T) a ADSL. vláknová optika.

U optického vlákna je použití OFDM obtížnější, protože zde je potřeba rozdělit světelný tok na dílčí nosné. Dříve bylo jediným způsobem, jak toho dosáhnout, použít samostatný laser pro každou pomocnou nosnou.

Porovnání různých typů multiplexování

Pro vysílání na každé frekvenci se používá samostatný laser a samostatný přijímač, takže stovky laserů mohou současně přenášet signál v jednom kanálu z optických vláken. Podle profesora Freudea je celková kapacita kanálu omezena pouze počtem laserů. "Experiment již byl proveden a byla prokázána rychlost 100 terabitů/s," řekl v rozhovoru pro BBC. K tomu jsme ale museli použít asi 500 laserů, což je samo o sobě velmi drahé.

Freude a jeho kolegové vyvinuli technologii pro přenos více než 300 subnosných různých barev přes optické vlákno pomocí jediného laseru, který pracuje v krátkých pulzech. Zde vstupuje do hry zajímavý fenomén zvaný optické frekvenční česání. Každý malý impuls je „rozmazán“ napříč frekvencemi a časem, takže přijímač signálu s pomocí dobrého načasování může teoreticky zpracovat každou frekvenci zvlášť.

Po několika letech práce se německým výzkumníkům konečně podařilo najít správné načasování, vybrat vhodné materiály a prakticky zpracovat každou subnosnou pomocí rychlé Fourierovy transformace (FFT). Fourierova transformace je operace, která spojuje funkci reálné proměnné s jinou funkcí reálné proměnné. Tato nová funkce popisuje koeficienty při rozkladu původní funkce na její elementární složky - harmonické kmity s různými frekvencemi.

FFT je ideální pro rozklad světla na dílčí nosné. Ukázalo se, že z typického pulzu lze extrahovat celkem asi 350 barev (frekvencí) a každá z nich je použita jako samostatná pomocná nosná, jako v tradiční technice OFDM. Loni Freude a jeho kolegové provedli experiment a v praxi ukázali rychlost 10,8 terabit/s a nyní dále zlepšili přesnost rozpoznávání frekvence.

Podle Freudea by technologie časování a FFT, které vyvinul, mohly být dobře implementovány na čip a najít komerční uplatnění.

Technologie optických vláken se v budoucnu bezpochyby stane hlavním prostředkem přenosu informací. Je to jeden z důvodů masivního růstu mezinárodních telekomunikací a efektu „zmenšování planety“. Na základě této technologie se internet mohl stát neocenitelným informačním nástrojem, jakým je dnes. Na rozdíl od všeobecného přesvědčení to však není všelék. Systémy s optickými vlákny mají stále mnoho omezení a překážek, které je třeba překonat. Než začneme diskutovat o teorii přenosu optickými vlákny, porovnejme tradiční a optické kabely a zhodnoťme jejich výhody a nevýhody.

1.2.1. Šířka pásma

Optické vlákno

Dnes mají optické kabely enormní šířku pásma s přenosovými rychlostmi až 40 Gbps v současnosti a přes 100 Gbps očekávanými v blízké budoucnosti. Faktory omezující růst přenosových rychlostí jsou v současnosti: za prvé, doba odezvy zdrojů a detektorů pro vysoké přenosové rychlosti je dlouhá ve srovnání s pulzními periodami; za druhé, blízkost vlnové délky světla k periodě pulzu, což způsobuje problémy s diferenciací v detektorech. Techniky pro multiplexování více vlnových délek na jediném vláknu (nazývané vlnové multiplexování (WDM)) zvyšují celkovou přenosovou rychlost jednoho vlákna na několik Tbit/s.

Následující srovnání vám dá představu, co to znamená z hlediska přenosu informací: s komunikací z optických vláken rychlostí přibližně 1 Gbit/s lze současně přenést přes 30 000 komprimovaných telefonních hovorů. Při rychlosti 30 Gb/s lze současně přenášet až 1 milion telefonních hovorů přes jediné skleněné vlákno!

Kabely

Koaxiální kabely do průměru 8 cm mohou poskytovat přenosovou rychlost až 1 Gbit/s na vzdálenost až 10 km. Limitujícím faktorem je velmi vysoká cena mědi.

Probíhá důležitý výzkum zaměřený na zvýšení přenosových rychlostí přes kroucené dvoulinky. Rychlosti 100 Mbps jsou dnes v mnoha lokálních sítích zcela běžné. K dispozici jsou také komerční systémy pracující rychlostí až 1 Gbit/s. Po úspěšném laboratorním testování při rychlosti 10 Gbps jsou nyní produkty připraveny ke komerčnímu uvedení. Důvod tolika aktivit v této oblasti spočívá v hojnosti infrastruktury s již instalovanými kroucenými páry kabelů, což umožňuje značné úspory při kopání příkopů, pokládání potrubí a pokládání nových kabelů z optických vláken. Z tohoto důvodu technologie kroucených párů kabelů nyní úspěšně konkuruje technologii optických vláken, protože obě mají mnoho společných aplikací.

1.2.2. Rušení

Optické vlákno

Kabely z optických vláken nejsou zcela ovlivněny elektromagnetickým rušením (EMI), vysokofrekvenčním rušením (RFI), blesky a vysokonapěťovými rázy. Netrpí problémy s kapacitní nebo indukční vazbou. Pokud jsou kabely s optickými vlákny správně navrženy, neměly by být ovlivněny elektromagnetickými impulsy z jaderných výbuchů a zářením pozadí. (Tato zpráva utěší většinu populace po jaderné válce!)

Kromě toho optické kabely nevytvářejí žádné elektromagnetické nebo vysokofrekvenční rušení. Tato vlastnost je velmi cenná pro výpočetní techniku, zpracování videa a zvuku, kde je prostředí s nízkým šumem stále důležitější pro zlepšení kvality přehrávání a záznamu.

Kabely

Konvenční kabely jsou ovlivněny externím rušením. V závislosti na typech kabelů a jejich stupni stínění jsou citlivé na různé stupně elektromagnetického a rádiového rušení prostřednictvím indukčních, kapacitních a odporových vazeb. Komunikační systémy založené na tradičních kabelech jsou zcela poškozeny elektromagnetickými impulsy z jaderných výbuchů.

Konvenční kabely také vyzařují elektromagnetické vlny, které mohou způsobit rušení v jiných kabelových komunikačních systémech. Množství záření závisí na velikosti přenášeného signálu a kvalitě obrazovky.

1.2.5. Elektrická izolace

Optické vlákno

Kabely z optických vláken poskytují úplnou galvanickou izolaci mezi oběma konci kabelu. Nevodivost vláken činí kabely necitlivými na napěťové rázy. To eliminuje elektromagnetické a vzdušné rušení, které může být způsobeno zemními smyčkami, napětím v součinném režimu a odchylkami zemního potenciálu a zkraty. Kabel z optických vláken funguje jako dlouhý izolátor. Protože optická vlákna nevyzařují vlny a nepodléhají rušení, další výhodou je, že nedochází k přeslechům mezi kabely (to znamená, že záření z jednoho komunikačního kabelu ovlivní další kabel položený vedle něj).

Kabely

Tradiční kabely, které jednoduše fungují tak, jak bylo zamýšleno, poskytují elektrické spojení mezi svými konci. V důsledku toho jsou náchylné k elektromagnetickému a vzdušnému rušení ze zemních smyček, souosého napětí a odchylek zemního potenciálu. Podléhají také problémům vzájemného ovlivňování.

1.2.4. Přenosové vzdálenosti

Optické vlákno

U jednoduchých, levných optických systémů jsou možné vzdálenosti mezi opakovači až 5 km. Pro vysoce kvalitní komerční systémy jsou nyní snadno dostupné vzdálenosti až 300 km Systémy (bez opakovačů) pro vzdálenosti až 400 km byly vyvinuty v laboratorních podmínkách, ale dosud nejsou jeden Evropan společnost uvedla, že v současné době vyvíjí kabel z optických vláken, který lze položit podél zemského rovníku a bez jakýchkoli opakovačů bude možné přenášet signál z jednoho konce na druhý možné pomocí mírně radioaktivního obalu, přicházející nízkoenergetické fotony ho vybudí elektrony, které zase emitují fotony s vyšší energií Dochází tedy k určité formě autoamplifikace .

Kabely

Na trhu s kroucenými páry kabelů 4 Mb/s jsou k dispozici opakovače na vzdálenost až 2,4 km. U koaxiálních kabelů při rychlostech nižších než 1 Mbit/s jsou možné vzdálenosti až 25 km mezi opakovači.

1.2.5. Velikost a hmotnost

Optické vlákno

Ve srovnání se všemi ostatními přenosovými kabely mají optické kabely velmi malý průměr a extrémně lehké. 4-žilový optický kabel váží přibližně 240 kg/km, zatímco 36-žilový optický kabel váží jen přibližně o 3 kg více. Protože jsou rozměrově menší než tradiční kabely stejné kapacity, obvykle se snáze instalují do stávajících prostředí a doba instalace a náklady jsou obecně nižší, protože jsou lehké a snadněji se s nimi pracuje.

Kabely

Tradiční kabel může vážit od 800 kg/km pro 36 kroucený dvoulinkový kabel do 5 t/km pro vysoce kvalitní koaxiální kabel s velkým průměrem.

Technologie optického přenosu dat se staly průlomem v oblasti telekomunikačních a datových sítí, které vyžadují vysoké přenosové rychlosti. Během několika posledních let výzkum vedl ke vzniku systémů, které jsou schopny přenášet data rychlostí 10 Gb/s a vyšší. Jednou z hlavních výhod optického kabelu je jeho schopnost přenášet vysokorychlostní optické signály na velké vzdálenosti. Tento článek je věnován optickému kabelu, principům, na kterých funguje, a také hlavním blokům systémů přenosu dat po optickém vláknu.

Technologie optických vláken jednoduše využívá světlo k přenosu dat. Použití optického kabelu začalo kolem roku 1970, kdy se podařilo snížit náklady na výrobu optického kabelu a náklady s tím spojené.

Pomocí optického kabelu

Kabely z optických vláken se používají v široké škále aplikací, od lékařského snímání až po vysokorychlostní obranné datové sítě. Přenos dat se provádí pomocí optických vysílačů, které přenášejí vysokorychlostní signály do speciálních optických přijímačů. V tomto případě jsou digitální signály převedeny na optické signály a naopak. Rychlost přenosu dat po optickém kabelu dosahuje 10 Gb/s.

Dnes existují dva typy optických kabelů: single-mode (SM) a multi-mode (MM). V poslední době se stále častěji objevuje tvrzení, že multimode je slibnější a poskytuje více než stokrát lepší výkon ve srovnání s jednovidovým optickým kabelem.

Nejaktivnější využití optického kabelu se vyskytuje v telekomunikačním průmyslu. Zpočátku telefonní společnosti používaly optický kabel k přenášení velkých objemů hlasového provozu mezi telefonními ústřednami. Od 80. let minulého století začaly telefonní společnosti nasazovat optické sítě všude.

Propustnost optického kabelu je jeho nejdůležitější a nejvýznamnější charakteristikou. Čím větší je šířka pásma, tím vyšší je přenosová rychlost a větší provoz. Měď má velmi omezenou šířku pásma a přísná omezení délky kabelu, takže měděný pár je méně vhodný pro přenos vysokorychlostních signálů na dlouhé vzdálenosti.

Použití optického kabelu poskytuje následující výhody:

• Velká šířka pásma pro přenos hlasu nebo videa.
• Optická vlákna mohou přenášet tisíckrát více informací než měděný drát. Například pouze jeden pramen vlákna může přenášet všechny americké telefonní hovory během dopravní špičky.
• Optický kabel je přibližně 10krát lehčí než měděný.
• Nízké ztráty. Čím vyšší je frekvence signálu, tím větší jsou ztráty v měděném páru. Ztráta signálu v optickém kabelu je stejná na všech frekvencích, s výjimkou ultravysokých frekvencí.
• Spolehlivost - Optický kabel je spolehlivější a má delší životnost než měděný kabel.
• Zabezpečení – optická vlákna nevyzařují elektromagnetická pole a jsou necitlivá na rušení.

Fyzikální mechanismus pro přenos optických signálů

V moderních aplikacích se optické kabely dělí na multimode (MM) a single mode (SM), ale oba jsou založeny na stejných principech. Přenos signálu optickým kabelem je možný díky jevu zvanému totální vnitřní odraz. To umožňuje přenášet optické signály vysokou rychlostí na velké vzdálenosti.

Singlemode optický kabel nebo multimode?

Kabely SM a MM se liší velikostí, což zase ovlivňuje signál procházející vláknem. SM kabely používají jádrové vlákno o tloušťce 8 až 10 mikronů, což umožňuje přenos pouze jedné vlnové délky. MM kabely na druhé straně používají vlákno se silnějším jádrem přibližně 50-60 mikronů, což umožňuje přenos více vlnových délek současně. SM kabely mají menší útlum, což umožňuje jejich použití na velké vzdálenosti. MM kabel umožňuje přenášet více dat. Že. MM kabel se obvykle používá na krátké vzdálenosti, kde je třeba přenášet data vysokou rychlostí, jako například v systémech pro ukládání dat.

Stavební bloky systémů vláknové optiky

Typická konstrukce optického systému se skládá z vysílače, optického kabelu a přijímače. Vysílač převádí digitální elektrické signály na optické, které jsou následně přenášeny optickým kabelem, zajišťujícím vysokou přenosovou rychlost a nezávislost na elektromagnetickém rušení.
Optický kabel se skládá z optického vlákna a dvou konektorů na koncích, obvykle ST, SC nebo FC, v závislosti na konfiguraci přijímače a vysílače.

Optické vlákno se skládá z centrálního vlákna o tloušťce několika mikronů, pláště, který zajišťuje úplný optický odraz signálu, a vnějšího opletu, který poskytuje ochranu a identifikaci optického kabelu.

Konstrukce a provoz optických systémů je tedy hardwarově orientován pro přenos signálu na velké vzdálenosti. Často je úkol nastaven přesně takto: pomocí optického kabelu přenést vysokorychlostní signál na velkou vzdálenost s nízkým útlumem při přijatelné úrovni finančních nákladů.

Konstrukce optického kabelu

se skládá z několika prvků. Optický kabel se skládá z několika prvků: jádra, pláště a vnějšího krytu. Optický kabel je založen na jádře, přes které jsou přenášeny světelné signály. Jádro je na bázi křemíku a germania. Plášť obklopující jádro optického kabelu je vyroben z křemíku a má index lomu o něco nižší než centrální jádro. Index lomu je poměr rychlosti světla ve vakuu k rychlosti světla v materiálu. Rychlost světla ve vakuu je 300 000 000 metrů za sekundu. Čím vyšší je index lomu, tím nižší je rychlost světla v materiálu. Například index lomu světla v čistém vzduchu je 1, což znamená, že rychlost světla ve vzduchu je 300 000 km/s. Index lomu skla je 1,5, což znamená, že rychlost světla ve skle je 200 000 km/s.

Několik vrstev ochranného pláště chrání centrální jádro. Ochrana slouží ke snížení fyzického namáhání kabelu, jako je natahování, ohýbání atd. Vnější oplet chrání před vnějšími vlivy, jako jsou okolní vlivy (teplota, vlhkost, agresivní prostředí).

SC konektory se nejčastěji používají pro připojení optických kabelů. SC konektor poskytuje nejvyšší hustotu balení. Správci systému musí při výběru vhodného typu konektoru zvážit vlastnosti optického kabelu a aktivního zařízení.

Typy optických kabelů

Jednovidový optický kabel má velmi malé jádro, typicky 8-10 mikronů, což umožňuje přenos světelných signálů bez opakovačů na vzdálenost až 80 km v závislosti na typu zařízení. Optický kabel SC má obrovský informační potenciál díky tomu, že má prakticky neomezenou šířku pásma.

Multimode může přenášet více světelných vln a má silnější jádro o rozměrech kolem 50 nebo 62,5 mikronů. Díky disperzi má vícevidový optický kabel vyšší útlum.

Optika

Jakýkoli optický systém se skládá ze tří součástí: vysílač, prostřední (vláknový kabel) a přijímač. Vysílač převádí elektrické signály na světlo a vysílá je podél vlákna. Přijímač přijímá světelný signál a převádí jej na elektrický
signál. Existují dva typy vysílačů: laserová dioda nebo LED.

Výstupní výkon vysílače udává množství energie emitované v určitém časovém úseku. Čím vyšší výkon, tím delší vzdálenost přenosu signálu. Vysílač má schopnost měnit přenosovou rychlost tak, aby vyhovovala potřebám šířky pásma systému. Rozsah vlnových délek vyzařovaných zdrojem signálu je ve spektrální šířce.

Transceivery jsou citlivé na podmínky prostředí. Laserová dioda vyžaduje stabilní napětí a teplotu. LED diody jsou méně citlivé na výkyvy prostředí. Laserové diody jsou dražší. LED optické zdroje mají kratší životnost, ale snáze se instalují a jsou ekonomičtější.

Závěr

Přestože rozvoj využití optického kabelu začal v telekomunikačním prostředí, dnes je již běžnou záležitostí. Mnoho společností a průmyslových odvětví využilo výhody optických systémů ke zvýšení své produktivity. Jedním z problémů, kterým některé podniky čelí, je, jak připojit stávající zařízení a infrastrukturu k systému z optických vláken bez nákladných upgradů. Pomocí media konvertorů, které umožňují propojit konvenční síťové kanály založené na měděné kroucené dvojlinkě a optickém vláknu, je možné připojit téměř jakékoli síťové zařízení. Převodníky médií jsou navrženy tak, aby usnadnily přechod na používání optického kabelu a minimalizovaly náklady na odstraňování problémů, které se vyskytnou.

Pozornost! Kopírování a přetiskování informací z těchto stránek je bez písemného souhlasu administrace zakázáno.