Výstavba optických komunikačních linek. Komunikační linky z optických vláken: neomezené možnosti

Princip fungování

Prostup světla sklem: historie

Typy kabelů

Frekvence

Rozsah komunikačních linek z optických vláken

FOCL: typy optických vláken

Trh výrobků z optických vláken v Rusku

Příběh

Výhody optické komunikace

Nevýhody optické komunikace

Prvky linky z optických vláken

Aplikace optických komunikačních linek

Samonosný komunikační kabel z optických vláken

Optický kabel zabudovaný do zemnicího vodiče

Optický kabel zabudovaný do fázového vodiče

Navíjecí optický kabel

Výstavba optických vedení na venkovních vedeních je slibným směrem komunikace

Vysílač

Přijímače

Zrození vlákniny

Vojenský průmysl

Vlákno fotonického krystalu

Jednovidové vlákno

Vícevidové vlákno

Optické transceivery

2. Optické vlákno

3. Optický kabel

4. Optické konektory

5. Elektronické součástky optických komunikačních systémů

6. Aplikace optických linek v počítačových sítích

1.1 Fyzické rysy.

1.2 Technické vlastnosti.

Domov › Sazby › Výstavba optických komunikačních linek. Komunikační linky z optických vláken: neomezené možnosti

Linky z optických vláken se nazývají linky určené k přenosu informací v optickém rozsahu. Podle Sovětského informačního úřadu bylo na konci 80. let tempo růstu využívání optických linek 40 %. Experti Unie předpokládali, že některé země úplně opustí měděná jádra. Sjezd rozhodl o 25% navýšení objemu komunikačních linek pro 12. pětiletku. Třináctý, také určený k vývoji vláknové optiky, viděl kolaps SSSR a objevili se první mobilní operátoři. Mimochodem, prognóza odborníků ohledně rostoucí potřeby kvalifikovaného personálu selhala...

Jaké jsou důvody prudkého nárůstu popularity vysokofrekvenčních signálů? Moderní učebnice zmiňují snížení potřeby regenerace signálu, nákladů a zvýšení kapacity kanálu. Sovětští inženýři to zjistili, uvažovali jinak: měděné kabely, pancéřování, obrazovky tvoří 50 % světové produkce mědi, 25 % olova. Nedostatečně známá skutečnost se stala hlavním důvodem pro opuštění sponzorů projektu Wardenclyffe Tower ze strany Nikoly Tesly (název dostal podle příjmení filantropa, který pozemek daroval). Slavný srbský vědec chtěl bezdrátově přenášet informace a energii, čímž vyděsil mnoho místních majitelů měděných hutí. O 80 let později se obraz dramaticky změnil: lidé si uvědomili potřebu šetřit neželezné kovy.

Materiál použitý k výrobě vlákna je... sklo. Obyčejný silikát, ochucený značným množstvím polymerů modifikujících vlastnosti. Sovětské učebnice, kromě uvedených důvodů popularity nové technologie, jmenují:

Nízký útlum signálu, který způsobil snížení potřeby regenerace.
Žádné jiskry, proto požární bezpečnost, nulové nebezpečí výbuchu.
Žádné zkraty, snížené nároky na údržbu.
Necitlivé na elektromagnetické rušení.
Nízká hmotnost, relativně malé rozměry.

Zpočátku měly optické linky spojovat velké dálnice: mezi městy, předměstími a automatickými telefonními ústřednami. Odborníci SSSR nazvali kabelovou revoluci podobnou nástupu polovodičové elektroniky. Rozvoj technologií umožnil vybudovat sítě, které jsou bez svodových proudů a přeslechů. Úsek dlouhý stovky kilometrů postrádá aktivní metody regenerace signálu. Délka jednovidového kabelu je obvykle 12 km a vícevidového kabelu 4 km. Poslední míle je často potažena mědí. Poskytovatelé jsou zvyklí přidělovat koncové body jednotlivým uživatelům. Neexistují žádné vysoké rychlosti, transceivery jsou levné, schopnost současně dodávat energii do zařízení a snadné použití lineárních režimů.

Typické beamformery jsou polovodičové LED, včetně pevnolátkových laserů. Spektrální šířka signálu emitovaného typickým pn přechodem je 30-60 nm. Účinnost prvních polovodičových zařízení sotva dosahovala 1 %. Základem připojených LED je často struktura indium-gallium-arsen-fosfor. Tím, že vyzařují na nižší frekvenci (1,3 µm), zařízení poskytují významný rozptyl spektra. Výsledný rozptyl značně omezuje datový tok (10-100 Mbps). Proto jsou LED diody vhodné pro budování místních síťových zdrojů (vzdálenost 2-3 km).

Frekvenční dělení s multiplexováním je provedeno vícefrekvenčními diodami. Dnes jsou nedokonalé polovodičové struktury aktivně nahrazovány vertikálními emitujícími lasery, které výrazně zlepšují spektrální charakteristiky. zvýšení rychlosti. Cena je stejná. Technologie stimulované emise přináší mnohem vyšší výkony (stovky mW). Koherentní záření poskytuje účinnost jednovidových vedení 50 %. Účinek chromatické disperze je snížen, což umožňuje vyšší přenosové rychlosti.

Krátká doba rekombinace náboje umožňuje snadno modulovat záření vysokými frekvencemi napájecího proudu. Kromě vertikálních používají:

Lasery se zpětnou vazbou.
Fabryho-Perotovy rezonátory.

Vysoké bitové rychlosti dálkových komunikačních linek jsou dosaženy použitím externích modulátorů: elektroabsorpce, Mach-Zehnder interferometry. Externí systémy eliminují potřebu lineární frekvenční modulace napájecího napětí. Řezné spektrum diskrétního signálu je přenášeno dále. Kromě toho byly vyvinuty další techniky kódování nosičů:

Kvadraturní klíčování fázovým posuvem.
Ortogonální multiplexování s frekvenčním dělením.
Amplitudová kvadraturní modulace.

Postup je prováděn digitálními signálovými procesory. Staré metody kompenzovaly pouze lineární složku. Berenger vyjádřil modulátor s Wien sérií, DAC a zesilovač modelovaný s zkrácenou, časově nezávislou sérií Volterra. Khana navrhuje navíc použít polynomiální model vysílače. Pokaždé jsou koeficienty řady nalezeny pomocí architektury nepřímého učení. Dutel zaznamenal mnoho běžných variant. Fázová vzájemná korelace a kvadraturní pole simulují nedokonalosti v synchronizačních systémech. Nelineární efekty jsou kompenzovány stejným způsobem.

Fotodetektor provádí zpětnou konverzi mezi světlem a elektřinou. Lví podíl polovodičových přijímačů využívá strukturu indium-gallium-arsen. Někdy jsou tam špendlíkové fotodiody, lavinové. Struktury kov-polovodič-kov jsou ideální pro zabudování regenerátorů a krátkovlnných multiplexerů. Optoelektrické převodníky jsou často doplněny o transimpedanční zesilovače a omezovače, které produkují digitální signál. Poté procvičí obnovu hodin pomocí smyčky fázového závěsu.

Fenomén lomu, který umožňuje troposférickou komunikaci, studenti nemají rádi. Složité vzorce a nezajímavé příklady zabíjejí žákovu lásku k vědění. Myšlenka světlovodu se zrodila již ve 40. letech 19. století: Daniel Colladon a Jacques Babinet (Paříž) se pokusili vyšperkovat své vlastní přednášky lákavými vizuálními experimenty. Učitelé ve středověké Evropě byli špatně placeni, takže velký příliv studentů přinášejících peníze se jevil jako vítaná vyhlídka. Lektoři lákali publikum všemi prostředky. Nápadu využil o 12 let později jistý John Tyndall, který mnohem později vydal knihu (1870) zkoumající zákony optiky:

Světlo prochází rozhraním vzduch-voda a je pozorován lom paprsku vzhledem ke kolmici. Pokud úhel kontaktu paprsku s ortogonální linií překročí 48 stupňů, fotony přestanou opouštět kapalinu. Energie se zcela odráží zpět. Limitu nazveme mezní úhel média. Voda má 48 stupňů 27 minut, silikátové sklo 38 stupňů 41 minut, diamant 23 stupňů 42 minut.

Zrod 19. století přinesla světelná telegrafní linka Petrohrad - Varšava o délce 1200 km. Regenerace operátory zpráv byla prováděna každých 40 km. Zpráva pokračovala několik hodin; počasí a viditelnost rušily. Nástup rádiové komunikace nahradil staré techniky. První optické linky pocházejí z konce 19. století. Lékařům se nový přípravek líbil! Ohýbané skleněné vlákno umožnilo osvětlit jakoukoli dutinu lidského těla. Historici nabízejí následující časovou osu vývoje událostí:

V myšlence Henryho Saint-Rena pokračovali osadníci Nového světa (20. léta 20. století), kteří se rozhodli zlepšit televizi. Průkopníky se stali Clarence Hansell, John Logie Baird. O deset let později (1930) student medicíny Heinrich Lamm prokázal možnost přenosu obrazu pomocí skleněných vodítek. Hledač poznání se rozhodl prozkoumat vnitřnosti těla. Kvalita obrazu byla špatná a pokus o získání britského patentu selhal.

Nezávisle na tom holandský vědec Abraham van Heel, Britové Harold Hopkins, Narinder Singh Kapani vynalezli vlákno (1954). Předností prvního byla myšlenka pokrýt centrální jádro průhledným pláštěm, který měl nízký index lomu (blízko vzduchu). Ochrana proti poškrábání povrchu výrazně zlepšila kvalitu přenosu (současníci vynálezců viděli hlavní překážku použití vláknových vedení ve velkých ztrátách). Vážně přispěli i Britové, kteří nasbírali svazek vláken čítající 10 000 kusů, přenášející obraz na vzdálenost 75 cm Poznámka „Flexibilní fibroskop využívající statické skenování“ zdobila časopis Nature (1954).

To je zajímavé! Narinder Singh Kapani razil termín skleněné vlákno v článku v American Science (1960).

Rok 1956 přinesl světu nový flexibilní gastroskop, autoři Basil Hirschowitz, Wilbur Peters, Lawrence Curtiss (University of Michigan). Zvláštností nového produktu byl skleněný obal vláken. Elias Snitzer (1961) představil myšlenku jednovidového vlákna. Tak tenký, že se dovnitř vejde jen jedna skvrna interferenčního vzoru. Nápad pomohl lékařům prozkoumat vnitřnosti (živého) člověka. Ztráta byla 1 dB/m. Komunikační potřeby se rozšířily mnohem dále. Bylo nutné dosáhnout prahu 10-20 dB/km.

Rok 1964 je považován za přelomový: Dr. Kao publikoval zásadní specifikaci, která představila teoretické základy komunikace na dlouhé vzdálenosti. Dokument široce využíval výše uvedený obrázek. Vědec prokázal, že vysoce čisté sklo pomůže snížit ztráty. Německý fyzik (1965) Manfred Börner (Telefunken Research Labs, Ulm) představil první funkční telekomunikační linku. NASA okamžitě poslala snímky Měsíce pomocí nových produktů (vývoj byl tajný). O několik let později (1970) podali tři zaměstnanci Corning Glass (viz začátek tématu) patent implementující technologický cyklus tavení oxidu křemíku. Předsednictvo strávilo tři roky hodnocením textu. Nové jádro zvýšilo kapacitu kanálu 65 000krát ve srovnání s měděným kabelem. Tým Dr. Kaa se okamžitě pokusil překonat značnou vzdálenost.

To je zajímavé! O 45 let později (2009) byl Kao oceněn Nobelovou cenou za fyziku.

Vojenské počítače (1975) americké protivzdušné obrany (sekce NORAD, Cheyenne Mountains) obdržely nové komunikace. Optický internet se objevil dávno před osobními počítači! O dva roky později test telefonní linky v délce 1,5 míle na předměstí Chicaga úspěšně přenesl 672 hlasových kanálů. Skláři pracovali neúnavně: počátek 80. let přinesl nástup vlákna s útlumem 4 dB/km. Oxid křemíku byl nahrazen jiným polovodičem – germaniem.

Rychlost výroby kvalitního kabelu výrobní linkou byla 2 m/s. Chemie Thomas Mensah vyvinul technologii, která dvacetinásobně zvýšila stanovený limit. Nový produkt je konečně levnější než měděný kabel. To, co následuje, je nastíněno výše: následoval prudký nárůst přijetí nové technologie. Rozestup opakovačů byl 70-150 km. Vláknový zesilovač dopovaný ionty Erbia dramaticky snížil náklady na výstavbu vedení. Časy třinácté pětiletky přinesly planetě 25 milionů kilometrů optických sítí.

Nový impuls k vývoji dal vynález fotonických krystalů. Rok 2000 přinesl první komerční modely. Periodicita struktur umožnila výrazné zvýšení výkonu, konstrukce vlákna byla flexibilně přizpůsobena frekvenci. V roce 2012 dosáhla společnost Nippon Telegraph and Telephone Company rychlosti 1 petabit/s na vzdálenost 50 km s jedním vláknem.

Historie pochodu vojenského průmyslu USA, publikovaná v Monmouth Message, je spolehlivě známá. V roce 1958 informoval vedoucí kabelů ve Fort Monmouth (Laboratoře Signal Corps of the United States Army) o nebezpečí blesků a srážek. Úředník znepokojil výzkumníka Sama Di Vita a požádal ho, aby našel náhradu za zelenou měď. Odpověď obsahovala návrh vyzkoušet skleněné, optické a světelné signály. Tehdejší inženýři strýčka Sama však nebyli schopni problém vyřešit.

V horkém září 1959 se Di Vita zeptal poručíka Richarda Sturzebechera, zda nezná vzorec pro sklo schopné přenášet optický signál. Odpověď obsahovala informace týkající se oxidu křemičitého, vzorku na Alfred University. Z měření indexu lomu materiálů pomocí mikroskopu Richarda rozbolela hlava. 60-70% skleněného prášku umožnilo, aby zářivé světlo volně procházelo a dráždilo oči. S ohledem na potřebu nejčistšího skla studoval Sturzebecher moderní výrobní techniky s použitím chloridu křemičitého IV. Di Vita uznal materiál za vhodný a rozhodl se ponechat vládu na jednání se skláři z Corningu.

Úředník pracovníky dobře znal, ale rozhodl se věc zveřejnit, aby závod získal státní zakázku. V letech 1961 až 1962 byla myšlenka použití čistého oxidu křemíku přenesena do výzkumných laboratoří. Federální prostředky činily asi 1 milion $ (v letech 1963 až 1970). Program skončil (1985) s rozvojem mnohamiliardového průmyslu na výrobu optických kabelů, který začal rychle nahrazovat měděné kabely. Di Vita zůstal pracovat jako konzultant pro průmysl, dožil se 97 let (rok úmrtí - 2010).

Kabel je tvořen:

Jádro.
Shell.
Ochranný kryt.

Vlákno realizuje úplný odraz signálu. Materiálem prvních dvou komponentů je tradičně sklo. Někdy najdou levnou náhradu - polymer. Optické kabely jsou kombinovány fúzí. Zarovnání jádra bude vyžadovat dovednost. Multimode kabely s tloušťkou nad 50 mikronů se snadněji pájejí. Tyto dvě globální odrůdy se liší počtem režimů:

Multimode je vybaven tlustým jádrem (přes 50 mikronů).
Single-mode je mnohem tenčí (méně než 10 mikronů).

Paradox: menší kabel zajišťuje komunikaci na velkou vzdálenost. Náklady na čtyřjádrový transatlantický systém jsou 300 milionů dolarů. Jádro je potaženo polymerem odolným vůči světlu. Časopis New Scientist (2013) zveřejnil experimenty vědecké skupiny z University of Southampton, které pokryly dosah 310 metrů... s vlnovodem! Pasivní dielektrický prvek vykazoval rychlost 77,3 Tbit/s. Stěny duté trubice jsou tvořeny fotonickým krystalem. Informační tok se pohyboval rychlostí 99,7 % světla.

Nový typ kabelu tvoří sada trubiček, konfigurace připomíná zaoblenou voštinu. Fotonické krystaly připomínají přírodní perleť a vytvářejí periodické konformace, které se liší indexem lomu. Některé vlnové délky jsou uvnitř takových trubic zeslabeny. Kabel demonstruje propustné pásmo, paprsek procházející Braggovým lomem se odráží. Vzhledem k přítomnosti zakázaných zón se koherentní signál pohybuje po světlovodu.

První návrh Ye a Yariva (1978) sestává ze dvou nebo více soustředných vrstev různých materiálů. Návrhy jsou neustále aktualizovány o čerstvé druhy. Russell (1996, autor termínu vlákno fotonického krystalu) představil o dva roky později buněčnou sadu vláken, kterou uhodli, že jádro nahradí prázdnotou. Dosažený útlum je působivý:

Dutina – 1,2 dB/km.
Solid – 0,37 dB/km.

Technologie výroby je podobná tradiční. Poměrně tlustý obrobek se postupně vytahuje. Vlasy jsou dlouhé kilometry. Materiály procházejí fází výzkumu.

Přenosová rychlost a dosah jsou omezeny rozptylovými efekty a útlumem. Vědci našli vlnové délky, které minimalizují nevýhody. Bylo vytvořeno několik oken používaných telekomunikacemi:

O – 1260 až 1360 nm.
E – 1360 až 1460 nm.
S – 1460 až 1530 nm.
C – 1530 až 1565 nm.
L – 1565..1625 nm.
U – 1625...1675 nm.

Okna jsou spojitá, stávající komunikační systémy se mohou skládat ze dvou nebo tří současně. Historicky první mezera (800-900 nm) byla nyní odstraněna, protože se ukázalo, že ztráty byly neúměrně vysoké. Okna O, E se vyznačují nulovým rozptylem. Častěji se používají S, C, což demonstruje výhody minimálního útlumu (maximální přenosový rozsah).

Optické vlákno (dielektrické vlnovody) má nejvyšší propustnost ze všech existujících komunikačních médií. Optické kabely se používají k vytvoření optických komunikačních linek schopných poskytovat nejvyšší rychlost přenosu informací (v závislosti na typu použitého aktivního zařízení může být přenosová rychlost desítky gigabajtů až terabajtů za sekundu).

Křemenné sklo, které je nosným médiem optických spojů, má kromě jedinečných přenosových vlastností další cennou vlastnost - nízké ztráty a necitlivost vůči elektromagnetickým polím. Tím se odlišuje od běžných měděných kabelážních systémů.

Tento systém přenosu informací se obvykle používá při výstavbě pracovních zařízení jako externích dálnic, které spojují izolované stavby nebo budovy, stejně jako vícepodlažní budovy. Může být také použit jako vnitřní nosič strukturovaného kabelového systému (SCS), nicméně kompletní SCS vyrobené výhradně z vláken jsou méně obvyklé - kvůli vysokým nákladům na vybudování optických komunikačních linek.

Využití optických komunikačních linek umožňuje lokálně kombinovat pracoviště, poskytovat vysokorychlostní stahování internetu na všech strojích současně, kvalitní telefonní komunikaci a televizní příjem.

Při správném návrhu budoucího systému (tato fáze zahrnuje řešení architektonických problémů, stejně jako výběr vhodného zařízení a způsobů připojení nosných kabelů) a profesionální instalaci poskytuje použití optických linek řadu významných výhod:

Vysoká propustnost díky vysoké nosné frekvenci. Potenciál jednoho optického vlákna je několik terabitů informace za 1 sekundu.
Optický kabel má nízkou hladinu šumu, což má pozitivní vliv na jeho propustnost a schopnost přenášet signály různých modulací.
Požární bezpečnost (požární odolnost). Na rozdíl od jiných komunikačních systémů lze optické linky bez jakýchkoliv omezení používat ve vysoce rizikových podnicích, zejména v petrochemických závodech, kvůli absenci jiskření.
Díky nízkému útlumu světelného signálu mohou optické systémy kombinovat pracovní oblasti na značné vzdálenosti (více než 100 km) bez použití dalších zesilovačů (zesilovačů).

Informační bezpečnost. Komunikace z optických vláken poskytuje spolehlivou ochranu před neoprávněným přístupem a zachycením důvěrných informací. Tato schopnost optiky se vysvětluje absencí záření v rádiovém dosahu a také vysokou citlivostí na vibrace. V případě pokusů o odposlech může vestavěný monitorovací systém vypnout kanál a upozornit na podezření na hack. To je důvod, proč optické komunikační linky aktivně využívají moderní banky, výzkumná centra, organizace činné v trestním řízení a další struktury, které pracují s utajovanými informacemi.
Vysoká spolehlivost a odolnost systému proti rušení. Vlákno, které je dielektrickým vodičem, není citlivé na elektromagnetické záření a nebojí se oxidace a vlhkosti.
Hospodárný. Navzdory skutečnosti, že tvorba optických systémů je vzhledem k jejich složitosti dražší než tradiční SCS, obecně jejich vlastník získává skutečné ekonomické výhody. Optické vlákno, které je vyrobeno z křemene, stojí asi 2krát méně než měděný kabel, navíc při stavbě velkých systémů můžete ušetřit na zesilovačích. Pokud je při použití měděného páru nutné instalovat opakovače každých několik kilometrů, pak v optické lince je tato vzdálenost nejméně 100 km. Rychlost, spolehlivost a trvanlivost tradičních SCS jsou přitom výrazně nižší než optika.

Životnost optických linek je půl čtvrt století. Po 25 letech nepřetržitého používání se v nosném systému zvyšuje útlum signálu.
Pokud porovnáme měděné a optické kabely, pak při stejné šířce pásma bude druhý vážit asi 4krát méně a jeho objem i při použití ochranných plášťů bude několikanásobně menší než u mědi.
Vyhlídky. Použití optických komunikačních linek umožňuje snadno zvýšit výpočetní možnosti lokálních sítí díky instalaci rychlejších aktivních zařízení, aniž by se nahrazovaly komunikace.

Jak bylo uvedeno výše, optické kabely (FOC) se používají k přenosu signálů kolem (mezi) budovami a uvnitř objektů. Při výstavbě externích komunikačních linek jsou preferovány optické kabely a uvnitř budov (vnitřních subsystémů) se spolu s nimi používá tradiční kroucená dvoulinka. Rozlišuje se tedy mezi FOC pro vnější (venkovní kabely) a vnitřní (vnitřní kabely) instalace.

Samostatným typem jsou propojovací kabely: uvnitř se používají jako propojovací kabely a horizontální elektroinstalace komunikace - pro vybavení jednotlivých pracovišť a venku - pro připojení budov.

Instalace optického kabelu se provádí pomocí speciálních nástrojů a zařízení.

Délka optických komunikačních linek může dosahovat stovek kilometrů (například při budování komunikací mezi městy), zatímco standardní délka optických vláken je několik kilometrů (i proto, že práce s příliš dlouhými délkami je v některých případech velmi nepohodlná). Při konstrukci trasy je tedy nutné vyřešit problém spojování jednotlivých optických vláken.

Existují dva typy připojení: odpojitelné a trvalé. V prvním případě se pro připojení používají optické konektory (s tím jsou spojeny další finanční náklady a navíc s velkým počtem mezikonektorů narůstají optické ztráty).

Pro trvalé spojení lokálních úseků (instalace tras) se používají mechanické spojky, lepicí spojování a svařování vláken. V druhém případě se používají stroje pro spojování optických vláken. Přednost se dává té či oné metodě s ohledem na účel a podmínky použití optiky.

Nejběžnější je technologie lepení, pro kterou se používají speciální zařízení a nástroje a která zahrnuje několik technologických operací.

Zejména optické kabely před připojením procházejí předběžnou přípravou: v místech budoucích připojení je odstraněn ochranný povlak a přebytečné vlákno (připravená plocha je očištěna od hydrofobní kompozice). Pro bezpečné upevnění světlovodu v konektoru se používá epoxidové lepidlo, které vyplní vnitřní prostor konektoru (do těla konektoru se vkládá pomocí injekční stříkačky nebo dávkovače). K vytvrzení a vysušení lepidla se používá speciální pec, která dokáže vytvořit teplotu 100 stupňů. S.

Po vytvrzení lepidla se odstraní přebytečné vlákno a hrot konektoru se brousí a vyleští (kvalita čipu je nanejvýš důležitá). Pro zajištění vysoké přesnosti je výkon těchto prací řízen pomocí 200x mikroskopu. Leštění lze provádět ručně nebo pomocí leštícího stroje.

Nejkvalitnější spojení s minimálními ztrátami je zajištěno svařovacími vlákny. Tato metoda se používá k vytváření vysokorychlostních optických linek. Při svařování se konce světlovodu roztaví, jako zdroj tepelné energie lze použít plynový hořák, elektrický náboj nebo laserové záření.

Každá metoda má své výhody. Laserové svařování díky nepřítomnosti nečistot umožňuje získat nejčistší sloučeniny. Plynové hořáky se obvykle používají k trvalému spojování vícevidových vláken. Nejběžnější je elektrické svařování, které poskytuje vysokou rychlost a kvalitu práce. Doba tavení různých typů optických vláken se liší.

Pro svářečské práce se používají speciální nástroje a drahé svařovací zařízení - automatické nebo poloautomatické. Moderní svařovací stroje umožňují kontrolu kvality svařování a také testování tahových spojů. Pokročilé modely jsou vybaveny programy, které umožňují optimalizovat proces svařování pro konkrétní typ optického vlákna.

Po svaru je spoj chráněn těsně nasazenými trubkami, které poskytují dodatečnou mechanickou ochranu.

Další metodou spojování optických prvků do jediného optického vedení je mechanické spojení. Tento způsob poskytuje menší čistotu spoje než svařování, nicméně útlum signálu je v tomto případě stále menší než při použití optických konektorů.

Výhodou této metody oproti jiným je, že se k provádění práce používají jednoduchá zařízení (například montážní stůl), která umožňují práci na těžko dostupných místech nebo uvnitř malých konstrukcí.

Mechanické spojování zahrnuje použití speciálních konektorů - takzvaných spojů. Existuje několik typů mechanických konektorů, které jsou podlouhlou konstrukcí s kanálem pro vstup a upevnění spojených optických vláken. Vlastní fixace je zajištěna pomocí západek, které poskytuje konstrukce. Po spojení jsou spoje navíc chráněny spojkami nebo krabicemi.

Mechanické konektory lze použít opakovaně. Používají se zejména při opravách nebo restaurátorských pracích na lince.

Optická vlákna používaná k budování optických spojů se liší materiálem výroby a modovou strukturou světla. Materiálově se rozlišují celoskleněná vlákna (se skleněným jádrem a skleněným optickým pláštěm), celoplastová vlákna (s plastovým jádrem a pláštěm) a kombinované modely (se skleněným jádrem a plastovým pláštěm ). Nejlepší propustnost poskytují skleněná vlákna, pokud nejsou požadavky na útlum a parametry průchodnosti kritické, používá se levnější varianta plastu.

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.

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 optického vlákna 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 zlom v historii vývoje optických vláken. optické technologie. 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 oboru, který prokazatelně funguje na vzdálenost desítek milionů kilometrů.

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.

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.

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.

Pokud jsou průměr vlákna a vlnová délka dostatečně malé, bude se vláknem šířit jediný paprsek. Obecně platí, že samotný fakt výběru průměru jádra pro režim šíření signálu v jednom režimu hovoří o zvláštnosti každého jednotlivého 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 multimodových 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.

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. Avšak bez ohledu na to, jak vyrovnaná gradientní multimode vlákna jsou, jejich propustnost nelze srovnávat s jednovidovými technologiemi.

Pro přenos dat přes optické kanály musí být signály převedeny z elektrického 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 vlnového dělení nebo vlnového dělení multiplexování umožňují zvýšit hustotu přenosu dat. Aby toho bylo dosaženo, vícenásobné multiplexované toky informací jsou odesílány 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.

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.

Komunikační linky z optických vláken jsou typem komunikace, ve které jsou informace přenášeny podél optických dielektrických vlnovodů, známých jako optické vlákno.

Optické vlákno je v současnosti považováno za nejpokročilejší fyzické médium pro přenos informací a také za nejslibnější médium pro přenos velkých toků informací na velké vzdálenosti. Důvody, proč si to myslet, vyplývají z řady vlastností, které jsou součástí optických vlnovodů.

Širokopásmové optické signály díky extrémně vysoké nosné frekvenci (Fo=10**14 Hz). To znamená, že informace lze přenášet přes optickou komunikační linku rychlostí asi 10**12 bit/s nebo terabit/s. Jinými slovy, jedno vlákno může přenášet 10 milionů telefonních hovorů a milion video signálů současně. Rychlost přenosu dat lze zvýšit přenosem informací ve dvou směrech najednou, protože světelné vlny se mohou v jednom vláknu šířit nezávisle na sobě. V optickém vláknu se navíc mohou šířit světelné signály dvou různých polarizací, což umožňuje zdvojnásobení propustnosti optického komunikačního kanálu. Dosud nebylo dosaženo limitu hustoty přenášené informace přes optické vlákno.

Vlákno je vyrobeno z křemene, který je založen na oxidu křemičitém, což je na rozdíl od mědi široce rozšířený a tudíž levný materiál.
Optická vlákna mají průměr asi 100 mikronů, to znamená, že jsou velmi kompaktní a lehká, což je činí slibnými pro použití v letectví, výrobě přístrojů a kabelové technice.
Skleněná vlákna nejsou kovová při konstrukci komunikačních systémů je automaticky dosaženo galvanického oddělení segmentů. S použitím obzvláště odolného plastu vyrábějí kabelové továrny samonosné nadzemní kabely, které neobsahují kov, a jsou proto elektricky bezpečné. Takové kabely mohou být namontovány na stožáry stávajících elektrických vedení, buď samostatně, nebo integrované do fázového vodiče, čímž se ušetří značné náklady na pokládání kabelů přes řeky a jiné překážky.
Komunikační systémy na bázi optických vláken jsou odolné vůči elektromagnetickému rušení a informace přenášené optickými vlákny jsou chráněny před neoprávněným přístupem. Komunikační linky z optických vláken nelze odposlouchávat nedestruktivním způsobem. Případné dopady na vlákno lze zaznamenat sledováním (nepřetržitým sledováním) celistvosti vedení. Teoreticky existují způsoby, jak obejít ochranu prostřednictvím monitorování, ale náklady na implementaci těchto metod budou tak vysoké, že převýší náklady na zachycené informace.
Existuje způsob, jak skrytě přenášet informace prostřednictvím optických komunikačních linek. Při skrytém přenosu je signál ze zdroje záření modulován nikoli amplitudově, jako u konvenčních systémů, ale fázově. Signál je pak smíchán sám se sebou, zpožděn o nějakou dobu delší, než je doba koherence zdroje záření.
Při tomto způsobu přenosu nelze informaci zachytit přijímačem amplitudového záření, protože zaznamená pouze signál konstantní intenzity.
K detekci zachyceného signálu budete potřebovat laditelný Michelsonův interferometr speciální konstrukce. Navíc viditelnost interferenčního vzoru může být oslabena jako 1:2N, kde N je počet signálů současně přenášených přes optický komunikační systém. Je možné distribuovat přenášené informace přes více signálů nebo přenášet několik šumových signálů, čímž se zhoršují podmínky pro zachycení informací. K narušení optického signálu by bylo zapotřebí značného odběru energie z vlákna a toto narušení by monitorovací systémy snadno detekovaly.

Technologie vláken má také své nevýhody:

Při vytváření komunikační linky jsou vyžadovány vysoce spolehlivé aktivní prvky, které převádějí elektrické signály na světlo a světlo na elektrické signály. Potřebné jsou také optické konektory (konektory) s nízkými optickými ztrátami a velkým zdrojem pro připojování a odpojování. Přesnost výroby takových prvků komunikační linky musí odpovídat vlnové délce záření, to znamená, že chyby musí být v řádu zlomků mikronu. Proto je výroba takových součástí optického komunikačního spoje velmi nákladná.
Další nevýhodou je, že instalace optických vláken vyžaduje přesné, a tedy drahé zpracovatelské zařízení.
V důsledku toho jsou v případě poruchy (přerušení optického kabelu) náklady na obnovu vyšší než při práci s měděnými kabely.

Výhody použití optických komunikačních linek (FOCL) jsou natolik významné, že i přes uvedené nevýhody optického vlákna jsou tyto komunikační linky stále více využívány k přenosu informací.

Průmysl mnoha zemí si osvojil výrobu široké škály produktů a komponentů optických komunikačních linek. Je třeba poznamenat, že výroba optických komunikačních komponentů, především optických vláken, se vyznačuje vysokým stupněm koncentrace. Většina podniků je soustředěna v USA. Americké firmy, které vlastní velké patenty (především se to týká společnosti „CORNING“), ovlivňují výrobu a trh optických komunikačních komponent po celém světě prostřednictvím licenčních dohod s jinými firmami a vytvářením společných podniků.

Nejdůležitější součástí optického spoje je optické vlákno. Pro přenos signálu se používají dva typy vláken: single-mode a multimode. Vlákna dostala svůj název podle způsobu, jakým se v nich šíří záření. Vlákno se skládá z jádra a pláště s různými indexy lomu n1 a n2.

U jednovidového vlákna je průměr světlovodného jádra asi 8-10 mikronů, tedy srovnatelný s vlnovou délkou světla. S touto geometrií se může ve vláknu šířit pouze jeden paprsek (jeden režim).

Ve vícevidovém vláknu je velikost světlovodného jádra asi 50-60 mikronů, což umožňuje šířit velké množství paprsků (mnoho režimů).

Oba typy vláken se vyznačují dvěma důležitými parametry: útlum a disperze.

Útlum se obvykle měří v dB/km a je určen ztrátami absorpcí a rozptylem v optickém vláknu.

Absorpční ztráty závisí na čistotě materiálu, ztráty rozptylem na nehomogenitách indexu lomu materiálu.

Útlum závisí na vlnové délce záření přiváděného do vlákna. V současné době jsou signály přenášeny přes vlákno ve třech rozsazích: 0,85 mikronu, 1,3 mikronu, 1,55 mikronu, protože právě v těchto rozsazích má křemen zvýšenou průhlednost.

Dalším důležitým parametrem optického vlákna je disperze. Disperze je časový rozptyl spektrálních a vidových složek optického signálu. Existují tři typy disperze: vidová, materiálová a vlnovodná.

vidová disperze je vlastní multimódovému vláknu a je způsobeno přítomností velkého počtu módů, jejichž doby šíření jsou různé

disperze materiálu v důsledku závislosti indexu lomu na vlnové délce

vlnovodná disperze je způsoben procesy uvnitř vidu a je charakterizován závislostí rychlosti šíření vidu na vlnové délce.

Protože LED nebo laser vyzařují spektrum vlnových délek, disperze způsobuje, že se pulsy při šíření podél vlákna rozšiřují, čímž dochází ke zkreslení signálu. Při posuzování se používá termín „šířka pásma“ - jedná se o převrácenou hodnotu rozšíření pulzu, když se pohybuje po optickém vláknu na vzdálenost 1 km. Šířka pásma se měří v MHz*km. Z definice šířky pásma je zřejmé, že disperze omezuje přenosový rozsah a horní frekvenci přenášených signálů.

Jestliže vidová disperze obvykle převládá, když se světlo šíří vícevidovým vláknem, pak pouze poslední dva typy disperze jsou vlastní jednovidovému vláknu. Při vlnové délce 1,3 µm se disperze materiálu a vlnovodu v jednovidovém vláknu vzájemně ruší, což vede k nejvyšší propustnosti.

Útlum a rozptyl se u různých typů optických vláken liší. Jednovidová vlákna mají lepší útlum a charakteristiky šířky pásma, protože přenášejí pouze jeden paprsek. Jednovidové zdroje záření jsou však několikanásobně dražší než multimódové. Je obtížnější zavést záření do jednovidového vlákna kvůli malé velikosti jádra vlákna ze stejného důvodu, jednovidová vlákna se obtížně spojují s nízkými ztrátami. Dražší je i zakončení jednovidových kabelů optickými konektory.

Vícevidová vlákna jsou pro instalaci výhodnější, protože velikost světlovodného jádra v nich je několikrát větší než u jednovidových vláken. Jednodušší je ukončit vícevidový kabel optickými konektory s nízkými ztrátami (do 0,3 dB) ve spoji. Zářiče pro vlnovou délku 0,85 mikronu jsou určeny pro multimode vlákno - nejdostupnější a nejlevnější zářiče, vyráběné ve velmi širokém sortimentu. Ale útlum na této vlnové délce pro multimode vlákna je v rozmezí 3-4 dB/km a nelze jej výrazně zlepšit. Šířka pásma multimodových vláken dosahuje 800 MHz*km, což je přijatelné pro místní komunikační sítě, ale nestačí pro dálkové linky.

Druhou nejdůležitější složkou, která určuje spolehlivost a životnost optických linek, je optický kabel (FOC). Dnes je na světě několik desítek společností, které vyrábějí optické kabely pro různé účely. Nejznámější z nich: AT&T, General Cable Company (USA); Siecor (Německo); kabel BICC (UK); Les cables de Lion (Francie); Nokia (Finsko); NTT, Sumitomo (Japonsko), Pirelli (Itálie).

Určujícími parametry při výrobě optických kabelů jsou provozní podmínky a kapacita komunikační linky.

Podle provozních podmínek se kabely dělí na:

shromáždění
stanice
zonální
hlavní

První dva typy kabelů jsou určeny pro instalaci uvnitř budov a konstrukcí. Jsou kompaktní, lehké a zpravidla mají krátkou celkovou délku.

Poslední dva typy kabelů jsou určeny pro instalaci do kabelových studní, do země, na podpěry podél elektrického vedení a pod vodou. Tyto kabely jsou chráněny před vnějšími vlivy a mají stavební délku více než dva kilometry.

Pro zajištění vysoké propustnosti komunikačních linek se vyrábí optické kabely obsahující malý počet (až 8) jednovidových vláken s nízkým útlumem a kabely pro distribuční sítě mohou obsahovat až 144 vláken, jednovidových i vícevidových, v závislosti na na vzdálenostech mezi segmenty sítě.

Při výrobě FOC se používají hlavně dva přístupy:

návrhy s volným pohybem prvků
konstrukce s pevnými spoji mezi prvky

Podle typu konstrukce se rozlišují kabely lankové, lankové, kabely s profilovým jádrem a ploché kabely. Existuje mnoho kombinací designů optických kabelů, které v kombinaci s širokou škálou použitých materiálů umožňují vybrat design kabelu, který nejlépe vyhovuje všem podmínkám projektu, včetně nákladů.

Speciální třídu tvoří kabely zabudované v zemnícím vodiči.

Samostatně zvážíme metody spojování stavebních délek kabelů.

Spojování stavebních délek optických kabelů se provádí pomocí kabelových spojek speciální konstrukce. Tyto spojky mají dva nebo více kabelových vstupů, zařízení pro upevnění silových prvků kabelů a jednu nebo více spojovacích desek. Spojovací deska je konstrukce pro pokládání a zajišťování spojených vláken různých kabelů.

Po položení optického kabelu je nutné jej připojit k vysílacímu a přijímacímu zařízení. To lze provést pomocí optických konektorů (konektorů). Komunikační systémy používají mnoho typů konektorů. Dnes budeme zvažovat pouze hlavní druhy, které jsou nejrozšířenější na světě. Vzhled konektorů je znázorněn na obrázku.

Charakteristiky konektorů jsou uvedeny v tabulce 1. Když říkáme, že tyto typy konektorů jsou nejrozšířenější, znamená to, že většina zařízení s optickými vlákny má zásuvky (adaptéry) pro jeden z uvedených typů konektorů. Rád bych řekl pár slov k poslední části tabulky 1. Zmiňuje nový typ fixace: „Push-Pull“.

Stůl 1:

Fixace "Push-Pull" zajišťuje připojení konektoru do zásuvky tím nejjednodušším způsobem - západkou. Aretační západka zajišťuje bezpečné spojení bez nutnosti otáčení převlečné matice. Důležitou výhodou konektorů s Push-Pull fixací je vysoká hustota instalace optických konektorů na rozvodných a křížových panelech a snadné spojování.

Nyní se dotkneme problému přenosu a příjmu optických signálů. První generace vysílačů signálu z optických vláken byla představena v roce 1975. Vysílač byl založen na světelné diodě pracující na vlnové délce 0,85 mikronu v multimódovém režimu.

Během následujících tří let se objevila druhá generace – jednovidové vysílače pracující na vlnové délce 1,3 mikronu.

V roce 1982 se zrodila třetí generace vysílačů – diodových laserů pracujících na vlnové délce 1,55 mikronu.

Výzkum pokračoval a nyní se objevila čtvrtá generace optických vysílačů, která dala vzniknout koherentním komunikačním systémům – tedy systémům, ve kterých jsou informace přenášeny modulací frekvence nebo fáze záření. Takové komunikační systémy poskytují mnohem větší rozsah šíření signálu přes optické vlákno. Specialisté NTT postavili koherentní optickou linku STM-16 bez regenerátoru s přenosovou rychlostí 2,48832 Gbit/s na vzdálenost 300 km a v laboratořích NTT na začátku roku 1990 vědci poprvé vytvořili komunikační systém využívající optické zesilovače rychlostí 2,5 Gbit/s na vzdálenost 2223 km.

Nástup optických zesilovačů na bázi vláken dotovaných erbiem, schopných zesílit signály procházející vláknem o 30 dB, dal vzniknout páté generaci optických komunikačních systémů. V současné době se rychle rozvíjejí dálkové optické komunikační systémy na vzdálenosti tisíců kilometrů. Úspěšně jsou provozovány transatlantické komunikační linky USA-Evropa TAT-8 a TAT-9, Pacifická linka USA-Havajské ostrovy-Japonsko TRS-3. Probíhají práce na dokončení výstavby globálního optického komunikačního okruhu Japonsko-Singapur-Indie-Saúdská Arábie-Egypt-Itálie.

V posledních letech se spolu s koherentními komunikačními systémy vyvíjí alternativní směr: solitonové komunikační systémy. Soliton je světelný puls s neobvyklými vlastnostmi: zachovává si svůj tvar a teoreticky se může neomezeně šířit podél „ideálního“ světlovodu. Solitony jsou ideální světelné impulsy pro komunikaci. Doba trvání solitonu je přibližně 10 biliontin sekundy (10 ps). Systémy Soliton, ve kterých je jeden bit informace zakódován přítomností nebo nepřítomností solitonu, mohou mít propustnost alespoň 5 Gbit/s na vzdálenost 10 000 km.

Tento komunikační systém má být použit na již vybudované transatlantické lince TAT-8. Chcete-li to provést, budete muset zvednout podvodní vláknovou optiku, demontovat všechny regenerátory a spojit všechna vlákna přímo. V důsledku toho nebude na podvodním potrubí jediný meziregenerátor.

Spolu s výstavbou globálních komunikačních sítí je optické vlákno široce používáno při vytváření lokálních počítačových sítí (LAN).

Společnost "VIMCOM OPTIC", zabývající se automatizací a elektronickými technologiemi, vyvíjí a instaluje lokální a páteřní sítě Ethernet, Fast Ethernet, FDDI, ATM/SDH pomocí optických komunikačních linek. VIMCOM OPTIC to dělá ze tří důvodů. Za prvé je to ziskové. Při instalaci dlouhých segmentů sítě nejsou opakovače vyžadovány. Za druhé, je spolehlivý. Optické komunikační linky mají velmi nízkou hladinu šumu, což umožňuje přenášet informace s chybovostí maximálně 10**(-10). Za třetí, je to slibné. Komunikační linky s optickými vlákny umožňují zvýšit výpočetní možnosti sítě, aniž by nahradily kabelovou komunikaci. K tomu stačí nainstalovat rychlejší vysílače a přijímače. To je důležité pro uživatele, kteří se zaměřují na rozvoj své sítě LAN.

Kabel pro připojení segmentů sítě je levný, ale práce spojená s jeho položením může představovat největší náklady na instalaci sítě. Vyžádá si to práci nejen kabelových techniků, ale i celého týmu stavebníků (sádrokartonářů, malířů, elektrikářů), což vzhledem ke zvyšující se ceně ruční práce nebude levné. Základní topologie LAN: "sběrnice", "hvězda", "kruh". V současné době je použití optického vlákna v obecné konstrukci sběrnic obtížné, ale je vhodné jej použít pro komunikaci bod-bod používanou v hvězdicových a kruhových topologiích.

Okruh optických linek, používaných zejména v sítích LAN, je uspořádán takto:

Elektrický signál pochází ze síťového řadiče instalovaného na pracovní stanici nebo serveru (například ethernetový síťový řadič), poté jde do elektrického vstupu transceiveru (například optického transceiveru ISOLAN 3Com), který převádí elektrický signál na jeden optický. Optický kabel (například OKG-50-2) je připojen k optickým konektorům transceiveru pomocí optických konektorů (například ST).

Podívejme se na několik možností pro vybudování optických linek.

FOCL uvnitř jedné budovy. V tomto případě se pro komunikaci používá dvouvláknový OC (typ Noodle), který lze v případě potřeby položit do trubky PND-32 pod falešnou podlahu nebo podél stěn v ozdobných krabicích. Veškeré práce si může zákazník provést sám, pokud je dodaný kabel zakončen vhodnými konektory.
Optické vedení mezi budovami se buduje položením optického kabelu buď podél kabelových komunikačních studní, nebo zavěšením optického kabelu mezi podpěry. V tomto případě je nutné zajistit spárování tlustého vícevláknového kabelu s optickými transceivery. K tomuto účelu se používají kabelové spojky, ve kterých se konce optického kabelu odříznou, vlákna se identifikují a vlákna se zakončí konektory odpovídajícími zvoleným transceiverům. Tuto práci lze provést několika způsoby.
1. FOC si můžete objednat ve speciální Break-Out verzi. Jedná se o dražší variantu, ale kabel lze ihned ukončit optickými konektory, zakončené moduly (šňůry podobné instalačním vodičům) lze ze spojky vyjmout a připojit k přijímacímu a vysílacímu zařízení.
2. K vláknům odděleným v kabelové objímce můžete přivařit optické šňůry s konektory na jednom konci (pig tail). Délka ocasu se volí na základě pohodlí uživatele (například 3 m).
3. Vlákna můžete ukončit konektory a konektory zevnitř zasunout do optických zdířek (spojek), zabudovaných ve stěně kabelové spojky. Z vnější strany se do spojky zasune konektor optické šňůry vedoucí k zařízení transceiveru.

Jiné způsoby připojení FOC k optickým transceiverem jsou také možné. Každá metoda má své výhody a nevýhody. V praxi specialistů ze společnosti "VIMCOM OPTIC" se třetí metoda rozšířila, protože je ekonomická, spolehlivá, poskytuje nízké vkládací optické ztráty díky použití zásuvek a konektorů s keramickými prvky a je také vhodná pro uživatele. .

Zvláštní zmínku je třeba zmínit o potřebě optického křížového propojení.

Je třeba poznamenat, že v posledních letech bylo vyvinuto několik metod spojování optických vláken. Metoda spojování vláken svařováním pomocí speciálního stroje je považována za univerzální. Taková zařízení vyrábí následující společnosti: BICC (Velká Británie), Ericsson (Švédsko), Fujikura, Sumitomo (Japonsko). Vysoké náklady na spojovací stroje vedly k vytvoření alternativních technologií spojování optických vláken.

Například pro rychlé spojení vláken se nyní používají mechanické spoje speciálně vyvinuté společností 3M. Jedná se o plastové přístroje o rozměrech 40x7x4 mm, skládající se ze dvou částí: těla a krytu. Uvnitř pouzdra je speciální drážka, do které se z různých stran zasouvají spojovaná vlákna. Poté se nasadí víko, které je zároveň zámkem. Speciální „splice“ design spolehlivě vystředí vlákna. Výsledkem je utěsněné a kvalitní spojení vláken se ztrátami na přechodu ~ 0,1 dB. Takové „splice“ jsou zvláště vhodné pro rychlou opravu poškození optických vedení. Doba spojení dvou vláken nepřesáhne 30 sekund po přípravě vláken (ochranný povlak je odstraněn, je vyroben přísně kolmý čip). Instalace se provádí bez použití lepidla nebo speciálního vybavení, což je velmi výhodné při práci na těžko dostupných místech (například v kabelové studně).

SIECOR nabízí další technologii spojování vláken, při které se vlákna vkládají do přesné objímky. V místě spojení vláken je uvnitř pouzdra umístěn vysoce transparentní gel na silikonové bázi s indexem lomu blízkým indexu lomu optického vlákna. Tento gel zajišťuje optický kontakt mezi konci spojených vláken a zároveň utěsňuje spoj.

Jiné způsoby spojování jsou méně obvyklé;

Instalaci optických komunikačních linek provádí firma "VIMKOM OPTIC" pomocí svářečky od firmy "Sumitomo" typ 35 SE. Toto zařízení umožňuje svařovat libovolné typy vláken v ručním i automatickém režimu, testuje vlákno před svařováním, nastavuje optimální provozní parametry, vyhodnocuje kvalitu povrchů vláken před svařováním, měří ztráty na spoji vláken a v případě potřeby poskytuje příkaz k opakování svařování. Zařízení navíc chrání místo svařování speciální manžetou a kontroluje pevnost svarového spoje. Zařízení umožňuje spojovat jednovidová a vícevidová vlákna se ztrátou 0,01dB, což je vynikající výsledek. Zvláště bych chtěl říci o speciálně vyvinuté metodě hodnocení kvality svařování. U zařízení jiných konstrukcí, například BICC, se vlákno ohýbá a v ohybu svařovaného vlákna vzniká laserové záření, které je v ohybu druhého svařovaného vlákna zaznamenáváno fotodetektorem. Při této metodě měření je vlákno vystaveno nadměrnému namáhání v ohybu, což může vést k tvorbě trhlin v této části vlákna. Sumitomo provádí měření nedestruktivním způsobem na základě zpracování videoinformací pomocí speciálně vyvinutých algoritmů.

Pro některé speciální aplikace jsou optická vlákna vyráběna se speciálním povlakem nebo s komplexním profilem indexu lomu na rozhraní jádro-plášť. Je velmi obtížné zavést sondovací záření do takových vláken v oblasti ohybu. U strojů Sumitomo nečiní práce se speciálními vlákny žádné potíže. Taková zařízení jsou poměrně drahá, ale na takových zařízeních pracujeme. Tím jsou dosaženy dva cíle: 1) vysoká kvalita svařování, 2) vysoká rychlost práce, která je důležitá při realizaci důležitých zakázek (neodkladné odstranění havárie na hlavní komunikační lince).

Při instalaci optických komunikačních linek je linka testována pomocí optického reflektometru. Jedním z nejvhodnějších zařízení pro tyto účely je podle specialistů VIMCOM OPTIC minireflektometr Ando AQ7220. Lehký a kompaktní (340x235x100 mm, 4,6 kg s vestavěnou baterií na 3-4 hodiny provozu), je vhodný zejména pro práci v terénu. Zařízení má vnitřní paměť, 3,5" disketovou mechaniku a pevný disk (volitelný).

Nárůst objemu prodeje vede k výraznému zlevnění všech optických komunikačních komponentů a nové technologie výstavby optických sítí umožňují vytvářet vysoce spolehlivé telekomunikace.

Podpěry elektrického vedení se často používají nejen pro svůj zamýšlený účel, ale také jako inženýrské konstrukce pro zavěšení komunikačních kabelů. Vzhledem k tomu, že elektrické vedení spojuje i ty nejvzdálenější kouty naší země, jsou téměř ideálním způsobem organizace komunikace. K tomu jsou různé typy optických kabelů (FOC) zavěšeny na podpěrách.

Názor odborníka

Hlavní redaktor LinijaOpory

Naši kolegové poskytují konzultace v oblasti výpočtů a návrhů optických komunikačních vedení na venkovních vedeních. Na webu VOLS-psd.ru se můžete seznámit se seznamem provedených výpočtů a konzultací a také zjistit podmínky pro návrh optického vedení podle vašich technických specifikací. Žádná otázka nezůstane nezodpovězena.

Pro výstavbu optických vedení na venkovních vedeních je možných několik možností. Každý z nich má své výhody a nevýhody. Na našich webových stránkách naleznete komplexní informace o komunikačních linkách tohoto typu. Každý rok se objevují nové způsoby zavěšení a pokládání FOC, ale existuje několik „klasických“ možností, z nichž každá se používá poměrně často.

Samonosný optický kabel (SSOC) se nejčastěji používá při návrhu a konstrukci optických vedení, protože jeho zavěšení lze provést bez odstranění napětí ve vedení, což výrazně snižuje náklady na výstavbu.

Tento kabel se vyznačuje nízkou hmotností a dobrými napínacími schopnostmi. Její zavěšení se provádí přímo na tělese podpěry nebo její traverze (v závislosti na typu a provedení podpěry).

V současné době existuje mnoho speciálních zařízení určených pro zavěšení OKSN. Všechny budou zkontrolovány na našem zdroji.

Kabel zabudovaný do kabelu ochrany před bleskem (OPGT) se používá na vedení vysokého a velmi vysokého napětí. Tento typ kabelu je poměrně rozšířený, protože je to nejpřijatelnější varianta pro velké délky tras elektrického vedení.

OPGW plní jak funkci přenosu informací, tak i klasickou funkci ochrany vedení před přepětím. Pro vybudování optického spojení na OPGT je nutné vypnout síťové napětí. Při návrhu je nutné vzít v úvahu mnoho faktorů, které ovlivňují odolnost proti opotřebení a životnost kabelu. OPGT nevytváří další zatížení na podpěrách nadzemního vedení.

Optický kabel ve fázovém vodiči (OCPC) je relativně nová technologie, která se v Ruské federaci používá velmi zřídka. To se vysvětluje především vysokými náklady na stavební materiály a složitostí instalace takového drátu.

Při výstavbě optického vedení pomocí OKFP je napětí ve vedení vypnuto a stávající fázový vodič je nahrazen komunikačním kabelem s podobnými vlastnostmi. To umožňuje dosáhnout mechanické i elektrické symetrie ve vedení. V současné době energetici zřídka umožňují takové manipulace a pouze tehdy, když neexistují žádné jiné možnosti pro zavěšení optického vlákna (například v podmínkách velkých rozpětí).

Při použití této technologie je podél fázového drátu vedení spuštěn speciální stroj, který na něj pohybem podél drátu rovnoměrně navíjí FOC.

V důsledku navíjení optické vlákno nevyžaduje dodatečné upevnění na podpěrách a pouze mírně zvyšuje jejich zatížení. V moderní výstavbě se tato technologie poměrně často používá na vedeních s napětím do 35 kV. Používání navíjecích strojů vyžaduje, aby instalatéři měli dostatečné znalosti v některých technických otázkách, což se však vyplácí ve výsledcích práce. Během procesu instalace je obzvláště důležité používat provozuschopné a účinné mechanismy.

Typ konektoru

telekomunikace

kabelová televize

bude měřit. zařízení

Duplexní komunikační systémy

Rozvoj optických datových sítí je rychlý a rozšířený. Používá se široká škála inženýrských konstrukcí a návrhů kabelů. Pro zajištění dlouhého a nepřetržitého provozu jsou takové tratě navrženy s ohledem na maximální zatížení pozorovaná za posledních 25 let.

Kromě toho, že existují samostatné dokumenty pro standardizaci pozastavení FOC, mají Pravidla pro výstavbu elektrických instalací také odpovídající část.

Oblíbené v kategorii: