Optiske kabler - enhed, typer og egenskaber

Optiske kabler, i modsætning til kabler med kobber- eller aluminiumsledere, bruger en gennemsigtig optisk fiber som et medium til at transmittere et signal. Signalet transmitteres her ikke ved hjælp af elektrisk strøm, men ved hjælp af lys. Det betyder, at praktisk talt ingen elektroner bevæger sig, men snarere fotoner, og signaltransmissionstab viser sig at være ubetydelige.

Disse kabler er ideelle som et middel til at overføre information, da lys kan passere gennem transparent glasfiber praktisk talt uhindret i snesevis af kilometer, mens lysets intensitet falder en smule.

Der er GOF-kabler (optisk glasfiberkabel) — med glasfibre, og POF kabler (optisk plastkabel) — med gennemsigtig plastfiber. Begge kaldes traditionelt optiske eller fiberoptiske kabler.

Optisk kabel enhed

Fiberoptisk kabel har en ret simpel enhed.I midten af ​​kablet er der en lysleder lavet af glasfiber (dets diameter overstiger ikke 10 mikron), klædt i en beskyttende plastik- eller glasskal, som giver total intern refleksion af lys på grund af forskellen i brydningsindekser ved grænsen af to medier.

Det viser sig, at lyset, hele vejen fra senderen til modtageren, ikke kan forlade den centrale vene. Derudover er lys ikke bange for elektromagnetisk interferens, derfor behøver et sådant kabel ikke elektromagnetisk afskærmning, men skal kun forstærkes.

For at sikre den mekaniske styrke af det optiske kabel tages der særlige foranstaltninger - de gør kablet pansret, især når det kommer til optiske flerkernekabler, der bærer flere separate optiske fibre på samme tid. Ophængte kabler kræver speciel forstærkning med metal og Kevlar.

Det enkleste design af fiberoptiske kabler er glasfibre i en plastikskal… Et mere komplekst design er et flerlagskabel med forstærkningselementer, for eksempel til undervands-, underjordisk eller ophængt installation.

I et flerlags pansret kabel er det understøttende forstærkningskabel lavet af metal indkapslet i en polyethylenkappe. Der er anbragt lysbærende plast- eller glasfibre omkring den. Hver enkelt fiber er belagt med et lag farvet lak til farvekodning og beskyttelse mod mekaniske skader. Fiberbundterne er pakket i plastikrør fyldt med en hydrofob gel.

Et plastrør kan indeholde fra 4 til 12 sådanne fibre, mens det samlede antal fibre i et sådant kabel kan være op til 288 stykker. Rørene er flettet sammen med en tråd, der strammer filmen fugtet med en hydrofob gel - for større dæmpning af mekaniske påvirkninger. Rørene og det centrale kabel er indkapslet i polyethylen.Dernæst er Kevlar-tråde, som praktisk talt giver rustning til det snoede kabel. Derefter polyethylen igen for at beskytte det mod fugt, og til sidst den ydre skal.

De to hovedtyper af fiberoptiske kabler

Der er to typer fiberoptiske kabler: multimode og single mode. Multi-mode er billigere, single-mode er dyrere.

Single mode kabel sikrer, at strålerne, der passerer gennem fiberen, praktisk talt tager den samme vej uden væsentlige indbyrdes afvigelser, som følge heraf ankommer alle stråler til modtageren på samme tid og uden forvrængning af signalformen. Diameteren af ​​en optisk fiber i et single-mode kabel er omkring 1,3 μm, og det er ved denne bølgelængde, at lys skal transmitteres gennem det.

Af denne grund bruges en laserkilde med monokromatisk lys af en strengt nødvendig bølgelængde som sender.Netop kabler af denne type (single-mode) betragtes i dag som de mest lovende til langdistancekommunikation i fremtiden, men for nu er dyre og kortvarige.

Multimode kabel mindre "præcise" end single-mode. Strålerne fra senderen passerer ind i den med spredning, og på siden af ​​modtageren er der en vis forvrængning af formen af ​​det transmitterede signal. Diameteren af ​​den optiske fiber i multimode-kablet er 62,5 µm, og den ydre diameter af kappen er 125 µm.

Den bruger en konventionel (ikke-laser) LED på sendersiden (0,85 μm bølgelængde), og udstyret er ikke så dyrt som en laserlyskilde, og nuværende multimode kabler har længere levetid. Længden af ​​kabler af denne type overstiger ikke 5 km. Typisk signaltransmissionslatens er i størrelsesordenen 5 ns/m.

Fordele ved fiberoptiske kabler

På den ene eller anden måde adskiller det optiske kabel sig radikalt fra almindelige elektriske kabler med dets exceptionelle støjbeskyttelse, som sikrer maksimal sikkerhed for både integriteten og fortroligheden af ​​de informationer, der transmitteres gennem det.

Elektromagnetisk interferens rettet mod et optisk kabel er ikke i stand til at forvrænge lysstrømmen, og fotonerne selv genererer ikke ekstern elektromagnetisk stråling. Uden at bryde kablets integritet er det umuligt at opsnappe den information, der transmitteres gennem det.

Båndbredden af ​​et fiberoptisk kabel er teoretisk 10 ^ 12 Hz, hvilket ikke kan sammenlignes med nuværende kabler af nogen kompleksitet. Du kan nemt overføre information med en hastighed på op til 10 Gbps pr. kilometer.

Fiberoptisk kabel i sig selv er ikke så dyrt som et tyndt koaksialkabel. Men hovedandelen af ​​stigningen i prisen på det færdige netværk falder stadig på sende- og modtageudstyret, hvis opgave er at konvertere et elektrisk signal til lys og omvendt.

Dæmpningen af ​​et lyssignal, når det passerer gennem et optisk kabel i et lokalt netværk, overstiger ikke 5 dB pr. 1 kilometer, det vil sige næsten det samme som for et lavfrekvent elektrisk signal. Jo højere frekvensen er - jo stærkere er fordelen ved det optiske medium i forhold til traditionelle elektriske ledninger - stiger dæmpningen marginalt. Og ved frekvenser over 0,2 GHz er det optiske kabel klart ude af konkurrence. Det er praktisk muligt at øge transmissionsafstanden op til 800 km.

Fiberoptiske kabler er anvendelige i ring- eller stjernetopologinetværk, mens de fuldstændigt eliminerer de jordforbindelses- og belastningsbalanceringsproblemer, der altid er relevante for elektriske kabler.

Perfekt galvanisk isolering, sammen med ovenstående fordele, giver analytikere mulighed for at forudsige, at i netværkskommunikation vil optiske kabler snart fuldstændig erstatte elektriske, især i betragtning af den voksende mangel på kobber på planeten.

Ulemper ved fiberoptiske kabler

Retfærdigvis kan vi ikke undlade at nævne ulemperne ved optiske datatransmissionssystemer, hvoraf den vigtigste er kompleksiteten ved installation af systemer og de høje krav til nøjagtigheden af ​​at installere stik. Mikronafvigelser under samlingen af ​​stikket kan føre til en stigning i dæmpningen i den. Her har du brug for højpræcisionssvejsning eller en speciel klæbende gel, hvis brydningsindeks svarer til selve den installerede glasfiber.

Af denne grund tillader kvalifikationen af ​​personalet ikke mildhed, specialværktøj og høje færdigheder er påkrævet til deres brug. Oftest tyer de til brugen af ​​færdige stykker kabel, i enderne af hvilke færdiglavede stik af den krævede type allerede er installeret. For at forgrene signalet fra den optiske fiber bruges specialiserede splittere til flere kanaler (fra 2 til 8), men ved forgrening forekommer lysdæmpning uundgåeligt.

Naturligvis er fiber et mindre stærkt og mindre fleksibelt materiale end kobber, og det er farligt at bøje fiberen til en radius på mindre end 10 cm for dens sikkerhed.Ioniserende stråling reducerer gennemsigtigheden af ​​den optiske fiber, øger dæmpningen af ​​det transmitterede lyssignal.

Strålingsbestandige fiberoptiske kabler er dyrere end konventionelle fiberoptiske kabler. En pludselig ændring i temperaturen kan forårsage, at der dannes en revne i fiberen. Selvfølgelig er optisk fiber sårbar over for mekanisk stress, stød og ultralyd; for at beskytte mod disse faktorer, anvendes specielle bløde lydabsorberende materialer fra kabelkapperne.