Всё об оптоволокне в пяти фактах

До недавнего времени оптоволоконные кабеля использовались в глобальных телекоммуникационных системах. Они применялись для высокоскоростной передачи информации в различных сферах деятельности, которые оперировали с большими массивами данных. На данный момент в связи с существенным снижением стоимости область использования "оптики" существенно расширилась и приблизилась к конечному пользователю. Сейчас такие они используются для передачи данных в небольших дата центрах, и даже на локальных участках Ethernet сетей. Однако, чтобы наиболее полно использовать все возможности оптоволокна необходимо четко представлять границы его эксплуатационных характеристик. А также понимать принцип работы и структуру оптического кабеля.

Оптоволоконный кабель – что это?

Область назначения оптоволоконного кабеля полностью аналогична обычным телекоммуникационным с металлическим токопроводящим сердечником. Оба типа предназначены для передачи различной информации (данных). Однако вид энергии, которая используется при этом, кардинально отличается. Для обычных кабелей, это электроны, а для оптических - фотоны.

Структура волоконно-оптического кабеля

Основным элементом (сердцевиной) оптоволоконного кабеля являются волокна, изготовленные из светопрозрачного пластика или кварцевого стекла. Они выполняют функцию проводника световых волн. По внешнему контуру оптических волокон расположен промежуточный "пограничный" слой - boundary layer. Эта прослойка предназначена для отражения фотонов и описывается значением – индекс отражения (refractive index). Данное значение находится в прямой пропорциональности со скоростью света.

Пограничный слой покрывает оболочка сердцевины. Она также используется для передачи световых лучей, однако характеризуется несколько меньшими показателями индекса отражения. Соответственно и скорость у неё намного ниже. Оболочка покрыта защитным материалом - буферным слоем, который предназначен для предотвращения проникновения влаги внутренние слои.

Внешнее защитное покрытие предотвращает механическое воздействие и повреждение всех внутренних слоёв оптического кабеля.

Принцип действия – способ передачи светового луча

Передача сигнала по волоконно-оптическому кабелю осуществляется в виде светового импульса. Поэтому данные, которые представлены в виде электрических сигналов преобразуются при помощи электрооптического конвертера. После прохождения по сердцевине фотоны подвергаются обратному преобразованию при помощи оптоэлектронного конвертера.

Различные типы оптических кабелей имеют ограничения по диаметру изгиба, количеству передаваемых световых лучей, пропускной способности и дальности передачи данных. Всё это необходимо учитывать при выборе определённого типа для решения конкретных задач.

Разновидности современных оптоволоконных кабелей

На данный момент эксплуатируются следующие разновидности волоконной оптики, имеющие определенные различия в функциональности и эксплуатационных характеристиках:

• Многомодовые (мультимодовые) со ступенчатым параметром преломления светового луча - стеклянная сердцевина толщиной 100, 120 или 400 мкм, позволяет передавать одновременно на несколько лучей имеющих разную интенсивность отражения. Данные передаются по зигзагообразной траектории, индекс отражения сердцевины является константой.
• 
  

Так как световые лучи преломляются под разными углами, скорость их передачи является довольно посредственной. Пропускная способность многомодового кабеля не превышает 100 MHz. При этом ограничивается максимальное расстояние до 1 км.

• Многомодовые с градиентным параметром преломления. Преломление светового луча осуществляется по параболической траектории. Это позволяет не только значительно повысить скорость передачи, но и передавать одновременно множество сигналов. При этом диаметр ядра существенно меньше и составляет 50, 62,5, 85, 100, 125, 140 мкм.

• Одномодовые - используется для передачи только одного сигнала. Но при этом отсутствует преломление светового луча, что позволяет повысить пропускную способность в сочетании с дальностью трансляции до 100 (Гбит/с)км.

Преимущества использования оптического волокна

Высокая востребованность оптоволоконных кабелей стала результатом множество преимуществ, которые дает их использование:

• Устойчивость к электромагнитным и радиопомехам, а также полная нечувствительность перепады напряжения;
• Высокая скорость передачи данных на огромные расстояния без потери качества сигнала и необходимости применения усиливающего оборудования;
• Высокий уровень прочности, износостойкости и долговечности;
• При наличии переходников совместимость с телекоммуникационными кабинами других типов.

Основной недостаток кабеля из оптоволокна, его высокая стоимость постепенно нивелируется последствия разработки новых более экономичных технологий производства и удешевления используемых материалов.