В современных системах телекоммуникаций ключевую роль играет оперативность, с которой осуществляется обмен информацией. Лучшим инструментом для функционирования сетей является применение волоконно-оптических кабелей (ВОК), которые обеспечивают рекордную скорость передачи данных.
Именно изобретение оптического волокна обеспечило прямой доступ к высокоскоростному интернету огромному количеству людей, в том числе непосредственно в жилищах.
Как работает волоконно-оптический кабель
В обычных кабелях передается электрический сигнал. В материале с высокой электропроводностью под действием электрического напряжения происходит направленное движение электронов.
В волоконно-оптическом кабеле носитель сигнала — световое излучение, посредством которого передается оптический импульс. Внутри прозрачного материала перемещаются кванты света — фотоны. Скорость света в оптоволокне приблизительно 200’000 км/с, которое различается в зависимости от количества не прямолинейных участков. Источником выступают лазеры или светодиоды.
Сигнал доходит мгновенно. Ограничения накладывает пропускная способность волоконно-оптического кабеля, которая в десятки раз выше, чем у электрических линий. Под пропускной способностью понимают количество информации, переданной в единицу времени. При этом потери чрезвычайно малы, что позволяет передавать сигнал на расстояние до нескольких сотен километров, если использовать соответствующее оборудование.
Оптическое волокно представляет собой нить из материала, способного пропускать свет. Благодаря эффекту полного внутреннего отражения луч, отражаясь от стенок, удерживается внутри нити, которую называют волоконно-оптическим световодом. Необходимое количество таковых помещается внутрь изолирующей оболочки и образуют оптоволоконный кабель.
Сфера применения ВОК
Сразу после изобретения оптоволокно не получило массового распространения. Виной тому высокая стоимость кабелей и укладки. Со временем цены снизились и стали демократичнее, что привело к бурному росту популярности волоконно-оптической технологии.
Основное применение ВОК — телекоммуникационные сети различного уровня сложности. С помощью волоконно-оптического кабеля можно создать как сеть для офиса, так и единый канал передачи данных для целого региона и даже страны.
Как осуществляется монтаж
Укладка оптических кабелей почти не отличается от таковой при использовании электрических кабелей. Необходимо учитывать, что оптоволокно является прочным, но хрупким материалом. При прокладке нельзя превышать предельные углы изгиба. Кабели поставляются намотанными на барабаны, имеющие немалый вес, поэтому необходимо убедиться в отсутствии повреждений, неразрывности волокна. На длине оптического кабеля до 2 км неразрывность можно проверить обычным лазерным фонариком.
Затем кабель протягивается по трассе. Усилие протяжки не должно превышать указанную производителем величину. Места соединений должны находиться в доступных, но защищенных от внешних воздействий местах.
Наибольшую сложность представляет сочленение концов оптического кабеля для последующей сварки. Для этого кабель разделывается, освобождается от гидрофобного материала. Зачищенные концы под микроскопом юстируются (совмещаются) и свариваются за счет нагрева электрической дугой. Современные сварочные аппараты полностью автоматизированы и высококачественно выполняют данную операцию.
Конструкция ВОК
Конструкция кабелей различается в зависимости от области применения. К подземному кабелю требования гораздо выше, чем к линии внутри здания. Различия вызваны необходимостью обеспечить нужную прочность кабеля и достаточную изоляцию от внешних воздействий в разных условиях.
Конструкция световода во всех случаях одинакова. Это нить из сверхчистого кварцевого стекла или пластика.
Когда требуется высокая прочность на растяжение, в центре кабеля прокладывается сердцевина из гибкого металла или прочного пластика, вокруг которой располагаются оптические модули с трехслойной изоляцией.
Как классифицируются кабели
Международная электротехническая комиссия предложила свою классификацию ВОК в зависимости от того, где прокладывается кабель:
- непосредственно в грунте;
- в трубах, коллекторах;
- на воздушных линиях (подвесные, с несущим тросом, самонесущие);
- под водными преградами небольшого размера;
- для прокладки внутри строений;
- для прокладки между сооружениями;
- комбинированный кабель с токопроводящими жилами (для подключения оборудования).
Для каждого вида разработана своя конструкция ВОК, удовлетворяющая требованиям по прочности и влагостойкости, которые зависят от области применения волокна. Для надежной защиты применяются материалы с высокими изоляционными свойствами, которые заключают в прочную металлическую броню.
По принципу распространения оптического сигнала различают два вида волокна:
- одномодовое;
- многомодовое.
Одномодовый кабель
Световод, который пропускает один луч света (его называют модой), имеет сердечник диаметром менее 10 мкм. В кабелях с небольшим сечением на распространение сигнала мало влияет модовая дисперсия (рассеяние), величина которой прямо пропорциональна диаметру сердечника. Низкая дисперсия помогает передавать данные на значительные расстояния без затухания сигнала. Соответственно, не требуется большое количество ретрансляторов. Пропускная способность таких кабелей превышает 10 Гбит/с.
Одномодовые кабели по типу волокна подразделяют на два класса.
- Кабели с одномодовым оптическим волокном, соответствующее рекомендации ITU-T G.652.D / G.657.A — волокно с малыми изгибными потерями, т.е. волокно с пониженной чувствительностью к изгибам.
- Кабели с одномодовым оптическим волокном с ненулевой смещенной дисперсией, соответствующее рекомендации ITU-T G.655. Предназначены для магистральных волоконно-оптических систем передачи данных со спектральным DWDM уплотнением, работающих в C- и L-диапазонах.
Многомодовый волоконно-оптический кабель
Такой кабель позволяет пропускать сквозь себя несколько лучей, которые распространяются по независимым друг от друга путям. В этом случае необходимо применять сердечники большего диаметра, что приводит к значительному возрастанию модовой дисперсии.
Результат более интенсивного рассеяния света внутри кабеля — ускоренное затухание сигнала, что существенно снижает протяженность линии передачи данных. Когда сигнал необходимо передавать на значительные расстояния, появляется потребность в дополнительных ретрансляторах.
В свою очередь, многомодовые кабели по классу оптоволокна подразделяются следующим образом:
| Тип волокна | Полоса пропускания, МГц/км | Расстояние передачи, м | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 850 нм | 1300 нм | 1GBase-SR | 10GBase-SR | 40GBase-SR4 / 10GBase-SR10 | |
| 62,5/125 ОМ1 | более 160 | более 500 | 275 | — | — |
| 50/125 ОМ2 | более 500 | более 500 | 600 | 83 | — |
| 50/125 ОМ3 | более 1500 | более 500 | 1000 | 300 | 140 |
| 50/125 ОМ4 | более 3500 | более 500 | 1100 | 550 | 170 |
Одномодовый или многомодовый кабель, как выбрать
Характеристиками, определяющими выбор между этими типами кабелей, является пропускная способность и протяженность линии.
Трудно переоценить влияние волоконно-оптических линий связи на современное общество. Пользоваться интернетом без задержек и сбоев, получить наличные в любом банкомате, связаться с человеком в любой стране, и многое другое стало возможным благодаря изобретению оптоволокна.
