Cablurile de fibră optică sunt utilizate pe scară largă astăzi pentru transmisia de date. În unele domenii ale IT, acestea au înlocuit complet liniile tradiționale de comunicație bazate pe conductori metalici. Liniile optice sunt deosebit de eficiente acolo unde cantități mari de date trebuie transmise pe distanțe mari.
Conţinut
Baza fizică a fibrei optice
Principiile fizice ale funcționării fibrei optice se bazează pe principiul reflexiei totale. Dacă luăm două medii cu indici de refracție diferiți n1 si n2, si n2<n1 (de exemplu, aer și sticlă sau sticlă și plastic transparent) și lăsați un fascicul de lumină la un unghi α față de interfață, atunci vor avea loc două evenimente.
Un fascicul (indicat cu roșu în figură), lansat din stânga sus (de-a lungul săgeții), va fi parțial refractat și va trece printr-un mediu cu indice de refracție n2 unghiul α1<α - această parte a fasciculului este indicată printr-o linie întreruptă.Cealaltă parte a fasciculului va fi reflectată de interfață în același unghi. Dacă fasciculul este tras la un unghi mai mic β (raza verde din figură), atunci se va întâmpla același lucru - reflexie parțială și refracție parțială la un unghi β1.
Dacă unghiul de incidență α este redus și mai mult (fascicul albastru în figură), atunci partea refractă a fasciculului poate „aluneca” aproape paralel cu interfața media (linia întreruptă albastră). O scădere suplimentară a unghiului de incidență (un fascicul verde incident la un unghi β) va determina un salt calitativ - partea refractată va fi absentă. Fasciculul va fi reflectat complet de la interfața dintre cele două medii. Acest unghi se numește unghi de reflexie totală, iar fenomenul în sine se numește reflexie totală. Același lucru se va observa cu o scădere suplimentară a unghiului de incidență.
Dispozitiv cu fibră optică
Fibra optică este construită pe acest principiu. Este format din două straturi coaxiale cu densitate optică diferită.
Dacă un fascicul de lumină intră în capătul deschis al fibrei la un unghi mai mare decât unghiul de reflexie a luminii, acesta va fi reflectat complet de la limita de contact a două medii cu indici de refracție diferiți, cu atenuare scăzută la fiecare „salt”.
Partea exterioară a fibrei optice este realizată din plastic. Cel din interior poate fi și din plastic transparent, apoi poate fi îndoit la unghiuri suficient de mari (chiar rulat într-un inel, iar lumina care intră înăuntru va trece totuși de la un capăt la altul cu atenuare în funcție de proprietățile optice ale plasticul și lungimea ghidajului de lumină). Pentru cablurile backbone unde flexibilitatea nu este la fel de importantă, miezul interior este de obicei realizat din sticlă.Aceasta reduce atenuarea, reduce costul fibrei, dar devine sensibilă la îndoire.
Pentru a crește debitul unei linii optice, fibra este produsă într-o versiune cu două moduri sau cu mai multe moduri. Pentru a face acest lucru, secțiunea transversală a miezului este mărită la 50 de microni sau 62,5 microni (față de 10 microni pentru modul unic). Două sau mai multe semnale pot fi transmise simultan printr-o astfel de fibră optică.
Această construcție a liniei de transmisie optică are anumite dezavantaje. Una dintre ele este dispersia luminii cauzată de calea diferită a fiecărui semnal. Ei au învățat să se ocupe de el făcând un miez cu un indice de refracție gradient (schimbându-se de la mijloc la margini). Din acest motiv, traseele diferitelor grinzi sunt corectate.
Cablurile cu fibre multimodale sunt utilizate în principal pentru rețelele locale (în cadrul aceleiași clădiri, o întreprindere etc.), iar cu fibre monomode - pentru liniile trunchi.
Dispozitiv de linie de fibră
FOCL transmite un semnal luminos generat de un LED sau un laser. Un semnal electric este generat în transmițător. Dispozitivul final are nevoie și de un semnal sub formă de impulsuri electrice. Prin urmare, va fi necesară transformarea datelor originale de două ori. O diagramă simplificată a unei linii de fibră optică este prezentată în figură.
Semnalul de la transmițător este convertit în impulsuri de lumină și transmis pe o linie optică. Puterea emițătorilor de pe partea emițătoare este limitată, prin urmare, pe linii lungi la anumite intervale sunt instalate dispozitive care compensează atenuarea - amplificatoare optice, regeneratoare sau repetoare.Pe partea de recepție se află un alt convertor care transformă semnalul optic în unul electric.
Design cablu optic
Pentru a organiza o linie de fibră optică, fibrele individuale sunt utilizate ca parte a unui cablu optic. Designul său depinde de scopul liniei de transmisie și de metoda de așezare, dar în general conține mai multe fibre cu un strat de protecție individual (de zgârieturi și deteriorări mecanice). O astfel de protecție se realizează de obicei în două straturi - în primul rând, o carcasă compusă, iar deasupra - un strat suplimentar de plastic sau lac. Fibrele sunt închise într-o manta comună (ca și cablurile electrice convenționale), care determină domeniul de aplicare al cablului și este selectată ținând cont de influențele externe la care va fi supusă linia în timpul funcționării.
La așezarea în jgheaburile de cabluri, există o problemă de a proteja liniile de rozătoare. În acest caz, este necesar să alegeți un cablu a cărui manta exterioară este întărită cu bandă de oțel sau armătură de sârmă. Fibrele de sticlă sunt, de asemenea, folosite ca protecție împotriva deteriorării.
Dacă cablul este așezat într-o țeavă, nu este necesară o manta întărită. Tubul metalic protejează în mod fiabil împotriva dinților șoarecilor și șobolanilor. Carcasa exterioară poate fi ușoară. Acest lucru facilitează strângerea cablului în interiorul conductei.
Dacă o linie urmează să fie așezată în pământ, protecția se realizează sub formă de armuri de sârmă protejate împotriva coroziunii sau tije din fibră de sticlă. Oferă rezistență ridicată nu numai la compresie, ci și la întindere.
Dacă cablul urmează să fie așezat în zone maritime, peste râuri și alte bariere de apă, pe sol mlăștinos etc., se aplică o protecție suplimentară de o bandă de polimer de aluminiu. Acesta este modul în care apa este împiedicată să intre.
De asemenea, multe cabluri din interiorul unei mantale comune conțin:
- tije de armare care servesc la conferirea structurii de rezistenta mai mare sub influente mecanice externe si in timpul alungirii termice a liniei;
- umpluturi - fire de plastic care umplu zonele goale dintre fibre si alte elemente;
- tije de putere (scopul lor este de a crește sarcina de tracțiune).
În deschideri mari, linia este suspendată pe un cablu, dar există cabluri autoportante. Cablul metalic de susținere este încorporat direct în carcasă.
Ca tip separat de linie de fibră optică, trebuie menționat un cablu de corecție optic. Acest cablu conține una sau două fibre (mod simplu sau mod dublu) închise într-o manta comună. Pe ambele părți, cablul este echipat cu conectori pentru conectare. Astfel de cabluri sunt de lungime scurtă și sunt destinate pentru conectarea echipamentelor la distanță scurtă sau pentru stabilirea comunicațiilor în interiorul cabinetului.
Avantajele și dezavantajele cablurilor optice
Avantajele indubitabile ale cablurilor optice, care au determinat distribuția largă a unor astfel de linii de comunicație, includ:
- imunitate ridicată la zgomot - semnalul luminos nu este afectat de radiațiile electromagnetice casnice și industriale, iar linia în sine nu emite (acest lucru îngreunează accesul neautorizat la informațiile transmise și nu creează probleme de compatibilitate electromagnetică);
- izolare galvanică completă între partea de recepție și cea de transmisie;
- nivel scăzut de atenuare - mult mai mic decât cel al liniilor cu fir;
- durată lungă de viață;
- debit mare.
În realitățile moderne, contează și ca cablul să nu atragă hoții de metale.
Optica nu este lipsită de defecte. În primul rând, aceasta este complexitatea instalării și conexiunii, care necesită echipamente speciale, instrumente și materiale și, de asemenea, impune cerințe sporite cu privire la calificarea personalului implicat în instalarea și întreținerea liniilor. Majoritatea erorilor din FOCL sunt asociate cu erori de instalare, care pot să nu se manifeste imediat. Inițial, costul liniei în sine a fost, de asemenea, mare, dar dezvoltarea tehnologiei a făcut posibilă nivelarea acestui dezavantaj la niveluri competitive.
Liniile de comunicații optice au ocupat un sector serios pe piața materialelor de comunicare. În viitorul previzibil, ei nu văd o alternativă serioasă decât dacă există o descoperire tehnologică.
Articole similare:
