Где используется оптоволоконный кабель: Сфера применения оптического кабеля — Заметки Сис.Админа

Содержание

Оптоволоконные кабели

На сегодняшний день применение оптоволоконных кабелей стало настолько повсеместным, что практически вытеснило использование в разных сферах медных и электрических кабелей. Используют оптическое волокно при разных видах протяжки сетей, при структуризации сети, для подключения всевозможных современных систем кабельного телевидения, сети Интернет, подключения всевозможных абонентских услуг и многое другое.

 

Преимущества оптоволоконных кабелей

 

Почему стало так широко использование оптоволоконных кабелей? Преимущества данного вида кабелей перед медно-жильными кабелями достаточно большие. Во-первых, это его цена, по сравнению с кабелем, состоящим из медной проволоки, оптоволоконный кабель стоит практически в четыре раза дешевле. Это происходит, потому что оптоволоконный кабель изготавливается из пластика либо из стекла. Данные материал обрабатывается в нитевидный провод, который имеет свойство переносить световые потоки, за счет того, что полностью отражают внутренний свет.

 

Таким образом становится понятно, почему оптическое волокно является экономически выгодным в использовании, медь материал очень дорогой, тогда как кварцевое стекло или пластик абсолютно недорогие материалы. Следующим преимуществом данных видов кабелей является их незначительный вес и размер по отношению к электрическим проводам, поскольку диаметр стекловолокна равняется не более десяти микрон, это очень тонкая нить стекла или пластика.

 

 

Сигналы в оптическом волокне практически не затухают, что тоже характеризует данный материал только с положительной точки зрения. Немаловажным является что оптоволоконный кабель работает бесшумно, что влияет на его пропускную способность, и вследствие этого значительно повышается скорость приема и передачи сигналов. Использование оптоволоконных кабелей гарантирует высокую степень защиты от неправомерного доступа, это достигается за счет того, что информация скрыта, и ее невозможно отследить в радиодиапазонах, к тому же оптическое волокно имеет специальные способы подключения, которые достаточно трудно взломать.

 

Применение оптоволоконных кабелей

 

 

 

Именно поэтому всевозможные структуры закрытого типа предпочитают проведение телефонных и других сетей именно с использованием оптоволоконных кабелей. Поскольку при использовании оптического волокна возникновение искр практически исключается, происходит довольно сильное снижение риска возникновения пожара, что делает применение оптоволоконных кабелей практически безопасным, к тому же при подключении кабеля используется гальванический способ, что дает возможность устанавливать кабели без заземления, то есть проведение данного кабеля само по себе является изолирующим. Прекрасно характеризует данные кабели и эксплуатационный срок, он является очень длительным. Рабочий срок оптоволоконного кабеля может равняться двадцати пяти годам службы, затем уже постепенно происходит затухание, в связи с которым наступает последующая деградация оптического волокна.

 

Оптоволоконные кабели — характеристики


Оптоволоконные кабели могут подразделяться на одномодовые и мультимодовые, последние являются наиболее распространенными в использовании, поскольку стоимость их значительно ниже, а технология изготовления более простая в сравнении с изготовлением одномодовых кабелей, сердечник в которых очень малого диаметра. Соединяются оптоволоконные кабели двумя способами, посредством дуговой сварки и посредством использования сплайса (специальной муфты).


Как говорилось, применение оптического волокна стало набирать обороты. Оптоволоконный кабель может быть использован не только как телекоммуникационная сеть, но и в качестве осветителей, создания иллюминации и декорирования зданий, а также в качестве контролирующих датчиков разных измерительных приборов.

 

Оптоволоконные кабели, виды и характеристики

Оптоволоконный кабель (он же волоконно-оптический) — это принципиально иной тип кабеля по сравнению с другими типами электрических или медных кабелей. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент — это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.

Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля, только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром порядка 1-10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции — стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна.

В данном случае мы имеем дело с режимом так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется, однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей).

Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам этот сигнал принципиально не порождает внешних электромагнитных излучений. Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как это требует нарушения целостности кабеля.

Теоретически воз¬можная полоса пропускания такого кабеля достигает величины 1012 Гц, что несравнимо выше, чем у любых электрических кабелей. Стоимость оптоволоконного кабеля постоянно снижается и сейчас примерно равна стоимости тонкого коаксиального кабеля. Однако в данном случае необходимо применение специальных оптических приемников и передатчиков, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно, что порой существенно увеличивает стоимость сети в целом.

Типичная величина затухания сигнала в оптоволоконных кабелях на частотах, используемых в локальных сетях, составляет около 5 дБ/км, что примерно соответствует показателям электрических кабелей на низких частотах. Но в случае оптоволоконного кабеля при росте частоты передаваемого сигнала затухание увеличивается очень незначительно, и на больших частотах (особенно свыше 200 МГц) его преимущества перед электрическим кабелем неоспоримы, он просто не имеет конкурентов.

Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки. Самый главный из них — высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стекловолокна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъеме). Для установки разъемов применяют сварку или склеивание с помощью специального геля, имеющего такой же коэффициент преломления света, что и стекловолокно. В любом случае для этого нужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде заранее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых уже установлены разъемы нужного типа.

Хотя оптоволоконные кабели и допускают разветвление сигналов (для этого выпускаются специальные разветвители на 2-8 каналов), как правило, их используют для передачи. Ведь любое разветвление неизбежно сильно ослабляет световой сигнал, и если разветвлений будет много, то свет может просто не дойти до конца сети.

Оптоволоконный кабель менее прочен, чем электрический, и менее гибкий (типичная величина допустимого радиуса изгиба составляет около 10-20 см). Чувствителен он и к ионизирующим излучениям, из-за которых снижается прозрачность стекловолокна, то есть увеличивается затухание сигнала. Чувствителен он также к резким перепадам температуры, в результате которых стекловолокно может треснуть. В настоящее времы выпускаются оптические кабели из радиационно стойкого стекла (стоят они, естественно, дороже).

Оптоволоконные кабели чувствительны также к механическим воздействиям (удары, ультразвук) — так называемый микрофонный эффект. Для его уменьшения используют мягкие звукопоглощающие оболочки.

Применяют оптоволоконный кабель только в сетях с топологией «звезда» и «кольцо». Никаких проблем согласования и заземления в данном случае не существует. Кабель обеспечивает идеальную гальваническую развязку компьютеров сети. В будущем этот тип кабеля, вероятно, вытеснит электрические кабели всех типов или, во всяком случае, сильно потеснит их. Запасы меди на планете истощаются, а сырья для производства стекла более чем достаточно.

Существуют два различных типа оптоволоконных кабелей:

  1. Многомодовый, или мультимодовый, кабель, более дешевый, но менее качественный;
  2. Одномодовый кабель, более дорогой, но имеющий лучшие ха¬рактеристики.  

Основные различия между этими типами связаны с разным режимам прохождения световых лучей в кабеле.

В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего все они достигают приемника одновременно, и форма сигнала практически не искажается. Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень не¬значительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Для одномодового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использующие свет исключительно с требуемой длиной волны. Такие приемопередатчики пока еще сравнительно дороги и не слишком долговечны. Однако в перспективе одномодовый кабель должен стать основным благодаря своим прекрасным характеристикам.

В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют заметный разброс, в результате чего форма сигнала на приемном конце кабеля искажается. Центральное волокно имеет диаметр 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки — 125 мкм (это иногда обозначается как 62,5/125). Для передачи используется обычный (не лазерный) светодиод, что снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиков по сравнению с одномодовым кабелем. Длина волны света в многомодовом кабеле равна 0,85 мкм. Допустимая длина кабеля достигает 2-5 км. В настоящее время многомодовый кабель — основной тип оптоволоконного кабеля, так как он дешевле и доступнее. Задержка распространения сигнала в оптоволоконном кабеле не сильно отличается от задержки в электрических кабелях. Типичная величина задержки для наиболее распространенных кабелей составляет около 4-5 нс/м.

Оптоволоконный кабель. Виды и устройство. Установка и применение

В современном мире необходимо качественно и быстро передавать информацию. Сегодня нет более совершенного и эффективного способа передачи данных, чем оптоволоконный кабель. Если кто-то думает, что это уникальная разработка, то он глубоко ошибается. Первые оптические волокна появились еще в конце прошлого столетия, и до сих пор ведутся работы по развитию этой технологии.

На сегодняшний день мы уже имеем передающий материал, уникальный по свойствам. Его применение получило широкую популярность. Информация в наше время имеет большое значение. С помощью нее мы общаемся, развиваем экономику и быт. Скорость передачи информации при этом должна быть высокой для того, чтобы обеспечить необходимый темп современной жизни. Поэтому сейчас многие интернет провайдеры внедряют оптоволоконный кабель.

Этот тип проводника предназначен только на передачу импульса света, несущего часть информации. Поэтому его применяют для передачи информативных данных, а не для подключения питания. Оптоволоконный кабель дает возможность повысить скорость в несколько раз, в сравнении с проводами из металла. При эксплуатации он не имеет побочных явлений, ухудшения качества на расстоянии, перегрева провода. Достоинством кабеля на основе оптических волокон является невозможность влияния на передаваемый сигнал, поэтому ему не нужен экран, блуждающие токи на него не действуют.

Классификация

Оптоволоконный кабель имеет большие отличия от витой пары, исходя из области применения и места монтажа. Выделяют основные виды кабелей на основе оптического волокна:

  • Для внутреннего монтажа.
  • Установки в кабельные каналы, без брони.
  • Установки в кабельные каналы, бронированный.
  • Укладки в грунт.
  • Подвесной, не имеющий троса.
  • Подвесной, с тросом.
  • Для подводного монтажа.
Устройство

Самое простое устройство имеет оптоволоконный кабель для внутреннего монтажа, а также кабель обычного исполнения, не имеющего брони. Наиболее сложная конструкция у кабелей для подводного монтажа и для монтажа в грунт.

Кабель для внутреннего монтажа

Внутренние кабели делят на абонентские, для прокладки к потребителю, и распределительные для создания сети. Оптику проводят в кабельных каналах, лотках. Некоторые разновидности прокладывают по фасаду здания до распредкоробки, либо до самого абонента.

Устройство оптоволокна для внутренней прокладки состоит из оптического волокна, специального защитного покрытия, силовых элементов, например, троса. К кабелю, прокладываемому внутри зданий, предъявляются требования пожарной безопасности: стойкость к горению, низкое выделение дыма. Материал оболочки кабеля состоит из полиуретана, а не полиэтилена. Кабель должен быть легким, тонким и гибким. Многие исполнения оптоволоконного кабеля облегчены и защищены от влаги.

Внутри помещений кабель обычно прокладывается на небольшие расстояния, поэтому о затухании сигнала и влиянии на передачу информации речи не идет. В таких кабелях количество оптоволокна не более двенадцати. Существуют и гибридные оптоволоконные кабели, имеющие в составе витую пару.

Кабель без брони для кабельных каналов

Оптика без брони применяется для монтажа в кабельные каналы, при условии, что не будет механических воздействий снаружи. Такое исполнение кабеля применяется для тоннелей и коллекторов домов. Его укладывают в трубы из полиэтилена, вручную или специальной лебедкой. Особенностью такого исполнения кабеля является наличие гидрофобного наполнителя, гарантирующего нормальную эксплуатацию в кабельном канале, защищает от влаги.

Кабель с броней для кабельных каналов

Оптоволоконный кабель с броней применяется тогда, когда присутствуют нагрузки снаружи, например, на растяжение. Броня выполняется по-разному. Броня в виде ленты применяется, если нет воздействия агрессивных веществ, в кабельных каналах, тоннелях и т.д. Конструкция брони состоит из стальной трубы (гофрированная, либо гладкая), с толщиной стенки 0,25 мм. Гофрирование выполняют тогда, когда это является одним слоем защиты кабеля. Оно защищает оптическое волокно от грызунов, увеличивает гибкость кабеля. При условиях с большим риском повреждений применяют броню из проволоки, например, на дне реки, или в грунте.

Кабель для укладки в грунт

Для монтажа кабеля в грунт применяют оптоволокно с броней из проволоки. Могут использоваться также кабели с ленточной броней, усиленные, но они не нашли широкого применения. Для прокладки оптоволокна в грунт задействуют кабелеукладчик. Если монтаж в грунт осуществляется в холодное время при температуре менее -10 градусов, то кабель заранее нагревают.

Для мокрого грунта применяют кабель с герметичным оптоволокном в металлической трубке, а броня из проволоки пропитывается водоотталкивающим составом. Специалисты делают расчеты по укладке кабеля. Они определяют допустимые растяжения, нагрузки на сдавливание и т. д. Иначе по истечении определенного времени оптические волокна повредятся, и кабель придет в негодность.

Броня оказывает влияние на величину допускаемой нагрузки на растяжение. Оптоволокно с броней из проволоки выдерживает нагрузку до 80 кН, с ленточной броней нагрузка может быть не более 2,7 кН.

Подвесной оптоволоконный кабель без брони

Такие кабели устанавливаются на опоры линий связи и питания. Так производить монтаж проще и удобнее, чем в грунт. При этом есть важное ограничение – во время монтажа температура не должна опускаться ниже -15 градусов. Сечение кабеля имеет круглую форму. Благодаря этому уменьшаются нагрузки от ветра на кабель. Расстояние между опорами должно быть не больше 100 метров. В конструкции есть силовой элемент в виде стеклопластика.

Благодаря силовому элементу кабель может выдержать большие нагрузки, направленные вдоль него. Силовые элементы в виде арамидных нитей применяют при расстояниях между столбами до 1000 метров. Достоинством арамидных нитей, кроме малой массы и прочности, являются диэлектрические свойства арамида. При ударе молнии в кабель, никаких повреждений не будет.

Сердечники подвесных кабелей по их типу делят на:
  • Кабель с сердечником в виде профиля, оптоволокно устойчиво к сдавливанию и растяжению.
  • Кабель с модулями скрученного вида, оптические волокна проложены свободно, имеется устойчивость к растяжению.
  • С оптическим модулем, сердечник кроме оптоволокна ничего в составе не имеет. Недостаток такого исполнения – неудобно идентифицировать волокна. Преимущество – малый диаметр, низкая стоимость.
Оптоволоконный кабель с тросом

Тросовое оптоволокно является самонесущим. Такие кабели применяются для прокладки по воздуху. Трос бывает несущим или навивным. Есть модели кабеля, в котором оптоволокно находится внутри молниезащитного троса. Кабель, усиленный профильным сердечником, обладает достаточной эффективностью. Трос состоит из стальной проволоки в оболочке. Эта оболочка соединена с оплеткой кабеля. Свободный объем заполнен гидрофобным веществом. Такие кабели прокладывают с расстоянием между столбами не более 70 метров. Ограничением кабеля является невозможность прокладки на линию электропитания.

Кабели с тросом для грозовой защиты устанавливаются на высоковольтных линиях с фиксацией на заземление. Тросовый кабель используется при рисках его повреждения животными, либо на большие дистанции.

Оптоволоконный кабель для укладки под водой

Такой тип оптоволокна обособлен от остальных, потому что его укладка проходит в особых условиях. Все подводные кабели имеют броню, конструкция которой зависит от глубины прокладки и рельефа дна водоема.

Некоторые виды подводного оптоволокна по исполнению брони с:
  • Одинарной броней.
  • Усиленной броней.
  • Усиленной двойной броней.
  • Без брони.

1› Изоляция из полиэтилена.
2› Майларовое покрытие.
3› Двойная броня из проволоки.
4› Гидроизоляция алюминиевая.
5› Поликарбонат.
6› Центральная трубка.
7› Заполнитель гидрофобный.
8› Оптоволокно.

Размер брони не зависит от глубины прокладки. Армирование защищает кабель только от обитателей водоема, якорей, судов.

Сварка оптоволокна

Для сварки используется сварочный аппарат специального типа. В его составе содержится микроскоп, зажимы для фиксации волокон, дуговая сварка, камера термоусадки для нагрева гильз, микропроцессор для управления и контроля.

Краткий техпроцесс сварки оптоволокна:
  • Снятие оболочки стриппером.
  • Подготовка к сварке. На концы надеваются гильзы. Концы волокон обезжириваются спиртом. Конец волокна скалывается специальным приспособлением под определенным углом. Волокна укладываются в аппарат.
  • Сварка. Волокна выравниваются. При автоматическом управлении положение волокон устанавливается автоматически. После подтверждения сварщика, волокна свариваются аппаратом. При ручном управлении все операции проводятся вручную специалистом. При сварке волокна плавятся дугой электрического тока, совмещаются. Затем свариваемое место прогревается во избежание внутренних напряжений.
  • Проверка качества. Автомат сварки проводит анализ картинки места сварки по микроскопу, определяет оценку работы. Точный результат получают рефлектометром, который выявляет неоднородность и затухание на линии сварки.
  • Обработка и защита свариваемого места. Надетая гильза сдвигается на сварку и закладывается в печь для термоусадки на одну минуту. После этого гильза остывает, ложится в защитную пластину муфты, накладывается запасное оптическое волокно.
Достоинства оптоволоконного кабеля

Основным достоинством оптоволокна является повышенная скорость передачи информации, практически нет затухания сигнала (очень низкое), а также, безопасность передачи данных.

  • Невозможно подключиться к оптической линии без санкций. При любом включении в сеть оптические волокна повредятся.
  • Электробезопасность. Она повышает популярность и область применения таких кабелей. Их все больше используют в промышленности при опасности взрывов на производстве.
  • Имеет хорошую защиту от помех природного происхождения, электрооборудования и т.д.
Похожие темы:

Применение и возможности оптоволоконного кабеля

Библиографическое описание:

Зильгараева, А. К. Применение и возможности оптоволоконного кабеля / А. К. Зильгараева, Т. В. Круговых, Е. А. Ненашев. — Текст : непосредственный // Актуальные вопросы технических наук : материалы III Междунар. науч. конф. (г. Пермь, апрель 2015 г.). — Пермь : Зебра, 2015. — С. 49-52. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/125/7554/ (дата обращения: 20.06.2021).

Рассмотрены различные виды оптоволоконного кабеля, характеристики и свойства кабелей, их воздействие на передачу информации.

 

Various types of fiber optic cables, the characteristics and properties of wires and cables, their impact on the transmission of information.

 

Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель — это принципиально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент — это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением. Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля, только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром порядка 1–10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции — стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае мы имеем дело с режимом так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется, однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей).

Рис. 1. Структура оптоволоконного кабеля

 

Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам этот сигнал принципиально не порождает внешних электромагнитных излучений. Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как это требует нарушения целостности кабеля. Теоретически возможная полоса пропускания такого кабеля достигает величины 1012 Гц, что несравнимо выше, чем у любых электрических кабелей. Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки.

Самый главный из них — высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стекловолокна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъеме). В любом случае для этого нужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде заранее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых уже установлены разъемы нужного типа.

Существуют два различных типа оптоволоконных кабелей:

—         многомодовый или мультимодовый кабель, более дешевый, но менее качественный;

—         одномодовый кабель, более дорогой, но имеющий лучшие характеристики.

Рис. 2. Профиль показателя преломления различных типов оптических волокон: слева вверху — одномодовое волокно; слева внизу — многомодовое ступенчатое волокно; справа — градиентное волокно с параболическим профилем

 

Основные различия между этими типами связаны с разным режимам прохождения световых лучей в кабеле. В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего все они достигают приемника одновременно, и форма сигнала практически не искажается. Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Кабель первого вида имеет плотный буфер, стальную бронированную ленту, устойчив к влаге. Применяется при создании подсистем для прокладки внешних магистралей и для объединения нескольких зданий. Обычно его прокладывают в кабель-канале.

Рис. 2. Пучок оптических волокон

 

Принцип, по которому работает оптическое волокно и почему по нему распространяется свет, очень прост. Как многие знают, свет распространяется только по прямой линии, и он не может изменять направление самостоятельно. Следовательно, чтобы свет распространялся по кругу его нужно несколько раз отразить. На этом, и основан принцип работы оптоволокна. В нём свет многократно переотражается, так как показатель преломления сердцевины немного больше, чем у поверхности оптоволокна.

В современном мире оптоволоконные кабели соединяют не только дома страны, но и целые континенты.

Садясь сегодня за компьютер и выходя в интернет, не многие пользователи задумываются о том, почему сегодня сеть стала такой качественной и быстрой. Хотя, всего десять лет назад ситуация была куда более плачевной и доступ к сегодняшним скоростям имели в основном крупные информационные компании и пользователи, живущие в технологически развитых городах. В современном мире хороший интернет уже не является чем-то необычным, а скорее является необходимостью, которая открывает всем пользователям более широкие возможности коммуникации с окружающим их миром. Говоря о деформациях, можно привести такой пример, оптическое волокно можно изгибать произвольным образом, даже в кольцо и свет будет без особых проблем проходить по нему, не теряя своих физических характеристик. Хотя, если требуется передать информацию на более дальние расстояния и в других диапазонах длин электромагнитных волн (инфракрасный свет), тогда применяются другие материалы: халькогенидное стекло, флуоро-алюминат и флуоро-цирконат. Более современные кабели изготавливаются из полимерных материалов, они так и называются оптические волокна из пластика. Все эти материалы имеют схожий со стеклом показатель преломления, что позволяет использовать их в оптоволоконных кабелях, соединяющие целые континенты.

 

Литература:

 

1.      Большой энциклопедический политехнический словарь. 2004 г.

2.      Энциклопедия «Техника». — М.: Росмэн. 2006 г.

3.      Гюнтер Мальке, Петер Гёссинг «Волоконно-оптические кабели», 2001г. Новосибирск, Издательский дом «Вояж»

Основные термины (генерируются автоматически): оптоволоконный кабель, кабель, свет, коэффициент преломления, оптическое волокно, современный мир, тип кабеля, центральное волокно.

Оптический кабель и его применение. Где применяют оптоволокно?

Современные телекоммуникационные сети функционируют благодаря оптоволоконным кабелям. Они применяются, как для прокладки домашних сетей, так и межконтинентальных линий. Этот материал стал монополистом в своей сфере благодаря высокой защите сигнала и ряду других причин. 

Сферы применения оптоволокна

Различные задачи требуют разных видов волоконно-оптического кабеля, поэтому на рынке присутствуют определенные виды кабелей для: внутренней, внешней прокладки и специализированного назначения.

Волоконно-оптические линии связи ВОЛС

Основной сферой применения для оптических волокон является передача информации в телекоммуникационных сетях разного типа. У оптоволоконных сетей (они же ВОЛС) есть отличительные преимущества: высокая степень защиты от несанкционированного доступа; высокая скорость исходящего и входящего сигнала; возможность манипуляции этими скоростями, несмотря на их существенные недостатки по скорости распространения сигнала, в сравнении с медными кабелями. Благодаря этим качествам, оптоволокна используют, как в домашних телекоммуникационных сетях, так и на межконтинентальном уровне. Купить кабель и арматуру для ВОЛС можно на нашем сайте https://sts-kabel.ru/.


Каждое волокно в кабели использует технологию уплотнения каналов с помощью спектров, поэтому они могут передавать одновременно до сотен сигналов, что позволяет достичь скорости для передачи информации в несколько терабит. Наивысшая скорость, которую удалось зафиксировать, равна отметке в 255 Тбит/с.

Волоконно-оптические датчики

Оптоволокно нашло свое очередное применение в сфере датчиков для определения температуры, напряжения и других показателей. Благодаря своим небольшим размерам и малому количеству потребления электричества, такие модели имеют преимущество над обычными датчиками аналогичного функционала.

Особое применение оптическое волокно нашло в сфере измерения звука и ультразвука, принцип которого применяется в гидрофонах. На основе этой технологии были созданы приборы для измерения сейсмической активности, а также приборы для гидролокации, которые используют флоты некоторых государств. Гидрофоны, также, активно используются в нефтедобывающей сфере.


Датчики, созданные на базе оптоволокна, позволяют измерить температуру и давление на скважинах с нефтью. Из-за своей способности выдерживать высокие температуры, оптика идеально подходит для такой среды, где полупроводниковые датчики полностью бесполезны.

Новая технология, созданная на основе полимерного оптоволокна, позволила создать особые сенсоры, используемые в химической и экологической отрасли. Такие материалы можно использовать для измерения газа, жидкости или химического состава. Так, к примеру, можно определить точный уровень аммония в воде. Благодаря их свойствам, возможно создать большое излучение, что может быть использовано для построения новых типов источников излучения.

Волоконно-оптические датчики позволяют бороться с короткими замыканиями в сетях. Преимущества таких моделей заключается в быстродействии и эффективности применения, благодаря своей нечувствительности к помехам электромагнитных волн.

Оптико-волоконные датчики нашли свое применение: в машиностроении, в самолетостроении и даже в космических кораблях. Так, к примеру, Boeing 767 использует лазерные гироскопы для навигации. Такие же гироскопы можно встретить на некоторых моделях автомобилей. Даже международная космическая станция использует особые датчики для измерения магнитного поля и тока.

Другие области применения

Оптические волокна нашли свое широкое применение в освещении. Их активно используют в качестве декорации различного товара и услуг.
В медицине, оптику используют в рентгеновских аппаратах или в случаях, когда необходимо осветить труднодоступные участки организма человека. Это особо полезно при эндоскопических операциях или при диагностике заболеваний.

Особое применение оптоволокно нашло в сигнализациях, где при условии нарушения прохождения света, возникает реакция, в качестве звука или других сигналов.
Оптика широко применяется не только в науке, в медицине или в технике, но и в искусстве. С помощью этого материала можно создать отдельные световые виды произведений искусства. В частности для этого применяют оптоволокно бокового сечения:

Для чего нужен волоконно-оптический кабель?

Волоконно-оптический кабель активно используется для прокладки линий связи и считается наиболее современным и эффективным проводником информации на сегодняшний день. Всё время растущие запросы человечества в сфере коммуникаций подталкивают разработчиков изобретать новые и новые способы передачи информации на максимально возможных скоростях. И все новейшие решения в области интернета и телефонии не обходятся без использования оптического кабеля.

Волоконно-оптический кабель представляет собой конструкцию, основой которой являются тончайшие волокна из чистого кварцевого стекла, облаченные в специальные изолирующие материалы и внешнюю оболочку. На рынке телекоммуникационного оборудования и кабельно-проводниковой продукции оптические кабели связи представлены широчайшей линейкой моделей с различными техническими параметрами, структурой и функционалом. Но все эти модели объединяет принцип передачи сигнала: по сути, оптическое волокно является световой трубкой, в которой световая волна распространяется согласно законам оптики.

Для чего нужен оптический кабель и почему нельзя обойтись имеющимися медножильными проводниками? Дело в том, что за последнее десятилетие многократно возрос спор на высокоскоростной интернет и качественную мобильную связь. Зачастую медные кабели связи просто не в состоянии отвечать всё время растущим аппетитам абонентов. Возможности же волоконно-оптического кабеля безграничны. Малогабаритные оптические кабели способны заменить громоздкие медные аналоги при этом значительно улучшая качество и скорость передачи данных.

Оптоволоконные технологии применимы как в промышленности, так и в быту. Помимо возможности передачи информации на высоких скоростях при использовании современных оптических решений, волоконно-оптический кабель является диэлектриком, что делает его наиболее безопасным для применения на различных объектах промышленности.

Оптические кабели способны передавать информацию на длинные расстояния, при этом сохраняя максимально возможное качество передачи данных. Широкая линейка модификаций оптического кабеля позволяет подбирать модели идеально подходящие для построения конкретной кабельной трассы при сохранении параметров передачи.

Оптический кабель необходим в тех случаях, когда высок уровень электромагнитных помех, т.к. оптоволокно вовсе нечувствительно к внешним электромагнитным влияниям.
Также стоит отметить, что сам материал проводника, стекло, химически устойчиво к процессам коррозии, что увеличивает срок службы изделия.

Оптические технологии – это принципиально новый подход к передаче информации. Соответственно, пока что построение оптических линий связи обходится дороже работ с медножильными аналогами. Цена на оптический кабель всё же выше стоимости медных кабелей связи. И на сегодняшний день применение оптоволокна оправдано, скорее, на больших расстояниях.

На сайте компании «Вионет» представлен широчайший ассортимент оптического кабеля проверенных заводов-производителей по выгодным ценам. Мы предлагаем оптический кабель купить высокого качества для построения надёжных линий связи и получения высокоскоростных каналов передачи информации.

Оптоволоконные линии связи: неограниченные возможности

Технологический век дал нам много ярких изобретений и открытий, но, по-видимому, именно возможность передачи информации на большие расстояния внесла один из наиболее весомых вкладов в развитие технологий. Носители, по которым передаются данные, прошли долгий путь развития от медной проволоки столетие назад до современных оптоволоконных кабелей. В результате многократно увеличились объемы информации, скорости и расстояния ее передачи, что расширило пределы технологического развития во всех областях.

Современные оптоволоконные кабели из стекла с малыми потерями обеспечивают практически неограниченную полосу пропускания и имеют массу других преимуществ над ранее созданными носителями. Простейшая оптоволоконная система передачи информации между двумя точками состоит из трех основных элементов: оптического передатчика, оптоволоконного кабеля и оптического приемника (рис. 1).


Рис. 1. Схема простейшей оптоволоконной системы передачи информации

Оптический передатчик преобразует аналоговый или цифровой электрический сигнал в соответствующий ему световой сигнал. Источником света может быть либо светодиод, либо твердотельный лазер. Чаще всего используются источники света с длиной волны 850, 1300 и 1550 нанометров.

Оптоволоконный кабель состоит из одного или нескольких стеклянных волокон, которые для света работают как волноводы (световоды). По конструкции оптоволоконный кабель похож на электрический, но содержит специальные элементы для защиты находящихся внутри него световодов. Соединение многокилометровых кабелей выполняется с помощью разъемных и неразъемных оптических соединителей.

Оптический приемник преобразует световой сигнал в копию исходного электрического сигнала. В качестве чувствительного элемента оптического приемника используется либо лавинный фотодиод, либо (чаще) PIN-фотодиод.

Оптоволоконные системы передачи информации — оптические приемник и передатчик, связанные оптоволоконным кабелем — имеют много преимуществ над обычными медными проводами и коаксиальными кабелями:

  • они могут передавать значительно большее количество информации при большей достоверности, на большей скорости, на большее расстояние. Оптоволоконные системы очень удобны для передачи последовательных цифровых данных.
  • оптоволоконный кабель совершенно не подвержен никаким внешним помехам, включая грозовые разряды, и не проводит электричество. По этой причине он может находиться в прямом контакте с высоковольтным электрооборудованием и силовыми линиями. При использовании оптоволоконных систем не образуются паразитные петли заземления.
  • поскольку кабель изготовлен из стекла, он не восприимчив к действию большинства агрессивных химических веществ, вызывающих коррозию. Его, как правило, можно прокладывать непосредственно в грунте и использовать в корродирующей атмосфере на химических производствах.
  • носителем информации в оптоволоконных кабелях является свет, и поэтому при повреждении кабеля не возникает никаких искр. Оптоволоконные линии могут использоваться даже в наиболее взрывоопасных атмосферах, они не пожароопасны и не несут опасности поражения электрическим током для ремонтного персонала.
  • оптоволоконные кабели не подвержены вредному влиянию природных условий. Их можно прокладывать прямо на телефонных столбах или крепить к ранее проложенным кабелям, не заботясь о внешних наводках.
  • даже многожильный оптоволоконный кабель значительно тоньше и легче медных кабелей с такой же пропускной способностью. Оптоволоконный кабель проще прокладывать, он занимает меньше места в кабельных каналах, а часто может прокладываться и вовсе без них.
  • оптоволоконные кабели практически идеальны для организации защищенных систем передачи информации. Несанкционированное подключение к ним весьма затруднительно и легко обнаруживается. Оптическое волокно не создает вокруг себя никакого электромагнитного излучения.

Почему оптоволоконные системы обладают этими полезными свойствами? Прочитав эту брошюру и поняв принципы, лежащие в основе оптоволоконной технологии, вы получите ответ на этот вопрос. Каждому из трех компонентов оптоволоконных систем — передатчикам, приемникам и кабелям — посвящен свой раздел.

Оптические передатчики

Оптический передатчик преобразует электрический сигнал в модулированный световой поток, предназначенный для передачи по оптоволокну. В зависимости от типа сигнала могут использоваться различные способы модуляции — включение и выключение света или его плавное изменение между заданными уровнями пропорционально входному сигналу. На рис. 2 эти два основных способа модуляции показаны на графиках зависимости интенсивности света от времени.


Рис. 2. Основные методы модуляции светового потока

Чаще всего в оптических передатчиках в качестве источника света используются светоизлучающие диоды (светодиоды) и полупроводниковые лазеры (лазерные диоды). Для использования в оптоволоконных системах эти устройства изготавливаются в корпусах, позволяющих подвести оптоволокно максимально близко к зоне, излучающей свет. Это необходимо для того, чтобы направить как можно больше света в световод. Иногда излучатель оборудован микроскопической сферической линзой, позволяющей собрать весь свет «до последней капли» и направить его в волокно. В некоторых случаях стеклянная нить присоединяется непосредственно к поверхности излучающего свет кристалла.

Чаще всего в оптических передатчиках в качестве источника света используются светоизлучающие диоды (светодиоды) и полупроводниковые лазеры (лазерные диоды).

У светодиодов площадь излучающего элемента довольно велика, и поэтому они излучают не так эффективно, как лазеры. Однако светодиоды широко используются на линиях связи малой и средней длины. Светодиоды гораздо дешевле лазеров, имеют почти линейную зависимость интенсивности излучения от величины электрического тока, интенсивность их излучения слабо зависит от температуры. Лазеры, напротив, имеют очень малую площадь излучающей поверхности и могут отдавать в оптоволокно гораздо большую мощность, чем светодиоды. Они тоже линейны по току, но очень сильно подвержены влиянию температуры и для достижения необходимой стабильности требуют применения более сложных электронных схем. Поскольку лазеры довольно дороги, они в основном используются там, где требуется передача данных на большие расстояния.

Поскольку лазеры довольно дороги, они в основном используются там, где требуется передача данных на большие расстояния.

Применяемые в оптоволоконной связи светодиоды и лазеры излучают в инфракрасной части спектра электромагнитных волн и поэтому их свет невидим человеческим глазом без применения специальных средств. Длина волны излучения выбрана с учетом максимальной прозрачности материала световодов и наивысшей чувствительности фотодиодов. Наиболее часто используемые сейчас длины волн — 850, 1300 и 1550 нанометров. Для всех трех длин волн выпускаются как светодиоды, так и лазеры.

Как уже было сказано, световой поток светодиодов и лазеров модулируется одним из двух способов: «включено-выключено» или линейным непрерывным изменением интенсивности. На рис. 3 показаны упрощенные схемы, реализующие оба способа модуляции. Для управления излучателем используется транзистор, на базу которого поступает предварительно сформированный цифровой сигнал. Максимальная частота модуляции при этом определяется электронной схемой и свойствами излучателя. Со светодиодами легко достижимы частоты в несколько сотен мегагерц, с лазерами — в тысячи мегагерц. На схеме не показан узел термостабилизации (светодиодам он обычно вообще не требуется).

Линейная модуляция осуществляется с помощью схемы на основе операционного усилителя (рис. 3B). Модулирующий сигнал подается на инвертирующий вход усилителя, постоянное смещение поступает на неинвертирующий вход. Здесь также не показана схема термостабилизации.


Рис. 3. Методы модуляции светового потока светодиодов
и полупроводниковых лазеров

В цифровом сигнале, для передачи которого используется модуляция «включено-выключено», логические уровни могут кодироваться различными способами. В наиболее простом из них логической единице соответствует наличие света, логическому нулю — его отсутствие. Кроме того, применяются широтно-импульсная и частотно-импульсная модуляция. При широтно-импульсной модуляции используется непрерывный поток импульсов, двумя различными длительностями которых кодируются логические уровни сигнала. При частотно-импульсной модуляции все импульсы имеют одинаковую длительность, но частота их следования меняется в зависимости от передаваемого логического уровня.


Рис 4. Различные методы оптической передачи аналоговой
и цифровой информации

В цифровом сигнале, для передачи которого используется модуляция «включено-выключено», логические уровни могут кодироваться различными способами. В наиболее простом из них логической единице соответствует наличие света, логическому нулю — его отсутствие.

Для аналоговой модуляции также существует несколько методов. Простейший из них — линейная модуляция, где интенсивность источника света прямо связана с величиной передаваемого сигнала. В других методах передаваемый сигнал вначале модулирует высокочастотную несущую (а в некоторых случаях и несколько несущих), а затем этот сложный сигнал управляет яркостью источника света.

На рис. 4 показана зависимость интенсивности света от времени для этих методов модуляции.

Частота света (который тоже является электромагнитным излучением) весьма велика — порядка миллионов гигагерц. Полоса частот излучателей света (лазеров и светодиодов) достаточно широка, но, к сожалению, современная технология не дает возможности селективного использования этой полосы, как это делается при передаче информации по радио. В оптическом передатчике происходит включение и выключение всей полосы частот сразу, как это делалось в первых искровых передатчиках на заре эры радио. Со временем ученые преодолеют это препятствие и станет возможной «когерентная передача», что определит дальнейшее развитие оптоволоконной технологии.

Световоды

Ввод света в оптическое волокно

Чем выше мощность излучателя, тем больше света попадает в световод.

После того, как передатчик преобразовал входной электрический сигнал в нужным образом модулированный свет, его необходимо ввести в оптическое волокно. Как уже говорилось, для этого существует два способа: прямое соединение излучающего элемента со световодом, и размещение световода в непосредственной близости от излучателя. При использовании второго способа количество света, которое попадет в оптоволокно, зависит от четырех факторов: интенсивности излучения, площади излучающего элемента, входного угла световода и потерь на отражение и рассеяние. Кратко рассмотрим все эти факторы.

Интенсивность излучения светодиода или лазера зависит от его конструкции и обычно выражается как общая мощность излучения при определенном токе. Иногда эта цифра указывается как реальная мощность, передаваемая в оптоволокно конкретного типа. При прочих равных условиях чем выше мощность излучателя, тем больше света попадает в световод.

Отношение площадей излучающего элемента и сердцевины оптоволокна определяет долю общей мощности, которая попадает в световод — чем меньше это отношение, тем больше света окажется в волокне.

Только тот свет, который вошел в оптоволокно под углом, меньшим или равным входному, будет распространяться по световоду.

Входной угол оптоволокна характеризуют его числовой апертурой (numerical aperture, NA), которая определяется как синус половины входного угла. Типовые значения NA лежат в диапазоне от 0,1 до 0,4, что соответствует входному углу от 11 до 46 градусов. Только тот свет, который вошел в оптоволокно под углом, меньшим или равным входному, будет распространяться по световоду.

Потери. Кроме потерь от загрязнений на поверхности оптоволокна, всегда существуют неизбежные потери интенсивности света, вызванные отражением на входе в световод и выходе из него. Это так называемые френелевские потери (по имени французского физика О. Ж. Френеля), которые составляют примерно 4% общей интенсивности на каждой границе раздела стекло-воздух. При необходимости для снижения этих потерь на соединяемые стеклянные поверхности наносят немного специального оптического геля.

Типы оптического волокна

Сейчас используется два типа оптического волокна: со ступенчатым и плавным изменением показателя преломления вдоль радиуса (профилем). На рис. 5 показано, что свет распространяется по таким световодам по-разному.


Рис 5. Распространение света по оптоволокну со ступенчатым и плавным профилями показателя преломления

Оптоволокно характеризуется толщиной сердцевины и оболочки, которую выражают в микрометрах. Сейчас наиболее распространены три типоразмера оптоволокна общего назначения, хотя существуют и другие типоразмеры для специальных применений. Это многомодовые световоды 50/125 и 62,5/125 мкм и одномодовые 8-10/125 мкм.

Как показано на рисунке, волокно со ступенчатым профилем показателя преломления состоит из сердцевины, изготовленной из стекла с малыми оптическими потерями, окруженной стеклянной оболочкой с более низким показателем преломления. Такое различие показателей преломления заставляет свет отражаться от границы между сердцевиной и оболочкой на всем пути распространения. Оптоволокно с плавным профилем состоит из стекла только одного сорта, но оно обработано так, что его показатель преломления плавно уменьшается от центра к периферии. В результате световод, подобно протяженной линзе, постоянно отклоняет распространяющийся по нему свет к центру.

Оптоволокно характеризуется толщиной сердцевины и оболочки, которую выражают в микрометрах. Сейчас наиболее распространены три типоразмера оптоволокна общего назначения, хотя существуют и другие типоразмеры для специальных применений. Это многомодовые световоды 50/125 и 62,5/125 мкм и одномодовые 8-10/125 мкм. Первые два типоразмера обычно используются вместе со светодиодными излучателями на линиях передачи малой и средней длины. Оптоволокно с сердцевиной 8-10 мкм чаще всего применяется в телекоммуникационных системах большой протяженности совместно с лазерными оптическими передатчиками.

Потери в оптическом волокне

Кроме потерь интенсивности сигнала в соединении излучателя и световода, потери происходят также и при распространении света по оптоволокну. Сердцевина оптического волокна делается из сверхчистого стекла с очень низкими потерями. Стекло должно иметь высочайшую прозрачность, поскольку по изготовленному из него волокну свет должен проходить километры. Давайте посмотрим на обычное оконное стекло. Оно прозрачно, но только потому, что его толщина всего 3-4 мм. Достаточно взглянуть на торец стеклянной пластины и увидеть его зеленую окраску, чтобы понять, как сильно она поглощает свет даже на длине в десяток-другой сантиметров. Легко представить, как же мало света пройдет через стометровую толщу оконного стекла!

Большинство световодов общего назначения дает на длине волны 850 нм потери от 4 до 6 децибел на километр (то есть на одном километре теряется от 60 до 75% света). На длине волны 1300 нм по- тери снижаются до 3-4 дБ/км (50-60%), а на 1550 нм они еще меньше — не является чем-то необычным значение 0,5 дБ/км (10%).

Большинство световодов общего назначения дает на длине волны 850 нм потери от 4 до 6 децибел на километр (то есть на одном километре теряется от 60 до 75% света). На длине волны 1300 нм потери снижаются до 3-4 дБ/км (50-60%), а на 1550 нм они еще меньше — не является чем-то необычным значение 0,5 дБ/км (10%).

Основной причиной потерь является поглощение света неоднородностями и рассеяние на них. Другая причина потерь в оптоволокне — его чрезмерный изгиб, при котором часть света выходит из сердцевины. Во избежание таких потерь радиус изгиба оптоволоконного кабеля при прокладке должен быть не менее 2,5 см (а чаще и еще больше).

Полоса пропускания оптоволокна

Однако полоса пропускания оптоволокна для модулированного сигнала ограничена, и тем сильнее, чем длиннее световод.

Чем меньше мод в излучении, тем шире полоса пропускания оптоволокна.

Перечисленные выше потери не зависят от частоты модуляции, то есть уровень потерь в 3 дБ означает, что до получателя не дойдет 50% света независимо от того, модулирован он сигналом 10 Гц или 100 МГц. Однако полоса пропускания оптоволокна для модулированного сигнала ограничена, и тем сильнее, чем длиннее световод. Причину этого ограничения поясняет рис. 6. Свет, вошедший в оптоволокно под малым углом к его оси (M1) распространяется по более короткому пути, чем тот, который входит под углом, близким к предельному входному (M2). В результате различные лучи, исходящие от одного и того же источника (называемые модами), приходят к даль- нему концу световода не одновременно, что приводит к эффекту размывания — уширению коротких импульсов. Это ограничивает максимальную частоту сигнала, передаваемого по оптоволоконному кабелю. Говоря кратко, чем меньше мод в излучении, тем шире полоса пропускания оптоволокна. Чтобы уменьшить число распространяющихся мод, сердцевину волокна делают тоньше. Одномодовое волокно с диаметром сердцевины от 8 до 10 мкм имеет значительно более широкую полосу пропускания, чем многомодовые волокна с диаметром 50 и 62,5 мкм, по которым может одновременно распространяться большое число мод излучения.


Рис. 6. Полоса частот модуляции, пропускаемых оптоволокном,
ограничивается существованием различных путей распространения света

Типовая полоса пропускания для обычных волоконных световодов составляет несколько мегагерц на километр для волокна с очень большим диаметром сердцевины, несколько сотен мегагерц на километр для стандартного многомодового волокна и тысячи мегагерц для одномодовых оптических волокон. С ростом длины кабеля полоса пропускания пропорционально снижается. Например, кабель, имеющий полосу 500 МГц на длине 1 км, при длине 2 км сможет обеспечить полосу в 250 МГц, а при 5 км — лишь в 100 МГц.

Очень широкая полоса пропускания одномодовых световодов позволяет практически не обращать внимания на их длину. Однако для многомодовых волокон этот фактор важен, поскольку нередко частотный диапазон передаваемых сигналов превосходит полосу пропускания кабелей.

Конструкция оптоволоконного кабеля

Типовая полоса пропускания для обычных волоконных световодов составляет несколько мегагерц на километр для волокна с очень большим диаметром сердцевины, несколько сотен мегагерц на километр для стандартного многомодового волокна и тысячи мегагерц для одномодовых оптических волокон. С ростом длины кабеля полоса пропускания пропорционально снижается.

Оптоволоконные кабели выпускаются разного диаметра и конструкции. Как и в случае коаксиальных, конструкция оптоволоконных кабелей определяется его предназначением. Внешне оптоволоконный кабель похож на коаксиальный. На рис. 7 схематично показано устройство стандартного оптоволоконного кабеля.

Оптоволокно имеет защитное покрытие, предохраняющее его от повреждений в производственном процессе. Оно помещается в облегающую его поливинилхлоридную трубку, где может свободно изгибаться при прокладке вокруг углов стен и в кабельных каналах.

Эта трубка окружена оплеткой из кевлара, принимающей на себя основное механическое усилие, которое действует на кабель при прокладке. Наконец, внешняя оболочка из поливинилхлорида защищает весь кабель и предотвращает проникновение влаги внутрь.

Кабели такой конструкции пригодны для прокладки внутри зданий, где не требуется значительная стойкость к внешним воздействиям. Существуют кабели практически для любого варианта прокладки, например, для прямой укладки в грунт, армированные устойчивой к грызунам внешней оболочкой из стали и сертифицированные UL негорючие кабели для прокладки над фальшпотолками. Выпускаются и многожильные кабели с цветовой кодировкой.


Рис. 7. Устройство стандартного оптоволоконного кабеля

Другие типы световодов

Пластмассовые световоды применяются для передачи данных на очень малые расстояния внутри электронного оборудования совместно с недорогими светодиодами. Одно из стандартных применений таких световодов — оптическая развязка цепей управления в высоковольтных источниках питания.

Еще два типа световодов — кварцевые с сердцевиной очень большого диаметра и целиком изготовленные из пластмассы — обычно не используются в телекоммуникациях. Кварцевые световоды используются для передачи мощных световых потоков, например в лазерной хирургии. Пластмассовые световоды применяются для передачи данных на очень малые расстояния внутри электронного оборудования совместно с недорогими светодиодами. Одно из стандартных применений таких световодов — оптическая развязка цепей управления в высоковольтных источниках питания.

Оптические соединители

С помощью оптических соединителей оптоволоконные кабели подключаются к оборудованию или соединяются между собой. Они похожи на электрические разъемы по функциям и внешнему виду, но требу- ют очень высокой точности изготовления. В оптическом разъемном соединении необходимо прецизионное совмещение и центровка сердцевины обоих волокон. Поскольку их диаметр весьма мал (например, 50 мкм), требования к точности очень высоки: допуск имеет порядок одного микрона.

Сейчас используются оптические разъемы множества различных типов. Разъем SMA, использовавшийся еще до изобретения одномодовых волокон, до недавнего времени оставался наиболее распространенным. На рис. 8 показаны детали конструкции этого разъема.


Рис. 8. Конструкция разъема SMA

Следует иметь в виду, что многомодовые разъемы ST будут корректно работать только с многомодовыми световодами.

Для многомодовых волокон сейчас чаще всего применяется разъем ST, разработанный компанией AT&T. В нем применен байонетный фиксатор, а общие потери меньше, чем в SMA. Подобранная пара разъемов ST обеспечивает уровень потерь менее 1 дБ (20%) и не требует дополнительных направляющих втулок или других подобных элементов. Специальный выступ, не дающий разъему поворачиваться, гарантирует, что при соединении оптические волокна всегда будут устанавливаться в одно и то же положение друг относительно друга, что обеспечивает стабильность характеристик разъемного соединения.

Разъемы ST выпускаются как для многомодовых, так и для одномодовых световодов — основное различие состоит в величине допусков. Следует иметь в виду, что многомодовые разъемы ST будут корректно работать только с многомодовыми световодами. Более дорогие одномодовые разъемы ST можно использовать как с одномодовыми, так и с многомодовыми световодами. Процедуры установки разъемов ST и SMA на кабель сходны и занимают примерно одинаковое время. На рис. 9 показаны основные элементы ставшего промышленным стандартом разъема ST.


Рис. 9. Основные элементы разъема ST

Неразъемные соединения световодов

Хотя для соединения двух световодов можно использовать оптические разъемы, существуют другие методы, обеспечивающие значительно более низкие потери. Два наиболее распространенных — механическое соединение и сварное соединение. Оба обеспечивают уровень потерь от 0,15 до 0,1 дБ (3-2%).

Для механического соединения концы световодов освобождаются от оболочек, их торцы очищаются и точно совмещаются с использованием специального механического приспособления. На место соединения наносится оптический гель, снижающий до минимума потери на отражение. Совмещенные концы световодов удерживаются на месте запорным механизмом.

Оптические приемники

Основная задача оптического приемника — преобразование модулированного светового потока, поступающего из оптоволокна, в копию исходного электрического сигнала, поданного на передатчик.

Основная задача оптического приемника — преобразование модулированного светового потока, поступающего из оптоволокна, в копию исходного электрического сигнала, поданного на передатчик. В качестве детектора в приемнике обычно используется PIN- или лавинный фотодиод, который устанавливается на оптическом соединителе (подобном используемому для источников света). У фотодиодов обычно довольно большой чувствительный элемент (несколько микрометров в диаметре), поэтому требования к точности позиционирования оптического волокна не такие жесткие, как для передатчиков.

Важно использовать приемники только с тем типоразмером волокна, для которого они предназначены, иначе может возникнуть перегрузка усилителя.

Интенсивность излучения, выходящего из оптоволокна, достаточно мала, и в оптических приемниках устанавливаются внутренние усилители с большим коэффициентом усиления. Поэтому важно использовать приемники только с тем типоразмером волокна, для которого они предназначены, иначе может возникнуть перегрузка усилителя. Если, например, пара передатчик-приемник, предназначенная для одномодового оптоволокна, используется с многомодовым, то в приемник поступит слишком много света, что вызовет его насыщение и серьезное искажение выходного сигнала. Аналогично, при использовании одномодового волокна с передатчиком и приемником, рассчитанными на многомодовое, до приемника дойдет мало света, и выходной сигнал будет содержать много шума или вообще не появится. Единственный случай, когда несоответствие приемника и передатчика типу волокна может оказаться полезным — чрезмерные потери в световоде. Тогда дополнительные 5-15 дБ, которые даст замена одномодового волокна на многомодовое, спасут положение и позволят получить работоспособную систему. Однако это экстремальная ситуация, и такое решение не рекомендуется для нормального применения.

Следует помнить, что электронные приемники сигнала, в отличие от оптоволоконного кабеля, восприимчивы к электромагнитным помехам, поэтому при работе с ними следует использовать стандартные меры защиты — экранирование, заземление и т.п.

Как и передатчики, оптические приемники выпускаются в аналоговом и цифровом вариантах. В них обоих используется аналоговый предварительный усилитель, за которым включен аналоговый или цифровой выходной каскад.

На рис. 10 показана функциональная схема простого аналогового оптического приемника. Первый каскад — операционный усилитель, включенный как преобразователь тока в напряжение. Слабый ток, генерируемый фотодиодом, преобразуется здесь в напряжение, амплитуда которого обычно составляет несколько милливольт. В следующем каскаде, представляющим собой простой усилитель напряжения, сигнал усиливается до необходимого уровня.

Функциональная схема цифрового оптического приемника показана на рис. 11. Как и в случае аналогового приемника, первый каскад представляет собой преобразователь тока в напряжение. Его выходной сигнал поступает на компаратор напряжения, который выдает чистый цифровой сигнал с малой длительностью перепадов. Регулятор уровня срабатывания компаратора, если он есть, используется для точной настройки симметрии восстановленного цифрового сигнала.

Часто в приемники для наиболее точного воспроизведения входного сигнала добавляются дополнительные каскады, которые работают как линейные усилители для коаксиальных кабелей, преобразователи протоколов и т.п. Следует помнить, что электронные приемники сигнала, в отличие от оптоволоконного кабеля, восприимчивы к электромагнитным помехам, поэтому при работе с ними следует использовать стандартные меры защиты — экранирование, заземление и т.п.


Рис. 10. Простейший аналоговый оптический приемник


Рис. 11. Простейший цифровой оптический приемник

Разработка оптоволоконной системы

При разработке оптоволоконной системы следует учитывать множество факторов, каждый из которых вносит свой вклад в конечную цель — гарантию того, что в приемник поступит достаточное количество света. Без достижения этой цели система не будет работать правильно. На рис. 12 указаны многие из этих факторов.


Рис. 12. Важнейшие параметры, которые необходимо учитывать
при разработке оптоволоконной системы

При инженерной разработке оптоволоконной системы рекомендуется использовать следующую пошаговую процедуру:

  1. Выбор приемника и передатчика, подходящих для того типа сигнала, который необходимо передавать (аналоговый, цифровой, видеосигнал, RS-232, RS-422, RS-485 и т.д.).
  2. Определение имеющихся источников питания (переменное напряжение, постоянное напряжение и др.).
  3. Определение, при необходимости, специальных требований (например, импедансов, полосы пропускания, специальных разъемов и диаметра волокна и т.п.).
  4. Расчет общих потерь в системе (в децибелах): суммирование потерь в кабелях, в разъемных и неразъемных соединениях. Эти характеристики можно получить у производителей электронных устройств и оптоволоконных кабелей.
  5. Сравнение полученной цифры потерь с допустимым значением уровня сигнала на входе приемника. Следует подстраховаться, добавив запас как минимум в 3 дБ на всю систему.
  6. Проверка соответствия полосы пропускания системы потребностям передачи нужного типа сигнала. Если расчеты покажут, что полоса пропускания окажется недостаточной для передачи сигнала на нужное расстояние, то следует либо выбрать другой приемник и передатчик (другую длину волны), либо рассмотреть возможность использования более дорогого и качественного оптоволоконного кабеля с меньшими потерями.

Контрольный перечень параметров, необходимых для разработки оптоволоконной системы передачи данных

Назначение (краткое описание задачи):
Параметры аналогового сигнала:
Входное напряжение  
Входной импеданс  
Выходное напряжение  
Выходной импеданс  
Отношение сигнал/шум  
Способ связи (по постоянному или переменному току)  
Полоса пропускания  
Разъемы  
Другие данные  
Параметры цифрового сигнала:
Тип интерфейса (RS-232, 422, 485 и т.п.)
Скорость передачи данных
Способ связи (по постоянному или переменному току)  
Допустимая частота битовых ошибок  
Разъемы  
Другие данные  
Требования к источнику питания:
Напряжение  
Ток  
Переменное или постоянное напряжение  
Разъемы  
Другие данные  

Требования к оптоволоконной линии:
Длина линии  
Длина волны света  
Допустимые потери  
Оптические разъемы  
Тип оптоволокна  
Диаметр оптоволокна  
Условия монтажа  
Общие требования:
Размер корпуса  
Способ монтажа  
Характеристики окружающей среды  
Диапазон рабочих температур  
Диапазон температур хранения  
Другие данные  
Дополнительные комментарии:

9 применений волоконно-оптических кабелей

Bulgin недавно выпустила новый оптический соединитель серии 4000, который является одним из самых маленьких оптических соединителей для работы в суровых условиях окружающей среды. Имеет надежное байонетное соединение с быстрым поворотом, обеспечивающее надежное механическое соединение.

Волоконно-оптические кабели — это кабели, содержащие несколько тысяч оптических волокон в защитной изолированной оболочке. Оптические волокна представляют собой очень тонкие пряди из чистого стекла, которые передают информацию в виде света.Оптоволоконные кабели произвели революцию в мире сетевых коммуникаций с момента их появления почти четыре десятилетия назад. Сегодня эти кабели практически уничтожили традиционные методы построения сетей, в которых используются металлические провода. Некоторые из наиболее популярных применений оптоволоконных кабелей перечислены ниже.

Интернет

Оптоволоконные кабели передают большие объемы данных на очень высоких скоростях. Поэтому эта технология широко используется в интернет-кабелях. По сравнению с традиционными медными проводами оптоволоконные кабели менее громоздки, легче, гибче и несут больше данных.

Компьютерные сети

Сетевое соединение между компьютерами в одном здании или между близлежащими зданиями становится проще и быстрее с использованием оптоволоконных кабелей. Пользователи могут увидеть заметное сокращение времени, необходимого для передачи файлов и информации по сетям

Хирургия и стоматология

Волоконно-оптические кабели широко используются в медицине и исследованиях. Оптическая связь — важная часть ненавязчивых хирургических методов, широко известных как эндоскопия.В таких случаях используется небольшой яркий свет, чтобы осветить операционную зону внутри тела, что позволяет уменьшить количество и размер разрезов. Волоконная оптика также используется в микроскопии и биомедицинских исследованиях.

Автомобильная промышленность

Оптоволоконные кабели играют важную роль в освещении и обеспечении безопасности современных автомобилей. Они широко используются в освещении как внутри, так и снаружи автомобилей. Благодаря своей способности экономить пространство и обеспечивать превосходное освещение, волоконная оптика с каждым днем ​​используется в большем количестве автомобилей.Кроме того, оптоволоконные кабели могут передавать сигналы между различными частями транспортного средства с молниеносной скоростью. Это делает их бесценными при использовании таких приложений безопасности, как антипробуксовочная система и подушки безопасности.

Телефон

Позвонить на телефоны внутри страны или за ее пределами еще никогда не было так просто. Используя оптоволоконную связь, вы можете быстрее подключаться и вести разговор без задержек с обеих сторон.

Освещение и декор

Использование волоконной оптики в области декоративного освещения также выросло с годами.Волоконно-оптические кабели обеспечивают простое, экономичное и привлекательное решение для проектов освещения. В результате они широко используются в осветительных украшениях и освещенных елках.

Механический осмотр

Волоконно-оптические кабели широко используются при обследовании труднодоступных мест. Некоторые из таких приложений — это инспекции на месте для инженеров, а также инспекция труб для сантехников.

Кабельное телевидение

Использование оптоволоконных кабелей для передачи кабельных сигналов за последние годы стремительно выросло.Эти кабели идеально подходят для передачи сигналов для телевизоров высокой четкости, поскольку они имеют большую полосу пропускания и скорость. Кроме того, волоконно-оптические кабели дешевле по сравнению с тем же количеством медных проводов.

Военное и космическое применение

Оптоволоконные кабели, обеспечивающие высокий уровень безопасности данных, необходимый в военных и аэрокосмических приложениях, являются идеальным решением для передачи данных в этих областях.

Оптоволоконные кабели имеют множество применений, выходящих за рамки того, о чем большинство людей знает.Вы могли использовать их все время и даже не догадываться!

Что такое оптоволоконный кабель?

Волоконно-оптический кабель — это сетевой кабель, который содержит пряди стеклянных волокон внутри изолированного корпуса. Они предназначены для высокопроизводительных сетей передачи данных и телекоммуникаций на большие расстояния. По сравнению с проводными кабелями оптоволоконные кабели обеспечивают более высокую пропускную способность и передают данные на большие расстояния. Волоконно-оптические кабели поддерживают большую часть мирового Интернета, кабельного телевидения и телефонных систем.

Волоконно-оптические кабели передают сигналы связи с помощью световых импульсов, генерируемых небольшими лазерами или светодиодами.

Lifewire / Тим Лидтке

Как работают оптоволоконные кабели

Волоконно-оптический кабель состоит из одной или нескольких стеклянных нитей, каждая из которых лишь немного толще человеческого волоса. Центр каждой нити называется ядром, которое обеспечивает путь для распространения света. Сердечник окружен слоем стекла, называемым оболочкой, которое отражает свет внутрь, чтобы избежать потери сигнала и позволить свету проходить через изгибы кабеля.

Двумя основными типами волоконно-оптических кабелей являются одномодовые и многомодовые . В одномодовом оптоволокне используются очень тонкие стеклянные нити и лазер для генерации света, а в многомодовом оптоволокне используются светодиоды.

В одномодовых волоконно-оптических сетях часто используются методы мультиплексирования с волновым разделением для увеличения объема трафика данных, который может переносить нить. WDM позволяет объединять (мультиплексировать) и позже разделять (демультиплексировать) свет на нескольких разных длинах волн, эффективно передавая несколько потоков связи с помощью одного светового импульса.

Преимущества волоконно-оптических кабелей

Волоконно-оптические кабели обладают рядом преимуществ по сравнению с медными кабелями на большие расстояния.

  • Волоконная оптика поддерживает более высокую пропускную способность. Пропускная способность сети, которую может выдержать оптоволоконный кабель, превосходит медный кабель той же толщины. Оптоволоконные кабели со скоростью 10, 40 и 100 Гбит / с являются стандартными.
  • Поскольку свет может распространяться по оптоволоконному кабелю на гораздо большие расстояния без потери прочности, необходимость в усилителях сигнала снижается.
  • Волоконно-оптический кабель менее восприимчив к помехам. Медный сетевой кабель требует экранирования для защиты от электромагнитных помех. Хотя это экранирование помогает, его недостаточно для предотвращения помех, когда многие кабели стянуты вместе в непосредственной близости друг от друга. Физические свойства волоконно-оптических кабелей позволяют избежать большинства этих проблем.

Оптоволокно до дома, других развертываний и оптоволоконных сетей

В то время как большая часть оптоволоконных кабелей устанавливается для поддержки междугородных соединений между городами и странами, некоторые домашние интернет-провайдеры вложили средства в расширение своих волоконно-оптических линий до пригородных районов для прямого доступа домашних хозяйств.Провайдеры и профессионалы отрасли называют это установками последней мили.

Некоторые из наиболее известных на рынке услуг оптоволокна до дома включают Verizon FIOS и Google Fiber. Эти услуги могут обеспечить гигабитные скорости Интернета для домашних хозяйств. Однако они, как правило, также предлагают клиентам пакеты с меньшей емкостью. Различные пакеты для домашнего использования часто обозначаются этими аббревиатурами:

  • FTTP (оптоволокно до помещения) : оптоволокно, проложенное до самого здания.
  • FTTB (оптоволокно к зданию / бизнесу / блоку) : То же, что и FTTP.
  • FTTC / N (Волокно до бордюра узла) : Волокно, проложенное к узлу, но затем медные провода завершают соединение внутри здания.
  • Прямое волокно : Волокно, которое выходит из центрального офиса и подключается непосредственно к одному клиенту. Это обеспечивает максимальную пропускную способность, но прямое оптоволокно стоит дорого.
  • Общее оптоволокно : аналогично прямому оптоволокну, за исключением того, что по мере приближения оптоволокна к помещениям ближайших клиентов оно разделяется на другие оптические волокна для этих пользователей.

Что такое темное волокно?

Термин «темное волокно» (часто обозначаемый как «темное волокно» или «неосвещенное волокно») чаще всего относится к установленным оптоволоконным кабелям, которые в настоящее время не используются. Этот термин иногда также относится к частным оптоволоконным установкам.

Часто задаваемые вопросы

  • Волоконно-оптическое волокно лучше кабеля? Лучшее зависит от вашей точки зрения. Поскольку электричество не используется, оптоволоконный Интернет с меньшей вероятностью отключится во время отключения электроэнергии, чем другие типы высокоскоростного Интернета.Оптоволоконный интернет не только более надежен, но и работает быстрее и дороже, чем традиционные интернет-кабели.
  • Насколько быстрее оптоволоконный Интернет по сравнению с кабельным Интернетом? Кабельная технология в настоящее время поддерживает пропускную способность приблизительно 1000 Мбит / с, а оптоволоконный Интернет поддерживает скорость до 2000 Мбит / с. При скорости 1000 Мбит / с вы можете загрузить двухчасовой фильм в формате HD примерно за 32 секунды. При скорости 2000 Мбит / с загрузка двухчасового фильма в формате HD занимает примерно 17 секунд.
  • Каковы основные компоненты оптоволоконного кабеля? Оптоволоконный кабель состоит из трех основных компонентов: сердечника, оболочки и покрытия.

Спасибо, что сообщили нам!

Расскажите, почему!

Другой Недостаточно подробностей Сложно понять

Как они работают и для чего используются

Узнайте, как работают оптоволоконные кабели

Оптоволоконные кабели изменили телекоммуникации и возможности подключения. Волоконная технология меняет правила игры. По оптоволоконным кабелям сигналы могут передаваться по всему миру со скоростью света. Вы когда-нибудь хотели узнать, как работают оптоволоконные кабели? Никто не объясняет принцип работы оптоволоконного кабеля лучше, чем Билл Хэммак, инженер-инженер.Ниже приводится четкое и краткое видео Билла, которое демонстрирует работу волокна. Билл также объясняет, как используются оптоволоконные кабели и чего с их помощью можно добиться.

Хотите знать, почему оптоволокно является лучшим выбором для подключения, чем другие варианты? Ниже стенограммы видео вы найдете дополнительную информацию о том, как оптоволокно по сравнению с другими технологиями интернет-услуг, каковы основные преимущества оптоволокна и где оно доступно.

Видео: Как работают оптоволоконные кабели и как инженеры используют их для отправки сообщений

Расшифровка видео: Я считаю этот объект интересным.Это оптоволоконный кабель для стереосистемы. Если я направлю эту лазерную указку на кабель, она направит свет на другой конец. Эти кабели используются для соединения нашего мира сегодня, и они способны передавать информацию через страны и океаны. Но сначала позвольте мне показать вам, как работают оптоволоконные кабели.

У меня есть ведро, которое я модифицировал с окном спереди и с другой стороны, я вставил пробку в это отверстие прямо здесь. У меня есть бутылка пропиленгликоля с небольшим количеством сливок.Подставка для колец и конечно же лазерная указка. А теперь следи за этой вилкой, когда я выключаю свет. Это чудесно. Свет следует за потоком жидкости до ведра. Удивительный. Это происходит из-за полного внутреннего отражения. Когда свет входит в поток, он отражается, как только он попадает на границу раздела между ним и жидкостью.

Здесь вы видите первое отражение, затем второе и третье. Это происходит потому, что существует разница между показателем преломления материала направляющей, в данном случае пропиленгликоля, и внешнего воздуха.Напомним, что всякий раз, когда свет падает на поверхность, он может либо поглощаться материалом, отражаться от него, либо проходить сквозь него, последнее мы называем «преломлением». Так легче увидеть сверху. Отражение и преломление могут происходить одновременно. Но если луч света падает на поверхность под углом, превышающим критический угол, он полностью отражается, а не преломляется.

Для этой системы с пропиленгликолем и воздухом, если луч падает на поверхность под углом больше 44.При 35 градусах от нормали он будет распространяться вниз по течению за счет полного внутреннего отражения. Чтобы создать такой же эффект в оптическом волокне, инженеры создают сердцевину из стекла, обычно из чистого диоксида кремния, и внешний слой, называемый «оболочкой», который они также обычно делают из диоксида кремния, но с кусочками бора или германия, чтобы уменьшить его индекс. преломление.

Разницы в один процент достаточно, чтобы оптоволоконные кабели работали. Чтобы сделать такой длинный и тонкий кусок стекла, инженеры нагревают большую стеклянную заготовку.Его центр — это чистая сердцевина из стекла, а снаружи — облицовка. Затем они вытягивают или вытягивают волокно, наматывая расплав на колесо со скоростью до 1600 метров в секунду. Обычно эти рисовальные башни имеют высоту в несколько этажей. Высота позволяет волокну остыть перед намоткой на барабан.

Одним из величайших инженерных достижений стал первый оптоволоконный кабель, охватывающий океан, под названием TAT-8. Она простиралась от Такертона, штат Нью-Джерси, по дну океана на расстояние более 3500 миль до ответвлений в Уайдмут, Англия, и Пенмарч, Франция.Инженеры тщательно спроектировали кабель, чтобы выжить на дне океана. В его центре лежит ядро. Диаметр менее одной десятой дюйма, он содержит шесть оптических волокон, обернутых вокруг центральной стальной проволоки. Они встроили его в эластомер, чтобы смягчить волокна, окружили его стальными нитями, а затем запечатали внутри медного цилиндра, чтобы защитить его от воды. Последний кабель был меньше дюйма в диаметре, но мог обрабатывать около 40 000 одновременных телефонных звонков.

Суть того, как они передают информацию по оптоволоконному кабелю, очень проста.Я мог бы заранее договориться о сигнале с кем-нибудь на другом конце провода. Возможно, мы воспользуемся азбукой Морзе, и я просто заблокирую лазер, чтобы человек на этом конце увидел вспышки, передающие сообщение. Для передачи аналогового сигнала, такого как голос во время телефонного разговора по кабелю, инженеры используют импульсную кодовую модуляцию. Мы берем аналоговый сигнал и разрезаем его на части, а затем аппроксимируем громкость или амплитуду волны, насколько это возможно.

Мы хотим сделать это цифровым сигналом, что означает дискретные значения громкости, а не просто любое значение.Например, я буду использовать четыре бита, что означает, что у меня есть 16 возможных значений громкости. Таким образом, первые четыре части сигнала можно аппроксимировать примерно 10, 12, 14 и 15. Затем мы берем каждую часть и преобразуем ее амплитуду в серию единиц и нулей. Первая полоса значения 10 при кодировании становится единицей, нулем, единицей, нулем. Мы можем сделать это для каждого участка кривой.

Теперь вместо того, чтобы смотреть на зеленую волну или даже на синие полосы, мы можем думать о сигнале как о серии единиц и нулей, упорядоченных по времени.Это та последовательность, которую мы отправляем по оптоволоконному кабелю вспышки за один и ничего за ноль. Теперь, конечно, на принимающей стороне известен точный метод кодирования. Так что расшифровать сообщение — тривиальный вопрос. Теперь вам может быть интересно, как лазерный импульс может преодолевать почти 4000 миль через океан. Не обойтись без посторонней помощи, потому что свет будет выходить с боков волокон. Оглянитесь на наш поток пропилена.

Вот как свет ослабляется при движении.Здесь вы можете увидеть узкий луч в ведре, который немного расширяется, когда входит в поток, а затем после первого отскока луч уходит даже шире, чем вошел. Это потому, что поверхность раздела с воздухом неровная, и лучи, составляющие луч, падают под немного разными углами. Когда этот луч делает свое второе отражение, отдельные лучи расходятся еще больше. Пока он не достигнет третьего отскока, многие лучи уже не будут находиться под критическим углом и могут выйти из берегов потока.Здесь это происходит в нескольких дюймах, но в оптоволоконных кабелях, таких как TAT-8, сигнал проходит ошеломляющие 50 километров, прежде чем его нужно усилить. Совершенно потрясающе. Я Билл Хэммак, инженер-инженер.

Рекомендации по плану обслуживания оптоволоконного Интернета

Что касается производительности, Fastmetrics объяснил и продемонстрировал, что оптоволоконный Интернет на сегодняшний день является самым быстрым Интернет-сервисом. В некоторых случаях тарифные планы оптоволоконного доступа в Интернет могут быть в 20 раз быстрее или быстрее, чем обычные тарифные планы широкополосного доступа.В современном обществе большинству предприятий требуется поддержка тарифного плана Интернет-услуг. Чтобы оставаться конкурентоспособными, предприятиям необходимо обеспечить максимальные возможности работы в сети. В этом посте мы рассмотрим, что вам следует учитывать при выборе тарифных планов для оптоволоконного интернета от Fastmetrics или любого другого поставщика оптоволоконных сетей.

Оптоволоконные интернет-планы повышают надежность

Оптоволоконное соединение с меньшей вероятностью будет подвержено перебоям в обслуживании из-за его конструкции.Как уже упоминалось, инженеры разработали волоконно-оптические кабели, такие как TAT-8, чтобы выдержать давление глубин океана. Это сделано для того, чтобы иметь возможность посылать сигналы по всему миру со скоростью света. Центральная стальная проволока оборачивается вокруг оптических волокон, чтобы защитить их от разрыва. Кроме того, для защиты от воды инженеры часто герметизируют оптические волокна внутри медной трубки. Как ни странно, подключение к Интернету на основе меди медленнее, чем оптоволокно, но медь дополняет оптоволокно по своей конструкции.

Анатомия подводного оптоволоконного кабеля

В недавней статье Nadex о меди как о товаре обсуждалось, как медь помогла инициировать глобальные изменения за счет улучшения инфраструктуры.И это как нельзя более верно в отношении той роли, которую он играет в защите оптоволоконных кабелей, обеспечивая повышенную долговечность и надежность для телекоммуникаций. Благодаря такому прочному сочетанию материалов оптоволоконные кабели с меньшей вероятностью будут подвержены перебоям в подаче электроэнергии. Или прерывается внешними факторами, такими как электрическое оборудование и молния. Поскольку Интернет является основой многих предприятий, важно учитывать, насколько важно иметь надежное подключение к Интернету.

Оптоволоконные интернет-планы обеспечивают более высокую скорость

Первое, что нужно решить владельцам бизнеса при приобретении оптоволоконной сети, — это уровень требуемой скорости.Насколько быстрым должен быть ваш Интернет? Например, Fastmetrics предлагает симметричные соединения от 100 x 100 Мбит / с, 250 x 250 Мбит / с, 500 x 500 Мбит / с, 1000 x 1000 Мбит / с (гигабит) до самых быстрых — 10 Гбит / с x 10 Гбит / с волоконно-оптических линий, а также выделенный Ethernet с аналогичными гигабит в секунду скорости. В зависимости от того, насколько активно ваша компания использует Интернет в своей повседневной деятельности, скорость будет зависеть от скорости, необходимой бизнесу. Свяжитесь с нами, если вы хотите оценить требуемую скорость волокна.Это зависит от количества сотрудников в вашем бизнесе, а также от того, для чего вам нужен интернет-сервис. Совет: Оцените оптимальную скорость оптоволоконного кабеля, чтобы получить план, соответствующий вашим потребностям.

Оптоволоконный Интернет: более быстрая загрузка и доступ к облаку

Если вашему бизнесу необходимо хранить или отправлять огромные объемы данных, вам следует подумать о плане с более высокой скоростью загрузки в такие службы, как облако. Скачивание и выгрузка больших файлов или данных при широкополосном подключении может занять много времени. Совет: Выберите оптоволоконный тариф с адекватной скоростью передачи данных. (Все оптоволоконные планы Fastmetrics обеспечивают симметричную скорость для быстрого доступа к облаку и загрузки).

Высокоскоростное симметричное оптоволоконное соединение

Не все оптоволоконные соединения одинаковы. Некоторые могут предложить высокую скорость загрузки, но как насчет скорости загрузки? Симметричные соединения идеальны при использовании телефонных услуг VoIP или облачной АТС. Если вашему бизнесу требуется интернет-решение с постоянной скоростью загрузки и выгрузки, вам потребуется высокоскоростное симметричное оптоволоконное соединение.Симметричное подключение предотвращает ненужные задержки при загрузке и выгрузке данных.

Стоимость установки оптоволоконного Интернета

Одна из самых важных вещей, которую следует учитывать, — это сколько будет стоить установка оптоволоконного подключения к Интернету. Без существующих волоконно-оптических линий обновление вашего интернет-сервиса до волоконно-оптического кабеля может стать для предприятий крупными первоначальными вложениями. Некоторые здания имеют существующую оптоволоконную интернет-инфраструктуру или уже «освещены» оптоволоконным кабелем. Освещенные здания из волокна сокращают первоначальные затраты конечного пользователя на строительство волокна.

«Век информации» утверждает, что оптоволоконная технология имеет длительный жизненный цикл из-за непревзойденной скорости интернета и защитной конструкции. На техническом сайте говорится, что «телекоммуникационные инфраструктуры переходят от одного поколения к другому в течение нескольких месяцев». Мы надеемся, что это оказалось информативным для тех, кто рассматривает план использования оптоволокна для своего бизнеса. В нашем посте «10 преимуществ оптоволоконного Интернета» мы кратко излагаем 10 основных преимуществ, объясняющих, почему мы считаем, что инвестирование в оптоволоконное соединение является хорошей идеей.

Как волоконно-оптические технологии революционизировали телекоммуникации?

Потребовалось много лет, чтобы волоконная оптика использовала весь свой потенциал для телекоммуникационных услуг. Учитывая, что волоконно-оптическая технология была впервые создана более 43 лет назад, прогресс был медленным. Это иронично, ведь оптоволокно предлагает конечным пользователям доступ к данным со скоростью света. Для Интернета и увеличения пропускной способности волоконно-оптические технологии по-прежнему используются недостаточно. Лишь несколько поставщиков услуг в некоторых странах предоставляют полный доступ к оптоволоконным сетям.

Основы — Как отправляются оптоволоконные передачи?

В дополнение к видео выше, в котором подробно рассказывается о том, как работают оптоволоконные кабели, ниже приведены 3 основных этапа передачи данных по оптоволокну.

  1. Оптический сигнал создается с помощью передатчика
  2. Сигнал передается по оптоволокну, что гарантирует отсутствие искажений или ослабления сигнала
  3. Сигнал получен и преобразован в электрический сигнал
Как оптоволокно изменило телекоммуникации сегодня?

С момента создания первой оптоволоконной глобальной сети в графстве Эссекс, США.K в 1978 году оптоволокно медленно развивалось, росло и в некоторых случаях полностью вытеснило традиционные телекоммуникационные услуги на основе меди. Проще говоря, оптоволокно является более эффективным средством передачи телекоммуникационных сигналов (данных и голоса). Сигналы передаются светом по стеклянным волокнам, а не по медной проволоке.

Волоконно против меди против кабеля — в чем преимущества?

Оптоволоконная технология может использоваться для передачи голоса, (телефоны) и данных (Интернет и телевидение). Он обеспечивает следующие преимущества перед связью по медному проводу или кабелю;

  • Меньшее затухание — потеря интенсивности какого-либо физического свойства через среду.(Например, мощность сигнала по оптическому волокну).
  • Меньше помех — электромагнитные помехи влияют на электрическую цепь. Это может прервать, затруднить, ухудшить или ограничить работу схемы. Эти эффекты могут варьироваться от ограничения данных до полной потери данных.
Недостатки оптоволоконного кабеля, меди и кабельного Интернета

Раньше оптоволоконная инфраструктура была недоступна в развитых странах. Установка оптоволокна также требовала больших затрат времени и средств.Из-за этого оптоволокно широко использовалось только в междугородной телефонной связи, где оно используется на полную мощность. К 2002 году мировая сеть из более чем 250 000 километров оптоволокна была проложена телекоммуникационной отраслью с пропускной способностью 2,56 Тбит / с.

Однако с 2000 года стоимость оптоволокна как услуги Интернет значительно снизилась. В некоторых городах США для каждого абонента дешевле развернуть оптоволокно до дома, чем услуги на основе меди.Это было очевидно через программу Google Fiber. Стоимость волокна еще ниже в таких странах, как Нидерланды, и в других развитых странах Азии, таких как Южная Корея и Япония. Щелкните выделенную ссылку, чтобы увидеть полное сравнение DSL, оптоволокна и кабеля.

Где наиболее доступны оптоволоконные сети Интернет?

В таких странах, как Япония, Южная Корея, Сингапур и во многих скандинавских странах оптоволокно в значительной степени заменило DSL в качестве услуги широкополосного доступа в Интернет.Оптоволоконная инфраструктура чрезвычайно доступна в таких странах, как Южная Корея, а также очень доступна. Это привело к тому, что такие страны, как Япония, Сингапур и Южная Корея, развивают одни из самых высоких скоростей интернета в мире, наряду со многими скандинавскими странами.

So-net в Японии обеспечивает скорость оптоволокна 2 Гбит / с до дома

Где в мире больше всего волокон?

В нашем всемирном исследовании скорости интернета были проанализированы данные о глобальной скорости интернета за период с 2015 года по май 2018 года.Была сильная корреляция с более высокой средней скоростью интернета в странах с большим доступом к инфраструктуре и услугам на основе оптоволокна.

Страны, отмеченные зеленым цветом на карте, имеют самую высокую среднюю скорость интернета. Это включает; большинство скандинавских стран, Южная Корея, Япония и некоторые европейские страны. (Полная интерактивная карта и таблицы данных доступны по ссылке выше). По совпадению, во многих из этих стран есть сильные оптоволоконные сети Интернет. Хотя это не всегда легко доступно в каждой стране или регионе, оптоволоконный Интернет и связь, безусловно, более эффективны в сегодняшнюю информационную эпоху, когда потребность потребителей и предприятий в получении информации быстрее и в различных цифровых средах высока. требовать.

Похожие сообщения из Fastmetrics

Что такое оптоволоконная технология и как она работает?

06 Oct Что такое оптоволоконная технология и как она работает?

Хотя многие из нас слышали термин «оптоволокно» или «оптоволоконная технология» для описания типа кабеля или технологии, использующей свет, немногие из нас действительно понимают, что это такое. Здесь мы описываем основы оптоволоконной технологии, ее назначение, особенности, преимущества и где мы ее используем сегодня.

Узнайте больше о кабельных сборках NAI Group для волоконной оптики

Что такое оптоволоконная технология?

Волоконно-оптические волокна или оптические волокна представляют собой длинные тонкие пряди тщательно вытянутого стекла диаметром с человеческий волос. Эти жилы скомпонованы в жгуты, называемые оптическими кабелями. Мы полагаемся на них для передачи световых сигналов на большие расстояния.

В передающем источнике световые сигналы кодируются данными… теми же данными, которые вы видите на экране компьютера.Таким образом, оптическое волокно передает «данные» светом на приемный конец, где световой сигнал декодируется как данные. Следовательно, волоконная оптика на самом деле является средой передачи — «трубой» для передачи сигналов на большие расстояния с очень высокой скоростью.

Волоконно-оптические кабели были первоначально разработаны в 1950-х годах для эндоскопов. Цель заключалась в том, чтобы помочь врачам осмотреть пациента изнутри без серьезной хирургической операции. В 1960-х инженеры-телефонисты нашли способ использовать ту же технологию для передачи и приема телефонных звонков со «скоростью света».Это примерно 186 000 миль в секунду в вакууме, но в кабеле скорость снижается примерно до двух третей от этой скорости.

Как работает волоконная оптика?

Свет распространяется по оптоволоконному кабелю, многократно отражаясь от стенок кабеля. Каждая легкая частица (фотон) отражается по трубе с постоянным внутренним зеркальным отражением.

Луч света проходит по сердечнику кабеля. Жила — это середина кабеля и стеклянной конструкции.Облицовка — это еще один слой стекла, обернутый вокруг сердечника. Оболочка предназначена для удержания световых сигналов внутри сердечника.

Типы оптоволоконных кабелей

Оптоволоконные кабели различных типов

Существует много типов оптоволоконных кабелей, которые для выполнения своей функции часто заканчиваются в сборках оптоволоконных кабелей.

Одно- и многомодовое волокно

Волоконно-оптические кабели передают световые сигналы в режимах. Режим — это путь, по которому световой луч следует по оптоволокну.Есть одномодовые и многомодовые оптоволоконные кабели.

Одномодовое волокно является самой простой структурой. Он содержит очень тонкую сердцевину, и все сигналы проходят прямо посередине, не отскакивая от краев. Одномодовые оптоволоконные кабели обычно используются для кабельного телевидения, Интернета и телефонной связи, где сигналы передаются по одномодовым волокнам, свернутым в жгут.

Многомодовые оптоволоконные кабели используются в качестве патч-кордов или «перемычек» для соединения оборудования передачи данных

Многомодовое волокно — это другой тип оптоволоконного кабеля.Это примерно в 10 раз больше, чем у одномодового кабеля. Световые лучи могут проходить через ядро, следуя множеством разных путей или в нескольких разных режимах. Эти типы кабелей могут передавать данные только на короткие расстояния. Поэтому они используются, среди прочего, для соединения компьютерных сетей.

Существует четыре типа многомодовых оптоволоконных кабелей, обозначенных буквой «OM» (оптический многомодовый). Промышленная ассоциация обозначила их как OM1, OM2, OM3 и OM4. Они описаны в ISO / IEC 11801.Стандарт OM4 был одобрен TIA / EIA 492AAAD. Каждый OM имеет минимальные требования к модальной полосе пропускания.

Пленум

Кроме того, оптоволоконные кабели могут изготавливаться в соответствии с требованиями отраслевых стандартов для установки в вентиляционных камерах. Они используются внутри зданий со специальными материалами и составами для обшивки. Эти кабели, называемые «напорным кабелем», соответствуют требованиям по пожароопасности и токсичности в случае пожара.

Одностороннее и дуплексное оптоволокно

Конструкции волоконно-оптических кабелей Simplex содержат одну жилу из стекла.Чаще всего симплексное волокно используется там, где требуется только одна линия передачи и / или приема между устройствами или когда используется мультиплексный сигнал данных (двунаправленная связь по одному волокну).

Дуплексный оптоволоконный кабель состоит из двух жил из стекла или пластика

Волоконно-оптический кабель на барабане с ящиками, с заделанными концами

волокна. Этот кабель, обычно имеющий конструкцию «zipcord», чаще всего используется для дуплексной связи между устройствами, где требуется раздельная передача и прием.

Другие применения оптоволоконных технологий

Помимо конструкций приточных кабелей, производители волоконно-оптических кабелей создают:

  • «сиамские» конструкции (два кабеля рядом, каждый со своей оболочкой)
  • гибридные кабели (с медными кабелями)
  • конструкции из жгутов и композитных кабелей, которые включают другие оптоволоконные кабели, медные кабели, а иногда и силовые пары

Более короткие «коммутационные кабели» или «оптоволоконные перемычки» используются для соединения различного электронного оборудования в серверной, телекоммуникационной или дата-центре.

Использование оптического волокна в нашей повседневной жизни

Возможно, вы видели пластиковые волокна, несущие цветные огни в декоративных целях. Возможно, вы не видели настоящих стекловолоконных кабелей, которые сейчас составляют основу наших коммуникационных и компьютерных сетей. Многие тысячи миль проложенного оптоволоконного кабеля несут множество типов информации под землей, в туннелях, стенах зданий, потолках и других местах, которых вы не видите. Примеры использования оптического волокна в нашей повседневной жизни включают такие приложения, как:

В последние годы появились и другие применения волоконной оптики.Волоконно-оптические кабели стали основой для MAN, WAN и LAN. Наблюдается тенденция к приложениям «FTTX» или «Fiber to the XXXX». Это, например, Fiber до:

  • Дом (FTTH)
  • Бордюр (FTTC)
  • Помещение (FTTP)
  • Здание (FTTB)
  • Узел (FTTN)

Первоначально оптоволокно использовалось в основном для магистральных кабельных линий, предназначенных для передачи сигналов в более крупные населенные районы. Со временем эти кабели распространились по домам, зданиям и т. Д., что привело к тенденции FTTX.

Как работает оптоволокно?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 10 января 2021 г.

Римляне, должно быть, были особенно Довольные собой в тот день, когда они изобрели свинцовые трубки около 2000 лет назад. Наконец они у них был простой способ переносить воду из одного места в другое. Представьте, что бы они сделали из современных оптоволоконных кабелей — «труб», которые может передавать телефонные звонки и электронную почту по всему миру за седьмую часть второй!

Фото: Световая труба: волоконная оптика означает направление световых лучей по тонким пластиковым или стеклянным нитям, заставляя их многократно отражаться от стен.Это смоделированное изображение. Обратите внимание, что в некоторых странах, включая Великобританию, Волоконная оптика пишется «волоконная оптика». Если вы ищете информацию в Интернете, всегда стоит поискать оба варианта написания.

Что такое волоконная оптика?

Мы привыкли к тому, что информация путешествует по-разному. Когда мы говорим по стационарному телефону, проводной кабель несет звук из нашего голоса в розетку в стене, где другой кабель берет на местную телефонную станцию.Мобильные телефоны работают иначе способ: они отправляют и получают информацию, используя невидимые радиоволны — а Технология называется беспроводной, потому что в ней не используются кабели. Волоконная оптика работает третий способ. Он отправляет информацию, закодированную в луче света вниз по стеклянной или пластиковой трубе. Первоначально он был разработан для эндоскопов в 1950-х годов, чтобы помочь врачам заглянуть внутрь человеческого тела без необходимости сначала разрежьте его. В 1960-х инженеры нашли способ использовать та же технология для передачи телефонных звонков со скоростью света (обычно это 186 000 миль или 300 000 км в секунду в вакууме, но замедляется примерно до двух третей от этой скорости в оптоволоконном кабеле).

Оптическая техника

Фото: Отрезок 144-жильного оптоволоконного кабеля. Каждая прядь сделана из оптически чистого стекла и тоньше человеческого волоса. Изображение Тех. Сержант. Брайан Дэвидсон, любезно предоставлено ВВС США.

Оптоволоконный кабель состоит из невероятно тонких жил. из стекла или пластика, известного как оптические волокна; один кабель может иметь всего два прядей или целых несколько сотен. Каждая прядь меньше в десять раз толщиной с человеческий волос и может принимать около 25000 телефонных звонков, Таким образом, весь оптоволоконный кабель может легко передать несколько миллионов вызовов.Текущий рекорд для «одномодового» волокна (поясняется ниже): 178 терабит (триллионов бит) в секунду — достаточно для 100 миллионов сеансов Zoom. (по словам эксперта по волокнам Джеффа Хехта)!

Волоконно-оптические кабели передают информацию между двумя местами, используя полностью оптическая (световая) технология. Предположим, вы хотели отправить информация с вашего компьютера на дом друга по улице с помощью волоконной оптики. Вы можете подключить свой компьютер к лазеру, который преобразовал бы электрическую информацию из компьютера в серию световые импульсы.Затем вы запускаете лазер по оптоволоконному кабелю. После прохождения по кабелю световые лучи выходили на другой конец. Вашему другу понадобится фотоэлемент (светочувствительный компонент), чтобы превратить импульсы света обратно в электрическую информацию его или ее компьютер мог понять. Так что весь аппарат будет как действительно изящная высокотехнологичная версия телефона, который вы можете Сделай из двух банок для печёных бобов и отрезка бечевки!

Как работает оптоволокно

На фото: оптоволоконные кабели достаточно тонкие, чтобы их можно было изгибать, поэтому световые сигналы проходят внутрь по изогнутым путям.Фотография любезно предоставлена ​​Исследовательским центром Гленна НАСА. (НАСА-GRC).

Изображение: Полное внутреннее отражение удерживает световые лучи от внутренней части оптоволоконного кабеля.

Свет распространяется по оптоволоконному кабелю по многократно отскакивая от стен. Каждый крошечный фотон (частица света) прыгает по трубе, как бобслей, спускающийся по ледяной трассе. Теперь ваша очередь может ожидать луч света, путешествовать по прозрачной стеклянной трубе, чтобы просто просочиться через края.Но если свет падает на стекло под очень малым углом (менее 42 градусов), он снова отражается — как будто стекло на самом деле зеркало. Этот явление называется полным внутренним отражением. Это одна из вещей, которая сохраняет свет внутри трубы.

Еще одна вещь, которая удерживает свет в трубе, — это структура кабель, состоящий из двух отдельных частей. Основная часть кабель — посередине — называется сердечником , и это бит свет проходит сквозь.На внешней стороне ядра обернут еще один слой стекла называется облицовкой . Работа облицовки — сохранить световые сигналы внутри активной зоны. Он может это сделать, потому что он сделан из различный вид стекла в сердцевине. (Технически облицовка имеет более низкий показатель преломления.)

Типы волоконно-оптических кабелей

Оптические волокна передают по ним световые сигналы в так называемых режимах . Звучит технически, но это просто означает разные способы путешествовать: мода — это просто путь, по которому световой луч следует вниз по волокну.Один режим чтобы пройти прямо по середине волокна. Другой — отразите волокно под небольшим углом. Другие режимы включают подпрыгивание вниз по волокну под другими углами, более или менее круто.

Иллюстрации: Вверху: свет по-разному распространяется в одномодовых и многомодовых волокнах. Внизу: внутри типичного одномодового оптоволоконного кабеля (не в масштабе). Тонкая сердцевина окружена оболочкой примерно в десять раз большего диаметра, пластиковым внешним покрытием (примерно в два раза больше диаметра оболочки), некоторыми укрепляющими волокнами из жесткого материала, такого как кевлар®, с внешней защитной оболочкой снаружи.

Самый простой тип оптического волокна называется одномодовым . Он имеет очень тонкую сердцевину около 5-10 микрон (миллионных долей). метр) в диаметре. В одномодовом волокне все сигналы проходят прямо посередине, не отскакивая от краев (желтая линия в диаграмму). Кабельное ТВ, Интернет и телефонные сигналы обычно передаются по одномодовым волокна, свернутые в огромный пучок. Такие кабели могут отправлять информация на расстояние более 100 км (60 миль).

Другой тип оптоволоконного кабеля называется многорежимный .Каждое оптическое волокно в многомодовый кабель о 10 раз больше одного в одномодовом кабеле. Это означает, что световые лучи могут проходить через ядро, следуя Разновидность разные пути (желтые, оранжевые, синие и голубые линии) — другими словами, в несколько разных режимов. Многорежимные кабели могут отправлять только информацию на относительно короткие расстояния и используются (среди прочего) для соединить компьютерные сети вместе.

Еще более толстые волокна используются в медицинском инструменте под названием гастроскоп (разновидность эндоскопа), какие врачи протыкают кому-то горло для обнаружения болезней внутри их желудок.Гастроскоп — это толстый оптоволоконный кабель, состоящий из многих оптических волокон. На верхнем конце гастроскопа есть окуляр и фонарь. Лампа направляет свой свет на одну часть кабеля в живот пациента. Когда свет достигает желудка, он отражается стенки желудка в линзу внизу кабеля. Затем он возвращается в другую часть кабель в окуляр врача. Другие типы эндоскопов работают так же способ и может использоваться для осмотра различных частей тела.Также есть промышленный вариант инструмента, называемый фиброскопом, который можно использовать исследовать такие вещи, как недоступные части оборудования в самолете двигатели.

Применение для волоконной оптики

Стрельба по трубе кажется изящной научной партийный трюк, и вы можете не подумать, что у этого есть много практических применений что-то вроде того. Но так же, как электричество может привести в действие многие типы машин, лучи света могут нести многие типы информация — так что они могут помочь нам во многих отношениях.Мы просто не замечаем насколько обычными стали оптоволоконные кабели, потому что лазерные сигналы, которые они несут, мерцают далеко под нашими ногами, глубоко под офисными этажами и улицами города. Технологии, использующие это — компьютерные сети, радиовещание, медицинское сканирование и военная техника (назвать всего четыре) — причем совершенно незаметно.

Фото: Работа с волоконно-оптическими кабелями. Изображение Натанаэля Каллона, любезно предоставлено ВВС США.

Компьютерные сети

Оптоволоконные кабели в настоящее время являются основным средством передачи информации на большие расстояния, поскольку у них есть три очень больших преимущества перед медными кабелями старого образца:

  • Меньшее затухание : (потеря сигнала) Информация проходит примерно в 10 раз дальше, прежде чем ей потребуется усиление, что делает оптоволоконные сети более простыми и дешевыми в эксплуатации и обслуживании.
  • Без помех : В отличие от медных кабелей, между оптическими волокнами нет «перекрестных помех» (электромагнитных помех), поэтому они передают информацию более надежно и с лучшим качеством сигнала.
  • Более высокая пропускная способность : Как мы уже видели, оптоволоконные кабели могут передавать гораздо больше данных, чем медные кабели того же диаметра.

Вы сейчас читаете эти слова благодаря Интернет. Вы наверняка наткнулись на эту страницу с поисковой системой как Google, который управляет всемирной сетью гигантских центров обработки данных соединены оптоволоконными кабелями большой емкости (и сейчас пытается развернуть быстрые оптоволоконные соединения для остальных).Нажав на ссылку на поисковую систему, вы загрузили эту веб-страницу из моей сети сервер и мои слова просвистели большую часть пути к вам вниз больше волоконно-оптические кабели. Действительно, если вы используете быстрый оптоволоконный широкополосные, оптоволоконные кабели делают почти всю работу каждый раз вы выходите в интернет. При большинстве высокоскоростных широкополосных подключений только последний этап информационного пути (так называемый «последний миля «от оптоволоконного шкафа на улице до дома или квартира) подразумевает старомодные провода.Это оптоволоконные кабели, не медные провода, которые теперь несут «лайки» и «твиты» под наши улицы, через все большее количество сельских районов, и даже глубоко под океанами, соединяющими континенты. Если вы представите себе Интернет (и Всемирная паутина, которая использует его) как глобальная паутина, скрепляющие ее нити — оптоволоконные кабели; по некоторым оценкам, оптоволоконные кабели покрывают более 99 процентов от общего пробега Интернета, и переносят более 99 процентов всего международного коммуникационного трафика.

Чем быстрее люди получают доступ в Интернет, тем больше они могут — и будут — делать в сети. Прибытие из широкополосный Интернет сделал возможным феномен облачных вычислений (где люди хранят и обрабатывают свои данные удаленно, используя онлайн вместо домашнего или служебного ПК в собственном помещении). В примерно так же стабильное развертывание широкополосного оптоволокна (обычно В 5–10 раз быстрее, чем обычный широкополосный DSL, который использует обычные телефонные линии) сделают это гораздо более обычным для люди занимаются такими вещами, как потоковое воспроизведение фильмов в Интернете, вместо того, чтобы смотреть телетрансляция или прокат DVD.С большей пропускной способностью волокна и быстрее связи, мы будем отслеживать и контролировать многие другие аспекты наша жизнь в сети с использованием так называемого Интернета вещей.

Но не только общедоступные интернет-данные течет по оптоволоконным линиям. Когда-то компьютеры были подключены к на большие расстояния по телефонным линиям или (на более короткие расстояния) по меди Кабели Ethernet, но все чаще предпочтительнее оптоволоконные кабели метод объединения компьютеров в сеть, потому что они очень доступны, безопасны надежны и имеют гораздо большую вместимость.Вместо того, чтобы связывать офисов через общедоступный Интернет, это вполне возможно для компания для создания собственной оптоволоконной сети (если она может себе это позволить) или (что более вероятно) купить место в частной оптоволоконной сети. Многие частные компьютерные сети работают на так называемом темном волокне , которое звучит немного зловеще, но это просто неиспользованная емкость другого сеть (оптические волокна ожидают включения).

Интернет был продуман так, чтобы вид информации для любого использования; это не ограничивается ношением компьютерные данные.Когда-то по телефонным линиям выходил Интернет, теперь же вместо этого через оптоволоконный Интернет можно звонить по телефону (и Skype). Там, где когда-то телефонные звонки направлялись по сложному лоскутному одеянию медные кабели и микроволновые линии между городами, самые дальние теперь звонки направляются по оптоволоконным линиям. С 1980-х годов было уложено огромное количество волокна; оценки сильно разнятся, но считается, что общая мировая длина составляет несколько сотен миллионов километров (достаточно, чтобы пересечь Соединенные Штаты примерно миллион раз).В середине 2000-х годов было подсчитано, что до 98 процентов этого количества было неиспользованным «темным волокном»; Сегодня, хотя используется гораздо больше волокон, все еще считается, что большинство сетей содержат от трети до половины темного волокна.

Фото: Оптоволоконные сети дороги в строительстве (в основном потому, что рыть улицы стоит очень дорого). Поскольку затраты на рабочую силу и строительство намного дороже, чем сам кабель, многие сетевые операторы сознательно прокладывают гораздо больше кабеля, чем им нужно в настоящее время.Изображение Криса Уиллиса любезно предоставлено ВВС США.

Радиовещание

Еще в начале 20 века радио и Телевещание родилось из относительно простой идеи: это было технически довольно просто стрелять электромагнитными волнами по воздуху от одного передатчика (на радиостанции) до тысяч антенн в домах людей. В наши дни, когда радио все еще работает в воздухе, мы с такой же вероятностью ТВ через оптоволоконный кабель.

компании кабельного телевидения первыми перешли от с 1950-х гг. первоначально использовались коаксиальные кабели (медные кабели с металлической оболочкой, обернутой вокруг них для предотвращения перекрестных помех), по которым передавалось лишь небольшое количество аналоговых телевизионных сигналов.По мере того, как все больше и больше людей подключаются к кабелю, и сети начинают предлагать больший выбор каналов и программ, кабельные операторы сочли необходимо перейти с коаксиальных кабелей на оптические волокна и с аналогово-цифровое вещание. К счастью, ученые уже выясняли, как это могло быть возможно; еще в 1966 году, Чарльз Као (и его коллега Джордж Хокхэм) посчитали, доказав, как одиночный оптоволоконный кабель может несут достаточно данных для нескольких сотен телеканалов (или нескольких сотен тысяч телефонных звонков).Это был лишь вопрос времени, когда мир кабельного телевидения обратил на это внимание — и «новаторское достижение» Као было должным образом признано когда ему была присуждена Нобелевская премия по физике 2009 года.

Помимо гораздо большей емкости, оптический волокна меньше страдают от помех, поэтому обеспечивают лучший сигнал (рисунок и звук) качество; они нуждаются в меньшем усилении для усиления сигналов, поэтому они путешествуют на большие расстояния; и они вообще дороже эффективный. В будущем оптоволоконный широкополосный доступ вполне может стать большинство из нас смотрят телевизор, возможно, через такие системы, как IPTV (телевидение по Интернет-протоколу), в которых используется Стандартный способ передачи данных в Интернете («коммутация пакетов») в обслуживать телепрограммы и фильмы по запросу.Пока медный телефон линия по-прежнему является основным информационным маршрутом в дома многих людей, в будущем нашим основным соединением с миром станет высокоскоростной оптоволоконный кабель. кабель, несущий любую информацию.

Медицина

Медицинские гаджеты, которые могут помочь врачам сориентироваться внутри наших тел, не разрезая их, были первыми собственными применение волоконной оптики более полувека назад. Сегодня, гастроскопы (как их еще называют) так же важны, как и когда-либо, но волоконная оптика продолжает порождать важные новые формы медицинское сканирование и диагностика.

Одной из последних разработок называется лаборатория на волокно , и включает в себя вставку тонких волоконно-оптических кабелей с встроенные датчики в тело пациента. Эти виды волокон аналогичны по масштабу кабелям связи и тоньше относительно короткие световоды, используемые в гастроскопах. Как они Работа? Через них проходит свет от лампы или лазера, через деталь. тела, который доктор хочет изучить. Когда свет проникает сквозь волокна, тело пациента изменяет свои свойства в определенных способ (очень незначительное изменение интенсивности или длины волны света, возможно).Измеряя изменение света (используя методы например, интерферометрия), инструмент, прикрепленный к другому концу волокно может измерить некоторые важные аспекты того, как тело пациента работает, например, их температура, артериальное давление, pH клеток, или наличие лекарств в их кровотоке. Другими словами, вместо того, чтобы просто использовать свет, чтобы заглянуть внутрь тела пациента, это Тип оптоволоконного кабеля использует свет, чтобы его воспринимать или измерять.

Военный

Фото: Волоконная оптика на поле боя.У этой усовершенствованной оптоволоконной управляемой ракеты (EFOG-M) в носу установлена ​​инфракрасная оптоволоконная камера, чтобы стрелок, стреляющий по ней, мог видеть, куда она движется. Изображение любезно предоставлено Армия США.

Легко представить пользователей Интернета, связанных вместе гигантскими паутинами оптоволоконных кабелей; это гораздо менее очевидно что высокотехнологичные вооруженные силы мира связаны таким же образом. Волоконно-оптические кабели недорогие, тонкие, легкие, емкие, устойчивы к атакам и чрезвычайно безопасны, поэтому они предлагают идеальные способы подключения военных баз и других объектов, таких как стартовые позиции ракет и радиолокационные станции слежения.Поскольку они не переносят электрические сигналы, они не излучают электромагнитные излучение, которое может обнаружить противник, и они устойчивы к электромагнитные помехи (в том числе систематическое «глушение» противника атаки). Еще одно преимущество — относительно легкий вес волокна. кабели по сравнению с традиционными проводами из громоздких и дорогих медь металлическая. Танки, военные самолеты и вертолеты есть все постепенно переходят с металлических кабелей на оптоволоконные. Частично речь идет о сокращении затрат и экономии веса (оптоволоконные кабели весят почти 90 процентов меньше, чем у сопоставимых медных кабелей типа «витая пара»).Но это также повышает надежность; например, в отличие от традиционных кабелей на самолете, которые должны быть тщательно экранированы (изолированы) для защиты им против ударов молнии, оптические волокна полностью невосприимчивы к такой проблеме.

Кто изобрел волоконную оптику?

  • 1840-е годы: швейцарский физик Даниэль Колладон (1802–1893) обнаружил, что может светить светом через водопроводную трубу. Вода несла свет внутреннее отражение.
  • 1870: Ирландский физик Джон Тиндалл. (1820–1893) продемонстрировал внутреннюю рефлексию в Лондонском Королевском обществе.Он светил в кувшин с водой. Когда он налил немного воды из кувшина, свет изогнулся, следуя за водой. Эта идея «изгиба» свет »- это именно то, что происходит в волоконной оптике. Хотя Colladon Истинный дедушка волоконной оптики, Тиндаль часто заслуживает уважения.
  • 1930-е годы: Heinrich Lamm и Walter Gerlach , два Немецкие студенты пытались использовать световые трубки для изготовления гастроскопа — инструмент для заглядывания в чей-то желудок.
  • 1950-е: в Лондоне, Англия, индийский физик. Нариндер Капани (1926–2021) и британский физик Гарольд Хопкинс (1918–1994) удалось отправить простую картинку по световой трубе, сделанной из тысяч стеклянных волокон. После публикации множества научных работ Капани заработал репутацию «отец волоконной оптики».
  • 1957: Трое американских ученых из Мичиганского университета, Лоуренс Кертисс , Бэзил Хиршовиц и Уилбур Петерс, успешно использовали волоконно-оптическую технологию для создания первого в мире гастроскопа.
  • 1960-е годы: американский физик китайского происхождения Чарльз Као (1933–2018) и его коллега Джордж Хокхэм осознали, что нечистое стекло бесполезно для волоконной оптики дальнего действия. Као предположил, что оптоволоконный кабель, сделанный из очень чистого стекла, сможет передавать телефонные сигналы на гораздо большие расстояния, и был награжден премией. Нобелевская премия по физике 2009 г. за это новаторское открытие.
  • 1960-е годы: исследователи из Corning Glass Company создали первый оптоволоконный кабель, способный передавать телефонные сигналы.
  • ~ 1970: Дональд Кек и его коллеги из Corning нашли способы посылать сигналы гораздо дальше (с меньшими потерями), что побудило разработка первых оптических волокон с низкими потерями.
  • 1977: Первый оптоволоконный телефонный кабель был проложен между Лонг-Бич и Артезией, Калифорния.
  • 1988: Первый трансатлантический оптоволоконный телефонный кабель TAT8 был проложен между США, Францией и Великобританией.
  • 2020: Согласно TeleGeography, в настоящее время существует около 406 подводных волоконно-оптических кабелей. (несущие коммуникации под мировым океаном), протяженностью в общей сложности 1.2 миллиона км (0,7 миллиона миль). Это больше, чем в 2019 году, когда было 378 кабелей, хотя общее пройденное расстояние, по-видимому, осталось прежним.

9 применений волоконно-оптических кабелей

Волоконно-оптические кабели — это кабели, содержащие несколько тысяч оптических волокон в защитной изолированной оболочке. Оптические волокна представляют собой очень тонкие пряди из чистого стекла, которые передают информацию в виде света. Оптоволоконные кабели произвели революцию в мире сетевых коммуникаций с момента их появления почти четыре десятилетия назад.Сегодня эти кабели практически вытеснили традиционные методы построения сетей, в которых используются металлические провода, обеспечивая более высокую пропускную способность и передачу данных на большие расстояния. Некоторые из наиболее популярных применений оптоволоконных кабелей перечислены ниже.

1. Интернет

Оптоволоконные кабели передают большие объемы данных на очень высоких скоростях. Поэтому эта технология широко используется в интернет-кабелях. По сравнению с традиционными медными проводами оптоволоконные кабели менее громоздки, легче, гибче и несут больше данных.

2. Кабельное телевидение

Использование оптоволоконных кабелей для передачи кабельных сигналов за последние годы стремительно выросло. Эти кабели идеально подходят для передачи сигналов для телевизоров высокой четкости, поскольку они имеют большую полосу пропускания и скорость. Кроме того, волоконно-оптические кабели дешевле по сравнению с тем же количеством медных проводов.

3. Телефон

Позвонить на телефоны внутри страны или за ее пределами еще никогда не было так просто. Используя оптоволоконную связь, вы можете быстрее подключаться и вести разговор без задержек с обеих сторон.

4. Компьютерные сети

Сетевое соединение между компьютерами в одном здании или между соседними зданиями становится проще и быстрее с использованием оптоволоконных кабелей. Пользователи могут увидеть заметное сокращение времени, необходимого для передачи файлов и информации по сети.

5. Хирургия и стоматология

Оптоволоконные кабели широко используются в медицине и исследованиях. Оптическая связь — важная часть ненавязчивых хирургических методов, широко известных как эндоскопия.В таких случаях используется небольшой яркий свет, чтобы осветить операционную зону внутри тела, что позволяет уменьшить количество и размер разрезов. Волоконная оптика также используется в микроскопии и биомедицинских исследованиях.

6. Освещение и украшения

Использование волоконной оптики в области декоративного освещения с годами также расширилось. Волоконно-оптические кабели обеспечивают простое, экономичное и привлекательное решение для проектов освещения. В результате они широко используются в осветительных украшениях и освещенных елках.

7. Механический осмотр

Волоконно-оптические кабели широко используются при обследовании труднодоступных мест. Некоторые из таких приложений — это инспекции на месте для инженеров, а также инспекция труб для сантехников.

8. Военные и космические приложения

Оптоволоконные кабели, обеспечивающие высокий уровень безопасности данных, необходимый в военных и аэрокосмических приложениях, являются идеальным решением для передачи данных в этих областях.

9. Автомобильная промышленность

Волоконно-оптические кабели играют важную роль в освещении и обеспечении безопасности современных автомобилей.Они широко используются в освещении как внутри, так и снаружи автомобилей. Благодаря своей способности экономить пространство и обеспечивать превосходное освещение, волоконная оптика с каждым днем ​​используется в большем количестве автомобилей. Кроме того, оптоволоконные кабели могут передавать сигналы между различными частями транспортного средства с молниеносной скоростью. Это делает их бесценными при использовании таких приложений безопасности, как антипробуксовочная система и подушки безопасности.

Оптоволоконные кабели имеют множество применений, выходящих за рамки того, о чем большинство людей знает.Вы могли использовать их все время и даже не догадываться!

Что такое волоконная оптика (оптическое волокно) и как она работает?

Волоконная оптика, или оптическое волокно, относится к среде и технологии, связанной с передачей информации в виде световых импульсов по стеклянной или пластиковой нити или волокна. Волоконная оптика используется для высокопроизводительных сетей передачи данных на большие расстояния.

Волоконная оптика также широко используется в телекоммуникационных услугах, таких как Интернет, телевидение и телефон.Например, Verizon и Google используют оптоволокно в своих сервисах Verizon FIOS и Google Fiber соответственно, обеспечивая пользователям гигабитные скорости Интернета.

Используются оптоволоконные кабели

, поскольку они обладают рядом преимуществ по сравнению с медными кабелями, например, более высокой пропускной способностью и скоростью передачи.

Оптоволоконный кабель может содержать различное количество этих стеклянных волокон — от нескольких до пары сотен. Сердцевину из стекловолокна окружает еще один стеклянный слой, называемый оболочкой. Слой, известный как буферная трубка, защищает оболочку, а слой оболочки действует как последний защитный слой для отдельной пряди.

Принцип работы волоконной оптики

Волоконная оптика передает данные в виде световых частиц или фотонов, которые пульсируют по оптоволоконному кабелю. Сердцевина из стекловолокна и оболочка имеют разные показатели преломления, которые изгибают падающий свет под определенным углом. Когда световые сигналы передаются по оптоволоконному кабелю, они отражаются от сердечника и оболочки в виде серии зигзагообразных отражений, придерживаясь процесса, называемого полным внутренним отражением. Световые сигналы не движутся со скоростью света из-за более плотных слоев стекла, вместо этого они движутся примерно на 30% медленнее скорости света.Для обновления или усиления сигнала на протяжении всего пути передачи по оптоволоконной сети иногда требуются ретрансляторы с удаленными интервалами для регенерации оптического сигнала путем преобразования его в электрический сигнал, обработки этого электрического сигнала и ретрансляции оптического сигнала.

Волоконно-оптические кабели переходят на поддержку сигналов до 10 Гбит / с. Обычно по мере увеличения пропускной способности оптоволоконного кабеля он становится дороже.

Типы оптоволоконных кабелей

Многомодовое волокно и одномодовое волокно — это два основных типа оптоволоконных кабелей.Одномодовое волокно используется на больших расстояниях из-за меньшего диаметра сердцевины из стекловолокна, что снижает возможность ослабления — снижение мощности сигнала. Меньшее отверстие изолирует свет в единый луч, что обеспечивает более прямой путь и позволяет сигналу проходить на большее расстояние. Одномодовое волокно также имеет значительно более высокую полосу пропускания, чем многомодовое волокно. Источником света, используемым для одномодового волокна, обычно является лазер. Одномодовое волокно обычно дороже, поскольку требует точных расчетов для получения лазерного света в меньшем отверстии.

Волоконно-оптический кабель

Многомодовое волокно используется для коротких расстояний, потому что большее отверстие в сердечнике позволяет световым сигналам отражаться и отражаться в большей степени. Больший диаметр позволяет передавать по кабелю одновременно несколько световых импульсов, что приводит к большему объему передачи данных. Однако это также означает, что существует большая вероятность потери, уменьшения сигнала или помех. В многомодовой волоконной оптике обычно используется светодиод для создания светового импульса.

В то время как медные кабели были традиционным выбором для телекоммуникаций, сетей и кабельных соединений в течение многих лет, оптоволоконный кабель стал обычной альтернативой.Большинство междугородных линий телефонных компаний в настоящее время состоят из оптоволоконных кабелей. Оптическое волокно передает больше информации, чем обычный медный провод, благодаря более высокой пропускной способности и более высокой скорости. Поскольку стекло не проводит электричество, волоконная оптика не подвержена электромагнитным помехам, а потери сигнала сводятся к минимуму.

Двунаправленный DWDM

Преимущества и недостатки

Оптоволоконные кабели используются в основном из-за их преимуществ перед медными кабелями.Преимущества включают:

  • Поддержка более высокой пропускной способности.
  • Свет может распространяться дальше, не нуждаясь в усилении сигнала.
  • Они менее восприимчивы к помехам, например к электромагнитным помехам.
  • Их можно погружать в воду — волоконная оптика используется в более опасных средах, таких как подводные кабели.
  • Волоконно-оптические кабели прочнее, тоньше и легче кабелей с медной проволокой.
  • Их не нужно так часто обслуживать или заменять.

Однако важно отметить, что у волоконной оптики есть недостатки, о которых пользователи должны знать. К этим недостаткам можно отнести:

  • Медный провод зачастую дешевле волоконной оптики.
  • Стекловолокно требует большей защиты внутри внешнего кабеля, чем медь.
  • Установка новой кабельной разводки трудоемка.
  • Волоконно-оптические кабели часто более хрупкие. Например, волокна могут быть повреждены или сигнал может быть потерян, если кабель изогнут или изогнут вокруг радиуса в несколько сантиметров.

Используется волоконная оптика

Компьютерные сети — это распространенный вариант использования волоконной оптики из-за способности оптического волокна передавать данные и обеспечивать широкую полосу пропускания. Точно так же волоконная оптика часто используется в радиовещании и электронике, чтобы обеспечить лучшее соединение и производительность. Интернет и кабельное телевидение — два наиболее распространенных вида использования волоконной оптики. Волоконная оптика может быть установлена ​​для поддержки удаленных соединений между компьютерными сетями в разных местах.

Военная и космическая промышленность также использует оптическое волокно в качестве средства связи и передачи сигналов в дополнение к его способности обеспечивать измерение температуры. Оптоволоконные кабели могут быть полезны из-за их меньшего веса и меньшего размера.

Волоконная оптика часто используется в различных медицинских инструментах для обеспечения точного освещения. Он также все чаще позволяет использовать биомедицинские датчики, которые помогают в минимально инвазивных медицинских процедурах. Поскольку оптическое волокно не подвержено электромагнитным помехам, оно идеально подходит для различных тестов, таких как сканирование МРТ.Другие медицинские применения волоконной оптики включают рентгеновскую визуализацию, эндоскопию, световую терапию и хирургическую микроскопию.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *