Оптоволокно принцип работы: Принцип работы оптоволоконной связи | ИнтерКамСервис

Содержание

Принцип работы оптоволоконной связи | ИнтерКамСервис

Высокоскоростной интернет связал людей на разных континентах и позволил мгновенно обмениваться информацией, но часто ли мы задумываемся о принципах его работы? В сегодняшнем материале, стараясь обойтись без сложных терминов, выясняем как работает оптоволокно, а также — как устроена оптоволоконная связь и в чем ее преимущества. 

Что такое оптоволокно — кратко

Оптическое волокно это нить из прозрачного материала (стекла или пластика), чье главное свойство — возможность переносить свет посредством внутреннего отражения. Передаваемый по оптическому волокну электрический сигнал преобразуется в свет, а затем — снова в электрический сигнал. В самых разнообразных коммуникационных сетях использование оптоволоконной связи позволяет передавать аудио, видео и телеметрические данные на огромные расстояния на большой скорости. 

Кстати, впервые оптический канал связи был использован для передачи данных еще в 1997 году в США, и уже тогда скорость передачи составила 6 Мбит/c.

Принцип работы оптоволоконной связи

Как мы уже упомянули выше, в оптоволоконных нитях сигнал преобразуется из электричества в свет, а затем — на приемной стороне — снова в электрический сигнал. Во время преобразования сигнала на стороне передатчика (исходной), если данные являются аналоговыми, то специальный кодер или преобразователь трансформирует данные в цифровые импульсы (всем нам знакомый цифровой сигнал из ноликов и единичек), а затем — в свет. Если же данные цифровые, то происходит прямое преобразование сигнала в световые волны. В свою очередь уже световые волны по оптоволоконному кабелю передаются от источника к месту назначения. А в приемнике световые волны из оптоволокна детектор света преобразует в соответствующий цифровой сигнал. Если сигнал изначально был цифровым, то это финальная стадия преобразования, а если аналоговым — последует еще одно преобразование при помощи декодера.   

Процесс передачи электрического сигнала из одной точки в другую посредством его преобразования в свет и называют оптоволоконной (или волоконно-оптической) связью.

Преимущества оптоволоконной связи

Оптоволокно заменило в проводах медь в качестве среды передачи не просто так, а ввиду очевидных преимуществ:

  • одна нить оптоволокна может заменить сотни и тысячи медных электрических проводов, используя лишь небольшую часть своей огромной пропускной способности;
  • минимальные потери — оптоволокно не нуждается в дополнительных усилителях;
  • минимальная стоимость — огромная скорость передачи данных делает стоимость 1 транспортируемого по оптоволоконной сети бита данных очень и очень низкой;
  • легкость — оптоволоконные кабели значительно легче электрических;
  • устойчивость к помехам — оптоволоконные невосприимчиво к электромагнитным помехам;
  • возможность передавать сигнал на огромные расстояния — здесь все довольно очевидно;
  • безопасность передаваемых данных, обеспечиваемая оптическим шифрованием и фактическим отсутствием электромагнитного сигнала.

В современном мире оптоволоконная связь широко применяется в телекоммуникационной отрасли: от постройки магистральных сетей ВОЛС до передачи сигнала кабельного телевидения. Мы сталкиваемся с оптоволоконным средствами связи практически повсеместно: в домах, офисах, на предприятиях и производствах. Технологии оптоволоконной связи выступили важным подспорьем для создания среды IoT — интернета вещей.

Согласитесь, представить жизнь современного человека без интернета достаточно сложно. А выбрать интернет-провайдера и подключить безлимитный интернет для дома и бизнеса на Камчатке — легко вместе с «ИнтерКамСервис».  Узнать больше о тарифах на безлимитный интернет можно на сайте или связавшись с нашим отделом продаж:


Как выбрать провайдера на Камчатке
Как выбрать интернет-провайдера для офиса

Как работает оптоволокно во Владивостоке

>

Оптоволоконная связь – инновационный метод передачи сигнала в виде света из одной точки в другую. Отправляемая информация бывает телеметрической, в формате аудио и видео. Оптоволокно широко используют для подключения интернета, поскольку является надежной средой передачи данных и превосходит альтернативные методы по скоростным характеристикам.

Принцип работы и преимущества

Многим пользователям интересно, как работает оптоволокно. Это сложный физический процесс, конечным результатом которого является обеспечение абонентов стабильным телевещанием и доступом в интернет. Оптический кабель состоит из многочисленных проводящих стеклянных элементов, скрытых под единой оболочкой. Свет по ним распространяется так же, как и электричество по медному проводу. Длина сегмента может достичь 100 км, при этом сигнал не ослабевает и не теряется. Объединяются части ВОЛС муфтами.

Для передачи сигнала по каналу используют световой поток, воспроизводимый светодиодным элементом. Генерируется он с помощью лазера, а затем трансформируется электрическим генератором и фотоприемником. Передача заключена в создании импульсов, которые уходят в одном направлении в виде двоичного кода.

К достоинствам волоконно-оптической линии связи относят:

  • высочайшую пропускную способность, что обеспечивает скорость передачи сигнала;
  • минимальные потери – сигнал преодолевает десятки километров без усиления;
  • устойчивость оптического кабеля к окислению;
  • доступную стоимость;
  • невосприимчивость к проблемам, например, электромагнитным помехам, с которыми сталкиваются электрические кабели.

Прокладка оптоволокна должна выполняться только профессионалами, в арсенале которых есть специальное монтажное оборудование. Если провод проложен неправильно, возможны потери интенсивности сигнала из-за поломки или сгиба.

Компания «Подряд» предлагает услуги подключения оптоволоконного интернета во Владивостоке. Благодаря инновационной технологии, можно передавать видео в высоком разрешении, вести стримы, моментально связываться с отдаленными странами мира, исключить задержки на серверах онлайн-игр и многое другое.

Для новых абонентов мы дарим скидку 10% при подаче заявки через сайт. Ознакомиться со всеми тарифами безлимитного интернета и цифрового телевидения можно здесь.

Что такое оптоволокно: структура, типы и преимущества оптического кабеля ✅ статья

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

Оптоволоконный кабель – что это?

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

Структура кабеля с оптическим волокном

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

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

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

Принцип действия – способ передачи светового луча

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

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

Разновидности современных оптоволоконных кабелей

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

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

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

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


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


Преимущества использования оптического волокна

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

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

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

Принцип работы оптоволокна. Как устроен оптоволоконный кабель

Оптоволокно — наиболее быстрая на сегодняшний день технология передачи информации в сети интернет. Структура оптического кабеля отличается определёнными особенностями: такой провод состоит из маленьких очень тонких проводков, ограждённых специальным покрытием, которое отделяет один проводок от другого.

По каждому проводку передаётся свет, который передаёт данные. Оптический кабель способен передавать одновременно данные, кроме интернет-соединения, также телевидения и стационарного телефона.

Потому оптоволоконная сеть позволяет пользователю совмещать все 3 услуги одного провайдера, подключая роутер, ПК, телевизор и телефон к единому кабелю.

Другое название оптоволоконного подключения — фиброоптическая связь. Такая связь даёт возможность передавать данные при помощи лазерных лучей на расстояния, измеряемые сотнями километров.

Оптический кабель состоит из мельчайших волокон, диаметр которых составляет тысячные доли сантиметра. Эти волокна передают оптические лучи, которые переносят данные, проходя через сердечник каждого волокна, состоящий из кремния.

Оптические волокна дают возможность установить соединение не только между городами, но и между странами и континентами. Связь по интернету между разными материками поддерживается через оптоволоконные кабели, проложенные по океанскому дну.

Оптоволоконный интернет

Благодаря оптическому кабелю можно настраивать высокоскоростное интернет-соединение, которое играет огромную роль в сегодняшнем мире. Оптоволоконный провод является самой прогрессивной технологией передачи данных по сети.

Плюсы оптического кабеля:

  • Долговечность, высокая пропускная способность, способствующая быстрой передаче данных.
  • Безопасность передачи данных — оптоволокно даёт возможность программам моментально обнаруживать несанкционированный доступ к данным, поэтому доступ к ним для злоумышленников почти исключён.
  • Высокая защищённость от помех, хорошее подавление шума.
  • Особенности строения оптического кабеля делают скорость передачи данных через него в несколько раз выше, чем скорость передачи данных через коаксиальный кабель. Прежде всего это относится к видеофайлам и аудиофайлам.
  • При подключении оптоволокна можно организовать систему, реализующую некоторые дополнительные опции, например, видеонаблюдение.

Однако самым главным достоинством оптоволоконного кабеля является его способность установить соединение объектов, удалённых друг от друга на огромное расстояние. Это возможно благодаря тому, что у оптического кабеля отсутствуют ограничения по длине каналов.

Подключение интернета с помощью оптоволокна

Самый распространённый в РФ интернет, сеть которого функционирует на основе оптоволокна, предоставляется провайдером Ростелеком. Как подключить оптоволоконный интернет?

Сначала следует просто убедиться в том, что оптический кабель подведён к дому. Затем нужно заказать подключение к интернету у провайдера. Последний должен сообщить данные, обеспечивающие подключение. Потом нужно выполнить настройку оборудования.

Она осуществляется так:


Терминал оборудован специальным гнездом, позволяющим соединяться с компьютером и соединять роутер с интернетом.

Кроме того, терминал имеет 2 дополнительных гнезда, позволяющих подключить к оптоволоконному соединению аналоговый домашний телефон, а также ещё несколько гнёзд предусмотрены для подключения телевидения.

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, 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 бывают разными. По их типу кабели 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.

Скоростной интернет, цифровое телевидение, мобильная связь возможны благодаря тонким стеклянным нитям, тянущимся по морскому дну между континентами. Если бы не оптоволокно, вы бы вряд ли читали эти строки.

Принципиальные основы этой технологии описаны еще в середине XIX века. Тогда в роли проводника сигнала пытались использовать воду – безуспешно. Подходящие для реализации смелой идеи материалы были разработаны только через сто с лишним лет.

Проводник для света

В обычном проводе сигнал передается по медной жиле. Информацию переносит поток электронов – электрический ток. Данные передаются зашифрованными в двоичном коде. Если импульс проходит – это обозначает единицу, не проходит – ноль.

В оптоволоконной линии связи принцип кодировки тот же, но информацию переносят фотоны или световые волны, точнее, и то, и другое одновременно. Ученые так долго спорили о природе света, что в конце концов объединили несовместимые теории. Но не нужно понимать квантово-волновой дуализм, чтобы разобраться, как свет используют для передачи информации в телекоммуникационных сетях.

Достаточно понять, как заставить свет течь по проводам на протяжении километров.

Первое, что приходит в голову, – зеркала. Сделайте металлическую трубку и покройте изнутри гладким слоем, например, из серебра.

Свет, попав внутрь с одной стороны, будет отражаться от стенок, пока не достигнет выхода с другой стороны. Неплохая идея, но она не будет работать.

Во-первых, изготовление такой трубки нужной длины – чрезвычайно сложная, а значит и дорогая задача.

Во-вторых, коэффициент отражения серебра – 99%, то есть попавший в трубку свет будет терять энергию и уже через 100 отражений совершенно погаснет.

Гораздо лучше обойтись и без зеркал. Как это сделать, подскажут основы геометрической оптики, заложенные в XIX веке.

Основную идею легко продемонстрировать на примере аквариума. Луч света от источника под водой проходит через границу воды и воздуха – двух сред с разными оптическими свойствами – и частично меняет направление движения, а частично отражается от границы двух сред как от зеркала.

Если угол падения луча уменьшать, в определенный момент свет перестанет выходить из воды вовсе и будет отражаться полностью, на 100%. Граница двух сред работает лучше всякого зеркала.

Как выяснилось, чтобы создать такую границу, вода не нужна. Подойдут любые два материала, по-разному пропускающие свет – имеющие разные коэффициенты преломления. Даже разницы в 1% достаточно для создания световода.

Стеклянные провода

В светильниках и игрушках световоды делают из пластмасс, но, чтобы получить пригодное для связи оптоволокно, необходимы более дорогие и более прозрачные материалы.

Ученые приспособили для этой цели кварцевое стекло. Сердцевину заготовки для оптоволокна чаще всего делают из чистого диоксида кремния. Внешний слой также создают из кварца, но с примесью бора или германия для снижения коэффициента преломления.

Раньше, чтобы получить такую заготовку, просто вставляли две стеклянные трубки друг в друга, но сегодня чаще поступают иначе. Полые трубки из чистого кварца наполняют смесью газов с высоким содержанием германия и медленно нагревают до тех пор, пока германий не осядет равномерным слоем на внутреннюю поверхность.

После того как на кварцевом стекле нарастет достаточно толстый слой оксида германия, трубу нагревают до размягчения и вытягивают до тех пор, пока полость внутри не схлопывается.

Так получается стержень диаметром от 1 до 10 сантиметров и длиной приблизительно 1 метр, уже содержащий в сердцевине кварц с добавкой германия, имеющий повышенный показатель преломления и оболочку из чистого кварца вокруг.

Такую заготовку доставляют на вершину башни высотой до нескольких десятков метров. Там нижнюю часть заготовки вновь нагревают до полутора тысяч градусов — почти что до точки плавления, и вытягивают из нее тончайшую нить. По пути вниз стекло остывает и окунается в ванну с полимером, который формирует на поверхности кварца защитный слой. Таким методом из одной заготовки получается до 100 км стекловолокна. У основания башни остывшее волокно наматывается на бобину.

Да, именно наматывается: как ни странно, кварцевое волокно легко гнется.

Получившиеся волокна собираются в пучки по несколько штук и запаиваются в полиэтилен. Затем из этих пучков сплетаются кабели.

В каждом кабеле может быть от двух-трех и до нескольких сотен световодов. Снаружи они для прочности оплетаются полимерной нитью и получают еще одну защитную оболочку из полиэтилена.

Преимущества и недостатки оптоволокна

Все эти сложности оправданы потому, что свет – самое быстрое, что есть во Вселенной.

Благодаря этому свойству света оптоволокно обладает непревзойденной информационной емкостью. Витая пара, подобная телефонной линии, или коаксиальный кабель, проводник с экраном, пропускают 100 мегабит в секунду.

Самый распространенный для компьютерных сетей восьмижильный кабель из 4 скрученных пар пропускает до 1000 мегабит в секунду. Оптоволокно по одной жиле — в три раза больше, до 3000 мегабит в секунду, а при помощи различных экспериментальных ухищрений можно преодолеть и этот порог.

К тому же оптоволокно значительно легче меди. При толщине 9 микрон – тоньше человеческого волоса – нить из кварца длиной 100 км весит около 15 г.

Практически все современные магистральные линии передачи данных проложены из оптоволоконных кабелей. Они связывают континенты, страны и дата-центры.

В крупных городах «оптика» используется и при подключении многоквартирных домов к мировой сети, но волокно прокладывается между провайдером и домом, а по квартирам разводится обычная витая пара.

При такой схеме подключения максимальная скорость доступа к сети для абонента по-прежнему не превышает 100 Мбит/с. Для сравнения, проведя оптический кабель прямо в квартиру, можно получить канал в 1 Гбит/с, и все же потребитель редко сталкивается с оптоволоконным Интернетом.

Дело не только в том, что оптоволокно дорого в производстве. Проложить кабель – это лишь начало. Сигналы, идущие по линии связи, с расстоянием накапливают ошибки и в конце концов вовсе затухают. У витой пары это происходит через 1 км, у коаксиального кабеля примерно через 5 км. После сигнал приходится восстанавливать и усиливать – регенерировать.

У оптоволокна дистанция регенерации в разы больше, но, каким бы чистым ни было кварцевое стекло, в нем остаются примеси, например, миллионные доли процентов воды.

Длина волокна может составлять сотни тысяч километров, но через 100–200 км затухание оптического сигнала все же себя проявляет.

Поэтому на линиях оптоволоконной связи устанавливаются промежуточные усилители, которые восстанавливают амплитуду оптического сигнала, и регенераторы, удаляющие помехи. Такое оборудование значительно более дорогое, чем усилители на традиционных линиях связи, и требует квалифицированного обслуживания.

Но главное, на данный момент гигабитные каналы связи мало востребованы обычными людьми. Возможно, с появлением умных домов, носимых компьютеров, распространением стриминга видео в сверхвысоком разрешении потребность в них возрастет, но пока скорости, предоставляемой витой парой, среднему потребителю вполне достаточно.

Даже не соприкасаясь с этой технологией напрямую, каждый из нас пользуется ее преимуществами. Стабильность подключения, малая задержка прохождения сигнала до самых удаленных серверов и высокая скорость получения ответа от них, возможность снять деньги в любом банкомате и совершить звонок в любую страну мира – все это заслуга оптоволокна, и конкурентов у него нет и в проекте.

Часто можно видеть различную рекламу о качественном интернете и телевидении. Такие свойства сигнал приобретает в результате перемещения к потребителю по линиям из оптических волокон, в которых практически не происходит потерь информации.

Что такое оптоволокно

В обыкновенном проводе электрический сигнал проходит по медному проводнику . В оптических линиях по ним проходят световые фотоны и волны . Оптиковолокно считается самым быстрым способом передачи информации на значительные расстояния. Кабель состоит из нескольких отдельных проводников разделенными между собой специальными покрытиями. В конструкции каждый отдельный элемент проводит информацию, зашифрованную в свет.

В качестве передаваемой информации могут использоваться телефонные и телевизионные данные , а также интернет (благодаря оптоволокну добиваются высокой скорости доступа в Интернет). В настоящее врем все три сигнала для передачи объединяются в один.

Особенности ограничения

За несколько последних лет ограничения по скорости передачи данных в оптических линиях продвинулись намного вперед. Скорость зависит от длины проводника, а также качества самой информации. В одномодовых системах используется скорость от 2,5 Мбит/с до 10 Гбит/с при расстоянии передачи от 10 км и выше. В настоящее время проводятся исследования, в результате которых скоро станет возможной скорость до 160 Гбит/с . Не стоит забывать, что многие кабели изготавливаются многослойными, что позволяет передавать намного больше информации с высокой скоростью.

Достоинства и недостатки

Оптические волокна в процессе эксплуатации потребителями, как и любое техническое изделие, имеет свои плюсы и минусы. К преимуществам данного вида проводника следует отнести:

  1. Защиту от помех . Любые виды электромагнитного воздействия беспомощны перед оптоволокном. Благодаря этому свойству они могут применяться вблизи мощных источников излучения.
  2. Не проводит электрический ток , в результате чего конструкционно облегчается изготовление блоков приема и передачи.
  3. Безопасность информации и совместимость электромагнитных импульсов. Благодаря восприимчивости к любому виду излучений оптико волоконный кабели в процессе эксплуатации не излучают электромагнитных волн в результате чего информация защищена от перехвата.
  4. Малые затухания . Благодаря применяемым материалам сигнал не теряет своих свойств на больших расстояниях тем самым намного превосходя свои медные аналоги.
  5. Повышенная пропускная способность и широкополосность . Такие способности позволили передавать в одном оптическом кабеле различные виды сигналов, при этом они перемешиваются и не создают помех друг другу.
  6. Имеют низкий вес , а в некоторых случаях и стоимость в отличие от электрических проводников.

К недостаткам следует отнести:

  • повышенные требования к персоналу в процессе эксплуатации и обслуживания;
  • малая прочность в результате чего возникают трещины и разрывы, сигнал начнет затухать, либо прерываться;
  • потеря связи при попадании воды внутрь проводника.

Применяемые материалы

В производстве оптоволокна применяются следующие материалы:

  • кварцевое стекло;
  • материалы на основе полимеров.

Кварцевое стекло

Производится при плавлении минерала кварца , который является ценной породой. В результате его применения оптические волокна приобретают следующие положительные свойства:


Полимерные материалы

Применение таких материалов позволяет использовать оптиковолокно большой толщины, благодаря пластичности и стабильности на изгиб и залом. Недостатком является недопустимость использования в зонах инфракрасного излучения в результате которого происходит затухание сигнала.

Устройство и принцип работы

Оптические кабели представляют собой проводник, состоящий из нескольких жил обернутый в оплетку-экран. Сами жилы изготавливаются из стекла или полимера и обладают повышенной гладкостью для обеспечения максимальной проводимости.

Веществом, которое переносит информацию является свет, он имеет самую большую скорость перемещения. Кабельные жилы — это, по сути, стеклянные трубки, обернутые в металлическую фольгу, которая служит экраном сохраняющим поток сигнала. Свет, проходя по кабелю отражается от стенок и доходит до приемника. Скорость передачи информации ниже скорости света, в результате того, что фотоны не летят прямолинейно.

Сигнал в результате своего движения все-таки терпит некоторые потери . Затухание во многом зависит от качества применяемых материалов и условий прокладки оптоволокна. Не малую роль при этом играет и сам передатчик.

Разновидности

В современном исполнении оптическое волокно разделяют на два основных вида, которые отличаются по размеру сердцевины:

  • одномодовые;
  • многомодовые.

Одномодовые

В таком исполнении сердечник имеет толщину до 8 мкм. Благодаря минимальным размерам по волокну способен проходить единственный луч практически без потерь . Данный вид применяется в линиях на значительном протяжении, где важно сохранить качество сигнала.

Многомодовые

Данный вид сердечника состоит из волокна толщиной до 62,5 мкм. По таким кабелям способны протекать множественные световые пучки, позволяя перемещаться им одновременно под разными углами к сердцевине. Сигнал в таких проводах испытывает значительные потери в результате многих отражений от оболочки.

Многомодовые оптиковолоконные линии в свою очередь делятся на два типа:

  1. Градиентные . В таких кабелях плотность сердечника меняется в некоторых местах на протяжении линии, что позволяет сигналу развивать высокую скорость за меньший период времени.
  2. Ступенчатые . В данном типе исполнения плотность волокон сердечника единая на протяжении всей линии.

Классификация

По способу непосредственного монтажа оптические кабели подразделяются на следующие виды:

  • прокладка в земле;
  • трубы для канализации, а также коллекторы;
  • подводный монтаж;
  • воздушные линии.

В зависимости от использования и дальности передаваемого сигнала оптиковолокно разделяют на следующие виды:

  • при создании длинных линий на значительные расстояния многоканальной сети применяются магистральные кабели , для обеспечения стабильности сигнала в конструкции используются волокна с сердцевиной до 125 мкм, при длине волны не ниже 1,55 мкм;
  • при прокладке многоканальных линий между областями и регионами применяются зоновые провода , в их конструкции используются градиентные волокна;
  • городское оптоволокно прокладывают по коллекторам и специальным каналам, по своим некоторым характеристикам схоже с зоновым, длина линии не превышает 10 км;
  • прокладка полевых кабелей подразумевает монтаж различными способами, как по воздуху, так и под землей, не подвержен горению, растягиванию, в конструкции используют до 12 волокон;
  • подводный кабель обладает высокой устойчивостью к растягиванию и разрыву, не пропускает влаги, имеет пониженный дисперсионный уровень;
  • объектовые кабели применяются для монтажа внутри конкретных обособленных участков и каналов, в них не используются гидрофобные материалы, что упрощает процесс прокладки;
  • монтажные провода изготавливаются в виде плоского пучка волокон, в них применяются градиентные многомодовые оптические волокна.

По варианту исполнения сердцевины оптического кабеля выделяют следующие виды:

  • повивная концентрическая скрутка вокруг одного сердечника;
  • центральный провод с числом волокон до 45;
  • фигурный сердечник с числом волокон до 576;
  • плоское исполнение до 288 волокон в нем.

Способы подключения

При прокладке оптиковолоконного кабеля зачастую приходится использовать разнообразные коммутирующие устройства. Не всегда при прокладке линии хватает длины провода в бухте, а также иногда требуется разветвление большого провода на несколько небольших.

В настоящее время применяется три основных способа коммутации данного кабеля:

  • механический;
  • метод сварки;
  • использование сплайса.

Стоит заметить, что напрямую к компьютеру оптоволокно не подключается. Если в квартиру заведено оптоволокно для доступа к Интернету, то в этом случае нужен специальный роутер с возможностью подключения оптиковолоконного кабеля, или специальный медиаконвертер преобразующий оптический сигнал.

Работу по соединению выполняют в два этапа:

  • кусок кабеля небольшого размера с установленным на конце коннектором приваривают к окончанию оптического провода при помощи автоматического сварочного аппарата;
  • в последствии установленный коннектор соединяют с разъемом на другом конце кабеля.

Коммутация таким методом требует постоянной чистки в процессе эксплуатации. Потеря сигнала в таком случае велика, производители не рекомендуют применять такой метод для наружного монтажа оптических линий.

Сплайс — это некая конструкция, часто пластиковый блок, внутри которого закрепляются оптические волокна разных кабелей. Процесс соединения выполняют по следующей схеме:

  • первоначально от изоляции очищаются два окончания соединяемых кабелей;
  • при помощи сплайса происходит совмещение очищенных концов ;
  • в последствии место коммутации тщательно изолируется .

Данный способ подразумевает меньшие потери сигнала, чем механический. В процессе эксплуатации необходимо проверять совмещение центров срощенных концов.

Данный метод считается самым надежным и позволяет применять оптиковолоконные провода, срощенные таким образом при наружном монтаже . Потери сигналов в этом случае минимальные. Для сварки понадобится специальное автоматическое устройство.

Принципы оптоволоконной связи — CoderLessons.com

Методы цифровой связи, обсуждавшиеся до сих пор, привели к прогрессу в изучении как оптической, так и спутниковой связи. Давайте посмотрим на них.

Волоконная оптика

Оптическое волокно можно понимать как диэлектрический волновод, который работает на оптических частотах. Устройство или трубка, если она изогнута или прекращена для излучения энергии, обычно называется волноводом . Следующее изображение изображает пучок волоконно-оптических кабелей.

Электромагнитная энергия проходит через нее в форме света. Распространение света вдоль волновода можно описать с помощью набора управляемых электромагнитных волн, называемых модами волновода.

Принцип работы

Фундаментальный оптический параметр, о котором нужно иметь представление, при изучении волоконной оптики — показатель преломления . По определению, «отношение скорости света в вакууме к скорости света в веществе является показателем преломления n материала». Оно представляется как —

n= fraccv

Куда,

c = скорость света в свободном пространстве = 3 × 10 8м / с

v = скорость света в диэлектрическом или непроводящем материале

Обычно для бегущего светового луча отражение имеет место, когда n 2 <n 1 . Изгиб светового луча на границе раздела является результатом различия в скорости света в двух материалах, которые имеют разные показатели преломления. Соотношение между этими углами на границе раздела можно назвать законом Снелла . Это представлено как —

n1sin phi1=n2sin phi2

Куда,

 phi1 — угол падения

 phi2 — угол преломления

n 1 и n 2 — показатели преломления двух материалов

Для оптически плотного материала, если отражение происходит внутри одного и того же материала, то такое явление называется внутренним отражением . Угол падения и угол преломления показаны на следующем рисунке.

Если угол падения  phi1 намного больше, то угол преломления  phi2 в точке становится равным Π / 2. Дальнейшее преломление невозможно после этой точки. Следовательно, такая точка называется Критическим углом  phic . Когда угол падения  phi1 больше критического угла, условие полного внутреннего отражения выполняется.

На следующем рисунке эти термины четко показаны.

Луч света, если он попадает в стекло при таких условиях, он полностью отражается обратно в стекло, и свет не выходит с поверхности стекла.

Части волокна

Наиболее часто используемое оптическое волокно представляет собой один сплошной диэлектрический цилиндр с радиусом a и показателем преломления n 1 . На следующем рисунке показаны части оптического волокна.

Этот цилиндр известен как сердцевина волокна. Твердый диэлектрический материал окружает ядро, которое называется оболочкой . Оболочка имеет показатель преломления n 2, который меньше n 1 .

Оболочка помогает в —

  • Уменьшение потерь на рассеяние.
  • Добавляет механическую прочность к волокну.
  • Защищает ядро ​​от поглощения нежелательных поверхностных загрязнений.

Типы оптических волокон

В зависимости от состава материала сердечника обычно используются два типа волокон. Они —

  • Волокно со ступенчатым индексом — показатель преломления сердечника является равномерным по всему и претерпевает резкие изменения (или ступеньки) на границе оболочки.

  • Волокно с градиентным индексом . Показатель преломления сердцевины изменяется в зависимости от радиального расстояния от центра волокна.

Волокно со ступенчатым индексом — показатель преломления сердечника является равномерным по всему и претерпевает резкие изменения (или ступеньки) на границе оболочки.

Волокно с градиентным индексом . Показатель преломления сердцевины изменяется в зависимости от радиального расстояния от центра волокна.

Оба из них далее делятся на —

  • Одномодовое волокно — они возбуждаются лазером.

  • Многорежимное волокно — они возбуждаются со светодиодом.

Одномодовое волокно — они возбуждаются лазером.

Многорежимное волокно — они возбуждаются со светодиодом.

Оптическая связь

Система связи волоконной оптики хорошо изучена при изучении ее частей и секций. Основные элементы волоконно-оптической системы связи показаны на следующем рисунке.

Основными компонентами являются передатчик светового сигнала, оптоволокно и приемник фотодетектирования. Дополнительные элементы, такие как волоконные и кабельные соединители и разъемы, регенераторы, светоделители и оптические усилители, используются для повышения производительности системы связи.

Функциональные преимущества

Функциональные преимущества оптических волокон:

  • Ширина полосы пропускания оптоволоконных кабелей выше, чем у металлических кабелей.

  • Объем передачи данных выше в оптоволоконных кабелях.

  • Потери мощности очень малы и, следовательно, полезны при передаче на большие расстояния.

  • Волоконно-оптические кабели обеспечивают высокую безопасность и не могут быть прослушены.

  • Волоконно-оптические кабели являются наиболее безопасным способом передачи данных.

  • Волоконно-оптические кабели невосприимчивы к электромагнитным помехам.

  • На них не влияет электрический шум.

Ширина полосы пропускания оптоволоконных кабелей выше, чем у металлических кабелей.

Объем передачи данных выше в оптоволоконных кабелях.

Потери мощности очень малы и, следовательно, полезны при передаче на большие расстояния.

Волоконно-оптические кабели обеспечивают высокую безопасность и не могут быть прослушены.

Волоконно-оптические кабели являются наиболее безопасным способом передачи данных.

Волоконно-оптические кабели невосприимчивы к электромагнитным помехам.

На них не влияет электрический шум.

Физические преимущества

Физические преимущества волоконно-оптических кабелей:

  • Емкость этих кабелей намного выше, чем у медных проводных кабелей.

  • Хотя емкость выше, размер кабеля не увеличивается, как в кабельной системе с медным проводом.

  • Пространство, занимаемое этими кабелями, намного меньше.

  • Вес этих кабелей FOC намного легче, чем у медных.

  • Так как эти кабели являются диэлектрическими, никаких искр опасности нет.

  • Эти кабели более устойчивы к коррозии, чем медные, так как они легко изгибаются и являются гибкими.

  • Сырьем для изготовления волоконно-оптических кабелей является стекло, которое дешевле меди.

  • Волоконно-оптические кабели служат дольше, чем медные.

Емкость этих кабелей намного выше, чем у медных проводных кабелей.

Хотя емкость выше, размер кабеля не увеличивается, как в кабельной системе с медным проводом.

Пространство, занимаемое этими кабелями, намного меньше.

Вес этих кабелей FOC намного легче, чем у медных.

Так как эти кабели являются диэлектрическими, никаких искр опасности нет.

Эти кабели более устойчивы к коррозии, чем медные, так как они легко изгибаются и являются гибкими.

Сырьем для изготовления волоконно-оптических кабелей является стекло, которое дешевле меди.

Волоконно-оптические кабели служат дольше, чем медные.

Недостатки

Хотя волоконная оптика имеет много преимуществ, она имеет следующие недостатки:

  • Хотя оптоволоконные кабели служат дольше, стоимость монтажа высока.

  • Количество повторителей должно быть увеличено с расстоянием.

  • Они хрупкие, если не заключены в пластиковую оболочку. Следовательно, требуется больше защиты, чем медных.

Хотя оптоволоконные кабели служат дольше, стоимость монтажа высока.

Количество повторителей должно быть увеличено с расстоянием.

Они хрупкие, если не заключены в пластиковую оболочку. Следовательно, требуется больше защиты, чем медных.

Применение волоконной оптики

Оптические волокна имеют много применений. Некоторые из них следующие:

Используется в телефонных системах

Используется в подводных кабельных сетях

Используется в канале передачи данных для компьютерных сетей, систем CATV

Используется в камерах видеонаблюдения

Используется для подключения пожарной, полицейской и других экстренных служб.

Используется в больницах, школах и системах управления движением.

Они имеют много промышленного применения, а также используются в тяжелых конструкциях.

ВОЛС — волоконно-оптический кабель или оптоволокно, проще говоря.

В этом посте я расскажу о том, что такое оптоволокно и в чем его преимущества перед обычными медными линиями связи.

Что такое Волоконно-оптические линии связи или ВОЛС

На сегодняшний день оптоволоконные сети — это одно из самых-самых перспективных направлений в области связи. В первую очередь потому, что пропускная способность оптоволокна в разы выше, чем у обычных медных сетей. Второе значительное преимущество — оптика практически невосприимчива к электромагнитным полям и наводкам — одной из главных головных болей обычных сетей. Проще говоря — на оптоволокно не действую грозы и электрические наводки. Третье из преимуществ — возможность передавать сигнал на большое расстояние практически без потерь. 10 или 40 километров по оптике — плёвое расстояние, достаточно лишь поставить нужный модуль SFP.

Главный минус — большая стоимость прокладки оптоволокна и дорогое оборудование. Радует только то, что цены на оборудование ВОЛС постоянно падают и в скором времени должны догнать обычную медь. Именно поэтому, до недавнего времени оптический кабель использовался только для построения магистральных каналов провайдеров. Последние несколько лет ситуация коренным образом изменилась.  С приходом технологии FTTB, оптика дошла до многоквартирных домов. А уже технология FTTC (GEPON, GPON) завела оптоволокно в квартиру. Хотя в пределах помещения по прежнему используется обычная витая пара.

оптический патч-корд ШОС SC-SC

Принцип работы

В основе работы оптоволоконной сети лежит технология использования света, как основного источника информации. При отправке, информация преобразуется в световую волну. Получатель же делает обратную трансформацию света в информацию.
Почему именно свет? Его гораздо проще передать на большое расстояние с наименьшими при этом потерями сигнала вне зависимости от наличия электромагнитных полей. Электрический ток на таком расстоянии будет иметь значительные потери. К тому же, оптический сигнал способен нести больше информации, чем электрический. Единственная сложность — надо соблюдать законы оптики «от и до», т.к. эти технологии более тонкие и очень чувствительны к качеству используемых материалов и аккуратности производимых работ.

Разновидности оптических коннекторов

Преимущества оптоволокна:

Передача информации по ВОЛС имеет ряд значительных преимуществ перед электрическими каналами, которые вытекают из особенностей распространения сигнала в оптическом волокне.
— Широкая полоса пропускания
Большая полоса пропускания — это, фактически, самое важное преимущество оптоволокна над медной или любой другой средой передачи информации. Тут всё дело в очень высокой частоте несущей — 1014Гц, которая дает в теории возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации аж в несколько терабит в секунду.

— Высокая помехозащищенность
Оптоволокно изготавливается из высококачественного диэлектрического материала, которые невосприимчив к электромагнитным помехам, как со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, так и со стороны таких природных явлений, как гроза. Даже, присущая многожильным медным кабелям проблема перекрестного влияния электромагнитного излучения в ВОЛС не имею никакого влияния.
— Защита от несанкционированного доступа
Информацию, передаваемую по оптическим каналам нельзя подслушать, ведь оптоволокно не не излучает ничего в радиодиапазоне. Подключиться к нему тоже проблематично, так как это требует специально ввариваться в кабель, что сразу же будет замечено ввиду того, что упадет линк будет и подан сигнал тревоги.

— Длительный срок эксплуатации
Конечно, со временем стекло может менять свои свойства под действием различных сред, что сразу найдет отражение в росте показателей затухания.Тем не менее, на текущий момент срок службы оптического кабеля составляет примерно 25 лет. И технология постоянно совершенствуется.

Принцип работы оптоволокна Компания ДМК,+7 916 108-78-07

« Назад

15.09.2014 23:50

Принцип работы оптоволокна

Физический принцип работы оптоволокна, как, собственно, и сама идея передачи информации с помощью света, не совсем понятен для большинства обывателей. Мы не будем сейчас глубоко вдаваться в подробности принципа работы оптоволокна, а постараемся просто и понятно объяснить Вам основной механизм действия оптоволоконного кабеля и обосновать столь высокие показатели эффективности его работы. Концепция волоконной оптики основывается на фундаментальных законах преломления и отражения света. Стекловолокно благодаря своей конструкции может удерживать внутри световода световые лучи, не давая им «пройти через стены» в процессе передачи сигнала.
Эффект преломления имеет место в работе оптоволоконного кабеля в случае максимального угла падения света, то есть при полном его отражении. Данное явление происходит только тогда, когда луч света покидает плотную среду, попадая, соответственно, в менее плотную под определенным углом. Так, например, можно представить себе идеально ровную и неподвижную гладь воды. Наблюдатель находится под водой, откуда он смотрит, меняя при этом угол обзора. И в определенный момент для наблюдателя угол обзора станет таким, что он не сможет видеть те объекты, которые находятся над поверхностью воды. Именно этот угол и называется углом полного отражения. В этом случае наблюдатель будет видеть лишь те объекты, которые находятся под водой, словно смотреть в зеркало под углом.

Принцип работы оптоволокна заключается в том, что у внутренней жилы используемого в ВОЛС кабеля более высокий показатель преломления света, чем у оболочки, что приводит к эффекту полного отражения. Поэтому луч света не может выйти за пределы внутренней жилы, проходя по ней.

Строительная длина ВОЛС


Характерная строительная длина ВОЛС (протяженность непрерывного участка кабеля, который поставляется на одном барабане) может варьироваться в зависимости от типа кабеля и производителя в пределах от 2 до 10 км. Между повторителями (репитерами) на протяженных участках могут помещаться сразу десятки строительных длин кабелей. При этом производится специальное сращивание (обычно это сварка) оптических волокон и концы ВОК на всех таких участках защищаются специальной проходной герметичной муфтой.
Объяснение принципа работы оптического волокна

С развитием сети в телекоммуникациях широко применяется принцип работы оптического волокна. Чтобы четко понять принцип работы оптоволоконного кабеля, мы сначала изучим компоненты оптоволоконного кабеля.

Компоненты оптоволоконного кабеля


Волоконно-оптический кабель можно разделить на три части. Это коаксиальный кабель, центральная часть которого называется сердечником.Ядро сделано из очень прозрачной стеклянной трубки и несет информацию. Пластмассовое покрытие над ним, вызывающее отражение световых сигналов, называется облицовкой. А оболочка, защищающая оптическое волокно, называется покрытием. В одномодовом волокне диаметр сердцевины составляет около 5-10 микрон. Размер от 5 до 10 микрон эквивалентен миллионной части метра. Этот маленький — сердцевина оптического волокна.

Ядро сделано из стекла, потому что стекло невероятно чистое.Несмотря на то, что он имеет длину несколько миль, свет все же может проникнуть сквозь него. Стекло вытягивается в очень тонкую нить, толщиной сравнимую с человеческим волосом. Стеклянная нить затем покрывается двумя слоями пластика. Поэтому оптоволоконный кабель также называют кабелем из стекловолокна.

Для передачи сигналов данных готовый кабель необходимо соединить с тремя другими основными компонентами оптоволоконной системы. Это оптический передатчик, оптический приемник и оптический регенератор.

Оптический передатчик
Оптический передатчик, устройство, которое преобразует электрические и аналоговые сигналы в двухпозиционные или линейно модулирующие световые сигналы. Затем он передает данные в оптоволоконный кабель. Паттерн световых волн образует код, несущий сообщение. Затем кабель передает данные, излучаемые оптическим передатчиком, на оптический приемник. Приемник принимает световой сигнал и переформатирует данные в первоначальный вид.

Оптический приемник
Приемник по существу выполняет функцию, противоположную передатчику.Оптические приемники принимают световой сигнал от оптоволоконного кабеля и преобразуют его обратно в информацию. Компьютер или телевизор умеют понимать и использовать информацию. Декодированный сигнал отправляется на компьютер или телевизор.

Оптический регенератор
Иногда световой сигнал должен проходить по оптоволоконному кабелю на очень большое расстояние. Хотя ухудшение сигнала в оптоволоконном кабеле минимально, некоторое ухудшение все же имеет место. Когда кабель проходит большое расстояние, вдоль кабеля через определенные промежутки времени размещают оптические регенераторы.Оптические регенераторы — это волокна, обработанные лазером. Молекулы в волокне позволяют сигналу проходить по оптоволоконному кабелю и сами приобретать свойства лазера. Лазерные свойства усиливают световой сигнал. Оптические регенераторы существенно усиливают световой сигнал, проходящий по оптоволоконному кабелю.

Принцип работы оптического волокна

Свет проходит через стеклянные нити и постоянно отражается в зеркальных пластиковых покрытиях.Этот процесс называется «Полное внутреннее отражение».

Когда свет переходит из среды с более низким показателем преломления в среду с более высоким показателем преломления, он отклоняется к нормали. Нормаль – это линия, перпендикулярная границе раздела двух сред. Однако, когда свет переходит из среды с более высоким показателем преломления в среду с более низким показателем преломления, он отклоняется от нормали.

Угол, образуемый падающим лучом с нормалью, называется углом падения.А угол, образуемый преломленным лучом с нормалью в точке падения в другую среду, называется углом преломления. Теперь представьте, что свет движется из среды с более высоким показателем преломления в среду с более низким показателем преломления. С увеличением угла падения увеличивается и угол преломления. Если угол падения увеличить до такой степени, что угол преломления станет перпендикулярным углу преломления, почти параллельным границе раздела двух сред.Тогда этот частный угол падения называется критическим углом. Если угол падения еще больше увеличить, превысив этот угол падения, то преломленный свет вернется в ту же среду, отразившись. Это процесс полного внутреннего преломления.

В волоконной оптике происходит то, что свет направляется под таким углом почти параллельно оптическому волокну. Он проходит через процесс полного внутреннего отражения и проходит сотни километров.Кроме того, как мы все знаем, самая высокая скорость любой формы энергии — это энергия света. Таким образом, это должен быть самый быстрый способ связи. Свет отражается от стенок из чистого стекла и, следовательно, проходит сотни километров.

Для передачи данных на большие расстояния оптические волокна должны обладать высокой отражающей способностью. На пути к наматыванию вновь натянутые стекловолокна проходят через чашки для покрытия и ультрафиолетовые печи. Они соответственно наносят и затем отверждают тонкое пластиковое буферное покрытие.Пластиковое буферное покрытие создает зеркальный эффект внутри волокна.

Три типичных типа волоконно-оптических кабелей, в том числе многомодовый оптоволоконный кабель, одномодовый кабель и пластиковый оптоволоконный кабель (POF), могут быть адаптированы к базовой структуре и принципу работы.

Заключение

Эта статья подробно знакомит вас с принципом работы оптического волокна. Кроме того, принцип работы оптического волокна широко применяется в телекоммуникациях, поэтому важно знать принцип работы оптического волокна.

Справочник по оптоволокну


Всего внутренних Отражение — основной принцип оптического волокна — И цифровая апертура волокна


Фон: Оптическое волокно   

Оптическое волокно использует оптический принцип «общего внутреннее отражение», чтобы захватить свет, прошедший в оптическое волокно и направить свет в сердцевину волокно.Оптическое волокно состоит из светонесущее ядро ​​в центре, окруженное оболочка, которая улавливает свет в ядре. Стакан волокно покрыто пластиковым буферным покрытием, которое защищает его от окружающей среды и позволяет легко обработка для сращивания или терминации.

Показатель преломления стекла или любого оптического материала является мерой скорости света в материале и изменения в показателе преломления являются причиной того, что свет изгиб — как показано на этом фото пластикового стержня в пруд:

   

Дальше под определенным углом преломление заставит свет отражается от поверхности.Оптическое волокно использует это отражение, чтобы «захватить» волокно в сердцевине волокна за счет правильный выбор материалов для сердцевины и оболочки показатель преломления, при котором весь свет отражается, если угол света ниже определенного угол. Мы называем это «полным внутренним отражением».


    
Есть угол, который для любого заданного волокна определяет общую внутреннее отражение.Под более высокими углами луч света все равно будет преломляться, но не настолько, чтобы отражаться обратно в сердцевину, поэтому он теряется в оболочке волокно. Ниже этого угла он будет отражаться обратно в сердцевине волокна и передается на конец волокно. Угол полного внутреннего отражения определяет «числовая апертура» (NA) волокна, стандарт спецификация волокна.

Вы можете продемонстрировать этот принцип с помощью большого пластикового стержень (диаметр ~25 мм/i») и лазерный целеуказатель — мощная лучше всего работает зеленый лазер.

   

Чтобы воспроизвести этот эксперимент, вам понадобится пластиковый стержень. (акриловые стержни ~25 мм/дюйм) Диаметр можно приобрести у онлайн-продавцов. Используемый конец для лазера нужна полировка, чтобы удалить следы от пилы на большинство имеющихся в продаже удилищ, поэтому сначала используйте очень мелкая полировальная бумага (зернистость 1200-3000), затем закончите полировочная пленка для микрофинишной обработки (30-3 мкм) или полировальный состав (зубная паста, украшения авто полировальные составы.) У вас должно получиться прозрачный конец.
 

Полное внутреннее отражение в действии — индекс шагов Многомодовое волокно

Многомодовое волокно со ступенчатым индексом было первым волокном. дизайн. Сердцевина многомодового волокна со ступенчатым индексом изготовлена полностью из одного типа оптического материала и оболочка — это еще один тип с различными оптическими характеристики.Он имеет более высокое затухание и слишком медленный для многих применений из-за дисперсии, вызванной разная длина пути в разных режимах путешествие в ядре. Волокно с ступенчатым индексом распространено не так широко. б/у — только POF и PCS/HCS (пластиковые или твердосплавные кварц, пластиковая оболочка на стеклянном сердечнике) используйте ступеньку дизайн индекса сегодня. POF в основном используется для потребительских аудио- и телесвязь.



Займемся физикой и математикой

Принцип полного внутреннего отражения описан по закону оптики Снелла. Закон Снелла описывает, как свет преломляется при пересечении границы двух различные оптические материалы, такие как воздух и вода, показано на фото шеста в воде выше. Здесь более научное определение.

На приведенном выше рисунке слева показано сечение оптическое волокно с лучом света. Справа находится график показателя преломления стекла в волокно. Сердцевинное стекло n1, а защитное стекло n1. n2, а стекло ядра имеет чуть более высокое преломление индекс ~1,46 к оболочке ~1,45.


Помните основы тригонометрии? Синус – это отношение сторона прямоугольного треугольника относительно гипотенузы — длинная сторона против прямого угла.показатель преломления стакана (n) определяется как отношение скорости света в вакууме (с) к фактической скорости света в материале (v) вот так:


Используя закон Снеллиуса, мы можем вычислить угол, под которым в оптическом волокне начинается полное внутреннее отражение, которое происходит, как на этом рисунке ниже, когда преломленный луч проходит по границе между ядром и облицовка.Мы сделаем это для основного индекса 1/46 и индекс облицовки 1,45, значения которого мы обсуждали выше.

Нам нужно немного изменить уравнения.

Это указывает на то, что луч отклонен от оси на 6,8 градуса (90 — 83,2 градуса) или меньше увидит общее внутреннее отражение. Другой способ думать об этом — приемный конус волокна в два раза больше угла или около 14 градусов.Этот процесс также определяет определение числовой апертуры или числовой апертуры волокна, но используемый расчет является математической манипуляцией расчета критического угла.

Числовая апертура оптического волокна абстрактный термин для угла приема волокна. Если мы продолжаем использовать волокно, которое мы определили выше, уравнение принимает вид:

половина угла 9.8 градусов при использовании для расчета угол — общий угол конуса ~20 градусов.

Таблица Содержание: Справочное руководство FOA по волоконной оптике


 

Принцип работы оптического волокна — StudiousGuy

Оптическое волокно представляет собой цилиндрический волновод, который обычно используется как для дальней или широкополосной связи, так и для связи на короткие расстояния. Оптические волокна, как правило, состоят из рисовального стекла, кремнезема или пластика.Диаметр одной нити оптического волокна немного больше диаметра человеческого волоса. Несколько таких прядей, уложенных в виде жгута, известны как оптоволоконные кабели. Модель оптической связи обычно использует источник света и сеть оптических волокон для передачи данных из одного места в другое. Волоконно-оптический кабель служит средой, которая переносит данные, содержащиеся в световом луче, и передает информацию приемнику. Оптоволоконная система связи является надежным способом связи, так как вероятность электромагнитных помех минимальна.Оптические волокна гибкие, легкие, тонкие и негорючие по своей природе. Оптическая связь обычно предпочтительнее других способов связи из-за меньшей вероятности ухудшения сигнала, высокой безопасности данных, экономической эффективности и низкого энергопотребления. Ширина полосы сигнала оптического волокна обычно равна 900 ТГц. Оптические волокна широко используются в различном медицинском оборудовании и машинах исследовательских лабораторий. В гирляндах и другом декоративном оборудовании также используются оптические волокна.

Указатель статей (щелкните, чтобы перейти)

Строительство оптического волокна

Оптическое волокно обычно состоит из трех частей, а именно сердцевины, оболочки и внешней оболочки. Материал, используемый для изготовления сердцевины и оболочки оптического волокна, обычно представляет собой кварц, пластик или стекло. Внешняя оболочка волокна состоит из ПВХ. Размер ядра обычно варьируется от 50 мкм до 500 мкм. Размер облицовки варьируется в зависимости от требований. Для достижения полного внутреннего отражения показатель преломления материала всегда должен быть немного выше, чем показатель преломления материала или окружающего его воздуха.По этой причине показатель преломления сердцевины всегда поддерживается выше, чем показатель преломления оболочки. Оболочка предотвращает потерю или искажение данных. Целью оболочки является не только поддержка явления полного внутреннего отражения, но и обеспечение защитного покрытия волокна. Основная цель слоя оболочки, обернутого вокруг волокна, — обеспечить защиту от шероховатой и неровной поверхности. Он защищает сердцевину волокна от повреждений и деформаций на микроуровне.Волоконно-оптические кабели, проложенные под морями и океанами, более подвержены потерям данных, поэтому они содержат больше защитных покрытий вокруг жилы, чем кабели, находящиеся непосредственно под землей.

Типы оптического волокна

В зависимости от показателя преломления, типа используемого конструкционного материала и способа распространения света на рынке существует ряд оптических волокон. В целом оптические волокна можно разделить на три категории, указанные ниже:

На основе показателя преломления

1.Оптическое волокно со ступенчатым индексом

Показатель преломления сердцевины и оболочки оптического волокна со ступенчатым показателем преломления одинаков по всей длине. Если вы разрезаете оптическое волокно со ступенчатым показателем преломления и обратите внимание на его вид в поперечном сечении, вы можете легко наблюдать ступенчатое изменение показателя преломления сердцевины и оболочки.

2. Оптическое волокно с градуированным индексом

Показатель преломления сердцевины и оболочки оптического волокна с плавным показателем преломления неодинаков по всей длине. Если вы разрезаете оптическое волокно с переменным показателем преломления и посмотрите на его вид в поперечном сечении, вы можете легко заметить, что изменение показателя преломления сердцевины и оболочки уменьшается по мере увеличения радиального расстояния.Профиль показателя преломления сердцевины и оболочки градуированного оптического волокна, нанесенный на миллиметровую бумагу, дает параболическую форму.

На основе использованного материала

1. Пластиковое оптическое волокно

Как следует из самого названия, пластиковое оптическое волокно состоит из пластика. Сердцевинный элемент таких волокон обычно создается с помощью химических веществ, таких как полиметилметакрилат.

2. Стеклянное оптическое волокно

Пряди стеклянных оптических волокон состоят из тонкого стекла.

На основе режима распространения света

1. Одномодовое оптическое волокно

Одномодовое оптическое волокно специально разработано для передачи одного монохроматического луча света. Диаметр сердцевины одномодового оптического волокна примерно равен 9 мкм. Одномодовые оптические волокна обычно предпочтительны для связи на большие расстояния.

2. Многомодовое оптическое волокно

Многомодовые оптические волокна состоят из сердцевины, диаметр которой немного больше, чем у одномодовых оптических волокон.Большой диаметр сердцевины помогает многомодовому оптическому волокну обеспечивать распространение более чем одного луча света от конца передатчика к концу приемника. Диаметр сердцевины многомодового оптического волокна приблизительно равен 50 мкм или выше. Многомодовые оптические волокна обычно предпочтительны для передачи сигналов на короткие расстояния.

Принцип работы оптического волокна

Оптические волокна обычно работают по принципу полного внутреннего отражения света.Термин «полное внутреннее отражение» указывает на то, что никакая часть сигнала не преломляется и не передается во вторую среду, а вместо этого все сигналы остаются внутри волокна. Естественная тенденция луча света, когда он сталкивается с изменением среды, состоит в том, чтобы замедляться и преломляться. Изменение скорости распространения света до и после входа в среду легко представить с помощью показателя преломления среды. Явление преломления света определяется как процесс незначительного искривления света на границе раздела двух различных сред, имеющих разные значения показателей преломления.Следует отметить, что когда свет движется от среды с высоким показателем преломления к среде с низким показателем преломления, луч света имеет тенденцию изгибаться к границе раздела. Отклонение света к границе раздела можно увеличить, увеличив показатель преломления второй среды. Это можно легко сделать, вводя в среду легирующие примеси или селективные примеси. Если показатель преломления среды увеличить до значения, после которого преломленный свет не гаснет, а отклоняется в сторону первой среды, то можно сказать, что достигнуто полное внутреннее отражение света.Процесс достижения полного внутреннего отражения света за счет увеличения показателя преломления среды является утомительной задачей. Альтернативным методом достижения ПВО или полного внутреннего отражения является увеличение угла падения света. Угол падения, при котором свет отражается обратно внутрь первой среды, называется критическим углом. Сигнал, падающий под углом, превышающим критический угол, имеет тенденцию распространяться от одного конца к другому, подвергаясь многократным отражениям вдоль изогнутой поверхности волокна.

Работа с оптическим волокном

Для передачи информации между передатчиком и приемником по оптическим каналам под землей прокладывается сеть волоконно-оптических кабелей. Данные, которые необходимо передать, сначала переводятся в двоичный формат. Затем эти двоично-кодированные данные передаются передатчиком на базовую станцию ​​сотовой связи в виде электромагнитного излучения. «Единицы», содержащиеся в данных, представлены высокочастотным сигналом; тогда как «нули» представлены с помощью сравнительно низкочастотного сигнала.Вышка сотовой связи улавливает электромагнитное излучение, передаваемое сотовым устройством или передатчиком. При отслеживании высокочастотного сигнала генерируется световой импульс. Точно так же при обнаружении низкочастотного сигнала световой импульс не генерируется. Световые импульсы передаются на приемник по оптоволоконным кабелям. Свет, используемый в оптоволоконной связи, по своей природе имеет высокую направленность. Когда такой луч света попадает внутрь волокна под углом, который больше критического угла, тогда свет имеет тенденцию претерпевать многократные отражения вдоль поверхности волокна.Это позволяет сигналу распространяться от одного конца волокна к другому концу, тем самым передавая информацию между передатчиком и приемником. Явление полного внутреннего отражения не приводит к ухудшению качества света, поэтому сигнал может передаваться на большие расстояния без потери данных или информации. Кроме того, скрученная форма кабеля не влияет на качество данных, содержащихся в проходящем по нему луче света. Сигнал, проходящий по волокну, подвержен различным потерям и некоторому затуханию из-за поглощения и рассеяния светового излучения.Восстановление потерянного сигнала выполняется путем добавления в схему усилителей. Усилители помогают повысить мощность сигнала и обеспечивают передачу данных на большие расстояния.

 

Волоконная оптика. Принципы волоконной оптики. Свет, угол, материал и интерфейс

Волокно Оптика работает по принципу полного внутреннего отражения. Свет, достигающий границы между двумя материалами, отражается таким образом, что никогда не покидает первый материал.В случае оптоволокна свет отражается от границы между сердцевиной и оболочкой оптического волокна таким образом, что он распространяется вниз по сердцевине волокна. Это можно объяснить кратким обсуждением закона преломления и закона отражения Снелла, а также физической величины, известной как индекс материала дна. Согласно закону Снеллиуса, свет будет отклоняться от своего первоначального пути к большему углу во втором материале. По мере увеличения входящего или падающего угла увеличивается и угол преломления.Для правильно подобранных материалов угол падения может быть увеличен до такой степени, что луч преломляется под углом 90 градусов и никогда не покидает первую среду. Уравнение можно решить, чтобы получить входящий или падающий угол, который даст угол преломления 90 градусов.

Это известно как критический угол (см. рис. 2).

Рис. 1. Поперечное сечение кабеля. Иллюстрация Ганса и Кэссиди. Предоставлено Гейл Групп.

Свет, падающий на границу или поверхность раздела под углами, большими или равными этому значению, никогда не пройдет во второй материал, а подвергнется полному внутреннему отражению.

Теперь немного измените модель, чтобы материал с более высоким индексом был зажат между двумя слоями с более низким индексом (см. рис. 3).

Свет входит в материал с более высоким индексом, попадает на верхнюю границу раздела и отражается вниз, затем попадает на вторую границу раздела и отражается обратно вверх и так далее. Подобно шарику, отскакивающему от рельсов , свет будет пробиваться по волноводу. Эта картина по существу соответствует оптическому волокну в поперечном сечении. Свет, попадающий в волокно под критическим углом, отражается от границы раздела и распространяется по волокну.

Однако нельзя игнорировать второй закон термодинамики . Свет не будет бесконечно распространяться по волокну. Сила сигнала будет уменьшена или ослаблена. Часть света будет поглощаться примесями в волокне или рассеиваться из сердцевины. Современные волокна изготавливаются из очень чистого материала, поэтому эти эффекты сведены к минимуму, но не могут быть устранены полностью. Некоторое количество света будет отклоняться из-за микроизгибов и других дефектов стекла. Вспомним закон отражения.Если свет, проходящий через волокно, сталкивается с микроизгибом, свет может падать на границу раздела под углом, меньшим критического угла. Если это произойдет, свет будет отражаться от ядра и не будет продолжать распространяться (см. рис. 4).


Оптическое волокно — введение, работа, принцип работы, типы и часто задаваемые вопросы

Световые импульсы передаются от одного конца оптического волокна к другому по гибкому прозрачному волокну, изготовленному из пластика или стекла. Волоконно-оптическая сеть может предоставлять высокоскоростные и междугородние услуги.

Волоконно-оптические кабели обычно используются в телекоммуникационных услугах, таких как Интернет, телефон и телевидение.

Медные кабели лишены многих преимуществ волоконно-оптических кабелей. Кабели передают информацию гораздо быстрее и имеют более высокую пропускную способность.

В оптическом волокне содержится множество стеклянных компонентов, число которых может варьироваться от нескольких до нескольких сотен. В этом случае оптоволоконный кабель состоит из слоя стекла, называемого оболочкой, покрывающего сердцевину из стекловолокна.Кроме того, оболочка защищена трубкой, известной как буферная трубка. Слой оболочки является последним защитным слоем на пряди.

  1. Сердцевина — это тонкий кусок стекла, расположенный рядом с центром волокна, по которому передается свет. При нормальной работе внешний материал отражает свет обратно в сердцевину.

  2. Буферное покрытие. Волокна защищены пластиковым покрытием, которое предотвращает повреждение от элементов.

Как работает оптическое волокно?

Оптические волокна работают по принципу полного внутреннего отражения. Здесь есть проблема — световые лучи распространяются по прямым линиям, что может затруднить перенос больших объемов данных. В результате использовать это преимущество без длинного прямого провода без каких-либо изгибов будет очень сложно. Чтобы преодолеть это искажение, оптические кабели сконструированы таким образом, что все световые лучи загибаются внутрь (используя TIR).По оптическим волокнам световые лучи отражаются от стен и передают данные от одного конца к другому. На больших расстояниях свет ухудшается, в зависимости от чистоты материала, но это происходит гораздо медленнее, чем при использовании металлических кабелей. Волоконно-оптические релейные системы состоят из следующих компонентов:

  1. Передатчик-световые сигналы производятся и кодируются для передачи.

  2. Оптическое волокно-световые импульсы (сигналы) передаются через эту среду.

  3. Оптический приемник. Приемник принимает передаваемые световые импульсы (сигналы) и декодирует их в пригодные для использования сигналы.

  4. Оптический регенератор – для этого требуется передача данных на большие расстояния.

Типы оптических волокон

Оптические волокна бывают различных типов в зависимости от показателей преломления, материалов и режимов распространения света.

Классификация по показателю преломления выглядит следующим образом:

Волокна со ступенчатым показателем преломления: Они характеризуются сердцевиной, покрытой оболочкой с одинаковым показателем преломления.

Волокна с градиентным показателем преломления: увеличение расстояния от оси волокна приводит к уменьшению показателя преломления оптического волокна.

В зависимости от используемых материалов его можно классифицировать следующим образом:

 Следующая классификация света основана на способе его распространения:

 

Существует четыре типа оптических волокон в зависимости от способа их распространения и Индекс преломления:

  • Шаг индекс-одиночный режим волокна

  • Градицированные индекс-одиночные волокна

  • шаг индекс-многомодовые волокна

  • Градицированные индекс-многомодовые волокна

Оптическое волокно | Оптоволоконная связь | Принцип работы

Оптическое волокно

Оптическое волокно представляет собой устройство, работающее по принципу полного внутреннего отражения, благодаря которому световой сигнал может передаваться из одного места в другое с незначительной потерей энергии.Оптическое волокно представляет собой очень тонкий стеклянный стержень размером 125 мкм. После изготовления он имеет центральную стеклянную сердцевину, окруженную стеклянным покрытием или оболочкой с меньшим показателем преломления, чем сердцевина.

Строительство

Состоит из очень тонкого волокна кварца, стекла или пластика из высокий показатель преломления называется ядром. Ядро имеет диаметр от 10 мкм до 200 мкм. Сердечник закрыт крышкой из стекла или пластика, называемой оболочкой . Показатель преломления оболочки меньше, чем у сердцевины, что является обязательным условием для работы оптического волокна.В процессе вытяжки волокно покрывается полиэтиленом или эпоксидной смолой для защиты, а в некоторых случаях применяется цветовая маркировка в соответствии с потребностями пользователей. Затем измеряются все данные, касающиеся волокна (ширина полосы пропускания, показатель преломления, оболочка и т. д.). толщина, синхронизированный отклик рефлектометра и т. д.) и записываются. Базовый одноволоконный кабель состоит из следующих компонентов:

  1. Сердцевина – кварц
  2. Оболочка – кварц
  3. Оболочка – акрил
  4. Буферная оболочка
  5. Силовой элемент
  6. Внешняя оболочка

Принцип работы

Оптоволокно работает по принципу полного внутреннего отражения .   Когда луч света падает на сердцевину оптического волокна под небольшим углом, он преломляется и попадает на поверхность оболочки сердцевины. Поскольку диаметр волокна очень мал, угол падения больше критического. Следовательно, луч претерпевает полное внутреннее отражение на границе раздела сердцевины и оболочки и попадает на противоположную границу. На этой границе также угол падения больше критического угла, так что она снова страдает от полной внутренней отражение.Таким образом, Луч света достигает другого конца волокна после многократного полного внутреннего отражения по всей длине волокна. На другом конце луч преломляется и выходит из оптического волокна без потери энергии.

n 2 < n 1

Типы оптического волокна

В зависимости от состава материала сердечника существует два типа волокон, используемых обычно. Они-

1. Ступенчатый индекс

Показатель преломления ядро однородно на всем протяжении и претерпевает резкие изменения в граница облицовки.

2. Индекс градации

Показатель преломления сердцевины изменяется в зависимости от функция радиального расстояния от центра волокна. Оба они далее делится на-

  1. Многорежимный ступенчатый индекс оптоволокно
  2. Многомодовое
  3. Одномодовое волокно со ступенчатым показателем преломления
Многомодовое волокно со ступенчатым показателем преломления

Многомодовое оптоволокно со ступенчатым индексом имеет диаметр сердцевины от 100 до 970 мкм.С этим большим ядром диаметра, есть много путей, по которым может пройти свет. Следовательно луч света, идущий по прямой траектории через центр, достигает конца перед другими лучами, который следует зигзагообразным путем. Разница в длине времени, необходимого для существования различных световых лучей, волокно называется модальным дисперсия .  Это форма одиночного искажения с ограничением пропускная способность волокна.

Многомодовое волокно с плавным показателем преломления

Многомодовое оптоволокно с градиентным индексом преломления является усовершенствованием многомодового волокна со ступенчатым показателем преломления.Поскольку световые лучи путешествуют быстрее из-за более низкого показателя преломления свет в сердцевине волокна движется медленнее, чем свет ближе к поверхности. Поэтому оба светятся лучи достигают точки выхода практически одновременно, уменьшая модальное дисперсия. Типичное волокно с градуированным показателем преломления имеет диаметр сердцевины от 50 до 85 мкм и диаметром оболочки 125 мкм.

Одномодовое волокно со ступенчатым профилем

Одномодовый шаг-индекс волокна являются наиболее широко используемыми в настоящее время является широкополосной связью арена.По этому волокну луч света может пройти только по одному пути; поэтому модальный дисперсия равна нулю. Диаметр сердцевины этого волокна колеблется от 5 микрометра до 10 микрометров. Дополнительная толщина обшивки, как правило, общий размер волокна стандартен и делает волокно хрупким.

Оптоволоконная связь

Система связи по оптоволокну оптику хорошо понять, изучая части ее сечения. Главная элементы волоконно-оптической системы связи — это кто-то в следующем фигура.

Основные компоненты световой сигнал, передатчик, оптическое волокно и фотодетекторный приемник. Дополнительный элемент, такой как оптоволокно и кабель, сплайсеры и соединители, регенераторы, светоделители и оптический усилитель используется для повышения производительности системы связи .

Преимущества оптического волокна

  1. Полоса пропускания оптоволоконных кабелей выше, чем металлические тросы.
  2. Объем передаваемых данных выше по оптоволоконным кабелям.
  3. Потери мощности очень малы, что позволяет использовать их на больших расстояниях. передачи.
  4. Волоконно-оптические кабели являются основным способом передачи данных и на них не влияют электрические помехи.
  5. Поскольку эти кабели являются диэлектрическими, они не представляют опасности искрения.
  6. Эти кабели более устойчивы к коррозии, чем медные кабели, так как они легко гнутся и гибки.

Недостатки оптического волокна

Хотя волоконная оптика предлагает много преимуществ, они имеют следующие недостатки-

  1. Через оптоволокно кабели служат дольше, стоимость установки высока.
  2. Они хрупкие, если не в пластиковой оболочке. Следовательно, требуется больше защиты, чем медь. те.
  3. Количество повторители должны быть увеличены на расстояние.

Применение волоконной оптики

  1. Используется в телефоне система.
  2. Используется на подводной лодке кабельная сеть.
  3. Используется в системах видеонаблюдения камеры наблюдения.
  4. Используется в больницах, школы и система управления дорожным движением.

См. также

Физика полного внутреннего отражения. Как работает волоконная оптика

Когда свет проходит из среды с одним показателем преломления (m1) в другую среду с более низким показателем преломления (m2), он отклоняется или преломляется от воображаемой перпендикулярной линии на поверхность ( нормальная линия ).По мере того, как угол луча, проходящего через m1, становится больше по отношению к нормальной линии, свет, преломленный через m2, отклоняется дальше от линии.

Под одним конкретным углом ( критический угол ) преломленный свет не попадет в m2, а вместо этого будет проходить по поверхности между двумя средами ( синус [критический угол] = n2/n1 , где n1 и n2 равны показатели преломления [n1 больше n2]). Если луч, проходящий через m1, больше критического угла, то преломленный луч будет полностью отражаться обратно в m1 (полное внутреннее отражение), даже если m2 может быть прозрачным!

В физике критический угол описывается по отношению к нормали.В волоконной оптике критический угол описывается относительно параллельной оси, проходящей по середине волокна. Следовательно, критический угол оптоволокна = (90 градусов — физический критический угол).

В оптическом волокне свет проходит через сердцевину (m1, высокий показатель преломления), постоянно отражаясь от оболочки (m2, более низкий показатель преломления), поскольку угол света всегда больше критического угла. Свет отражается от оболочки независимо от того, под каким углом изгибается само волокно, даже если это полный круг!

Поскольку оболочка не поглощает свет от сердцевины, световая волна может распространяться на большие расстояния.Однако часть светового сигнала ухудшается внутри волокна, в основном из-за примесей в стекле.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.