Optické káble - zariadenie, typy a vlastnosti

Optické káble, na rozdiel od káblov s medenými alebo hliníkovými vodičmi, využívajú ako médium na prenos signálu priehľadné optické vlákno. Signál sa tu prenáša nie pomocou elektrického prúdu, ale pomocou svetla. To znamená, že sa nepohybujú prakticky žiadne elektróny, ale fotóny, a straty pri prenose signálu sú zanedbateľné.

Tieto káble sú ideálne ako prostriedok na prenos informácií, keďže svetlo dokáže prechádzať priehľadným sklolaminátom prakticky bez prekážok desiatky kilometrov, pričom intenzita svetla mierne klesá.

Existuje GOF-káble (kábel zo sklenených optických vlákien) — so sklenenými vláknami a POF káble (plastový optický kábel) — s priehľadným plastovým vláknom. Obidva sa tradične nazývajú optické káble alebo káble z optických vlákien.

Zariadenie s optickým káblom

Kábel z optických vlákien má pomerne jednoduché zariadenie.V strede kábla je svetlovod vyrobený zo sklolaminátu (jeho priemer nepresahuje 10 mikrónov), obalený ochranným plastovým alebo skleneným plášťom, ktorý poskytuje úplný vnútorný odraz svetla v dôsledku rozdielu indexov lomu na hranici dvoch médií.

Ukazuje sa, že svetlo po celej ceste od vysielača k prijímaču nemôže opustiť centrálnu žilu. Okrem toho sa svetlo nebojí elektromagnetického rušenia, preto takýto kábel nepotrebuje elektromagnetické tienenie, ale musí byť vystužený.

Aby sa zabezpečila mechanická pevnosť optického kábla, sú prijaté špeciálne opatrenia — pancierujú kábel, najmä ak ide o viacžilové optické káble nesúce súčasne niekoľko samostatných optických vlákien. Závesné káble vyžadujú špeciálne vystuženie kovom a kevlarom.

Najjednoduchší dizajn káblov z optických vlákien je sklenené vlákna v plastovom obale… Zložitejším dizajnom je viacvrstvový kábel s výstužnými prvkami, napríklad pre podvodnú, podzemnú alebo závesnú inštaláciu.

Vo viacvrstvovom pancierovom kábli je nosný výstužný kábel vyrobený z kovu uzavretého v polyetylénovom plášti. Okolo neho sú umiestnené svetlonosné plastové alebo sklenené vlákna. Každé jednotlivé vlákno je potiahnuté vrstvou farebného laku pre farebné označenie a ochranu pred mechanickým poškodením. Zväzky vlákien sú balené v plastových tubách naplnených hydrofóbnym gélom.

Plastová trubica môže obsahovať od 4 do 12 takýchto vlákien, pričom celkový počet vlákien v jednom takomto kábli môže byť až 288 kusov. Rúry sú prepletené niťou, ktorá sťahuje fóliu navlhčenú hydrofóbnym gélom — pre väčšie tlmenie mechanických vplyvov. Rúry a centrálny kábel sú uzavreté v polyetyléne.Ďalej sú to kevlarové pramene, ktoré prakticky zabezpečujú pancierovanie lanka. Potom opäť polyetylén na ochranu pred vlhkosťou a nakoniec vonkajší plášť.

Dva hlavné typy káblov z optických vlákien

Existujú dva typy káblov z optických vlákien: multimode a single mode. Viacrežimové sú lacnejšie, jednorežimové sú drahšie.

Kábel s jedným režimom zabezpečuje, že lúče prechádzajúce vláknom prechádzajú prakticky rovnakou dráhou bez výraznejších vzájomných odchýlok, vďaka čomu dorazia všetky lúče k prijímaču v rovnakom čase a bez skreslenia tvaru signálu. Priemer optického vlákna v jednovidovom kábli je asi 1,3 μm a práve pri tejto vlnovej dĺžke musí cez ňu prechádzať svetlo.

Z tohto dôvodu sa ako vysielač používa laserový zdroj s monochromatickým svetlom nevyhnutne potrebnej vlnovej dĺžky.Práve káble tohto typu (single-mode) sú dnes považované za najperspektívnejšie pre diaľkovú komunikáciu v budúcnosti, ale zatiaľ sú drahé a krátkodobé.

Multimode kábel menej „presné“ ako tie s jedným režimom. Do nej prechádzajú lúče z vysielača s rozptylom a na strane prijímača dochádza k určitému skresleniu tvaru prenášaného signálu. Priemer optického vlákna v multimódovom kábli je 62,5 µm a vonkajší priemer plášťa je 125 µm.

Používa konvenčnú (nelaserovú) LED na strane vysielača (vlnová dĺžka 0,85 μm), vybavenie nie je také drahé ako zdroj laserového svetla a súčasné multimode káble majú dlhšiu životnosť. Dĺžka káblov tohto typu nepresahuje 5 km. Typická latencia prenosu signálu je rádovo 5 ns/m.

Výhody optických káblov

Tak či onak sa optický kábel radikálne líši od bežných elektrických káblov svojou výnimočnou ochranou proti hluku, ktorá zaisťuje maximálnu bezpečnosť integrity a dôvernosti informácií prenášaných prostredníctvom neho.

Elektromagnetické rušenie smerované na optický kábel nie je schopné skresliť tok svetla a samotné fotóny negenerujú vonkajšie elektromagnetické žiarenie. Bez narušenia integrity kábla nie je možné zachytiť informácie prenášané cez kábel.

Šírka pásma optického kábla je teoreticky 10 ^ 12 Hz, čo sa nedá porovnávať so súčasnými káblami akejkoľvek zložitosti. Informácie môžete jednoducho prenášať rýchlosťou až 10 Gbps na kilometer.

Samotný kábel z optických vlákien nie je taký drahý ako tenký koaxiálny kábel. No hlavný podiel na náraste ceny hotovej siete stále pripadá na vysielacie a prijímacie zariadenia, ktorých úlohou je premieňať elektrický signál na svetlo a naopak.

Útlm svetelného signálu pri prechode optickým káblom miestnej siete nepresahuje 5 dB na 1 kilometer, teda takmer rovnaký ako u nízkofrekvenčného elektrického signálu. Tiež, čím vyššia je frekvencia - tým silnejšia je výhoda optického média oproti tradičným elektrickým vodičom - útlm sa mierne zvyšuje. A pri frekvenciách nad 0,2 GHz je optický kábel jednoznačne mimo konkurencie. Prakticky je možné zvýšiť prenosovú vzdialenosť až na 800 km.

Káble z optických vlákien sú použiteľné v sieťach s kruhovou alebo hviezdicovou topológiou, pričom úplne eliminujú problémy s uzemnením a vyrovnávaním záťaže, ktoré sú vždy relevantné pre elektrické káble.

Perfektné galvanická izolácia, spolu s vyššie uvedenými výhodami umožňuje analytikom predpovedať, že v sieťových komunikáciách optické káble čoskoro úplne nahradia elektrické, najmä vzhľadom na rastúci nedostatok medi na planéte.

Nevýhody optických káblov

Pre spravodlivosť nemôžeme nespomenúť nevýhody optických systémov prenosu dát, z ktorých hlavnou je zložitosť inštalácie systémov a vysoké požiadavky na presnosť inštalácie konektorov. Odchýlky mikrónov počas montáže konektora môžu viesť k zvýšeniu jeho útlmu. Tu potrebujete vysoko presné zváranie alebo špeciálny lepiaci gél, ktorého index lomu je podobný indexu lomu samotného inštalovaného sklolaminátu.

Z tohto dôvodu kvalifikácia personálu neumožňuje zhovievavosť, na ich používanie sú potrebné špeciálne nástroje a vysoká zručnosť. Najčastejšie sa uchyľujú k použitiu hotových kusov kábla, na koncoch ktorých sú už nainštalované hotové konektory požadovaného typu. Na vetvenie signálu z optického vlákna sa používajú špecializované rozdeľovače pre niekoľko kanálov (od 2 do 8), ale pri vetvení nevyhnutne dochádza k útlmu svetla.

Samozrejme, vlákno je menej pevný a menej pružný materiál ako meď a pre jeho bezpečnosť je nebezpečné ohýbať vlákno na polomer menší ako 10 cm.Ionizujúce žiarenie znižuje priehľadnosť optického vlákna, zvyšuje útlm prenášaného svetelného signálu.

Káble z optických vlákien odolné voči žiareniu sú drahšie ako bežné káble z optických vlákien. Prudká zmena teploty môže spôsobiť vznik trhliny vo vlákne. Optické vlákno je samozrejme citlivé na mechanické namáhanie, nárazy a ultrazvuk; na ochranu pred týmito faktormi sa z plášťov káblov používajú špeciálne mäkké materiály pohlcujúce zvuk.