Optilised kaablid - seade, tüübid ja omadused

Optilised kaablid, erinevalt vask- või alumiiniumjuhtmetega kaablitest, kasutavad signaali edastamiseks läbipaistvat optilist kiudu. Signaali edastatakse siin mitte elektrivoolu, vaid valguse abil. See tähendab, et praktiliselt ei liigu elektronid, vaid pigem footonid ja signaali ülekandekaod osutuvad tähtsusetuks.

Need kaablid on ideaalsed info edastamise vahendiks, kuna valgus läbib läbipaistva klaaskiu praktiliselt takistamatult kümneid kilomeetreid, samal ajal kui valguse intensiivsus veidi väheneb.

Seal on GOF-kaablid (klaasoptiline kiudkaabel) — klaaskiuga ja POF-kaablid (plastist optiline kaabel) — läbipaistva plastkiuga. Mõlemat nimetatakse traditsiooniliselt optilisteks või kiudoptilisteks kaabliteks.

Optilise kaabli seade

Kiudoptilisel kaablil on üsna lihtne seade.Kaabli keskel on klaaskiust valgusjuht (selle läbimõõt ei ületa 10 mikronit), mis on kaetud kaitsva plastikust või klaasist kestaga, mis tagab valguse täieliku sisemise peegelduse tänu murdumisnäitajate erinevusele piiril. kahest meediast.

Selgub, et valgus, saatjast vastuvõtjani, ei saa keskveenist väljuda. Lisaks ei karda valgus elektromagnetilisi häireid, seetõttu ei vaja selline kaabel elektromagnetilist varjestust, vaid vajab ainult tugevdamist.

Valguskaabli mehaanilise tugevuse tagamiseks võetakse kasutusele erimeetmed — need muudavad kaabli soomustatud, eriti kui tegemist on mitmetuumaliste optiliste kaablitega, mis kannavad korraga mitut eraldi valguskiudu. Rippkaablid vajavad spetsiaalset tugevdamist metalli ja kevlariga.

Kiudoptiliste kaablite lihtsaim disain on klaaskiud plastikust kestas… Keerulisem konstruktsioon on mitmekihiline tugevduselementidega kaabel, näiteks veealuseks, maa-aluseks või ripppaigalduseks.

Mitmekihilises soomustatud kaablis on toetav tugevduskaabel valmistatud metallist, mis on ümbritsetud polüetüleenkestaga. Selle ümber asetatakse valgust kandvad plastik- või klaaskiud. Iga üksik kiud on kaetud värvilise lakikihiga, mis tagab värvi kodeerimise ja kaitseb mehaaniliste kahjustuste eest. Kiukimbud on pakendatud hüdrofoobse geeliga täidetud plasttorudesse.

Plasttoru võib sisaldada 4 kuni 12 sellist kiudu, samas kui ühes sellises kaablis võib kiudude koguarv olla kuni 288 tükki. Torud on põimitud keermega, mis pingutab hüdrofoobse geeliga niisutatud kilet — mehaaniliste mõjude suuremaks pehmendamiseks. Torud ja keskkaabel on ümbritsetud polüetüleeniga.Järgmiseks on kevlarkiud, mis pakuvad keerdunud kaablile praktiliselt soomust. Seejärel uuesti polüetüleen, et kaitsta niiskuse eest, ja lõpuks väliskest.

Kiudoptiliste kaablite kaks peamist tüüpi

Kiudoptilisi kaableid on kahte tüüpi: mitmerežiimilised ja üherežiimilised. Mitmerežiimilised on odavamad, üherežiimilised kallimad.

Üherežiimiline kaabel tagab, et kiudu läbivad kiired kulgevad praktiliselt sama teed ilma oluliste vastastikuste kõrvalekalleteta, mille tulemusena jõuavad kõik kiired vastuvõtjasse üheaegselt ja signaali kuju moonutamata. Ühemoodilise kaabli optilise kiu läbimõõt on umbes 1,3 μm ja just sellel lainepikkusel tuleb valgust läbi selle edastada.

Sel põhjusel kasutatakse saatjana laserallikat, millel on rangelt vajaliku lainepikkusega monokromaatiline valgus.Just seda tüüpi (ühemoodilisi) kaableid peetakse tänapäeval kõige perspektiivikamaks kaugside jaoks tulevikus, kuid praegu on need. on kallid ja lühiajalised.

Mitmerežiimiline kaabel vähem "täpsed" kui üherežiimilised. Saatja kiired lähevad sellesse hajutatult ja vastuvõtja küljel on edastatava signaali kuju mõningane moonutus. Mitmemoodilise kaabli optilise kiu läbimõõt on 62,5 µm ja ümbrise välisläbimõõt on 125 µm.

See kasutab saatja poolel tavalist (mitte-laser) LED-i (lainepikkusega 0,85 μm) ja seadmed ei ole nii kallid kui laservalgusallikad ning praegused mitmemoodilised kaablid on pikema elueaga. Seda tüüpi kaablite pikkus ei ületa 5 km. Tüüpiline signaali edastamise latentsus on suurusjärgus 5 ns/m.

Kiudoptiliste kaablite eelised

Ühel või teisel moel erineb optiline kaabel tavalistest elektrikaablitest kardinaalselt oma erakordse mürakaitsega, mis tagab nii selle kaudu edastatava info terviklikkuse kui ka konfidentsiaalsuse maksimaalse ohutuse.

Optilisele kaablile suunatud elektromagnetilised häired ei suuda valgusvoogu moonutada ning footonid ise ei tekita välist elektromagnetkiirgust. Kaabli terviklikkust rikkumata on selle kaudu edastatavat teavet võimatu pealt kuulata.

Kiudoptilise kaabli ribalaius on teoreetiliselt 10 ^ 12 Hz, mida ei saa võrrelda igasuguse keerukusega voolukaablitega. Saate hõlpsasti teavet edastada kiirusega kuni 10 Gbps kilomeetri kohta.

Kiudoptiline kaabel ise ei ole nii kallis kui õhuke koaksiaalkaabel. Kuid põhiosa valminud võrgu kallinemisest langeb ikkagi saate- ja vastuvõtuseadmetele, mille ülesandeks on elektrisignaali valguseks teisendamine ja vastupidi.

Valgussignaali sumbumine kohaliku võrgu optilise kaabli läbimisel ei ületa 5 dB 1 kilomeetri kohta, st peaaegu sama palju kui madala sagedusega elektrisignaali puhul. Samuti, mida kõrgem on sagedus – seda tugevam on optilise andmekandja eelis traditsiooniliste elektrijuhtmete ees –, suureneb sumbumine veidi. Ja sagedustel üle 0,2 GHz on optiline kaabel selgelt konkurentsist väljas. Praktiliselt on võimalik edastuskaugust suurendada kuni 800 km-ni.

Kiudoptilised kaablid on kasutatavad ring- või tähttopoloogiavõrkudes, kõrvaldades täielikult maanduse ja koormuse tasakaalustamise probleemid, mis on elektrikaablite puhul alati olulised.

Täiuslik galvaaniline isolatsioon, koos ülaltoodud eelistega võimaldab analüütikutel ennustada, et võrgukommunikatsioonis asendavad optilised kaablid peagi täielikult elektrikaablid, eriti arvestades planeedil kasvavat vasepuudust.

Kiudoptiliste kaablite puudused

Ausalt öeldes ei saa mainimata jätta optiliste andmeedastussüsteemide puudusi, millest peamine on süsteemide paigaldamise keerukus ja kõrged nõuded pistikute paigaldamise täpsusele. Mikronite kõrvalekalded pistiku kokkupanemisel võivad põhjustada selle sumbumise suurenemist. Siin on vaja ülitäpset keevitust või spetsiaalset kleepuvat geeli, mille murdumisnäitaja on sarnane paigaldatud klaaskiu enda omaga.

Sel põhjusel ei võimalda personali kvalifikatsioon leebust, nende kasutamiseks on vaja spetsiaalseid tööriistu ja kõrgeid oskusi. Enamasti kasutavad nad valmis kaablijuppe, mille otstesse on juba paigaldatud vajalikku tüüpi valmispistikud. Optilisest kiust signaali hargnemiseks kasutatakse mitme kanali jaoks (2 kuni 8) spetsiaalseid jaotureid, kuid hargnemisel tekib paratamatult valguse sumbumine.

Muidugi on kiud vähem tugev ja vähem painduv materjal kui vask ning selle ohutuse huvides on ohtlik painutada kiudu alla 10 cm raadiusega.Ioniseeriv kiirgus vähendab optilise kiu läbipaistvust, suurendab edastatava valgussignaali sumbumist.

Kiirguskindlad kiudoptilised kaablid on kallimad kui tavalised kiudoptilised kaablid. Temperatuuri järsk muutus võib põhjustada kiudude pragude tekkimist. Loomulikult on optiline kiud tundlik mehaanilise stressi, šoki ja ultraheli suhtes; kaitseks nende tegurite eest kasutatakse kaablikestadest spetsiaalseid pehmeid helisummutavaid materjale.