Волоконно-оптичні кабелі

Волоконно-оптичні кабелі складаються з центрального провідника світла (серцевини) ­– скляного волокна, оточеного іншим шаром скла (оболонкою), що володіє меншим показником переломлення, чим серцевина. Розповсюджуючись по серцевині, промені світла не виходять за її межі, відбиваючись шару оболонки, що її покриває. В залежності від розподілу показника переломлення і від величини діаметра серцевини розрізняють [1, 4, 17]:

- багатомодові волокно зі ступінчатою зміною показника переломлення (рис. 4.2 а);

- багатомодові волокно з плавною зміною показника переломлення (рис. 4.2 б);

- одномодове волокно (рис. 4.2 в) .

Рисунок 4.2 – Розповсюдження світла в оптичних кабелях

Поняття “мода” описує режим поширення світлових променів у внутрішній серцевині кабелю. В одномодовому кабелі (Single Mode Fiber, SMF) використовується центральний провідник дуже малого діаметра, порівняного з довжиною хвилі світла – від 5 до 10 мкм. При цьому практично всі промені світла розповсюджуються уздовж оптичної осі світловода, не відбиваючись від зовнішнього провідника. Смуга пропущення одномодового кабелю дуже широка – до сотень гігагерц на кілометр. Виготовлення тонких якісних волокон для одномодового кабелю представляє складний технологічний процес, що робить одномодовий кабель досить дорогим. Крім того, у волокно такого маленького діаметра досить складно направити пучок світла, не втративши при цьому значну частину його енергії.

У багатомодових кабелях (Мulti Mode Fiber, MMF) використовуються внутрішні серцевини більшого діаметру, які легше виготовити технологічно. У стандартах визначені два найвживаніши багатомодових кабелі: 62,5/125 мкм і 50/125 мкм, де 62,5 мкм та 50 мкм – це діаметр центрального провідника, а 125 мкм – діаметр зовнішнього провідника.

У багатомодових кабелях у внутрішньому провіднику одночасно є кілька світлових променів, що відбиваються від зовнішнього провідника під різними кутами. Кут відображення променя називається модою променя. У багатомодових кабелях з плавною зміною коефіцієнта переломлення режим поширення кожної моди має більш складний характер.

Багатомодові кабелі мають більш вузьку смугу пропущення - від 500 до 800 МГц/км. Звуження смуги відбувається через втрати світлової енергії при відбитті, а також внаслідок інтерференції променів різних мод.

Як джерела випромінювання світла у волоконно-оптичних кабелях застосовуються:

- світлодіоди;

- напівпровідникові лазери.

Для одномодових кабелів застосовуються тільки напівпровідникові лазери, оскільки при такому малому діаметрі оптичного волокна світловий потік, який створюється світлодіодом, неможливо без значних втрат направити у волокно. Для багатомодових кабелів використовуються дешевші світлодіодові випромінювачі.

Для передачі інформації застосовується світло з довжиною хвилі 1550 нм, 1300 нм та 850 нм. Світлодіоди можуть випромінювати світло з довжиною хвилі 850 нм і 1300 нм. Випромінювачі з довжиною хвилі 850 нм істотно дешевше, ніж випромінювачі з довжиною хвилі 1300 нм, але смуга пропускання кабелю для хвиль 850 нм дорівнюватиме 200 МГц/км замість 500 МГц/км. Лазерні випромінювачі працюють на довжинах хвиль 1300 і 1550 нм. Швидкодія сучасних лазерів дозволяє модулювати світловий потік з частотами 10 ГГц і вище. Лазерні випромінювачі створюють когерентний потік світла, за рахунок чого втрати в оптичних волокнах стають менші, ніж при використанні некогерентного потоку світлодіодів.

Використання тільки декількох довжин хвиль для передачі інформації в оптичних волокнах пов’язано з особливістю їх АЧХ. Саме для цих дискретних довжин хвиль спостерігаються яскраво виражені максимуми передачі потужності сигналу, а для інших хвиль загасання у волокнах істотно вище.

Волоконно-оптичні кабелі приєднують до обладнання роз’ємами MIC, ST і SC.

Волоконно-оптичні кабелі мають відмінні характеристики всіх типів: електромагнітними, механічними (добре гнуться, а у відповідній ізоляції володіють гарною механічною міцністю). Однак у них є один серйозний недолік ­– складність з’єднання волокон з роз’ємами і між собою при необхідності нарощування довжини кабелю. Вартість волоконно-оптичних кабелів ненабагато перевищує вартість кабелів на основі скрученої пари, однак проведення монтажних робіт з оптичним волокном обходиться набагато дорожче через трудомісткість операцій і високої вартості застосовуваного монтажного обладнання. Так, приєднання оптичного волокна до роз’єму вимагає проведення високоточної обрізки волокна в площині строго перпендикулярній осі волокна, а також виконання з’єднання шляхом складної операції склеювання, а не обтиснення, як це робиться для скрученої пари. Виконання ж неякісних з’єднань відразу різко звужує смугу пропущення волоконно-оптичних кабелів.