Оптоволоконні кабелі

Оптоволоконний (він же волоконно-оптичний) кабель - це принципово інший тип кабелю в порівнянні з двома типами електричного або мідного кабелю, що розгледіли. Інформація по ньому передається не електричним сигналом, а світловим. Головний його елемент - це прозоре скловолокно, по якому світло минає на величезні відстані (до десятків кілометрів) з незначним ослабанням.

Мал. 2.4. Структура оптоволоконного кабелю

Структура оптоволоконного кабелю дуже проста і схожа на структуру коаксіального електричного кабелю (мал. 2.4). Тільки замість центрального мідного дроту тут використовується тонке (діаметром близько 1 - 10 мкм) скловолокно, а замість внутрішньої ізоляції - скляна або пластикова оболонка, що не дозволяє світлу виходити за межі скловолокна. В даному випадку мова йде про режимі так званого повного внутрішнього віддзеркалення світла від кордону двох речовин з різними коефіцієнтами заломлення (біля скляної оболонки коефіцієнт заломлення значно нижчий, ніж біля центрального волокна). Металеве обплетення кабелю зазвичай відсутнє, оскільки екранування від зовнішніх електромагнітних перешкод тут не потрібне. Проте інколи її все-таки застосовують для механічного захисту від навколишнього середовища (такий кабель інколи називають броньовим, він може об'єднувати під однією оболонкою декілька оптоволоконних кабелів).

Оптоволоконний кабель володіє винятковими характеристиками по перешкодозахисній і секретності передаваної інформації. Ніякі зовнішні електромагнітні перешкоди в принципі не здатні спотворити світловий сигнал, а сам сигнал не породжує зовнішніх електромагнітних випромінювань. Підключитися до цього типа кабелю для несанкціонованого прослухування мережі практично неможливо, оскільки при цьому порушується цілісність кабелю. Теоретично можлива смуга пропускання такого кабелю досягає величини 1012 Гц, тобто 1000 Ггц, що незрівняно вище, ніж біля електричних кабелів. Вартість оптоволоконного кабелю постійно знижується і зараз приблизно дорівнює вартості тонкого коаксіального кабелю.

Типова величина загасання сигналу в оптоволоконних кабелях на частотах, використовуваних в локальних мережах, складає від 5 до 20 дБ/км, що приблизно відповідає показникам електричних кабелів на низьких частотах. Але в разі оптоволоконного кабелю при зростанні частоти передаваного сигналу загасання збільшується дуже трохи, і на великих частотах (особливі понад 200 Мгц) його переваги перед електричним кабелем незаперечні, у нього просто немає конкурентів.

Проте оптоволоконний кабель має і деякі недоліки.

Найголовніший з них - висока складність монтажу (при установці роз'ємів необхідна мікронна точність, від точності скола скловолокна і ступеня його поліровки сильно залежить загасання в роз'ємі). Для установки роз'ємів застосовують зварку або склеювання за допомогою спеціального гелю, що має такий же коефіцієнт заломлення світла, що і скловолокно. У будь-якому випадку для цього потрібна висока кваліфікація персоналу і спеціальні інструменти. Тому найчастіше оптоволоконний кабель продається у вигляді заздалегідь нарізаних шматків різної довжини, на обох кінцях яких вже встановлені роз'єми потрібного типа. Слід пам'ятати, що неякісна установка роз'єму різко знижує допустиму довжину кабелю, визначувану загасанням.

Також треба пам'ятати, що використання оптоволоконного кабелю вимагає спеціальних оптичних приймачів і передавачів, що перетворюють світлові сигнали в електричних і назад, що деколи істотно збільшує вартість мережі в цілому.

Оптоволоконні кабелі допускають розгалуження сигналів (для цього проводяться спеціальні пасивні розгалуджувачі (couplers) на 2-8 каналів), але, як правило, їх використовують для передачі даних тільки в одному напрямі між одним передавачем і одним приймачем. Адже будь-яке розгалуження неминуче сильно ослабляє світловий сигнал, і якщо розгалужень буде багато, то світло може просто не дійти до кінця мережі. Крім того, в розгалуджувачі є і внутрішні втрати, так що сумарна потужність сигналу на виході менше вхідної потужності.

Оптоволоконний кабель менш готується і гнучкий, чим електричний. Типова величина допустимого радіусу вигину складає близько 10 - 20 см, при менших радіусах вигину центральне волокно може зламатися. Погано переносить кабель і механічне розтягування, а також роздавлюючі дії.

Чутливий оптоволоконний кабель і до іонізуючих випромінювань, із-за яких знижується прозорість скловолокна, тобто збільшується загасання сигналу. Різкі перепади температури також негативно позначаються на нім, скловолокно може тріснути.

Застосовують оптоволоконний кабель тільки в мережах з топологією зірка і кільце. Жодних проблем узгодження і заземлення в даному випадку не існує. Кабель забезпечує ідеальну гальванічну розв'язку комп'ютерів мережі. В майбутньому цей тип кабелю, ймовірно, витіснить електричні кабелі або, в усякому разі, сильно потіснить їх. Запаси міді на планеті виснажуються, а сировини для виробництва скла більш ніж достатньо.

Існують два різні типи оптоволоконного кабелю:

• багатомодовийабо мультимодовыйкабель, дешевший, але менш якісніший;

• одномодовийкабель, більш дорогою, але має кращі характеристики в порівнянні з першим.

Суть відмінності між цими двома типами зводиться до різних режимів проходження світлових променів в кабелі.

Мал. 2.5. Розповсюдження світла в одномодовому кабелі

У одномодовому кабелі практично всі промені минають один і той же шлях, внаслідок чого вони досягають приймача одночасно, і форма сигналу майже не спотворюється (мал. 2.5). Одномодовий кабель має діаметр центрального волокна близько 1,3 мкм і передає світло тільки з такою ж довжиною хвилі (1,3 мкм). Дисперсія і втрати сигналу при цьому дуже незначні, що дозволяє передавати сигнали на значно більшу відстань, чим в разі застосування багатомодового кабелю. Для одномодового кабелю застосовуються лазерні приймачі, що використовують світло виключно з необхідною довжиною хвилі. Такі приймачі поки що порівняно дорогі і не довговічні. Проте в перспективі одномодовий кабель повинен стати основним типом завдяки своїм прекрасним характеристикам. До того ж лазери мають більшу швидкодію, чим звичайні світлодіоди. Загасання сигналу в одномодовому кабелі складає близько 5 дБ/км і може бути навіть понижено до 1 дБ/км.

Мал. 2.6. Розповсюдження світла в багатомодовому кабелі.

У багатомодовому кабелі траєкторії світлових променів мають помітний розкид, внаслідок чого форма сигналу на приймальному кінці кабелю спотворюється (мал. 2.6). Центральне волокно має діаметр 62,5 мкм, а діаметр зовнішньої оболонки 125 мкм (це інколи позначається як 62,5/125). Для передачі використовується звичайний (не лазерний) світлодіод, що знижує вартість і збільшує термін служби приймачів в порівнянні з одномодовим кабелем. Довжина хвилі світла в багатомодовому кабелі рівна 0,85 мкм, при цьому спостерігається розкид довжин хвиль близько 30 - 50 нм. Допустима довжина кабелю складає 2 - 5 км. Багатомодовий кабель - це основний тип оптоволоконного кабелю в даний час, оскільки він дешевше і доступнее. Загасання в багатомодовому кабелі більше, ніж в одномодовому і складає 5 - 20 дБ/км.

Типова величина затримки для найбільш поширених кабелів складає близько 4-5 нс/м, що близько до величини затримки в електричних кабелях.

Оптоволоконні кабелі, як і електричні, випускаються у виконанні plenum і non-plenum.