Как работает оптоволоконный кабель
Перейти к содержимому

Как работает оптоволоконный кабель

  • автор:

Как это работает. Оптоволокно

Как это работает. Оптоволокно

В современном мире оптоволоконные кабели – одно из самых популярных средств передачи данных. Еще несколько десятилетий назад путешествие терабайтов информации по таким «стеклянным световодам» казалось бы настоящей магией. Современный человек сталкивается с данной технологией ежедневно. Скоростной интернет, цифровое телевидение, мобильная связь – все это стало возможным благодаря оптоволоконному кабелю.

Оптическое волокно продолжает активно использоваться в самых высокотехнологичных областях. К примеру, недавно специалисты холдинга «Швабе» Госкорпорации Ростех представили инновационное кварцевое оптоволокно , на основе которого можно создавать системы связи нового поколения для промышленности и транспорта. Про новинку «Швабе», а также об устройстве и принципе действия оптоволоконного кабеля – в нашем материале.

Первые «световоды»: история появления оптической связи

Использовать свет для передачи информации научились достаточно давно. Можно вспомнить оптический телеграф, который появился во Франции еще в XVIII веке. Тогда он был способен удивить своей невероятной скоростью – передать информацию на 200 км всего за пятнадцать минут. Кстати, известный русский изобретатель Иван Кулибин доработал данную технологию и буквально через год представил свою «дальнеизвещающую машину».

В 1824 году в России начала свою работу первая линия оптического телеграфа, а немного позже открылась линия связи Петербург-Варшава длиной 1200 км, по тем временам это мировой рекорд по протяженности. Отправку «оптической» телеграммы можно сравнить с современным Интернетом, за исключением скорости – около 20 минут занимала передача 45 условных сигналов из Петербурга в Варшаву.

z-dowy_ewk.jpg

Оптическая связь в современном понимании возникла в 1950-х годах, когда научились изготавливать тонкие двухслойные волокна из специальных прозрачных материалов. Изобретение лазеров в 1970-х сделало возможным построение волоконно-оптических линий передач. У нас в стране первая оптическая линия связи была запущена в 1977 году в Зеленограде. Кстати, советские технологии в этой области не отставали от лучших мировых аналогов. На первой европейской конференции по волоконно-оптической связи в 1976 году лидерами в отрасли были признаны СССР и Япония.

Проводник для света: принцип работы оптоволокна

Итак, свет можно использовать для передачи информации, и люди поняли это столетия назад. Вначале примитивный способ работал только на расстоянии прямой видимости, а потом оптоволокно позволило передать свет на много тысяч километров, и далеко не по прямой траектории. Но как это возможно? Ключевое слово в объяснении данного явления – преломление. Это и есть основа принципа действия оптоволокна – в нем свет многократно преломляется, оставаясь внутри. По аналогии с электричеством, текущем по металлическому проводу, оптическое волокно иногда называют «светопроводом».

Оптоволокно.jpg

Источником света в кабеле становится лазер. На другом конце кабеля свет ожидает приемное устройство, которое его обратно перекодирует в электрический сигнал. Происходит это очень быстро – лазер включается и выключается несколько миллиардов раз в секунду, передавая миллиарды бит данных. Для сравнения, самый популярный для компьютерных сетей восьмижильный кабель из четырех скрученных пар пропускает до 1000 мегабит в секунду, а оптоволоконный кабель по одной жиле – в три раза больше. Бесспорно, скорость – одно из главных преимуществ оптоволокна. И неудивительно, ведь свет – самое быстрое, что известно во Вселенной.

Само оптическое волокно представляет собой неполую прозрачную трубку, изготовленную из особого материала, обладающего свойствами стекла. Для этой цели ученые стали использовать кварцевое стекло. Несмотря на кажущуюся хрупкость стекла, оптическое волокно обладает особой гибкостью. Его можно даже скрутить в кольцо – на характеристиках кабеля это никак не отразится, и свет без проблем продолжит «бежать» по нему.

Со скоростью света: от метро до космоса

Недавно было представлено новое отечественное кварцевое оптоволокно с улучшенными характеристиками. Новинка – результат кооперации экспертов «Сколкова», холдинга «Швабе» и Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики.

Этот продукт обладает всеми достоинствами традиционного оптоволокна. Помимо малого веса, удобства монтажа и скорости, это еще и невосприимчивость к электромагнитным помехам – световой сигнал невозможно перехватить. У новинки «Швабе» есть и явное преимущество перед существующими аналогами – увеличенный до 100 мкм диаметр сердцевины, вместо типовых 50 мкм и 62,5 мкм, и специальный градиентный профиль показателя преломления. Это повышает надежность сети передачи данных без потери пропускной способности.

335a10eadb62a6e44f43b96f1ec3c758.jpg

Инновационное оптоволокно в первую очередь рассчитано на кабельные системы, работающие в агрессивных условиях окружающей среды. Например, разработка будет применяться в составе бортовых кабельных систем – от поезда метро до самолетов, и даже космических кораблей.

События, связанные с этим

Как это работает. Лазерный гироскоп

Онлайн-доктор: разработки Ростеха для телемедицины

Особенности и принцип работы оптического кабеля

Оптоволокно относится к одному из самых быстрых и надежных средств передачи информационных данных. Кабель из оптического волокна обычно состоит из определенного количества жил (это зависит от индивидуальных требований и характеристик), которые оборачиваются в специальную оплетку. Рассмотрим более детально физические параметры и принципы работы оптики.

Устройство и ключевые особенности оптики
Оптическое волокно является самым быстрым способом передачи информационных данных. Оптоволокно представляет собой многопарный кабель, который состоит из обернутых в защитную оболочку идеально гладких жил (изготавливаются из специального полимера).

Технология передачи информации с использованием оптического волокна считается самой перспективной во всем мире. Она позволяет передавать данные на большие расстояния с максимально высокой скоростью.

Физические параметры
Оптические волокна имеют куда более сложную конструкцию, чем об этом привыкли многие думать. Они имеют: сердечник, отражающую оболочку, слой защитного лака, специальное защитное покрытие (буфер), упрочненный вторичный буфер.

Конструкция оптического кабеля
Оптический кабель представляет собой модуль из 1-288 волокон. Оболочка, которой он покрыт, защищает изделие от негативного воздействия влаги, резких температурных перепадов, а также механических повреждений.

Конструкция оптического кабеля зависит от способа и условий использования:
Изделия для внутреннего применения отличаются защитной пластиковой оболочкой, которая имеет минимум укрепляющих элементов и составляющих, не поддерживающих процесс горения. Оптические кабели для внешнего использования напротив имеют укрепляющие элементы и отличаются высоким уровнем защиты от негативных атмосферных явлений. Защитный слой оптического каебля обеспечивает надежную защиту от механических повреждений, грызунов и влаги.

Гибкость и механическая прочность
Любой современный оптический кабель имеет свои конструкционные особенности, которые сказываются на безопасности использования и долговечности. Это обуславливается наличием защитного покрытия, которое изготавливается из эпоксиакриолата. Толщина буфера может составлять в пределах 250±15 мкм. Для лучшей защиты волокна используются конструкции с вторичным буфером, толщина которого может достигать 900 мкм.

Принцип работы оптики
Передача информации в оптических кабелях осуществляется с применением света – наиболее быстрой материи. Это происходит следующим образом: в медном кабеле появляется электрический сигнал. Этот сигнал поступает в специальный конвертер. Преобразователь «превращает» этот импульс в свет. Свет отражается от стыков границ жил и устремляется вперед. Далее он поступает в приемное устройство и затем осуществляется обратная перекодировка светового сигнала в электрический.

Источником распространяемого света является полупроводниковый лазер или светодиод. Кодирование осуществляется за счет изменения интенсивности света — от 0 до 1. Одной из важных составляющих этой системы является приемный детектор, который преобразует поступающие сигналы в электрические. Информационная передача по оптоволоконному кабелю происходит со скоростью ниже скорости света (~1млрд.км/ч). Это связано с тем, что используемые при передаче микролазеры производят свет с меньшей активностью. Также это обусловлено преломлением лучей.

Важные условия
Для того, чтобы была осуществлена правильная передача информации, важно не только создать световую волну, но еще сохранить ее и пустить в правильном направлении. В однородной среде электромагнитная волна будет распространятся прямолинейно, а вот в условиях наличия границ сохранить ее подачу — сложно.

При правильном выборе материалов во время изготовления кабеля преломление отсутствует, что позволяет направить транспортируемый сигнал внутри замкнутой среды от прямого источника к самому преобразователю. Именно поэтому от качества кабелей зависит правильная работа всей оптоволоконной системы.

Преимущества оптического кабеля
Самым неоспоримым преимуществом оптоволокна является широкий спектр применения. Благодаря тому, что оптический кабель относится к диэлектрикам, его можно использовать в довольно агрессивных условиях. Это делает его абсолютно безопасным при передаче данных как на взрывоопасных объектах, так и на нефтепроизводствах.

При использовании дополнительных специальных оболочек имеется возможность осуществлять прокладку оптоволоконных кабелей в воде и в земле.

Достоинства оптического волокна:
— возможность передачи данных на дальние расстояния;
— высокая четкость и точность подаваемого сигнала;
— минимальная потеря энергии и затухание сигнала (это обуславливается наличием специальных элементов уравновешивающих и поддерживающих сигнал).

Волоконно-оптический кабель: виды и характеристики

Архивы

В современных системах телекоммуникаций ключевую роль играет оперативность, с которой осуществляется обмен информацией. Лучшим инструментом для функционирования сетей является применение волоконно-оптических кабелей (ВОК), которые обеспечивают рекордную скорость передачи данных.

Именно изобретение оптического волокна обеспечило прямой доступ к высокоскоростному интернету огромному количеству людей, в том числе непосредственно в жилищах.

Как работает волоконно-оптический кабель

В обычных кабелях передается электрический сигнал. В материале с высокой электропроводностью под действием электрического напряжения происходит направленное движение электронов.

В волоконно-оптическом кабеле носитель сигнала — световое излучение, посредством которого передается оптический импульс. Внутри прозрачного материала перемещаются кванты света — фотоны. Скорость света в оптоволокне приблизительно 200’000 км/с, которое различается в зависимости от количества не прямолинейных участков. Источником выступают лазеры или светодиоды.

Сигнал доходит мгновенно. Ограничения накладывает пропускная способность волоконно-оптического кабеля, которая в десятки раз выше, чем у электрических линий. Под пропускной способностью понимают количество информации, переданной в единицу времени. При этом потери чрезвычайно малы, что позволяет передавать сигнал на расстояние до нескольких сотен километров, если использовать соответствующее оборудование.

Оптическое волокно представляет собой нить из материала, способного пропускать свет. Благодаря эффекту полного внутреннего отражения луч, отражаясь от стенок, удерживается внутри нити, которую называют волоконно-оптическим световодом. Необходимое количество таковых помещается внутрь изолирующей оболочки и образуют оптоволоконный кабель.

Сфера применения ВОК

Сразу после изобретения оптоволокно не получило массового распространения. Виной тому высокая стоимость кабелей и укладки. Со временем цены снизились и стали демократичнее, что привело к бурному росту популярности волоконно-оптической технологии.

Основное применение ВОК — телекоммуникационные сети различного уровня сложности. С помощью волоконно-оптического кабеля можно создать как сеть для офиса, так и единый канал передачи данных для целого региона и даже страны.

Как осуществляется монтаж

Укладка оптических кабелей почти не отличается от таковой при использовании электрических кабелей. Необходимо учитывать, что оптоволокно является прочным, но хрупким материалом. При прокладке нельзя превышать предельные углы изгиба. Кабели поставляются намотанными на барабаны, имеющие немалый вес, поэтому необходимо убедиться в отсутствии повреждений, неразрывности волокна. На длине оптического кабеля до 2 км неразрывность можно проверить обычным лазерным фонариком.

Затем кабель протягивается по трассе. Усилие протяжки не должно превышать указанную производителем величину. Места соединений должны находиться в доступных, но защищенных от внешних воздействий местах.

Наибольшую сложность представляет сочленение концов оптического кабеля для последующей сварки. Для этого кабель разделывается, освобождается от гидрофобного материала. Зачищенные концы под микроскопом юстируются (совмещаются) и свариваются за счет нагрева электрической дугой. Современные сварочные аппараты полностью автоматизированы и высококачественно выполняют данную операцию.

Конструкция ВОК

Конструкция кабелей различается в зависимости от области применения. К подземному кабелю требования гораздо выше, чем к линии внутри здания. Различия вызваны необходимостью обеспечить нужную прочность кабеля и достаточную изоляцию от внешних воздействий в разных условиях.

Конструкция световода во всех случаях одинакова. Это нить из сверхчистого кварцевого стекла или пластика.

Когда требуется высокая прочность на растяжение, в центре кабеля прокладывается сердцевина из гибкого металла или прочного пластика, вокруг которой располагаются оптические модули с трехслойной изоляцией.

ikb-t

Как классифицируются кабели

Международная электротехническая комиссия предложила свою классификацию ВОК в зависимости от того, где прокладывается кабель:

  • непосредственно в грунте;
  • в трубах, коллекторах;
  • на воздушных линиях (подвесные, с несущим тросом, самонесущие);
  • под водными преградами небольшого размера;
  • для прокладки внутри строений;
  • для прокладки между сооружениями;
  • комбинированный кабель с токопроводящими жилами (для подключения оборудования).

Для каждого вида разработана своя конструкция ВОК, удовлетворяющая требованиям по прочности и влагостойкости, которые зависят от области применения волокна. Для надежной защиты применяются материалы с высокими изоляционными свойствами, которые заключают в прочную металлическую броню.

По принципу распространения оптического сигнала различают два вида волокна:

  • одномодовое;
  • многомодовое.

Одномодовый кабель

Световод, который пропускает один луч света (его называют модой), имеет сердечник диаметром менее 10 мкм. В кабелях с небольшим сечением на распространение сигнала мало влияет модовая дисперсия (рассеяние), величина которой прямо пропорциональна диаметру сердечника. Низкая дисперсия помогает передавать данные на значительные расстояния без затухания сигнала. Соответственно, не требуется большое количество ретрансляторов. Пропускная способность таких кабелей превышает 10 Гбит/с.

Одномодовые кабели по типу волокна подразделяют на два класса.

  1. Кабели с одномодовым оптическим волокном, соответствующее рекомендации ITU-T G.652.D / G.657.A — волокно с малыми изгибными потерями, т.е. волокно с пониженной чувствительностью к изгибам.
  2. Кабели с одномодовым оптическим волокном с ненулевой смещенной дисперсией, соответствующее рекомендации ITU-T G.655. Предназначены для магистральных волоконно-оптических систем передачи данных со спектральным DWDM уплотнением, работающих в C- и L-диапазонах.

Многомодовый волоконно-оптический кабель

Такой кабель позволяет пропускать сквозь себя несколько лучей, которые распространяются по независимым друг от друга путям. В этом случае необходимо применять сердечники большего диаметра, что приводит к значительному возрастанию модовой дисперсии.

Результат более интенсивного рассеяния света внутри кабеля — ускоренное затухание сигнала, что существенно снижает протяженность линии передачи данных. Когда сигнал необходимо передавать на значительные расстояния, появляется потребность в дополнительных ретрансляторах.

В свою очередь, многомодовые кабели по классу оптоволокна подразделяются следующим образом:

Тип волокна Полоса пропускания, МГц/км Расстояние передачи, м
850 нм 1300 нм 1GBase-SR 10GBase-SR 40GBase-SR4 / 10GBase-SR10
62,5/125 ОМ1 более 160 более 500 275
50/125 ОМ2 более 500 более 500 600 83
50/125 ОМ3 более 1500 более 500 1000 300 140
50/125 ОМ4 более 3500 более 500 1100 550 170

Одномодовый или многомодовый кабель, как выбрать

Характеристиками, определяющими выбор между этими типами кабелей, является пропускная способность и протяженность линии.

Трудно переоценить влияние волоконно-оптических линий связи на современное общество. Пользоваться интернетом без задержек и сбоев, получить наличные в любом банкомате, связаться с человеком в любой стране, и многое другое стало возможным благодаря изобретению оптоволокна.

Как работает оптоволоконный кабель

Ваш браузер устарел. Этот сайт может работать неполноценно или выглядеть сломанным. Обновите ваш браузер, если можете.

Принцип работы оптоволоконной связи

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: по телефону: +7 (4152) 41-95-00 или электронной почте: iks@iks.ru. Как выбрать провайдера на Камчатке Как выбрать интернет-провайдера для офиса

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *