Fiberoptiska kablar används idag i stor utsträckning för dataöverföring. Inom vissa IT-områden har de helt ersatt traditionella kommunikationslinjer baserade på metallledare. Optiska linjer är särskilt effektiva där stora mängder data måste överföras över långa avstånd.
Innehåll
Den fysiska grunden för fiberoptik
De fysiska principerna för optisk fiberdrift är baserade på principen om total reflektion. Om vi tar två medier med olika brytningsindex n1 och n2, och n2<n1 (till exempel luft och glas eller glas och genomskinlig plast) och släpp en ljusstråle i en vinkel α mot gränssnittet, då kommer två händelser att inträffa.
En stråle (indikerad med rött i figuren), som avfyras uppifrån till vänster (längs pilen), kommer att brytas delvis och gå genom ett medium med ett brytningsindex n2 vinkel α1<α - denna del av strålen indikeras med en streckad linje.Den andra delen av strålen kommer att reflekteras från gränsytan i samma vinkel. Om strålen avfyras i en grundare vinkel β (den gröna strålen i figuren), kommer samma sak att hända - partiell reflektion och partiell brytning i en vinkel β1.
Om infallsvinkeln α reduceras ytterligare (blå stråle i figuren) kan den bryta delen av strålen "glida" nästan parallellt med mediagränssnittet (blå streckad linje). En ytterligare minskning av infallsvinkeln (en grön stråle som faller in i en vinkel β) kommer att orsaka ett kvalitativt hopp - den brutna delen kommer att saknas. Strålen kommer att reflekteras helt från gränssnittet mellan de två medierna. Denna vinkel kallas totalreflektionsvinkeln, och själva fenomenet kallas totalreflektion. Detsamma kommer att observeras med en ytterligare minskning av infallsvinkeln.
Optisk fiberenhet
Optisk fiber bygger på denna princip. Den består av två koaxiallager med olika optisk densitet.
Om en ljusstråle kommer in i den öppna änden av fibern i en vinkel som är större än ljusreflektionsvinkeln, kommer den att reflekteras fullständigt från kontaktgränsen för två medier med olika brytningsindex, med låg dämpning vid varje "hopp".
Den yttre delen av den optiska fibern är gjord av plast. Den inre kan också vara gjord av transparent plast, då kan den böjas i tillräckligt stora vinklar (även rullas in i en ring, och ljuset som kommer in kommer fortfarande att passera från ena änden till den andra med dämpning beroende på de optiska egenskaperna hos plasten och längden på ljusledaren). För stamkablar där flexibiliteten inte är lika viktig är den inre kärnan vanligtvis av glas.Detta minskar dämpningen, minskar kostnaden för fibern, men den blir känslig för böjningar.
För att öka genomströmningen av en optisk linje produceras fibern i en tvåläges- eller multilägesversion. För att göra detta ökas kärntvärsnittet till 50 mikron eller 62,5 mikron (mot 10 mikron för enkelläge). Två eller flera signaler kan sändas samtidigt genom en sådan optisk fiber.
Denna konstruktion av den optiska transmissionsledningen har vissa nackdelar. En av dem är ljusspridningen som orsakas av den olika vägen för varje signal. De lärde sig att hantera det genom att göra en kärna med en gradient (som ändras från mitten till kanterna) brytningsindex. På grund av detta korrigeras vägarna för olika strålar.
Kablar med multimodefibrer används huvudsakligen för lokala nätverk (inom samma byggnad, ett företag, etc.), och med singelmodsfibrer - för stamlinjer.
Fiber linje enhet
FOCL sänder en ljussignal som genereras av en lysdiod eller en laser. En elektrisk signal genereras i sändaren. Slutanordningen behöver också en signal i form av elektriska impulser. Därför kommer det att vara nödvändigt att omvandla originaldata två gånger. Ett förenklat diagram över en fiberoptisk linje visas i figuren.
Signalen från sändaren omvandlas till ljuspulser och sänds över en optisk linje. Effekten hos sändarna på sändningssidan är begränsad, därför installeras på långa linjer med vissa intervall enheter som kompenserar för dämpning - optiska förstärkare, regeneratorer eller repeatrar.På mottagningssidan finns ytterligare en omvandlare som omvandlar den optiska signalen till en elektrisk.
Design av optisk kabel
För att organisera en fiberoptisk linje används individuella fibrer som en del av en optisk kabel. Dess design beror på syftet med transmissionsledningen och läggningsmetoden, men i allmänhet innehåller den flera fibrer med en individuell skyddsbeläggning (från repor och mekanisk skada). Sådant skydd utförs vanligtvis i två lager - först ett sammansatt skal och på toppen - en extra beläggning av plast eller lack. Fibrerna är inneslutna i en gemensam mantel (som konventionella elkablar), som bestämmer kabelns omfattning och väljs med hänsyn till de yttre påverkan som ledningen kommer att utsättas för under drift.
När man lägger i kabelrännor finns det problem med att skydda ledningarna från gnagare. I det här fallet är det nödvändigt att välja en kabel vars yttre mantel är förstärkt med ståltejp eller trådpansar. Glasfibrer används också som skydd mot skador.
Om kabeln läggs i ett rör behövs ingen förstärkt mantel. Metallröret skyddar på ett tillförlitligt sätt mot tänderna på möss och råttor. Det yttre skalet kan göras lätt. Detta gör det lättare att dra åt kabeln inuti röret.
Om en lina ska läggas i marken utförs skydd i form av korrosionsskyddade vajerpansar eller glasfiberstänger. Det ger högt motstånd inte bara mot kompression, utan också mot stretching.
Om kabeln ska läggas i havsområden, över floder och andra vattenbarriärer, på sumpig mark etc. appliceras ytterligare skydd från en aluminiumpolymertejp. På så sätt förhindras vatten från att komma in.
Dessutom innehåller många kablar inuti en gemensam mantel:
- förstärkningsstänger som tjänar till att ge strukturen större styrka under yttre mekanisk påverkan och under termisk förlängning av linjen;
- fyllmedel - plasttrådar som fyller tomma områden mellan fibrer och andra element;
- kraftstavar (deras syfte är att öka dragbelastningen).
I stora spann är linan upphängd i en kabel, men det finns självbärande kablar. Den bärande metallkabeln är inbyggd direkt i skalet.
Som en separat typ av fiberoptisk linje bör en optisk patchkabel nämnas. Denna kabel innehåller en eller två fibrer (single mode eller dual mode) inneslutna i en gemensam mantel. På båda sidor är sladden försedd med kontakter för anslutning. Sådana kablar är av kort längd och är avsedda för anslutning av utrustning på kort avstånd eller för att lägga in kommunikation inom skåpet.
Fördelar och nackdelar med optiska kablar
De otvivelaktiga fördelarna med optiska kablar, som bestämde den breda distributionen av sådana kommunikationslinjer, inkluderar:
- hög brusimmunitet - ljussignalen påverkas inte av hushålls- och industriell elektromagnetisk strålning, och själva linjen avger inte (detta gör det svårt för obehörig åtkomst till den överförda informationen och skapar inte problem med elektromagnetisk kompatibilitet);
- full galvanisk isolering mellan den mottagande och sändande sidan;
- låg dämpningsnivå - mycket mindre än för trådbundna linjer;
- lång livslängd;
- stor genomströmning.
I moderna verkligheter spelar det också roll att kabeln inte lockar metalltjuvar.
Optik är inte utan brister. Först och främst är detta komplexiteten i installation och anslutning, vilket kräver speciell utrustning, verktyg och material, och ställer också ökade krav på kvalifikationerna hos personal som är involverad i installation och underhåll av linjer. De flesta fel i FOCL är förknippade med installationsfel, som kanske inte visar sig omedelbart. Inledningsvis var kostnaden för själva linjen också hög, men teknikutvecklingen har gjort det möjligt att jämna ut denna nackdel till konkurrenskraftiga nivåer.
Optiska kommunikationslinjer har ockuperat en seriös sektor på marknaden för kommunikationsmaterial. Inom en överskådlig framtid ser de inget seriöst alternativ om det inte sker ett tekniskt genombrott.
Liknande artiklar:
