Optické káble sú dnes široko používané na prenos dát. V niektorých oblastiach IT úplne nahradili tradičné komunikačné linky na báze kovových vodičov. Optické linky sú obzvlášť účinné tam, kde sa musí prenášať veľké množstvo dát na veľké vzdialenosti.
Obsah
Fyzikálny základ vláknovej optiky
Fyzikálne princípy fungovania optického vlákna sú založené na princípe úplného odrazu. Ak vezmeme dve prostredia s rôznymi indexmi lomu n1 a n2, a n2<n1 (napríklad vzduch a sklo alebo sklo a priehľadný plast) a nechajte lúč svetla pod uhlom α k rozhraniu, potom nastanú dve udalosti.
Lúč (na obrázku vyznačený červenou farbou), vypustený vľavo hore (pozdĺž šípky), bude čiastočne lomený a prejde cez médium s indexom lomu n2 uhol α1<α - táto časť lúča je označená prerušovanou čiarou.Druhá časť lúča sa bude odrážať od rozhrania pod rovnakým uhlom. Ak je lúč vyžarovaný pod menším uhlom β (zelený lúč na obrázku), stane sa to isté – čiastočný odraz a čiastočný lom pod uhlom β1.
Ak sa uhol dopadu α ďalej zmenší (modrý lúč na obrázku), potom môže lomená časť lúča „kĺzať“ takmer rovnobežne s rozhraním média (modrá prerušovaná čiara). Ďalšie zníženie uhla dopadu (zelený lúč dopadajúci pod uhlom β) spôsobí kvalitatívny skok – bude chýbať lomená časť. Lúč sa úplne odrazí od rozhrania medzi dvoma médiami. Tento uhol sa nazýva uhol úplného odrazu a samotný jav sa nazýva úplný odraz. To isté bude pozorované s ďalším znížením uhla dopadu.
Zariadenie s optickým vláknom
Optické vlákno je postavené na tomto princípe. Skladá sa z dvoch koaxiálnych vrstiev s rôznou optickou hustotou.
Ak svetelný lúč vstúpi do otvoreného konca vlákna pod uhlom väčším ako je uhol odrazu svetla, úplne sa odrazí od kontaktnej hranice dvoch médií s rôznymi indexmi lomu, s nízkym útlmom pri každom „skoku“.
Vonkajšia časť optického vlákna je vyrobená z plastu. Vnútorná môže byť aj z priehľadného plastu, potom sa dá ohnúť v dostatočne veľkých uhloch (aj zrolovať do prstenca a svetlo, ktoré sa dostane dovnútra, bude stále prechádzať z jedného konca na druhý s útlmom v závislosti od optických vlastností plast a dĺžka svetlovodu). Pre chrbticové káble, kde flexibilita nie je taká dôležitá, je vnútorné jadro zvyčajne vyrobené zo skla.Tým sa zníži útlm, zníži sa cena vlákna, ale stane sa citlivým na ohyby.
Pre zvýšenie priepustnosti optickej linky sa vlákno vyrába v dvojmódovej alebo multimódovej verzii. Za týmto účelom sa prierez jadra zväčší na 50 mikrónov alebo 62,5 mikrónov (oproti 10 mikrónov pre jednorežimový režim). Cez takéto optické vlákno možno súčasne prenášať dva alebo viac signálov.
Táto konštrukcia optického prenosového vedenia má určité nevýhody. Jedným z nich je rozptyl svetla spôsobený odlišnou cestou každého signálu. Naučili sa to riešiť tak, že vyrobili jadro s gradientom (meniacim sa od stredu k okrajom) indexom lomu. Vďaka tomu sa korigujú trasy rôznych lúčov.
Káble s multimódovými vláknami sa používajú hlavne pre lokálne siete (v rámci tej istej budovy, jedného podniku atď.) A s jednovidovými vláknami - pre diaľkové vedenia.
Zariadenie s vláknovou linkou
FOCL vysiela svetelný signál generovaný LED alebo laserom. Vo vysielači sa generuje elektrický signál. Koncové zariadenie potrebuje aj signál vo forme elektrických impulzov. Preto bude potrebné pôvodné dáta transformovať dvakrát. Zjednodušená schéma optického vedenia je znázornená na obrázku.
Signál z vysielača je prevedený na svetelné impulzy a prenášaný cez optickú linku. Výkon žiaričov na vysielacej strane je obmedzený, preto sa na dlhých linkách v určitých intervaloch inštalujú zariadenia kompenzujúce útlm - optické zosilňovače, regenerátory alebo opakovače.Na prijímacej strane je ďalší prevodník, ktorý transformuje optický signál na elektrický.
Dizajn optického kábla
Na usporiadanie optického vedenia sa jednotlivé vlákna používajú ako súčasť optického kábla. Jeho dizajn závisí od účelu prenosového vedenia a spôsobu kladenia, ale vo všeobecnosti obsahuje niekoľko vlákien s individuálnym ochranným povlakom (pred poškriabaním a mechanickým poškodením). Takáto ochrana sa zvyčajne vykonáva v dvoch vrstvách - po prvé, zložená škrupina a na vrchu - dodatočný náter z plastu alebo laku. Vlákna sú uzavreté v spoločnom plášti (ako bežné elektrické káble), ktorý určuje rozsah kábla a vyberá sa s prihliadnutím na vonkajšie vplyvy, ktorým bude vedenie počas prevádzky vystavené.
Pri ukladaní do káblových žľabov vzniká problém ochrany vedenia pred hlodavcami. V tomto prípade je potrebné zvoliť kábel, ktorého vonkajší plášť je vystužený oceľovou páskou alebo drôteným pancierom. Sklenené vlákna sa používajú aj ako ochrana pred poškodením.
Ak je kábel položený v potrubí, nie je potrebný zosilnený plášť. Kovová trubica spoľahlivo chráni pred zubami myší a potkanov. Vonkajší plášť môže byť ľahký. To uľahčuje utiahnutie kábla vo vnútri potrubia.
Ak sa má vedenie uložiť do zeme, ochrana sa vykonáva vo forme drôteného panciera s ochranou proti korózii alebo sklolaminátových tyčí. Poskytuje vysokú odolnosť nielen proti stlačeniu, ale aj natiahnutiu.
Ak sa má kábel položiť v morských oblastiach, cez rieky a iné vodné bariéry, na bažinatú pôdu atď., použije sa dodatočná ochrana hliníkovou polymérovou páskou. Takto sa zabráni vniknutiu vody.
Tiež veľa káblov vo vnútri spoločného plášťa obsahuje:
- výstužné tyče, ktoré slúžia na dodanie väčšej pevnosti konštrukcie pri vonkajších mechanických vplyvoch a pri tepelnom predlžovaní vlasca;
- plnivá - plastové nite, ktoré vyplňujú prázdne miesta medzi vláknami a inými prvkami;
- silové tyče (ich účelom je zvýšiť ťahové zaťaženie).
Vo veľkých rozpätiach je vedenie zavesené na kábli, existujú však samonosné káble. Nosný kovový kábel je zabudovaný priamo v plášti.
Ako samostatný typ optického vedenia treba spomenúť optický prepojovací kábel. Tento kábel obsahuje jedno alebo dve vlákna (single mode alebo dual mode) uzavreté v spoločnom plášti. Na oboch stranách je kábel vybavený konektormi na pripojenie. Takéto káble majú krátku dĺžku a sú určené na pripojenie zariadení na krátku vzdialenosť alebo na kladenie vnútroskriňových komunikácií.
Výhody a nevýhody optických káblov
Nepochybné výhody optických káblov, ktoré určili širokú distribúciu takýchto komunikačných liniek, zahŕňajú:
- vysoká odolnosť proti šumu - svetelný signál nie je ovplyvnený domácim a priemyselným elektromagnetickým žiarením a samotná linka nevyžaruje (to sťažuje neoprávnený prístup k prenášaným informáciám a nevytvára problémy s elektromagnetickou kompatibilitou);
- úplné galvanické oddelenie medzi prijímacou a vysielacou stranou;
- nízka úroveň útlmu - oveľa nižšia ako u káblových vedení;
- dlhá životnosť;
- veľká priepustnosť.
V modernej realite záleží aj na tom, aby kábel nelákal zlodejov kovov.
Optika nie je bez chýb. V prvom rade je to zložitosť inštalácie a pripojenia, ktorá si vyžaduje špeciálne vybavenie, nástroje a materiály a tiež kladie zvýšené požiadavky na kvalifikáciu personálu, ktorý sa podieľa na inštalácii a údržbe vedení. Väčšina porúch v FOCL je spojená s chybami inštalácie, ktoré sa nemusia prejaviť okamžite. Pôvodne boli vysoké aj náklady na samotnú linku, no vývoj technológie umožnil vyrovnať túto nevýhodu na konkurenčnú úroveň.
Optické komunikačné linky obsadili vážny sektor na trhu komunikačných materiálov. V dohľadnej dobe nevidia serióznu alternatívu, pokiaľ nepríde k technologickému prielomu.
Podobné články:
