Волоконно-оптический канал в настоящее время является наиболее совершенной средой для передачи информации. Человеческие технологии не могут предложить ничего даже о сопоставимых параметрах передачи сигнала. Волоконная оптика имеет несколько важных преимуществ, которые обусловили их широкое применение в современном мире. В различных промышленных структурах проблема электромагнитного поля - это порядок дня, который легко нарушает передачу в обычных кабелях. Сам свет, являющийся электромагнитной волной, нечувствителен к этим помехам. Поэтому оптические волокна широко используются в телекоммуникационных системах, используемых на электростанциях. Вы можете даже прикрепить оптическое волокно к одному из проводящих электричество кабелей или сделать энергетический кабель, содержащий внутри оптоволоконный кабель. Также широкая полоса оказывает большое влияние на такое широкое использование оптического волокна. Мы можем одновременно транслировать множество каналов, будь то компьютерные данные или сигналы цифрового телевидения, не беспокоясь об ограниченной пропускной способности. Оптическое волокно - это оптическая среда, в которой пучок света, ранее модулированный, используется для передачи сигнала. Пропускная способность, предлагаемая оптоволоконным каналом, находится на уровне даже 3 Тбит / с. Отличным свойством также является низкое затухание сигнала при передаче даже сотен или тысяч километров.

В первой волоконно-оптической системе оптоволоконные кабели использовались для соединения трех телефонных станций в США, а точнее в Чикаго , Эти штаб-квартиры были расположены на расстоянии 1 км и 2,4 км друг от друга. Каждый кабель состоял из 24 оптических волокон, и каждое из этих волокон при работе в стандарте T3 имело возможность передавать 672 телефонных канала. После этого успеха стали строить длинные городские волоконно-оптические линии, была построена волоконно-оптическая линия длиной 100 километров, работающая без усилителей. На сегодняшний день существует возможность строительства подводных оптических линий, расположенных на дне океанов. Было подсчитано, что строительство волоконно-оптической линии связи между Лондоном и Нью-Йорком потребует использования только 200 усилителей, равномерно расположенных на расстоянии 6500 км.

Анализируя структуру волокна, мы отмечаем следующие части:

• Ядро (иногда состоящее из нескольких волокон)
• пальто
• Защитный слой

Основным волокнистым материалом является кварцевое стекло, которое определяется соответствующим показателем преломления. Суть оптического волокна заключается в использовании пары веществ с различными показателями преломления. Куртка имеет более низкий показатель преломления, чем сердечник, благодаря чему свет движется в сердечнике. Это связано с полным отражением светового луча от плоскости покрытия. Дополнительно используется изоляция Защитное пальто.

Наиболее распространенным источником светового луча является светодиод или лазер. Луч света передается по оптическому волокну до тех пор, пока он не упадет на фотодиод, фототранзистор или другой светочувствительный элемент. Чтобы предотвратить ошибки передачи, световой луч модулируется соответствующим образом.

Волоконную оптику можно разделить на две основные группы:

• Одномодовые оптические волокна
• Многомодовое волокно

Последние можно далее разделить на следующие категории:

• Волоконно-оптические кабели с шагом коэффициента (шаг изменения показателя преломления)
• Волоконная оптика с коэффициентом градиента (постоянное изменение показателя преломления)

Одномодовое оптическое волокно.

Как следует из названия, один мод передается по оптоволоконному каналу. Поэтому поверхность куртки отражает лучи под постоянным углом. Таким образом, нет дисперсионного явления. В большинстве случаев источником света является лазер. Волоконная оптика этого типа обеспечивает наилучшие свойства (скорость передачи 3 Тбит / с, передача практически без потерь на расстояния более 100 км). Толщина сердечника типичного одномодового кабеля составляет около 5-10 микрометров. А если сравнить с длиной волны проходящего света, равной примерно 1,3 микрометра, можно прийти к Объединение настолько широко используется главным образом благодаря превосходным частотным характеристикам, которые обеспечивают передачу на скоростях, описанных выше. Самым большим препятствием для широкого использования этого типа волокна является высокая цена соединительных элементов, которая должна быть как можно ниже. и очень точный, просто из-за очень маленького диаметра сердечника.

Многомодовое оптическое волокно (коэффициент)

В отличие от одномодового волокна, многие моды передаются по волоконно-оптическому каналу. Поэтому существует явление дисперсии (края передаваемого сигнала размыты) из-за отражений света под разными углами от поверхности мантии. В результате этого дефекта импульсная волна, посылаемая оптоволоконным каналом, воспринимается с определенным искажением на выходе. Чтобы минимизировать явление дисперсии, оптические волокна этого типа используются для более коротких расстояний и более низких скоростей передачи. Светодиод является наиболее часто используемым источником света в этом типе оптического волокна.

Многомодовое оптическое волокно (коэффициент градиента)

Оптоволоконный кабель с коэффициентом градиента является промежуточным звеном между дорогим и высококачественным одномодовым оптоволоконным кабелем, а также дешевым и некачественным многомодовым волокном с постепенным изменением коэффициента отражения. Анализируя значение показателя преломления в сердечнике, можно увидеть, что он непрерывно уменьшается от центра к внешней стороне. Если луч света пытается изменить свой путь, он постепенно отклоняется, пока не начнет проходить через центр кабеля. Многорежимность этого типа оптического волокна обусловлена ​​довольно большой толщиной кабеля и, следовательно, возможностью передачи большего количества модов. Диаметр многомодового кабеля составляет 50 мкм, что на длине волны света порядка 1,3 мкм позволяет передавать множество мод - составляющих светового пучка.

Факторы, ограничивающие длину волокна:

• Дисперсия - в результате этого явления отдельные световые моды проходят через оптическое волокно в разное время. В результате этого дефекта световой луч, поступающий на вход, размыт на выходе оптического волокна. Это в значительной степени ограничивает частоту передаваемых световых импульсов, и, следовательно, скорость передачи также уменьшается. чувствительность уменьшение частотной характеристики подчеркивается в случае многомодовых волокон, где отдельные моды характеризуются различным временем передачи. Также возможно наблюдать естественную дисперсию кварцевого стекла независимо от типа используемого оптического волокна. Эта дисперсия тем выше, чем выше загрязнение кварцевого стекла, также зависит от длины волны света.

• Затухание - это незаменимая особенность любой передачи. Как было написано ранее, передача по оптоволоконному каналу характеризуется практически незначительным демпфированием даже на очень больших расстояниях. Когда в 1970 году были изготовлены первые оптические волокна, их затухание составляло 20 дБ / км. За эти годы большие суммы денег были потрачены на оптимизированную оптоволоконную передачу, что привело к появлению первых оптических волокон, которые стали широко использоваться. Они работали на длине волны 0,85 микрометра. В кабелях второго поколения для передачи использовались передатчики света длиной 1,3 микрометра, благодаря наименьшей дисперсии, которая возникает на такой длине волны. Нынешнее третье поколение волоконно-оптических кабелей работает в глубоком инфракрасном диапазоне, длина волны которого составляет около 1,55 мкм. Такие параметры были введены из-за испытаний, которые показали самую низкую восприимчивость к затуханию на этой длине волны. Это всего лишь 0,16 дБ / км.

Отдельная проблема технологии оптоволокна, которая должна быть более подробно обсуждена, - это соединение двух оптических волокон друг с другом. Это особенно проблематично с одномодовой волоконной оптикой. Тонкие сердечники толщиной всего 5 микрометров должны идеально сочетаться друг с другом. В противном случае из-за отражений Френеля на контактах происходит сильное демпфирование, которое в лучшем случае составляет около 4%. Это приводит к ослаблению обычно между 0,2 - 2 дБ, в зависимости от типа соединения и точности исполнения.

Из-за малой толщины сердечника в одномодовые волокна может быть введен только один луч света. Сигнал, полученный на выходе, является почти точной копией входного сигнала. В многомодовом волокне мы можем посылать много мод - световых пучков, но из-за явления рассеивания полученный выходной сигнал размыт по сравнению с отправленным. По мере увеличения длины такого волокна и скорости передачи данных размытие становится больше. Благодаря использованию оптических волокон с непрерывным показателем преломления мы можем отправлять множество световых пучков на довольно большие расстояния.

Кабели, с которыми обычно сталкиваются в связи с их применением, можно разделить на две группы:

• Внешний кабель - в котором отдельные оптические волокна находятся в рыхлых трубках, заполненных гелем. Эти волокна обернуты вокруг расположенного в центре изолятора, который выполняет функцию усиления. Кабель очень устойчив к неблагоприятным внешним условиям. Это связано с тем, что сердечник окружен подходящей оплеткой и имеет специальную наружную футболку из полиэтилена, нечувствительную к влаге и солнечному излучению.

• Внутренний кабель - специально приспособлен для использования внутри зданий. У него тонкий защитный слой, но он не такой стойкий, как внешние кабели, для работы в неблагоприятных условиях.

Если бы только один сигнал мог быть передан по оптоволоконному каналу, все технологии были бы не очень полезны. Вы можете передавать много сигналов с аналогичными, но правильно измененными длинами волн света. Этот процесс называется мультиплексированием с разделением по длине волны (WDM). При передаче отдельных пакетов данных на соответствующих длинах волн ограничений нет. Это потому, что световые лучи никак не связаны между собой. Существует также второй способ передачи множества лучей данных по каналу, он заключается в мультиплексировании времени передачи отдельных данных. Английское сокращение для этого типа воспроизведения - мультиплексирование с временным разделением (TDM).

Рассматривая передачу данных по оптоволоконному кабелю многим пользователям, мы сталкиваемся с проблемой перенаправления светового луча, чтобы он достиг нужного получателя. Перенаправления реализуют устройства, называемые коммутаторами. Примером коммутатора является продукт от Lecent Technologies: Wavestar Lambda Router. Устройство состоит из множества миниатюрных зеркал, каждое диаметром 5 мм. Все зеркала являются подвижными благодаря их размещению на полупроводниковых переходах, гибкость и форма которых напоминают сравнение для пружин. Магнитное поле контролируется набором зеркал, адекватно контролирующих положение каждого из них, и, таким образом, воздействует на луч света, который отражается от зеркала в нужное место. Из-за механической конструкции переключателя нельзя избежать некоторых задержек в управлении зеркалами. Чтобы предотвратить искажения или потерю информации, следует хранить соответствующие буферы, в которых будут храниться данные, полученные устройством уже во время переключения.

Оптоволоконные линии работают с обычными системами связи. Таким образом, существует необходимость в соответствующем преобразовании сигнала в виде оптического в электрический и наоборот. Устройства, которые выполняют эти функции, называются оптоэлектрическими переключателями. У нас обычно есть некоторые задержки для каждого преобразования. Это не отличается в волоконной оптике. Каждое преобразование отражается в уменьшении всей пропускной способности сети.В случае оптоволоконного соединения с сетевыми картами используются соединители оптоволоконного соединения.

Подводя итог, следует отметить, что бум на рынке телекоммуникаций привел к развитию и совершенствованию волоконно-оптических технологий. Уже невозможно представить функционирование сетей с большой пропускной способностью в терабайты без использования оптоволоконных кабелей. Волоконная оптика обеспечивает почти идеальную передачу на огромные расстояния. На сегодняшний день они используются как в крупных городских сетях, так и в крупных локальных сетях. Особенно, когда необходимо соединить два удаленных места, в случае необходимости передачи, которая нарушается электромагнитными волнами и, конечно, при обеспечении очень высокой скорости передачи. Из-за относительно высокой стоимости соединителей они пока не используются в небольших локальных сетях.

Оптические волокна в настоящее время используются во многих сферах жизни, например, в:

• Телефонная связь
• Телекоммуникационные железнодорожные сети
• Полевая связь
• Телекоммуникационные сети на электростанциях
• Абонентское обслуживание
• Телекоммуникационные линии работают вместе с линиями электропередач
• Телевидение, в основном при передаче изображений с нескольких камер
• Кабельное телевидение
• Системы дистанционного управления и оповещения
• компьютеры
• Локальные компьютерные сети
• Проводка самолета и корабля (низкий риск возгорания)