Mis on fiiberoptiline kaabel

Tänapäeval kasutatakse andmete edastamiseks laialdaselt kiudoptilisi kaableid. Teatud IT valdkondades on need täielikult asendanud traditsioonilised metalljuhtidel põhinevad sideliinid. Fiiberoptilised liinid on eriti tõhusad seal, kus tuleb edastada suuri andmemahtusid pikkade vahemaade taha.

Kiudoptiliste kaablite füüsikalised alused

Optilise kiu füüsikalised põhimõtted põhinevad täieliku peegelduse põhimõttel. Kui võtame kaks erineva murdumisnäitaja n-ga kandjat₁ ja n₂, koos n₂< n₁ (nt õhk ja klaas või klaas ja läbipaistev plast) ja saadavad liidesele nurga α valguskiire, toimub kaks sündmust.

Ülevalt vasakult (mööda noolt) vallandunud kiir (pildil punasega märgitud) murdub osaliselt ja järgib murdumisnäitaja n keskkonda₂ nurga α all₁<α -="" this="" part="" of="" the="" beam="" is="" indicated="" by="" the="" dashed="" line.="" the="" other="" part="" of="" the="" beam="" will="" be="" reflected="" from="" the="" interface="" at="" the="" same="" angle.="" if="" we="" let="" the="" beam="" under="" a="" more="" gentle="" angle="" β="" (the="" green="" beam="" in="" the="" figure),="" the="" same="" thing="" will="" happen="" -="" partial="" reflection="" and="" partial="" refraction="" under="" the="" angle="">₁.

Kui langemisnurka α veelgi vähendada (joonisel sinine kiir), siis on võimalik saavutada, et kiire murdunud osa "libiseb" praktiliselt paralleelselt liidesega (sinine katkendjoon). Langemisnurga edasine vähendamine (roheline kiir langeb nurga β all) põhjustab kvalitatiivse hüppe - murdunud osa puudub.Kiir peegeldub täielikult kahe kandja liidesest. Seda nurka nimetatakse täieliku peegelduse nurgaks ja nähtust ennast nimetatakse täielikuks peegelduseks. Sama täheldatakse ka siis, kui langemisnurk veelgi väheneb.

Optilise kiu ehitus

See on optiliste kiudude ehitamise põhimõte. See koosneb kahest erineva optilise tihedusega koaksiaalsest kihist.

Kui valguskiir siseneb kiu avatud otsa valguse peegeldusnurgast suurema nurga all, peegeldub see kahe erineva murdumisnäitajaga meediumi kokkupuutepiirilt täielikult, vähese sumbumisega igal "hüppel".

Fiiberoptika välimine osa on valmistatud plastikust. Sisemine võib olla ka läbipaistvast plastikust, siis saab seda üsna suurte nurkade all painutada (kasvõi rõngaks keerata ja sisse pääsev valgus läheb ikka sumbumisega ühest otsast teise, olenevalt optilistest omadustest plastik ja kiu pikkus). Kaugkaablite puhul, kus paindlikkus pole nii oluline, on sisemine südamik tavaliselt klaasist. See vähendab sumbumist, vähendab valguskiu maksumust, kuid muutub tundlikuks painde suhtes.

Optilise liini võimsuse suurendamiseks toodetakse kiud kahe- või mitmerežiimilisena. Sel eesmärgil suurendatakse südamiku ristlõiget 50 µm-ni või 62,5 µm-ni (võrreldes 10 µm üherežiimiga). Sellise valgusjuhi kaudu saab samaaegselt edastada kahte või enamat signaali.

Sellel optilise ülekandeliini konstruktsioonil on teatud puudused. Üks neist on valguse hajumine, mille põhjustab iga signaali erinev marsruut. Nad on õppinud sellega võitlema, tehes südamiku, mille murdumisnäitaja on gradient (keskelt servadeni muutuv). Tänu sellele korrigeeritakse erinevate talade marsruute.

Mitmemoodiliste kiududega kaableid kasutatakse enamasti kohalike võrkude jaoks (ühe hoone, ühe ettevõtte jne piires) ja ühemoodilisi kaableid magistraalliinide jaoks.

Fiiberoptilise liini disain

Fiiberoptiline liin edastab LED-i või laseriga toodetud valgussignaali. Saateseadmes genereeritakse elektriline signaal. Lõppseade vajab ka signaali elektriimpulsside kujul. Seetõttu tuleb algandmed kaks korda teisendada. Kiudoptilise liini lihtsustatud skeem on näidatud joonisel.

Saateseadme signaal muundatakse valgusimpulssideks ja edastatakse üle optilise liini. Saatepoolel olevate emitterite võimsus on piiratud, mistõttu sumbumist kompenseerivad seadmed – optilised võimendid, regeneraatorid või repiiterid – paigutatakse teatud ajavahemike järel suure pikkusega liinidele. Vastuvõtupoolel on veel üks muundur, mis muudab optilise signaali elektrisignaaliks.

Optilise kaabli ehitus

Kiudoptilise liini korraldamiseks kasutatakse üksikuid kiude optilise kaabli osana. Selle konstruktsioon oleneb ülekandeliini otstarbest ja paigaldusviisist, kuid üldiselt sisaldab see mitmeid individuaalse kaitsekattega (kriimustuste ja mehaaniliste kahjustuste eest) kattega optilisi kiude. Sellist kaitset tehakse tavaliselt kahes kihis - esmalt segust kest ja peal täiendav plast- või lakikiht. Kiud on ümbritsetud ühise ümbrisega (sarnaselt tavaliste elektrikaablitega), mis määrab kaabli kasutamise ja valitakse välismõjude põhjal, millega liin töötamise ajal kokku puutub.

Kaablirennidesse paigaldamisel tekib probleem liinide kaitsmisel näriliste eest. Sel juhul on vaja valida kaabel, mille väliskest on tugevdatud teraslindi või traatsoomusega. Ka kaitsena kahjustuste eest kasutatakse klaaskiude.

Kui kaabel asetatakse torusse, pole tugevdatud kesta vaja. Metalltoru kaitseb usaldusväärselt hiirte ja rottide hammaste eest. Väliskesta saab teha kergemaks. See hõlbustab kaabli pingutamist toru sees.

Kui liin asetatakse maasse, toimub kaitse korrosiooni eest kaitstud traatsoomuse või klaaskiudvarraste kujul. Siin tagatakse kõrge vastupidavus mitte ainult kokkusurumisele, vaid ka venitamisele.

Kui kaabel tuleb vedada merele, läbi jõgede ja muude veetakistuste, soise pinnase vms, kasutatakse täiendavat kaitset alumiiniumpolümeerlindi eest. Sel viisil tagatakse kaitse vee sissetungimise vastu.

Lisaks sisaldavad paljud üldises ümbrises olevad kaablid:

• armatuurvardad, mis annavad konstruktsioonile suurema tugevuse väliste mehaaniliste mõjude ja liini termilise pikenemise korral;
• täiteained - plastniidid, mis täidavad tühjad alad kiudude ja muude elementide vahel
• jõuvardad (nende eesmärk on suurendada tõmbekoormust).

Pikkade vahekauguste korral riputatakse liin kaablile, kuid on ka isekandvaid kaableid. Toetav metallkaabel on ehitatud otse ümbrisesse.

Eraldi fiiberoptilise liini tüübina tuleks mainida optilist patch-juhet. See kaabel sisaldab ühte või kahte kiudu (ühe- või kaherežiimiline), mis on ümbritsetud ühisesse kesta. Juhtme mõlemad pooled on ühendamiseks varustatud pistikutega. Need kaablid on lühikese pikkusega ja mõeldud seadmete ühendamiseks lühikeste vahemaade tagant või kapisisese side paigaldamiseks.

Optiliste kaablite eelised ja puudused

Optiliste kaablite vaieldamatud eelised, mis määrasid selliste sideliinide laialdase kasutamise, on järgmised:

• kõrge mürakindlus - valgussignaali ei mõjuta kodune ja tööstuslik elektromagnetkiirgus ning liin ise ei kiirga (see raskendab volitamata juurdepääsu edastatavale teabele ega tekita elektromagnetilise ühilduvuse probleeme);
• täielik galvaaniline isolatsioon vastuvõtva ja edastava poole vahel;
• madal sumbumise tase - palju vähem kui traatliinidel;
• pikk kasutusiga;
• suur ribalaius.

Tänapäeva reaalsuses on oluline ka see, et kaabel ei tõmbaks ligi metallivargaid.

Optika pole ilma puudusteta. Esiteks on see paigaldamise ja ühendamise keerukus, mis nõuab spetsiaalseid seadmeid, tööriistu ja materjale, samuti seab kõrgemad nõuded liinide paigaldamise ja hooldamisega tegeleva personali oskustele. Enamik FOCL-i tõrkeid on seotud installimisvigadega, mis ei pruugi kohe ilmneda. Algselt oli ka liini enda maksumus kõrge, kuid tehnoloogia areng võimaldas selle ebasoodsa seisu vähendada konkurentsitasemele.

Optilised sideliinid on kommunikatsioonimaterjalide turul hõivanud tõsise sektori. Nähtavas tulevikus pole neile tõsist alternatiivi, kui just tehnoloogilist läbimurret ei toimu.

Seotud artiklid: