Napjainkban az optikai kábeleket széles körben használják az adatátvitelre. Egyes informatikai területeken teljesen felváltották a hagyományos fémalapú kommunikációs vezetékeket. Az üvegszálas kábelek különösen hatékonyak azokban az alkalmazásokban, ahol nagy mennyiségű adatot kell nagy távolságokra továbbítani.
Tartalomjegyzék
A száloptika fizikai alapjai
Az optikai szálak a teljes visszaverődés fizikai elvén alapulnak. Ha két különböző törésmutatójú n1 és n2, ahol n2< n1 (pl. levegő és üveg vagy üveg és átlátszó műanyag) és egy fénysugarat α szögben vetítünk a határfelületre, két esemény fog bekövetkezni.
A balról felülről vetített sugár (az ábrán pirossal jelölve) részben megtörik, és az n2 α szögben1<α - a sugárnak ezt a részét a szaggatott vonal jelzi. A sugár másik része ugyanilyen szögben fog visszaverődni a határfelületről. Ha hagyjuk, hogy a sugár lassabb β szögben essen (a zöld sugár az ábrán), ugyanez fog történni - részleges visszaverődés és részleges fénytörés β1.
Ha az α beesési szöget tovább csökkentjük (kék sugár az ábrán), akkor a sugár megtört része szinte párhuzamosan "csúszik" a határfelülettel (kék szaggatott vonal). A beesési szög további csökkenése (β szögben beeső zöld fénysugár) minőségi ugrást okoz - a megtörött rész nem lesz jelen. A sugár teljesen visszaverődik a két közeg közötti határfelületről. Ezt a szöget a teljes visszaverődés szögének nevezzük, és a jelenséget teljes visszaverődésnek. Ugyanez figyelhető meg a beesési szög további csökkenésével.
Optikai szál építése
Az optikai szálak ezen az elven alapulnak. Két különböző optikai sűrűségű koaxiális rétegből áll.
Ha egy fénysugár a fényvisszaverődési szögnél nagyobb szögben lép be egy szál nyitott végébe, akkor két különböző törésmutatójú közeg érintkezési felületéről teljesen visszaverődik, és minden egyes "ugrásnál" kis csillapítással.
Az optikai szál külső része műanyagból készül. A belső is készülhet átlátszó műanyagból, akkor elég nagy szögben hajlítható (akár gyűrűvé feltekerve is, és a belsejébe jutó fény a műanyag optikai tulajdonságaitól és a fényvezető hosszától függően még mindig csillapítással jut át az egyik végéből a másikba). A hosszú távú kábeleknél, ahol a rugalmasság nem olyan fontos, a belső mag általában üvegből készül. Ez csökkenti a csillapítást és a száloptika költségét, de érzékennyé válik a hajlításra.
Az optikai vonal kapacitásának növelése érdekében a szál két- vagy többmódusú változatban is kapható. Ebből a célból a mag keresztmetszete 50 µm-re vagy 62,5 µm-re nő (szemben az egymódusúak 10 µm-ével). Ezen az optikai szálon keresztül egyszerre két vagy több jelet lehet továbbítani.
Ennek az optikai átviteli vonalnak vannak bizonyos hátrányai. Az egyik a fényszórás, amelyet az egyes jelek eltérő útvonala okoz. Úgy tanultak meg küzdeni ellene, hogy egy gradiens (a közepétől a szélek felé változó) törésmutatójú magot készítettek. Ez korrigálja a különböző sugarak útját.
A multimódusú optikai kábeleket többnyire helyi hálózatokhoz (egy épületen, vállalkozáson stb. belül), az egymódusú optikai kábeleket pedig nagy távolsági átviteli vonalakhoz használják.
Száloptikai vezeték tervezése
Az üvegszálas kábelek LED vagy lézer által előállított fényjelet továbbítanak. Az adóegységben elektromos jel keletkezik. A végső eszköznek is szüksége van a jelre elektromos impulzusok formájában. Ezért a nyers adatokat kétszer kell átalakítani. Az ábrán egy optikai szál egyszerűsített ábrája látható.
Az adóeszközből érkező jelet fényimpulzusokká alakítják és az optikai vonalon továbbítják. A sugárzók teljesítménye az adóoldalon korlátozott, ezért a hosszú vonalakon bizonyos időközönként a csillapítást kompenzáló eszközöket - optikai erősítőket, regenerátorokat vagy ismétlőket - helyeznek el. A vevőoldalon egy másik átalakító található, amely az optikai jelet elektromos jellé alakítja át.
Optikai kábel felépítése
Az egyes szálakat egy optikai kábel részeként használják optikai szálvezeték létrehozására. Felépítése az átviteli vezeték céljától és a fektetési módtól függ, de általában több szálból áll, amelyek egyedi védőbevonattal vannak ellátva (karcolások és mechanikai sérülések ellen). Ez a védelem általában két rétegben történik - először egy vegyületből készült burkolat, majd egy további műanyag- vagy lakkbevonat a tetején. A szálak közös köpenybe vannak foglalva (a hagyományos elektromos kábelekhez hasonlóan), amely meghatározza a kábel felhasználási területét, és amelyet aszerint választanak ki, hogy a vezeték milyen külső hatásoknak lesz kitéve a működés során.
A kábeltálcákba történő telepítéskor problémát jelent a vezetékek védelme a rágcsálók ellen. Ebben az esetben acélszalaggal vagy huzalpáncélzattal megerősített külső köpennyel rendelkező kábelt kell választani. Az üvegszálakat a sérülések elleni védelemre is használják.
Ha a kábelt csőben fektetik, nincs szükség megerősített köpenyre. A fémcső megbízhatóan véd az egerek és patkányok fogai ellen. A külső burkolat könnyebbé tehető. Ez megkönnyíti a kábel behúzását a cső belsejébe.
Ha a vezetéket a földbe kell fektetni, a védelem korrózióvédett drótpáncél vagy üvegszálas rudak formájában történik. Ez nemcsak a tömörítéssel, hanem a tapadással szemben is nagy ellenállást biztosít.
Ha a kábelt tengeri területeken, folyók vagy más vízi akadályok felett, mocsaras talajon stb. kell telepíteni, további védelmet kell alkalmazni alu-polimer szalaggal. Így a kábel védve van a víz behatolása ellen.
Sok kábel a közös köpenyükön belül is tartalmaz:
- Erősítő rudak, amelyek a szerkezet nagyobb szilárdságát szolgálják külső mechanikai igénybevétel és a vezeték hőre történő megnyúlása esetén.
- töltőanyagok - műanyag szálak, amelyek kitöltik a szálak és más elemek közötti üres tereket.
- a teljesítményrudak (ezek célja a húzóterhelés növelése).
Hosszú fesztávokon a vezeték kábelen függ, de vannak önhordó kábelek is. A tartó fémkábel közvetlenül a burkolatba van beépítve.
Az optikai szálak külön típusaként meg kell említenünk az optikai patchkábelt. Ez a kábel egy vagy két (egy- vagy kétmódusú) szálból áll, amelyek közös köpenybe vannak foglalva. A vezeték mindkét oldalán csatlakozókkal van ellátva a csatlakoztatáshoz. Ezek a kábelek nagyon rövidek, és rövid távolságokra vagy szekrényen belüli kábelezésre használják.
Az optikai kábelek előnyei és hátrányai
Az üvegszálas kábelek kétségtelen előnyei, amelyek széles körű használatukhoz vezettek, a következők:
- nagyfokú interferencia-immunitás - a fényjelet nem befolyásolja a háztartási és ipari elektromágneses sugárzás, és maga a vezeték sem bocsát ki sugárzást (ez megnehezíti az átvitt információhoz való illetéktelen hozzáférést, és nem okoz elektromágneses kompatibilitási problémákat);
- teljes galvanikus elszigetelés a vevő és az adóoldal között;
- alacsony csillapítás - sokkal alacsonyabb, mint a vezetékes vezetékeké;
- hosszú élettartam;
- nagy átviteli kapacitás.
A mai valóságban az is fontos, hogy a kábel ne vonzza a fémtolvajokat.
Az optika nem mentes a hátrányoktól. Először is ez a telepítés és a csatlakozás összetettsége, amely speciális berendezéseket, szerszámokat és anyagokat igényel, valamint magasabb követelményeket támaszt a személyzet képesítésével szemben, amely részt vesz a vonalak telepítésében és karbantartásában. Az optikai kábelek legtöbb hibáját a telepítési hibák okozzák, amelyek nem feltétlenül jelentkeznek azonnal. Kezdetben maga a vezeték költsége is magas volt, de a technológia fejlődése lehetővé tette, hogy ezt a hátrányt versenyképes szintre csökkentsék.
Az optikai vezetékek jelentős piaci részesedést szereztek a kommunikációs piacon. A belátható jövőben nem látszik komoly alternatíva, hacsak nem történik technológiai áttörés.
Kapcsolódó cikkek:
