今日、光ファイバーケーブルはデータの伝送に広く使用されています。 IT の一部の領域では、金属導体に基づく従来の通信回線が完全に置き換えられています。光ファイバー回線は、大量のデータを長距離伝送する必要がある場合に特に効果的です。
光ファイバーケーブルの物理的基盤
光ファイバーの物理原理は、全反射の原理に基づいています。異なる屈折率 n を持つ 2 つの媒体を使用する場合1 そしてn2、n2< n1 (例: 空気とガラス、またはガラスと透明なプラスチック) で角度 α の光線を界面に送ると、2 つのイベントが発生します。
左から上から (矢印に沿って) 発射される光線 (図の赤でマーク) は部分的に屈折し、屈折率 n の媒質をたどります。2 角度αで1<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.
入射角 α をさらに小さくすると (図の青いビーム)、ビームの屈折した部分が実質的に境界面と平行に "スライド" することができます (青い破線)。入射角 (角度 β で落下する緑色の光線) をさらに減少させると、定性的なジャンプが発生し、屈折部分がなくなります。ビームは、2 つの媒体間の界面から完全に反射されます。この角度を全反射角といい、この現象自体を全反射といいます。入射角がさらに減少すると、同じことが観察されます。
光ファイバーの構築
これが光ファイバーの原理です。これは、異なる光学密度を持つ 2 つの同軸層で構成されています。
光ビームが光反射の角度よりも大きな角度でファイバーの開放端に入ると、屈折率の異なる 2 つの媒体間の接触境界から完全に反射され、各「ジャンプ」での減衰はほとんどありません。
光ファイバーの外側部分はプラスチック製です。内側も透明なプラスチックで作ることができ、かなり大きな角度で曲げることができます（リングにねじっても、内部に入った光は、光学特性に応じて減衰しながら一方の端からもう一方の端まで通過します）。プラスチックと繊維の長さ)。柔軟性がそれほど重要でない長距離ケーブルの場合、内部コアは通常ガラスでできています。これにより、減衰が減少し、光ファイバーのコストが削減されますが、曲がりに敏感になります。
光回線の容量を増やすために、ファイバーはデュアルモードまたはマルチモードバージョンで製造されます。この目的のために、コアの断面積は 50 µm または 62.5 µm (シングルモードの場合は 10 µm) に増加します。このような光ガイドを通して、２つ以上の信号を同時に送信することができる。
光伝送路のこの構成には、いくつかの欠点がある。その一つに、各信号の経路の違いによる光の分散があります。彼らは、屈折率が（中央から端に向かって変化する）勾配を持つコアを作成することによって、それに対抗することを学びました。これにより、異なるビームのルートが修正されます。
マルチモードファイバーを備えたケーブルは、主にローカルネットワーク（1つの建物内、1つの会社内など）に使用され、シングルモード - 幹線用に使用されます。
光ファイバー回線の設計
光ファイバー回線は、LED またはレーザーによって生成された光信号を伝送します。電気信号は、送信デバイスで生成されます。最終的なデバイスは、電気パルスの形の信号も必要とします。したがって、生データを 2 回変換する必要があります。光ファイバー回線の簡略図を図に示します。
送信デバイスからの信号は、光パルスに変換され、光回線を介して送信されます。送信側のエミッターの出力は限られているため、減衰を補償するデバイス (光増幅器、再生器、または中継器) は、長距離の回線上に一定の間隔で配置されます。受信側には、光信号を電気信号に変換する別の変換器があります。
光ケーブルの構造
光ファイバー回線を構成するために、個々のファイバーが光ケーブルの一部として使用されます。その構造は、伝送ラインの目的と敷設方法によって異なりますが、一般に、個々の保護コーティング (傷や機械的損傷に対する) を備えた複数の光ファイバーが含まれています。このような保護は、通常 2 層で行われます。最初はコンパウンドのシェルで、その上にプラスチックまたはワニスの追加コーティングが施されます。ファイバーは共通のシース (従来の電気ケーブルと同様) に包まれています。シースはケーブルの用途を決定し、動作中にラインがさらされる外部の影響に基づいて選択されます。
ケーブルトレイに敷設する場合、げっ歯類からのラインの保護の問題があります。この場合、外側のシースがスチールテープまたはワイヤーアーマーで補強されたケーブルを選択する必要があります。また、損傷に対する保護としてグラスファイバーが使用されています。
ケーブルがパイプに敷設されている場合、強化シェルは必要ありません。金属チューブがマウスやラットの歯から確実に保護します。アウターシースを軽量化できます。これにより、パイプ内のケーブルを締めやすくなります。
ラインが地面に敷設される場合、保護はワイヤ アーマーの形で実行され、腐食から保護されます。またはグラスファイバー バー。ここでは、圧縮だけでなく伸びに対しても高い耐性が提供されます。
ケーブルを海、川、その他の水の障害物、湿地などに敷設する必要がある場合は、アルミノポリマー テープによる追加の保護を使用します。このようにして、水の浸入に対する安全性が実行されます。
また、シース全体の内側にある多くのケーブルには、次のものが含まれています。
- 外部の機械的影響とラインの熱伸びの下で構造に大きな強度を与えるのに役立つ補強棒。
- フィラー - 繊維と他の要素の間の空き領域を埋めるプラスチック スレッド
- パワーロッド（その目的は引張荷重を増やすことです）。
長いスパンでは、ラインはケーブルに吊り下げられていますが、自己支持型のケーブルがあります。支持金属ケーブルはシースに直接組み込まれています。
光ファイバー回線の別のタイプとして、光パッチコードについて言及する必要があります。このケーブルには、共通のシースに包まれた 1 つまたは 2 つのファイバー (シングルモードまたはデュアルモード) が含まれています。コードの両側には接続用のコネクタが付いています。これらのケーブルは長さが短く、機器を短距離で接続したり、キャビネット内の通信を敷設するために設計されています。
光ケーブルのメリットとデメリット
そのような通信回線の普及を決定した光ケーブルの疑いのない利点には、次のものがあります。
- 高いノイズ耐性 - 光信号は家庭用および産業用の電磁放射の影響を受けず、回線自体は放射しません（これにより、送信された情報への不正アクセスが困難になり、電磁適合性の問題が発生しません）。
- 受信側と送信側の間の完全なガルバニック絶縁。
- 低レベルの減衰 - 有線よりもはるかに少ない。
- 長寿命;
- 高帯域幅。
今日の現実では、ケーブルが金属泥棒を引き付けないことも重要です。
光学には欠点がないわけではありません。まず第一に、それは設置と接続の複雑さであり、特別な機器、ツール、および材料を必要とするだけでなく、ラインの設置と保守に携わる担当者のスキルに高い要件を課します。 FOCL でのほとんどの障害は、インストールのエラーに関連しており、すぐには現れない場合があります。当初は回線自体のコストも高かったのですが、技術の発展によりこのデメリットを競争力のあるレベルまで下げることが可能になりました。
光通信回線は、通信材料市場において重要な分野を占めています。技術的なブレークスルーがない限り、近い将来、それらに代わる深刻な選択肢はありません。
関連記事：
