Wat is glasvezelkabel

Tegenwoordig worden glasvezelkabels op grote schaal gebruikt voor datatransmissie. Zij hebben de traditionele op metaal gebaseerde communicatielijnen op sommige IT-gebieden volledig vervangen. Glasvezelkabels zijn bijzonder doeltreffend bij toepassingen waarbij grote hoeveelheden gegevens over lange afstanden moeten worden overgebracht.

Fysische basis van glasvezeloptica

Optische vezels zijn gebaseerd op het natuurkundige principe van totale reflectie. Als we twee media nemen met verschillende brekingsindices n₁ en n₂, waarbij n₂< n₁ (b.v. lucht en glas of glas en doorzichtig plastic) en een lichtstraal onder een hoek α op het grensvlak projecteren, zullen zich twee gebeurtenissen voordoen.

De straal (rood gemarkeerd in de figuur), die van bovenaf links wordt geprojecteerd (pijl), zal gedeeltelijk breken en zich voortbewegen langs het medium met brekingsindex n₂ onder een hoek α₁<α - dit deel van de straal is aangegeven met de stippellijn. Het andere deel van de straal zal onder dezelfde hoek door de interface worden weerkaatst. Als we de straal onder een langzamere hoek β laten vallen (de groene straal in de figuur), zal hetzelfde gebeuren - gedeeltelijke weerkaatsing en gedeeltelijke breking onder een hoek β₁.

Als de invalshoek α verder wordt verkleind (blauwe straal in de figuur), dan zal het gebroken deel van de straal bijna evenwijdig aan het grensvlak "glijden" (blauwe stippellijn). Een verdere afname van de invalshoek (groene straal valt in onder een hoek β) zal een kwaliteitssprong veroorzaken - het gebroken deel zal afwezig zijn. De straal zal volledig worden gereflecteerd door het raakvlak tussen de twee media. Deze hoek wordt de hoek van totale reflectie genoemd en het verschijnsel wordt totale reflectie genoemd. Hetzelfde zal worden waargenomen naarmate de invalshoek verder afneemt.

Bouw van een optische vezel

Optische vezels zijn op dit principe gebaseerd. Het bestaat uit twee coaxiale lagen van verschillende optische dichtheid.

Als een lichtstraal het open uiteinde van een vezel binnenkomt onder een hoek die groter is dan de hoek van lichtreflectie, zal deze volledig worden gereflecteerd door het contactoppervlak van twee media met verschillende brekingsindices, met weinig verzwakking bij elke "sprong".

Het buitenste gedeelte van de optische vezel is van kunststof. Het binnenste kan ook worden gemaakt van doorzichtig plastic, dan kan het onder vrij grote hoeken worden gebogen (zelfs opgerold tot een ring, en het licht dat erin komt zal nog steeds van het ene uiteinde naar het andere gaan met verzwakking, afhankelijk van de optische eigenschappen van het plastic en de lengte van de lichtgeleider). Voor kabels over lange afstanden, waarbij flexibiliteit niet zo belangrijk is, wordt de binnenkern gewoonlijk van glas gemaakt. Dit vermindert de verzwakking en de kosten van de optische vezel, maar hij wordt wel gevoelig voor buiging.

Om de capaciteit van een optische lijn te verhogen, is de vezel beschikbaar in een dual-mode of multi-mode versie. Daartoe wordt de kerndoorsnede vergroot tot 50 µm of 62,5 µm (vergeleken met 10 µm voor single-mode). Door deze optische vezel kunnen twee of meer signalen tegelijk worden verzonden.

Deze optische transmissielijn heeft bepaalde nadelen. Een daarvan is de lichtverstrooiing die wordt veroorzaakt door de verschillende weg van elk signaal. Zij hebben geleerd dit te bestrijden door een kern te maken met een gradiënt (van het midden naar de randen veranderend) brekingsindex. Dit corrigeert de paden van verschillende bundels.

Multimode glasvezelkabels worden meestal gebruikt voor lokale netwerken (binnen een gebouw, bedrijf, enz.) en single-mode glasvezelkabels worden gebruikt voor transmissielijnen over lange afstanden.

Ontwerp van een glasvezellijn

Glasvezelkabels dragen een lichtsignaal dat door een LED of laser wordt geproduceerd. In de zendeenheid wordt een elektrisch signaal opgewekt. Het eindapparaat heeft het signaal ook nodig in de vorm van elektrische impulsen. Daarom zullen de ruwe gegevens tweemaal moeten worden omgezet. Een vereenvoudigd schema van een glasvezellijn is weergegeven in de figuur.

Het signaal van het zendtoestel wordt omgezet in lichtpulsen en over de optische lijn verzonden. Het vermogen van de zenders aan de zendzijde is beperkt, zodat op lange lijnen op bepaalde afstanden apparaten worden geplaatst die de verzwakking compenseren - optische versterkers, regeneratoren of repeaters. Aan de ontvangstzijde bevindt zich een andere convertor die het optische signaal omzet in een elektrisch signaal.

Optische kabelconstructie

Afzonderlijke vezels worden gebruikt als onderdeel van een optische kabel om een glasvezellijn te creëren. De constructie ervan hangt af van het doel van de transmissielijn en de wijze van installatie, maar in het algemeen bevat het verschillende vezels met een individuele beschermende coating (tegen krassen en mechanische schade). Deze bescherming wordt gewoonlijk in twee lagen aangebracht - eerst een omhulsel van compound en dan een extra laag plastic of vernis erbovenop. De vezels zijn omhuld door een gemeenschappelijke mantel (vergelijkbaar met conventionele elektrische kabels), die bepalend is voor de toepassing van de kabel en wordt geselecteerd op basis van de externe invloeden waaraan de lijn tijdens het gebruik zal worden blootgesteld.

Bij installatie in kabelgoten is er een probleem met de bescherming van de leidingen tegen knaagdieren. In dit geval is het noodzakelijk kabel te kiezen met een buitenmantel die is versterkt met staalband of draadwapening. Glasvezels worden ook gebruikt als bescherming tegen beschadiging.

Indien de kabel in een buis wordt gelegd, is de versterkte mantel niet nodig. De metalen buis beschermt op betrouwbare wijze tegen de tanden van muizen en ratten. De buitenste omhulling kan lichter worden gemaakt. Dit maakt het gemakkelijker om de kabel in de pijp te trekken.

Indien de leiding in de grond moet worden gelegd, wordt de bescherming verleend in de vorm van tegen corrosie beschermde draadwapening of glasvezelstaven. Dit zorgt voor een hoge weerstand, niet alleen tegen compressie maar ook tegen tractie.

Indien de kabel moet worden geïnstalleerd in zeegebieden, over rivieren of andere waterhindernissen, op drassige grond, enz. wordt extra bescherming gebruikt met alu-polymeer tape. Op die manier is de kabel beschermd tegen het binnendringen van water.

Veel kabels bevatten ook binnen hun gemeenschappelijke mantel:

• Versterkingsstaven die dienen om de structuur sterker te maken wanneer de lijn wordt blootgesteld aan externe mechanische spanningen en wanneer de lijn thermisch wordt uitgerekt
• vulstoffen - kunststoffilamenten die de lege ruimten tussen vezels en andere elementen opvullen
• krachtstaven (hun doel is de trekbelasting te verhogen).

Bij lange overspanningen hangt de lijn aan een kabel, maar er zijn ook zelfdragende kabels. De dragende metalen kabel is rechtstreeks in de mantel ingebouwd.

Als een apart type glasvezellijn moeten we optische patchkabels vermelden. Deze kabel bevat één of twee vezels (single-mode of dual-mode) die in een gemeenschappelijke mantel zijn gevat. Beide zijden van het snoer zijn voorzien van connectoren voor aansluiting. Deze kabels zijn zeer kort en worden gebruikt om apparatuur over korte afstanden met elkaar te verbinden of voor bedrading in de kast.

Voor- en nadelen van optische kabels

De onbetwistbare voordelen van glasvezelkabels die tot het wijdverbreide gebruik ervan hebben geleid, zijn onder meer

• hoge storingsimmuniteit - het lichtsignaal wordt niet beïnvloed door elektromagnetische straling uit huishoudens en de industrie, en de lijn zelf zendt geen straling uit (dit maakt ongeoorloofde toegang tot de overgedragen informatie moeilijk en veroorzaakt geen problemen met de elektromagnetische compatibiliteit);
• volledige galvanische scheiding tussen de ontvangende en de uitzendende zijde;
• lage demping - veel lager dan die van draadlijnen;
• lange levensduur;
• hoge transmissiecapaciteit.

In de realiteit van vandaag is het ook belangrijk dat de kabel geen metaaldieven aantrekt.

Optiek is niet zonder nadelen. In de eerste plaats gaat het om een complexe installatie en aansluiting, waarvoor speciale apparatuur, gereedschappen en materialen nodig zijn, en die hogere eisen stelt aan de kwalificatie van het personeel dat betrokken is bij de installatie en het onderhoud van de leidingen. De meeste storingen in glasvezelkabels worden veroorzaakt door installatiefouten, die zich niet onmiddellijk openbaren. Aanvankelijk waren ook de kosten van de lijn zelf hoog, maar dankzij de vooruitgang van de technologie kon dit nadeel worden teruggebracht tot een concurrerend niveau.

Optische lijnen hebben een belangrijk marktaandeel verworven op de communicatiemarkt. Voor de nabije toekomst is er geen serieus alternatief in zicht, tenzij er een technologische doorbraak komt.

Verwante artikelen: