Optični kabli se danes pogosto uporabljajo za prenos podatkov. Na nekaterih področjih IT so popolnoma nadomestili tradicionalne komunikacijske linije, ki temeljijo na kovinskih vodnikih. Linije z optičnimi vlakni so še posebej učinkovite tam, kjer je treba na velike razdalje prenesti velike količine podatkov.
Vsebina
Fizične osnove optičnih kablov
Fizični principi optičnega vlakna temeljijo na principu popolne refleksije. Če vzamemo dva medija z različnim lomnim količnikom n1 in n2, z n2< n1 (npr. zrak in steklo ali steklo in prozorna plastika) in pošlje žarek svetlobe pod kotom α na vmesnik, se bosta zgodila dva dogodka.
Žarek (na sliki označen z rdečo), ki ga izstrelimo od zgoraj z leve (vzdolž puščice), se bo delno lomil in bo sledil mediju z lomnim količnikom n2 pod kotom α1<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.
Če vpadni kot α še dodatno zmanjšamo (modri žarek na sliki), lahko dosežemo, da lomljeni del žarka "drsi" praktično vzporedno z vmesnikom (modra črtkana črta). Nadaljnje zmanjšanje vpadnega kota (zeleni žarek, ki pada pod kotom β) bo povzročil kvalitativni skok - lomljeni del bo odsoten.Žarek se bo popolnoma odbil od vmesnika med medijema. Ta kot imenujemo kot popolnega odboja, sam pojav pa popolni odboj. Enako bomo opazili, ko se bo vpadni kot še zmanjšal.
Konstrukcija optičnega vlakna
To je princip, na katerem so zgrajena optična vlakna. Sestavljen je iz dveh koaksialnih plasti z različno optično gostoto.
Če svetlobni žarek vstopi v odprt konec vlakna pod kotom, ki je večji od kota odboja svetlobe, se odbije od kontaktne meje med medijema z različnima lomnima količnikoma v celoti, z majhnim oslabljenjem pri vsakem "skoku".
Zunanji del optičnih vlaken je iz plastike. Notranjost je lahko tudi iz prozorne plastike, takrat jo lahko upognemo pod precej velikimi koti (tudi zvijemo v obroč, svetloba, ki pride noter, pa bo vseeno prehajala z enega konca na drugega z dušenjem, odvisno od optičnih lastnosti plastika in dolžina vlakna). Pri kablih na dolge razdalje, kjer fleksibilnost ni tako pomembna, je notranje jedro običajno izdelano iz stekla. To zmanjša slabljenje, zmanjša stroške svetlobnega vlakna, vendar postane občutljivo na ovinke.
Za povečanje zmogljivosti optične linije se vlakno proizvaja v dvomodni ali večmodni različici. V ta namen se prečni prerez jedra poveča na 50 µm ali 62,5 µm (v primerjavi z 10 µm pri enomodnem). Skozi takšen svetlobni vodnik se lahko prenašata dva ali več signalov hkrati.
Takšna konstrukcija optičnega daljnovoda ima določene pomanjkljivosti. Eden od njih je razpršitev svetlobe, ki jo povzroči različna pot vsakega signala. Proti temu so se naučili boriti tako, da so naredili jedro z gradientnim (spreminjajočim se od sredine do robov) lomnim količnikom. Zaradi tega se popravijo trase različnih žarkov.
Kabli z večmodnimi vlakni se večinoma uporabljajo za lokalna omrežja (znotraj ene zgradbe, enega podjetja itd.), In z enomodnimi - za magistralne vode.
Zasnova optične linije
Linija iz optičnih vlaken prenaša svetlobni signal, ki ga proizvaja LED ali laser. V oddajni napravi se ustvari električni signal. Končna naprava potrebuje tudi signal v obliki električnih impulzov. Zato bo treba neobdelane podatke pretvoriti dvakrat. Poenostavljen diagram optične linije je prikazan na sliki.
Signal iz oddajne naprave se pretvori v svetlobne impulze in prenese po optični liniji. Moč oddajnikov na oddajni strani je omejena, zato so naprave, ki kompenzirajo slabljenje - optični ojačevalniki, regeneratorji ali repetitorji - nameščene v določenih intervalih na daljnovodih velike dolžine. Na sprejemni strani je še en pretvornik, ki pretvarja optični signal v električni signal.
Konstrukcija optičnega kabla
Za organizacijo linije z optičnimi vlakni se posamezna vlakna uporabljajo kot del optičnega kabla. Njegova konstrukcija je odvisna od namena daljnovoda in načina polaganja, v splošnem pa vsebuje več optičnih vlaken z individualno zaščitno prevleko (proti praskam in mehanskim poškodbam). Takšna zaščita je običajno izvedena v dveh slojih - najprej lupina mase, na vrhu pa dodaten premaz iz plastike ali laka. Vlakna so obdana s skupnim plaščem (podobno kot pri običajnih električnih kablih), ki določa uporabo kabla in se izbere glede na zunanje vplive, ki jim bo vod izpostavljen med delovanjem.
Pri polaganju v kabelske police se pojavi problem zaščite vodov pred glodavci. V tem primeru je treba izbrati kabel, katerega zunanji plašč je ojačan z jeklenim trakom ali žično armaturo. Tudi kot zaščita pred poškodbami se uporabljajo steklena vlakna.
Če je kabel položen v cevi, ojačana lupina ni potrebna. Kovinska cev zanesljivo ščiti pred zobmi miši in podgan. Zunanji plašč je lahko lažji. Tako je lažje zategniti kabel znotraj cevi.
Če bo vod položen v zemlji, se zaščita izvede v obliki žičnih oklepov, zaščitenih proti koroziji, ali palic iz steklenih vlaken. Tukaj je zagotovljena visoka odpornost ne samo na stiskanje, ampak tudi na raztezanje.
Če je treba kabel položiti na morju, skozi reke in druge vodne ovire, močvirna tla ipd., se uporabi dodatna zaščita iz aluminopolimernega traku. Na ta način je zagotovljena varnost pred vdorom vode.
Poleg tega veliko kablov znotraj celotnega ovoja vsebuje:
- ojačitvene palice, ki služijo za večjo trdnost konstrukcije pri zunanjih mehanskih vplivih in toplotnem raztezku linije;
- polnila - plastične niti, ki zapolnijo prazna področja med vlakni in drugimi elementi
- power rods (njihov namen je povečati natezno obremenitev).
Pri dolgih razponih je vod obešen na kabel, vendar obstajajo samonosni kabli. Nosilni kovinski kabel je vgrajen neposredno v plašč.
Kot ločeno vrsto optičnih vlaken je treba omeniti optični patch cord. Ta kabel vsebuje eno ali dve vlakni (enomodni ali dvomodni), obdani s skupnim plaščem. Obe strani kabla sta opremljena s konektorji za povezavo. Ti kabli so kratki po dolžini in so namenjeni povezovanju opreme na kratkih razdaljah ali polaganju komunikacij v omari.
Prednosti in slabosti optičnih kablov
Nedvomne prednosti optičnih kablov, ki so določile široko uporabo takšnih komunikacijskih linij, vključujejo:
- visoka odpornost proti hrupu - na svetlobni signal ne vpliva domače in industrijsko elektromagnetno sevanje, sama linija pa ne seva (to otežuje nepooblaščen dostop do posredovanih informacij in ne povzroča težav z elektromagnetno združljivostjo);
- popolna galvanska izolacija med sprejemno in oddajno stranjo;
- nizka stopnja slabljenja - veliko manj kot pri žičnih vodih;
- dolga življenjska doba;
- visoka pasovna širina.
V današnji realnosti je pomembno tudi, da kabel ne privlači kovinskih tatov.
Optika ni brez slabosti. Najprej je to zapletenost namestitve in priključitve, ki zahteva posebno opremo, orodja in materiale ter nalaga višje zahteve za usposobljenost osebja, ki sodeluje pri namestitvi in vzdrževanju linij. Večina napak v FOCL je povezana z napakami pri namestitvi, ki se morda ne pokažejo takoj. Sprva so bili tudi stroški same linije visoki, vendar je razvoj tehnologije omogočil zmanjšanje te pomanjkljivosti na konkurenčno raven.
Optične komunikacijske linije so zasedle resen sektor na trgu komunikacijskih materialov. Resne alternative jim v doglednem času ni, razen če ne pride do tehnološkega preboja.
Povezani članki:
