Hva er fiberoptisk kabel

Fiberoptiske kabler er mye brukt i dag for dataoverføring. På enkelte områder av IT har de fullstendig erstattet tradisjonelle kommunikasjonslinjer basert på metallledere. Optiske linjer er spesielt effektive der store datamengder må overføres over lange avstander.

Det fysiske grunnlaget for fiberoptikk

De fysiske prinsippene for optisk fiberdrift er basert på prinsippet om total refleksjon. Hvis vi tar to medier med forskjellige brytningsindekser n₁ og n₂og n₂<n₁ (for eksempel luft og glass eller glass og gjennomsiktig plast) og la en lysstråle i en vinkel α til grensesnittet, så vil to hendelser inntreffe.

En stråle (angitt i rødt på figuren), som sendes fra øverst til venstre (langs pilen), vil bli delvis brutt og vil gå gjennom et medium med en brytningsindeks n₂ vinkel α₁<α - denne delen av strålen er indikert med en stiplet linje.Den andre delen av strålen vil bli reflektert fra grensesnittet i samme vinkel. Hvis strålen skytes i en grunnere vinkel β (den grønne strålen i figuren), vil det samme skje - delvis refleksjon og delvis brytning i en vinkel β₁.

Hvis innfallsvinkelen α reduseres ytterligere (blå stråle i figuren), kan den brutte delen av strålen "gli" nesten parallelt med mediegrensesnittet (blå stiplet linje). En ytterligere reduksjon i innfallsvinkelen (en grønn stråle som faller inn i en vinkel β) vil forårsake et kvalitativt hopp - den brutte delen vil være fraværende. Strålen vil bli fullstendig reflektert fra grensesnittet mellom de to mediene. Denne vinkelen kalles totalrefleksjonsvinkelen, og selve fenomenet kalles totalrefleksjon. Det samme vil observeres med en ytterligere nedgang i innfallsvinkelen.

Optisk fiberenhet

Optisk fiber er bygget på dette prinsippet. Den består av to koaksiale lag med forskjellig optisk tetthet.

Hvis en lysstråle kommer inn i den åpne enden av fiberen i en vinkel som er større enn lysrefleksjonsvinkelen, vil den bli fullstendig reflektert fra kontaktgrensen til to medier med forskjellige brytningsindekser, med lav dempning ved hvert "hopp".

Den ytre delen av den optiske fiberen er laget av plast. Den indre kan også være laget av gjennomsiktig plast, da kan den bøyes i tilstrekkelig store vinkler (selv rullet inn i en ring, og lyset som kommer inn vil fortsatt passere fra den ene enden til den andre med demping avhengig av de optiske egenskapene til plasten og lengden på lyslederen). For ryggradskabler hvor fleksibilitet ikke er like viktig, er den indre kjernen vanligvis laget av glass.Dette reduserer dempningen, reduserer kostnadene for fiberen, men den blir følsom for bøyninger.

For å øke gjennomstrømningen til en optisk linje, produseres fiberen i en to-modus eller multi-modus versjon. For å gjøre dette økes kjernetverrsnittet til 50 mikron eller 62,5 mikron (mot 10 mikron for enkeltmodus). To eller flere signaler kan overføres samtidig gjennom en slik optisk fiber.

Denne konstruksjonen av den optiske overføringslinjen har visse ulemper. En av dem er lysspredningen forårsaket av den forskjellige banen til hvert signal. De lærte å håndtere det ved å lage en kjerne med en gradient (som endres fra midten til kantene) brytningsindeks. På grunn av dette blir rutene til forskjellige bjelker korrigert.

Kabler med multimodusfiber brukes hovedsakelig for lokale nettverk (innenfor samme bygning, en bedrift, etc.), og med enkeltmodusfiber - for stamlinjer.

Fiberlinje enhet

FOCL sender et lyssignal generert av en LED eller en laser. Et elektrisk signal genereres i senderen. Endeanordningen trenger også et signal i form av elektriske impulser. Derfor vil det være nødvendig å transformere de opprinnelige dataene to ganger. Et forenklet diagram av en fiberoptisk linje er vist i figuren.

Signalet fra senderen omdannes til lyspulser og sendes over en optisk linje. Effekten til emitterne på sendesiden er begrenset, derfor er det installert enheter på lange linjer med visse intervaller som kompenserer for demping - optiske forsterkere, regeneratorer eller repeatere.På mottakersiden er det en annen omformer som forvandler det optiske signalet til et elektrisk.

Optisk kabeldesign

For å organisere en fiberoptisk linje, brukes individuelle fibre som en del av en optisk kabel. Dens design avhenger av formålet med overføringslinjen og leggingsmetoden, men generelt inneholder den flere fibre med et individuelt beskyttende belegg (fra riper og mekanisk skade). Slik beskyttelse utføres vanligvis i to lag - først et sammensatt skall, og på toppen - et ekstra belegg av plast eller lakk. Fibrene er innelukket i en felles kappe (som konvensjonelle elektriske kabler), som bestemmer omfanget av kabelen og velges under hensyntagen til de ytre påvirkningene som ledningen vil bli utsatt for under drift.

Ved legging i kabelbakker er det et problem med å beskytte linjene mot gnagere. I dette tilfellet er det nødvendig å velge en kabel hvis ytre kappe er forsterket med ståltape eller wirepanser. Glassfibre brukes også som beskyttelse mot skader.

Hvis kabelen legges i et rør, er det ikke nødvendig med en forsterket kappe. Metallrøret beskytter pålitelig mot tennene til mus og rotter. Det ytre skallet kan gjøres lett. Dette gjør det lettere å stramme kabelen inne i røret.

Dersom det skal legges line i bakken, utføres beskyttelse i form av korrosjonsbeskyttet trådpanser eller glassfiberstenger. Det gir høy motstand ikke bare mot kompresjon, men også mot strekk.

Dersom kabelen skal legges i havområder, på tvers av elver og andre vannbarrierer, på sumpjord etc., påføres ytterligere beskyttelse fra en aluminiumspolymertape. Slik hindrer man vann i å komme inn.

Mange kabler inne i en felles kappe inneholder også:

• armeringsstenger som tjener til å gi strukturen større styrke under ytre mekaniske påvirkninger og under termisk forlengelse av linjen;
• fyllstoffer - plasttråder som fyller tomme områder mellom fibre og andre elementer;
• kraftstenger (deres formål er å øke strekkbelastningen).

I store spenn er ledningen opphengt i en kabel, men det finnes selvbærende kabler. Den støttende metallkabelen er bygget direkte inn i skallet.

Som en egen type fiberoptisk linje bør en optisk patchledning nevnes. Denne kabelen inneholder en eller to fibre (single mode eller dual mode) innesluttet i en felles kappe. På begge sider er ledningen utstyrt med kontakter for tilkobling. Slike kabler er av kort lengde og er beregnet for tilkobling av utstyr på kort avstand eller for legging av kommunikasjon mellom skap.

Fordeler og ulemper med optiske kabler

De utvilsomme fordelene med optiske kabler, som bestemte den brede distribusjonen av slike kommunikasjonslinjer, inkluderer:

• høy støyimmunitet - lyssignalet påvirkes ikke av husholdnings- og industriell elektromagnetisk stråling, og linjen i seg selv avgir ikke (dette gjør det vanskelig for uautorisert tilgang til den overførte informasjonen og skaper ikke problemer med elektromagnetisk kompatibilitet);
• full galvanisk isolasjon mellom mottaker- og sendersiden;
• lavt dempningsnivå - mye mindre enn for kablede linjer;
• lang levetid;
• stor gjennomstrømning.

I moderne virkeligheter er det også viktig at kabelen ikke tiltrekker seg metalltyver.

Optikk er ikke uten feil. Først av alt er dette kompleksiteten til installasjon og tilkobling, som krever spesialutstyr, verktøy og materialer, og stiller også økte krav til kvalifikasjonene til personell som er involvert i installasjon og vedlikehold av linjer. De fleste feil i FOCL er forbundet med installasjonsfeil, som kanskje ikke viser seg umiddelbart. I utgangspunktet var kostnadene for selve linjen også høye, men teknologiutviklingen har gjort det mulig å utjevne denne ulempen til konkurransedyktige nivåer.

Optiske kommunikasjonslinjer har okkupert en seriøs sektor i markedet for kommunikasjonsmateriell. I overskuelig fremtid ser de ikke et seriøst alternativ med mindre det skjer et teknologisk gjennombrudd.

Lignende artikler: