Способы распространения сигналов в оптоволокне
Современная технология передачи данных поддерживает два метода распространения света в оптических каналах. Для каждого метода требуются волокна с различными физическими характеристиками.
Существуют:
Многомодовый режим может быть реализован в двух формах:
- Step- Index
- Graded- Index
Далее более подробно разберем каждый из двух методов.
Многомодовый
Это название произошло из-за волокна, по которому могут передаваться большое количество световых лучей, двигающихся через сердечник в различных направлениях. Эти лучи перемещаются внутри кабеля в зависимости от структуры сердечника.
Многомодовый Step-Index
В многомодовом волокне Step-Index от центра к краям плотность ядра остается постоянной. Луч света проходит через эту постоянную плотность по прямой линии, пока не достигнет границы раздела ядра и оболочки. На границе раздела происходит резкое изменение плотности на более низкую, что изменяет угол преломления луча. Внезапность этого изменения обозначается термином Step-index.
На рисунке ниже показаны различные лучи, проходящие через многомодовое Step-Index волокно. Часть лучей в середине проходят по прямым линиям через ядро и достигают цели, не отражаясь и не преломляясь.
Часть же лучей ударяются о поверхность раздела ядра и оболочки под углом, меньшим критического угла преломления. Эти лучи проникают сквозь оболочку и пропадают. Тем не менее, другие ударяются о край ядра под углами, превышающими критический угол, и отражаются в ядро и с другой стороны, отражаясь назад и вперед по каналу, пока не достигнут цели.
Многомодовый Graded-Index
Второй тип волокна называется многомодовым Graded-Index. Это волокно уменьшает искажение сигнала через кабель. Слово индекс здесь относится к индексу преломления, а индекс преломления связан с плотностью.
Таким образом, волокно с Graded-Index -это волокно с различной плотностью. Плотность самая высокая в центре ядра и постепенно уменьшается до самого низа на краю.
На этом рисунке показано влияние этой переменной плотности на распространение световых лучей.
Одномодовый
Одномодовое волокно использует режим step-index и сильно зависит от источника света, который использует ограниченный угол преломления света, близкий к горизонтали. Волокно изготавливается с гораздо меньшим диаметром, чем у многомодовых волокон, и с существенно меньшей плотностью (показателем преломления).
Уменьшение плотности световых пучков приводит к критическому углу преломления, который приближается к 90 градусам, так чтобы лучи распространялись почти горизонтально.
В этом случае распространение различных лучей осуществляется практически одинаково и задержки незначительны. Все лучи поступают на сторону приемника вместе и могут быть рекомбинированы без искажений сигнала.
Преимущества оптоволоконного кабеля
- Помехоустойчивость: для передачи данных не используется электрический сигнал, а используется свет. Электромагнитные излучения не создают помех для передачи данных. Единственная возможная помеха-это внешний свет, который изолируется внешней оболочкой.
- Меньшее затухание сигнала: расстояние волоконно-оптической передачи значительно больше по сравнению с другими управляемыми средами. Сигнал может проходить на многие километры, не требуя регенерации.
- Более высокая пропускная способность: по сравнению с коаксиальным кабелем или витой парой, волоконно-оптический кабель может поддерживать значительно более высокую пропускную способность, что увеличивает скорость передачи данных. Существует ограничение на скорость передачи данных и использование полосы пропускания по волоконно-оптическому кабелю, причем не носителем, а доступной технологией передачи и приема данных.
Недостатки оптоволоконного кабеля
- Стоимость: этот кабель дорогой, так как любые нарушения технологии изготовления сердечника могут ослабить передаваемый сигнал. Кроме того, лазерный источник света может стоить огромных денег, по сравнению с сотнями генераторов электрических сигналов.
- Установка / техническое обслуживание: при наличии шероховатости или трещин в сердечнике оптического кабеля приведет к рассеиванию и затуханию сигнала. Все соединения должны быть идеально сварены. Соединения же медных кабелей могут быть сделаны путем резки и обжима с использованием относительно простых инструментов.
- Хрупкость: оптоволокно может быть легко сломано, чем медный провод, что делает его не транспортабельным, то есть там, где требуется постоянное перемещение оборудования его использовать нельзя или по крайней мере не удобно.
