Что такое оптическое волокно?

Оно же "оптоволокно"

Февраль 29, 2020 Мерион Нетворкс

4 минуты чтения

Данное волокно состоит из стекла или пластика и позволяет передавать сигналы в виде света. Чтобы понять, как передаются сигналы в оптическом волокне, нам сначала необходимо разобраться со способами передачи лучей света.

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
Одномодовый

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.

влияние 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.

лучи 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.