Характеристики и типы оптического волокна

Преимущества и недостатки оптического волокна

Хотя оптическое волокно имеет преимущества в скорости и пропускной способности по сравнению с медным кабелем, стоит учитывать, что у него также есть и определенные недостатки. Вот преимущества и недостатки оптического волокна.

Преимущества оптического волокна

Большая пропускная способность & более высокая скорость—оптоволоконный кабель поддерживает чрезвычайно высокую пропускную способность и скорость. Большое количество информации, которое может быть передано на единицу оптоволоконного кабеля, является его наиболее значительным преимуществом.

Дешевка—длинные, непрерывные мили оптоволоконного кабеля могут быть сделаны дешевле, чем эквивалентные длины медного провода. С многочисленными поставщиками, борющимися за долю рынка, цена оптического кабеля обязательно упадет.

Тоньше и легче—оптическое волокно тоньше, и его можно вытянуть на меньшие диаметры, чем медный провод. Они имеют меньший размер и легкий вес, чем сопоставимый медный кабель, поэтому лучше подходят для мест, где требуется пространство.

Более высокая пропускная способность—поскольку оптические волокна намного тоньше, чем медные провода, больше волокон могут быть объединены в кабеле заданного диаметра. Это позволяет больше телефонных линий переходить по одному и тому же кабелю или большему каналу, проходящему через кабель в вашу кабельную телевизионную коробку.

Меньшая деградация сигнала—потеря сигнала в оптическом волокне меньше, чем в медном проводе.

Световые сигналы—в отличие от электрических сигналов, передаваемых по медным проводам, световые сигналы от одного волокна не влияют на сигналы других волокон в том же оптоволоконном кабеле. Это означает более четкие телефонные разговоры или прием на телевидении.

Долгий срок службы—оптические волокна обычно имеют более длительный жизненный цикл более 100 лет.

Недостатки оптического волокна

Низкая мощность—светоизлучающие источники ограничены низкой мощностью. Хотя излучатели высокой мощности доступны для улучшения энергопотребления, это добавит дополнительную стоимость.

Хрупкость—оптическое волокно довольно хрупкое и более уязвимо к повреждениям по сравнению с медными проводами. Лучше не скручивать и не сгибать оптоволоконные кабели слишком сильно.

Расстояние—расстояние между передатчиком и приемником должно быть коротким, или повторители необходимы для усиления сигнала.

Использование волоконно-оптических кабелей в линиях электропередач

В линиях электропередач можно использовать различные типы кабелей, связанные с оптоволоконными кабелями. На выбор типа кабеля влияют многие факторы. Наиболее важными из них являются: напряжение в линии, наличие молниеотвода, тип, состояние и максимальное расстояние между опорными конструкциями линии, расположение линии в конкретной климатической зоны (посадка). Каждый тип трубы имеет определенный метод подвески на опорных конструкциях.

Кабельные аксессуары

Чтобы подвесить различные типы кабелей с оптическими волокнами в линиях электропередачи, необходимо использовать соответствующие аксессуары для проводника данного типа. Наиболее популярными кабелями, используемыми для подвески проводов, являются оплетка из стальной проволоки и дополнительные элементы оборудования, которые позволяют закрепить их на несущих конструкциях. Оптоволоконные кабели почти всегда требуют активной антивибрационной защиты, что исключает опасность, вызванную так называемыми ветровыми колебаниями. Чаще всего используются демпферы типа Stockbridge и специальные спиральные демпферы для кабелей ADSS. Соединение оптических изготавливаются путем их сварки, затем их помещают в специальные герметичные распределительные коробки (гильзы), закрепленные на несущих конструкциях линии.

Разновидности

1. Экран.

Стандартный патч корд с собственной изоляцией и ПВХ-оболочкой – неэкраннированный (UTP). Дополнительная экранная защита нужна в случаях, когда на передаваемый сигнал оказывается воздействие. Обычно это внешнее электронное оборудование. Экран защищает от помех электромагнитного поля, сигнал становится более четким. Экранированные кабели обозначаются символами FTP.

Есть еще несколько подвидов. Обычный FTP-кабель экранирован однослойной фольгой. Усовершенствованная разновидность – шнур STP. Патч корд защищает не только общий экран из фольги. Витые пары по отдельности оснащены защитным слоем.

SFTP – самый защищенный патч корд. Помимо общего слоя и отдельных защитных оболочек на витых парах, кабель имеет вспомогательную оплетку. SFTP-шнуры устанавливаются в местах с очень сильным воздействием электромагнитного поля.

Ниже – патч корды в порядке возрастания степени защиты (слева направо).

1. Вид коннектора.

Большинство патч кордов используется с RJ45-коннекторами для коммутации сетевой техники. Бывают и другие варианты: 110, A-Type или интерфейсы RJ11 и RJ12, используемые в телефонной коммутации.

1. Строение.

Оптоволоконные патч корды отличаются внутренним строением. Ниже – подробная классификация по количеству волокон, их размерам и обозначениям.

1. Длина.

Нормативное ограничение длины коммутационного кабеля – 5 метров. Деление на виды происходит каждые пол метра – 0,5 м, 1 м, 1,5 м и т.д. Патч корды свыше нормы производятся индивидуально под заказчика.

1. Цвет.

Большинство проводов окрашиваются в нейтральный серый цвет. Патч корды красного, зеленого, синего и других цветов удобны в плане маркировки. В иных случаях на каждый серый кабель вешается этикетка с обозначением его функции (сеть, телефонная линия и т.д.).

1. Категория.

Разновидности по категориям:

• 5e – стандартный кабель коммутации со 100-мегабитной скоростью передачи данных;
• 6e – восьмижильные провода, с хорошей изоляцией, используются в более сложных сетях. Скорость передачи намного выше.

Патч корды более низкой категории уже встречаются редко. Даже для домашнего интернета покупать модель меньше 5e категории не имеет смысла. Скорость соединения будет крайне низкой, а сам кабель незащищенным от воздействий.

Мы разобрали назначение и типы патч кордов. Они бывают с защитным экраном или без, с определенным типом коннектора (преимущественно – с RJ45), имеют разное внутреннее строение и по длине – не больше пяти метров. Серый цвет – традиционный, но бывают синие, красные, желтые исключения. Категория 5e – стандартная для большинства сетей, 6e – для более сложного сетевого оборудования.

[править] Волокна с многоступенчатым профилем

Профиль показателя преломления обычного одномодового световода имеет ступенчатый профиль. Для такой структуры профиля сумма дисперсии материала в волноводной дисперсии при длине волны около 1300 нм равна нулю. Для современных устройств передачи данных по оптическому волокну, использующих длины волн 1550 нм или одновременную передачу сигналов на нескольких длинах волн, желательно иметь нулевую дисперсию и при других длинах волн. А для этого необходимо изменить волновую дисперсию и, следовательно, структуру профиля преломления волоконного световода. Это приводит к многоступенчатому или сегментному профилям показателя преломления. Используя эти профили, можно производить волоконные световоды, у которых длина волны с нулевой дисперсией сдвинута до 1550 нм (волокно со смещённой дисперсией) или величины дисперсии очень малы во всём диапазоне волн от 1300 нм до 1550 нм (волокно со сглаженной или компенсированной дисперсией).

Что предлагаем мы?

Компания «ЭФО» является официальным дистрибьютором компании Broadcom Limited (ранее Avago Technologies) – одного из ведущих мировых производителей компонентов для пластикового оптического волокна. Компания выпускает пластиковый оптический кабель (симплексный и дуплексный) с величиной затухания 0,22 и 0,19 дБ/м, соединительные изделия (коннекторы, адаптеры), а также широкий ассортимент передатчиков, приемников и трансиверов для пластикового волокна. Большую часть этого сегмента продукции Avago составляют компоненты линейки Versatile Link («Универсальное соединение»), отличающиеся высокой надежностью, привлекательной стоимостью и простотой эксплуатации (рис. 5). Компоненты Versatile Link давно пользуются популярностью у разработчиков промышленных линий связи по всему миру. Кроме того, мы поставляем инструменты и расходные материалы для работы с пластиковым волокном.

Рис. 5. Компоненты семейства Versatile Link для пластикового оптического волокна: 1 — передатчики/приемники, 2 — трансивер, 3 — дуплексный патч-корд, 4 — дуплексные адаптеры (розетки)

Также мы предлагаем пластиковые кабели компаний Mitsubishi Chemical (ранее Mitsubishi Rayon) и Asahi Kasei. Эти японские компании являются одними из лидеров в сфере производства POF и предлагают широкий ассортимент пластиковых волокон различных диаметров (от 125 мкм до 3 мм) и в различных внешних оболочках, что позволяет использовать их, в частности, в экстремальных условиях. Затухание в волокнах Mitsubishi Chemical и Asahi Kasei обычно составляет 0,15-0,19 дБ/м. Кроме стандартных POF волокон с одной сердцевиной эти компании разрабатывают многосердцевинные волокна, имеющие малые потери на изгибе. Кабели Mitsubishi Chemical и Asahi Kasei могут применяться не только для передачи данных, но и в различных датчиках, системах освещения и передачи изображений.

В таблице ниже приводится сравнение основных параметров POF кабелей волоконом 1 мм, предлагаемых компаниями Broadcom, Mitsubishi Chemical и Asahi Kasei.

________________________________________________________________

Типы оптических разъемов

В настоящее время наиболее распространены три типа оптических разъемов: FC, SC и LC.

FC

Разъемы FC, как правило, используются в одномодовых соединениях. Корпус разъема выполнен из никелированной латуни. Резьбовая фиксация позволяет обеспечить надежную защиту от случайных разъединения.

Старый, зарекомендовавший себя стандарт. Обеспечивает отличное качество соединения, особенно FC/UPC, FC/APC.

• подпружиненное соединение, за счет чего достигается «вдавливание» и плотный контакт;
• металлической колпачок обеспечивает прочную защиту;
• коннектор вкручивается в розетку, а значит, не может выскочить, даже если случайно дернуть;
• шевеление кабеля не влияет на соединение.

Однако плохо подходит для плотного расположения разъемов — необходимо пространство для вкручивания/выкручивания.

SC

Более дешевый и удобный, но менее надежный аналог FC. Легко соединяется (защелка), разъемы могут располагаться плотно. Однако пластиковая оболочка может сломаться, а на затухание сигнала и обратные отражения влияют даже прикосновения к коннектору. Данный тип разъемов используется наиболее часто, но не рекомендован на важных магистралях. Тип разъема SC используется как для многомодового волокна, так и одномодового. Диаметр наконечника 2,5 мм, материал — керамика. Корпус коннектора выполнен из пластика. Фиксация коннектора осуществляется поступательным движением с защелкиванием.

LC

Уменьшенный аналог SC. За счет малого размера применяется для кроссовых соединений в офисах, серверных и т.п. — внутри помещений, там где требуется высокая плотность расположения разъемов. Диаметр наконечника разъема 1,25 мм, материал — керамика. Фиксация разъема происходит за счет прижимного механизма — защелки, аналогично разъему типа RJ-45, которая исключает непредвиденное разъединение.

При использовании дуплексных патчкордов возможно соединение коннекторов клипсой. Используется для многомодовых и одномодовых волокон.

Автор разработки этого типа коннектора — ведущий производитель телекоммуникационного оборудования, Lucent Technologies (США) — изначально прогнозировал своему детищу судьбу лидера рынка. В принципе, так оно и есть. Особенно учитывая то, что этот тип разъема относится к соединениям с повышенной плотностью монтажа.

ST

В настоящее время ST коннектор широко не применяется из-за недостатков и возросших потребностей по плотности монтажа. Фиксация коннектора происходит за счет поворота вокруг оси, подобно BNC разъему.

Ограничения оптоволокна

Есть и некоторые минусы технологии. Одной из причин, по которой такой вид проводов не является общедоступным, становятся затраты на его прокладку. Это не выгодно, когда уже есть готовые телефонные линии. Большинство людей, получающих интернет в 20-100 Мбит/с вполне довольны скоростью. Волокно работает оптимальнее, чем медь или алюминий, но из-за нагрузок на сервера пользователь часто просто не увидит разницы между ними. Например, приложение, загружающее большой файл на компьютер, может доставить его за считанные секунды при быстром соединении, но из-за ограничения на самих серверах софта эта цифра будет ограничена.

Классификация по типу волокон

Зачастую волокна подразделяют на две большие группы: многомодовые и одномодовые.

Одномодовые оптические волокна характеризуются небольшим диаметром сердцевины от 8 до 10 мкр. Благодаря этому излучение распространяется в одной моде, исключая межмодовую дисперсию. Такой вариант идеально подходит для организации телефонных линий и кабельного телевидения.

Одномодовое оптоволокно бывает трех видов:

• Стандартное — ступенчатое, с несмещённой дисперсией.
• Со смещённой дисперсией. Показатель затухания этого варианта минимален.
• С ненулевой смещённой дисперсией.

Многомодовые кабели отличаются значительно большим диаметром – 50-62,5 микрон. Из-за такого размера кабель имеет несколько мод излучения, каждая из которых распространяется под своим углом.  Вследствие этого импульс из абсолютно прямоугольного преобразуется в колоколоподобный.

Все кабели с несколькими модами подразделяются на два вида:

• Ступенчатые, где преломление осуществляется скачкообразно.
• Градиентные, где преломление возрастает от центра краю.

Монтаж

Процесс подключения Интернета через оптоволокно сложнее, чем кажется на первый взгляд. Все преимущества скорости света заключены в хрупком сердечнике, требующего бережного отношения. По сравнению с медной витой парой, обслуживание таких коммуникаций требует повышенной квалификации работников, занятых монтажными работами и подключением абонентского оборудования. Особенно это касается профессиональных бригад, обслуживающих магистрали провайдера. Будь то срочный ремонт или плановое подключение участка — сетевой инженер всегда имеет при себе целый набор инструментов для обслуживания оптоволоконного кабеля для Интернета.

Продвинутые модели оснащены ЧПУ, который регулирует угол и наклон сварки для достижения наилучшего результата. Проблема заключается в том, что даже небольшая погрешность может оказать негативное влияние на скорость передачи данных по оптоволокну.

Процесс монтажа:

1. Сначала необходимо подготовить кабель. При помощи специального инструмента срезается внешняя и внутренняя изоляция, а также зачищается сердечник. 
2. Зачищенное волокно необходимо обработать спиртосодержащим веществом, а затем укоротить до нужной длины при помощи резака.

   Затем место сварки покрывается термоусадкой и нагревается до высокой температуры.

3. Для подключения готового кабеля к конечному оборудованию его нужно обжать. Процесс обжима оптоволокна различается в зависимости от его типа. Если говорить о бытовом использовании, то в продаже можно найти готовые патч-корды.

Структура одномодового волокна и особенности передачи оптического излучения

Одномодовое волокно, как следует из названия, способно распространять на рабочей длине волны только одну основную (фундаментальную) моду оптического излучения. Одномодовый режим достигается за счет очень маленького диаметра сердцевины (обычно 7-10 мкм). Основная мода распространяется вблизи центральной оси волокна, при этом часть оптической мощности распространяется в оболочке, что повышает требования к оптическим свойствам оболочки. Чтобы учесть эту особенность, для описания одномодового оптического волокна помимо диаметра сердцевины используется еще и такой параметр, как диаметр модового пятна, который определяется как диаметр окружности, на которой мощность излучения уменьшается в е раз. Иными словами, в пределах этой окружности распространяется бо́льшая часть оптического излучения. (рис. 1). Очевидно, что диаметр модового пятна чуть больше диаметра сердцевины.

Рис. 1. Понятие модового пятна

Применительно к одномодовому оптическому волокну также вводится параметр длины волны отсечки. Если длина волны излучения меньше длины волны отсечки, в волокне начинают распространяться несколько мод, то есть оно становится многомодовым

Это важно учитывать при выборе рабочей длины волны. В стандартном одномодовом волокне длина волны отсечки имеет величину 1260 нм

Типичные рабочие длины волн для одномодового кварцевого волокна – 1310 и 1550 нм (второе и третье окна прозрачности, затухание меньше 0,4 дБ/км, см. рис. 2).

Рис. 2. Затухание в одномодовом кварцевом волокне

Набольшее распространение в телекоммуникациях получило кварцевое одномодовое волокно с соотношением диаметров сердцевины и оболочки 9/125 мкм. Как и в случае многомодового волокна, на одномодовое волокно наносится первичное защитное покрытие диаметром примерно 250 мкм (бывают другие размеры).

Применение кварцевого многомодового волокна

Одномодовое волокно, бесспорно, превосходит многомодовое по своим оптическим характеристикам. Однако поскольку системы связи на основе одномодового волокна обходятся дороже, во многих случаях, прежде всего в непротяженных линиях, целесообразно применять многомодовое волокно.

Область применения многомодового волокна во многом определяется типом используемого излучателя и рабочей длиной волны. Для передачи по многомодовому волокну чаще всего используются излучатели трех типов:

• Светодиоды (850/1300 нм). Из-за большой расходимости излучения и ширины спектра светодиоды могут использоваться для передачи на короткие дистанции и на маленькой скорости. При этом линии на основе светодиодов отличаются невысокой стоимостью по причине низкой цены самих светодиодов и возможности использовании более дешевых волокон OM1 и OM2.
• Лазеры с резонатором Фабри-Перо (1310 нм, реже 1550 нм). Поскольку лазеры FP (Fabry-Perot) имеют достаточно большую ширину спектра (2 нм), они используются в основном с многомодовым волокном.
• Лазеры VCSEL (850 нм). Особая конструкция вертикально-излучающих лазеров (VCSEL – vertical-cavity surface-emitting laser) способствует удешевлению процесса их производства. Излучение VCSEL характеризуется малой расходимостью и симметричной диаграммой направленности, однако его мощность ниже, чем мощность излучения FP лазера. Поэтому VCSEL хорошо подходят для коротких высокоскоростных линий, а также для систем параллельной передачи данных.

В таблице 2 представлены значения дальности передачи информации по многомодовому волокну четырех основных классов в различных распространенных сетях (данные взяты с сайта The Fiber Optic Association). Эти приблизительные значения помогают оценить возможность применения многомодового кварцевого волокна на практике.

Таблица 2. Дальность передачи сигнала по многомодовым волокнам разных классов (в метрах).

________________________________________________________________

Кварцевое многомодовое волокно

Кварцевые волокна являются самым известным и распространенным типом оптических волокон. Поскольку многомодовые и одномодовые кварцевые волокна сильно отличаются по своим характеристикам и применению, удобнее рассмотреть их по отдельности.

Многомодовое кварцевое волокно имеет и сердцевину, и оптическую оболочку из кварцевого стекла. Как правило, такое оптоволокно имеет градиентный профиль показателя преломления. Это необходимо, чтобы снизить влияние межмодовой дисперсии. Как было показано выше, моды распространяются в оптическом волокне по разным траекториям, а значит, время распространения каждой моды также отличается. Это приводит к уширению передаваемого импульса. Градиентный профиль уменьшает разницу во времени распространения мод. За счет плавного изменения показателя преломления моды высшего порядка, которые попадают в волокно под бо́льшим углом и распространяются по более длинным траекториям, имеют и бо́льшую скорость, чем те, которые распространяются вблизи сердцевины. Полностью устранить влияние межмодовой дисперсии невозможно, поэтому многомодовое волокно уступает одномодовому по дальности и скорости передачи информации.

Рабочими для многомодового волокна обычно являются длины волн 850 и 1300 (1310) нм. Типичное затухание на этих длинах волн – 3,5 и 1,5 дБ/км соответственно.

Классификация. Кварцевое многомодовое волокно было первым типом волокна, которое стало широко применяться на практике. Распространение получили два стандартных размера многомодовых волокон (диаметр сердцевины/оболочки): 62,5/125 мкм и 50/125 мкм.

Общепринятая классификация многомодовых кварцевых волокон приводится в стандарте ISO/IEC 11801. Этот стандарт выделяет четыре класса многомодовых волокон (OM – Optical Multimode), отличающиеся шириной полосы пропускания (параметр, характеризующий межмодовую дисперсию и определяющий скорость передачи информации):

• OM1 – стандартное многомодовое волокно 62,5/125 мкм;
• OM2 – стандартное многомодовое волокно 50/125 мкм;
• OM3 – многомодовое волокно 50/125 мкм, оптимизированное для работы с лазером;
• OM4 – многомодовое волокно 50/125 мкм, оптимизированное для работы с лазером, с улучшенными характеристиками.

Фраза «оптимизированное для работы с лазером» напоминает о том, что изначальна для передачи сигнала по многомодовому волокну использовались светодиоды (LED). С появлением полупроводниковых лазеров стали разрабатываться волокна более совершенной структуры, названные оптимизированными для работы с лазерами.

Применение. Многомодовое волокно применяется в непротяженных линиях связи (обычно сотни метров), причем волокно 50/125 мкм (OM2, OM3, OM4) используется в основном в локальных сетях и дата-центрах, а волокно 62,5/125 мкм часто применяется в индустриальных сетях. В гигабитных приложениях рекомендуется применять волокна классов OM3 и OM4. Причина, по которой многомодовое волокно до сих пор не вытеснено одномодовым волокном, обладающим лучшими характеристиками, заключается в меньшей стоимости компонентов линии (активное оборудование, соединительные изделия). Цена снижается из-за большего диаметра сердцевины многомодового волокна, и, соответственно, меньших требований к точности изготовления и монтажа компонентов.

Принцип работы волоконно-оптического кабеля

Принцип работы волоконно-оптического кабеля базируется на передаче модулированного светового потока, инициируемого лазером или специальным светодиодом в составе оптического трансивера. Электрические сигналы преобразуются в свет на одном конце ВОК, передаются по оптоволокну и принимаются на другом конце кабеля. На приеме свет конвертируется в исходные электрические сигналы.

Разработчики оптического волокна нашли гениальное решение, разделив его на сердцевину и оболочку с разными показателями преломления света. Лазерное излучение проходит по сердцевине, отражаясь от оболочки, что способствует минимальным потерям мощности даже на протяженных магистралях. Физические параметры полученного световода легко рассчитываются, позволяя изготавливать оптоволоконные кабели с заданными характеристиками, предназначенные для решения конкретных задач.

Дальность распространения световых импульсов ограничивается затуханием и дисперсией. Причинами затухания в оптическом кабеле являются внутренние отражения, рассеяние и поглощение. Дисперсия приводит к искажению исходной формы сигналов, а именно к увеличению их длительности.

Современные ВОК имеют параметры, предоставляющие возможность передавать сигналы на расстояние до 100 км. Учитывая эти ограничения, на магистральных трактах через каждые 80 — 100 км устанавливаются регенерационные пункты, в которых полностью восстанавливается исходный сигнал. Таким образом, можно строить линии связи в несколько десятков тысяч километров.

Типы волоконно-оптического кабеля

Волоконно-оптические кабели разделяются на разные типы, что важно понимать при выборе ВОК для индивидуального проекта. Зная типовые особенности оптоволоконного кабеля, можно без труда подобрать наиболее подходящий вариант

История и классификация

Первые одномодовые волокна появились в начале 1980-х годов и, благодаря своим отличным характеристикам передачи, стали активно использоваться в протяженных линиях связи. В то же время для передачи на короткие расстояния, например, в локальных сетях, продолжалось использование многомодового волокна. Со временем, в связи с уменьшением стоимости как самого волокна, так и компонентов для него, одномодовое волокно стало завоевывать все большую популярность и в непротяженных сетях. Таким образом, сегодня кварцевое одномодовое волокно является самым распространенным типом оптического волокна для передачи информации.

Для многомодовых волокон традиционным стало деление на 4 класса (OM1, OM2, OM3, OM4), в соответствии со стандартом ISO/IEC 11801. Для одномодового волокна существует похожее деление, однако оно далеко не так однозначно.

Международный стандарт ISO/IEC 11801 и европейский стандарт EN 50173, выпущенные в 1995 году, описывали только один тип одномодового волокна, получивший обозначение OS1 (Optical Single-Mode). Величина затухания, указанная для него, составляла 1 дБ/км на длинах волн 1310 и 1550 нм. По мере увеличения скорости и дальности передачи информации, стало ясно, что оптоволокно с таким затуханием уже не отвечает необходимым требованиям. Поэтому появилась новая категория одномодового волокна, названная OS2, в котором затухание было менее 0,4 дБ/км, причем это оптическое волокно имело низкий водный пик (увеличение затухания на длине волны 1383 нм, см. рис. 2). Параметры затухания указывались для волокна, заключенного в кабель. Традиционно считалось, что OS1 следует применять в кабелях с плотным буфером (tight buffer) для внутренней прокладки, а OS2 – в кабелях со свободным буфером (loose tube) для наружной прокладки.

В дальнейшем стандарты ISO/IEC и EN несколько раз переиздавались, и в них появлялись отличия в описании волокон OS1 и OS2. Это стало причиной путаницы в этих понятиях. Однако стоит отметить, что сегодня одномодовое волокно с затуханием 1 дБ/км практически не выпускается. Поэтому, в сущности, необходимость в такой классификации отпадает. Часто производители одномодовых волокон и кабелей обозначают свои изделия как OS2.

В дальнейшем появилось еще несколько разновидностей одномодовых кварцевых волокон, характеристики которых отличаются более существенно. Эти волокна были описаны в стандартах ITU-T G.652-657, IEC 60793-2-50, TIA-492CA/TIA-492EA. Отметим некоторые из этих разновидностей, которые представляют практический интерес в телекоммуникациях. Для определенности будем пользоваться рекомендациями ITU-T, которые чаще всего используются по отношению к одномодовому оптоволокну.

Оптоволоконный передатчик

В первоначальных ВОЛС использовались большие лазеры, сегодня можно использовать различные полупроводниковые устройства. Чаще всего используются светоизлучающие диоды, светодиоды и полупроводниковые лазерные диоды.

Самым простым передающим устройством является светодиод. Его главное преимущество заключается в дешевизне. Однако у них есть ряд недостатков. Во-первых, они имеют очень низкий уровень эффективности. Только около 1% мощности поступает в оптическое волокно, а это означает, что потребуются драйверы высокой мощности для обеспечения достаточного количества света для передачи на большие расстояния.

Второй недостаток светодиода в излучении некогерентного света широкого спектра 30–60 нм. Из-за этого дисперсия в волокне ограничивает предел пропускной способности волоконного световода.

Волоконные светодиоды используются для локальных сетей, где скорость передачи данных в диапазоне 10–100 Мбит/с, а расстояние передачи несколько километров.

Оптоволоконная связь на большие расстояния с более высокими скоростями передачи данных, потребует большей производительности источника света. В этих системах используют лазеры. Хотя они более дорогие, они обладают существенными преимуществами.

Во-первых, они могут обеспечить более высокий выходной уровень;

Во-вторых, световой поток является направленным, что обеспечивает гораздо более высокую эффективность передачи света в оптоволоконный кабель. Эффективность связи с одномодовым волокном может достигать 50%.

В-третьих, лазеры имеют очень узкую спектральную полосу пропускания, то есть они производят когерентный свет. Эта узкая спектральная ширина позволяет лазерам передавать данные с гораздо большей скоростью, поскольку модальная дисперсия менее заметна.

Для очень высоких скоростей передачи данных или очень больших расстояний более эффективно использовать лазер с постоянным уровнем выходной мощности (непрерывной волной). Затем свет модулируется с помощью внешнего устройства. Использования внешних средств модуляции увеличивает максимальное расстояние между линиями связи, поскольку устраняется эффект, известный как лазерный «чирп». Этот эффект расширяет спектр светового сигнала и увеличивает хроматическую дисперсию в оптоволоконном кабеле.

Оптоволоконная связь и оптический кабель

По сути, оптоволоконный кабель состоит из сердечника, вокруг которого находится еще один слой, называемый оболочкой. Снаружи есть защитное внешнее покрытие.

Оптические кабели работают, потому что их оболочка имеет намного меньший показатель преломления, чем у сердечника. Это означает, что свет, проходящий по сердцевине, подвергается полному внутреннему отражению, когда достигает границы сердцевина-оболочка. То есть отражаясь свет движется внутри сердцевины оптического волокна.

Усилители (репитеры)

Есть ограничения в расстояние передачи сигналов по оптоволоконным кабелям. Это ограничивается связаны с затуханием сигнала и искажением светового сигнала вдоль кабеля. Чтобы преодолеть эти эффекты и передавать сигналы на большие расстояния (например, между городами), используются повторители и усилители сигналов.

Часто используют фотоэлектрические повторители. Эти устройства преобразуют оптический сигнал в электрический формат, где его можно обработать, чтобы сигнал не искажался, а затем преобразовать обратно в оптический формат.

Альтернативный подход — использовать оптический усилитель (эрбиевые 1,55мкм, иттербиевые 1 мкм, тулиевые 2 и 1,47 мкм). Эти усилители напрямую усиливают оптический сигнал без необходимости преобразовывать сигнал обратно в электрический формат.

Ввиду гораздо более низкой стоимости ВОУ по сравнению с повторителями, они используются гораздо чаще.

Оптоволоконная связь и приемники

Свет, распространяющийся по оптоволоконному кабелю, необходимо преобразовать в электрический сигнал, чтобы его можно было обработать и извлечь передаваемые данные. Компонент, который лежит в основе приемника, — это детектор (фотодетектор).

Обычно это полупроводниковое устройство с pn-переходом, штыревым фотодиодом или лавинным фотодиодом. Фототранзисторы не используются, потому что они не имеют достаточного быстродействия.

После того как оптический сигнал от оптоволоконного кабеля был подан на детектор и преобразован в электрический формат, он может быть обработан для восстановления данных, которые затем могут быть переданы в конечный пункт назначения.

Преимущества и недостатки пластикового оптического волокна

Преимущества:

• Материалы, из которых изготавливается POF, становятся дешевыми, и установка с соответствующими сборками не дорога.
• Он гибкий и прочный, способен сгибаться дальше без поломок.
• Сеть с использованием пластикового оптического волокна может быть установлена неподготовленным персоналом. Даже домашние пользователи могут обрабатывать и устанавливать эти волокна.
• Пластиковые оптические волокна используют безвредный зеленый или красный свет, который легко видно по глазу.. Они безопасны при установке в доме без риска для любознательных детей.

Недостатки:

• Затухание сигнала и дисперсия POF обычно очень высоки, следовательно это ограничено короткими расстояниями.
• POF не может выдерживать экстремальную температуру, как стеклянное оптическое волокно.

Похожие записи:

Как подключить оптический кабель: теория и практика Почему оптоволоконный интернет является самым лучшим вариантом интернета для дома Волоконно-оптическая линия связи Что такое оптический выход на телевизоре и как подключить кабель к нему Оптоволоконные линии связи: неограниченные возможности Оптоволоконный кабель