Методическое пособие для студентов по теме «Средства передачи данных при прокладке и настройке лвс. Оптоволокно. Коаксиальный кабель. Витая пара» по дисциплине «Информационная безопасность»

Содержание

История оптоволокна 3

Технология производства оптоволокна 3

Типы волокон 7

Строение оптоволокна 8

Классификация оптических волокон 10

Многомодовое оптическое волокно со ступенчатым показателем преломления 12

Многомодовое оптическое волокно с градиентным показателем преломления 12

Одномодовое оптическое волокно 12

Гибкость оптического волокна. 13

Затухание в оптоволокне 14

Достоинства оптоволокна 14

Недостатки оптоволокна 15

Применение оптического кабеля 15

Преимущества оптического кабеля. 15

Принцип работы устройств на базе оптоволокна. 16

Коаксиальный кабель 17

Строение коаксиального кабеля 18

Основные параметры коаксиального кабеля 19

Назначение коаксиального кабеля 19

Классификация коаксиальных кабелей 20

Витая пара 21

Конструкция пары 22

Параметры, определяющие электрические свойства витой пары 23

Виды кабеля, который применяется в сетях 24

Требования к маркировке кабеля 25

История оптоволокна

Волоконная оптика сегодня получила широкое развитие и применяется в различных областях науки и производства, таких как: связь, радиоэлектроника, энергетика, термоядерный синтез, медицина, космос, машиностроение, летающие объекты, вычислительные комплексы и т. д.

Принцип передачи света, используемый в волоконной оптике, был впервые продемонстрирован во времена королевы Виктории (1837—1901 гг.), но развитие современной волоконной технологии началось в 1950-х годах. Изобретение лазеров сделало возможным построение волоконно-оптических линий передачи, превосходящих по своим характеристикам традиционные проводные средства связи.

В 1966 году уроженец Шанхая Чарльз Као, работая в британской лаборатории, открыл возможность передавать свет на большие расстояния, используя сверхчистое стекло как оптоволоконный материал. Таким способом учёные стали отправлять сигналы на расстояние более 100 километров, и это был прорыв по сравнению со всего лишь 20-метровым волокном, доступным в 1960-х годах. Энтузиазм Као вдохновил других исследователей на работу по практическому осуществлению его замысла.

Первое сверхчистое волокно было успешно произведено всего четыре года спустя, в 1970-м. И с тех пор нашу планету трудно представить без оптического волокна. Интернет, телефония, кабельное телевидение — всё это было бы лишь мечтой без гения Чарльза Као.

Оптоволокно (оптика, стекло, оптическое волокно, fiber ) - одно из самых современных и надежных сред передачи данных при прокладке и настройке ЛВС. Она представляет собой многопарный кабель, состоящих из жил - обернутых в специальную оплетку. Жилы производятся из специального полимера - и сделаны таким образом - что ее "стенки" получаются идеально гладкими

Технология производства оптоволокна Изготовление преформ для оптоволокна

Наиболее распространен метод создания оптоволокна с малыми потерями путем химического осаждения из газовой фазы. При этом методе осаждение стекла может происходить на внешней поверхности вращающегося затравочного стержня, на торцевой поверхности стержня из кварцевого стекла или на внутренней поверхности вращающейся опорной трубки из кварцевого стекла. Далее описан метод осаждения на внутренней поверхности трубки (IVD method, Inside Vapor Deposition)

Процесс производства начинается с изображённой на рисунке полой кварцевой трубки с показателем преломления внешнего слоя оптоволокна, длиной 0,5...2 м и диаметром 16...18 мм.

Рис. 1 Заготовка для производства оптоволокна (ещё не преформа)

Трубку очищают от всевозможных загрязнений путём погружения в раствор фтористо-водородной кислоты. Так как из одной такой трубки можно изготовить преформу для небольшую длинны оптоволокна то трубки-заготовки свариваются посредством специальной газовой горелки с водородно-кислородным пламенем.

Рис. 2. Процесс сварки заготовок для преформ при производстве оптоволокна

Рис. 3 Сварной шов заготовки преформы

Далее внутрь трубки подается струя хлорированного кварца SiCl4, кислорода (O2) и добавок изменяющих кофициент преломления сердцевины..

В результате химической реакции при высокой температуре (1500...1700°С) на внутренней поверхности трубки слоями осаждается чистый кварц SiO2.Схематически эту операцию изображают так:

Рис. 4. Схема представления химической реакции (1)

Или так:

Рис. 5. Схема представления химической реакции (2)

Рис. 6. Разогретая и наполненная смесью газов трубка выглядит подобным образом

Осаждением заполняется внутренняя полость трубки, кроме самого центра. Чтобы ликвидировать этот оставшийся воздушный канал, подается еще более высокая температура: 1900° С, за счет которой происходит схлопывание и трубчатая заготовка превращается в сплошную цилиндрическую.

Рис. 7. Последствия процесса схлопывания трубки под действием температуры 1900°С

Чистый осажденный кварц при этом становится сердечником оптоволокна с необходимым показателем преломления, а сама трубка выполняет роль оболочки с другим показателем преломления.

Получившийся стеклянный прут называют преформой.

Вытяжка оптоволокна из преформы

Для получения оптоволокна его разогревают до температуры 1800...2200° С и вытягивают из него стеклянную нить.

Рис. 8. Момент погружения преформы в плавильную печь

Схематически этот процесс изображают так:

Рис. 9. Вытягивание нити

Изображение это очень упрощено. Вытягиваемое оптоволокно должно иметь строго определённый и маленький диаметр (125 мкм). Для того чтобы диаметр волоконного световода оставался постоянным и требуемой величины, обеспечивается возможность точной регулировки скорости вытяжки и подающего механизма с помощью автоматической системы.

Рис. 10. Вытяжка оптоволокна

(В центре грузик, под действием которого происходит вытягивание)

Система роликов аппарата контролирующего вытяжку оптоволокна

Во время вытягивания геометрические соотношения стекла сердцевины и оболочки остаются неизменными, хотя уменьшение диаметра заготовки по отношению к диаметру волоконного световода происходит в соотношении до 300 : 1. То есть профиль показателя преломления не изменяется.

Непосредственно за измерительным прибором для контроля диаметра, вокруг волокна наносится первичное защитное покрытие. Такое полимерное покрытие предназначено для увеличения прочности оптоволокна, для защиты его от внешних воздействий, механических микроизгибов и упрощения операций по дальнейшей работе с оптоволоконной нитью. Это покрытие полимеризуется под воздействием тепла или ультрафиолетового излучения.

Рис.11. Намотка волокна на барабан

Последний этап в производстве оптоволокна это намотка его на барабан

Далее получившееся оптоволокно используется для производства шнуров, кабеля или в других оптоволоконных изделиях.