Волоконно-оптический кабель

Оптоволоконный кабель (fiber optic) - в волоконно-оптическом кабеле данные передаются с помощью световых импульсов, проходящих по оптическому волокну. Сердечник такого кабеля изготовлен из стекла или пластика. Сердечник окружается слоем отражателя, который направляет световые импульсы вдоль кабеля. Волоконно-оптические линии предназначены для передачи больших объемов данных на высоких скоростях.

Свет (длина волны λ ~ 1350 или 1500 нм) вводится в оптоволокно (диаметром менее 100 μ - микрон, микрометров) с помощью светоизлучающего диода или полупроводникового лазера. Центральное волокно покрывается слоем (клэдинг), коэффициент преломления которого меньше, чем у центрального ядра (стрелками условно показан ход луче2й света в волокне). Для обеспечения механической прочности извне волокно покрывается полимерным слоем.

Упрощенная схема кабеля

Рис.5 Волоконно-оптический кабель

Данные передаются по кабелю с помощью лазерного (lasertransmitter) или светодиодного (LED, light-emittingdiodetransmitter) передатчика, который посылает однонаправленные световые импульсы через центральное стеклянное волокно. Стеклянное покрытие помогает поддерживать фокусировку света во внутреннем проводнике. Сигнал принимается на другом конце фотодиодным приемником (photodiodereceiver), преобразующим световые импульсы в электрический сигнал, который сможет использовать получающий компьютер.

Существует несколько типов оптических волокон, обладающих различными свойствами. Они отличаются друг от друга зависимостью коэффициента преломления от радиуса центрального волокна (рис.6). Конструкций световодов и оптических волокон очень много, но основных типов два:

многомодовый;

одномодовый.

Понятие "мода" связано с характером распространения электромагнитных волн. Установлено, что, придавая световым импульсам определенную форму (обратный гиперболический косинус), дисперсионные эффекты можно полностью исключить. При этом появляется возможность передавать импульсы на расстояние в тысячи километров без искажения их формы. Одномодовый вид волокна воспринимает меньшую долю света на входе, зато обеспечивает минимальное искажение сигнала и минимальные потери амплитуды. Следует также иметь в виду, что оборудование для работы с одномодовым волокном значительно дороже. Центральная часть одномодового волокна имеет диаметр 3-10 μ, а диаметр клэдинга составляет 30-125 μ.

Число мод, допускаемых волокном, в известной мере определяет его информационную емкость. Модовая дисперсия приводит к расплыванию импульсов и их взаимному искажению. Дисперсия зависит от диаметра центральной части волокна и длины волны света.

Рис. 6 Типы оптического кабеля

Диаметр сердцевины у многомодовых волокон в десятки раз превышает длину волны передаваемого излучения, из-за чего по волокну распространяется несколько типов волн (мод). Стандартные диаметры сердцевины многомодовыхволокон – 50 и 62,5 мкм.

У одномодового волокна диаметр сердцевины находится обычно в пределах 5–10 мкм. Диаметр кварцевой оболочки световода тоже стандартизован и составляет 125 мкм.

Скорость передачи данных для оптоволоконных сетей находится в диапазоне от 100 Мбит/с до 2 Гбит/с, а данные могут быть надежно переданы на расстояние до 2 километров без повторителя. Оптоволоконный кабель может поддерживать передачу видео и голосовой информации так же, как и передачу данных. Поскольку световые импульсы полностью закрыты в пределах внешней оболочки, оптоволоконный носитель фактически невосприимчив к внешней интерференции и подслушиванию. Эти качества делают оптоволоконный кабель привлекательным выбором для защищенных сетей или сетей, которые требуют очень быстрой передачи на большие расстояния.

Поскольку световые импульсы могут двигаться только в одном направлении, системы на базе оптоволоконных кабелей должны иметь входящий кабель и исходящий кабель для каждого сегмента, который будет посылать и получать данные. Волоконный кабель также жесток и сложен в установке, что делает его самым дорогим типом сетевого носителя. Волоконный носитель требует специальных соединителей - коннекторов и высококвалифицированной установки. На рис.5 показан оптический коннектор типа ST, который соединяется с кабелем клеевым способом, т. е. путем вклейки оптического волокна в наконечник с последующей сушкой и шлифовкой. Коннекторы для монтажных и соединительных шнуров различаются диаметром хвостовика (соответственно 0,9 и 3,0 мм) и отсутствием у первых элементов крепления кабеля. Одномодовые и многомодовые коннекторы различаются требованиями к допускам на параметры капилляра керамического наконечника.

Рис. 5. Разъём оптический MM ST/PC для многомодового оптоволокна

Для преобразования светового сигнала в электрический используют оптоволоконный трансивер (приемо-передатчик), он довольно дорогой. На рис. 6 показан трансивер Trycom TRP-C39 для многомодового кабеля.

Рис. 6. Трансивер Trycom TRP-C39 для многомодового кабеля

Трансивер TRP-C39 осуществляет двунаправленное преобразование сигналов RS-232/422/485 в световые импульсы для передачи по оптическому волокну. Особенности:

• Автоматическое определение скорости передачи данных (от 300 до 115200 бит/с)

• Гальваническая развязка с напряжением пробоя изоляции 3000V пост.тока

• Светодиодные индикаторы Питание/Передача/Прием (Power/TX/RX)

• Допустимая протяженность оптоволоконной линии до 2км

• Крепление на стену / на DIN-рейку

• Интерфейсы: RS-232/422/485 в многомодовое (Multi-mode) оптоволокно

• Длина волны: 850 нм

• Скорости передачи данных : от 300bps до 115.2kbps

• ПоддержкаОС : Windows/Linux/Unix/MAC

Контрольные вопросы

1. Перечислите, нарисуйте внешний вид изученных типов кабелей и обозначьте их основные конструкционные элементы.

2. Составьте сравнительную характеристику кабелей в виде таблицы

Тип кабеля	Скорость передачи, Мбит/с	Длина передачи, м	Простота установки	Помехоустойчивость	Стоимость