2.3. Волоконно-оптичний кабель

У цих кабелях як фізичне середовище використовують прозоре скловолокно. Будову кабелю показано на рис. 3.2. У центрі розташоване скловолокно, виготовлене з прозорого матеріалу. Це волокно має оболонку з меншим коефіцієнтом заломлення, завдяки чому промінь світла відбивається від нього. Оболонку волоконно-оптичного кабелю (ВОК) виготовляють з плавною або ступінчастою зміною коефіцієнта заломлення. Ступінчасті кабелі дешевші та простіші. У них більше послаблюється сигнал. У градієнтних кабелях значно менші послаблення сигналу, що дає змогу на порядок збільшити швидкість передавання. Оболонка мас зовнішнє захисне покриття, іноді з елементами жорсткості, що виготовлені зі сталі, для надання кабелю більшої механічної стійкості. Матеріали кабелю у порядку зниження якості:

- одномодове кварцове скло,

- градієнтне скло,

- силікатне скло з пластиковим покриттям,

- пластик.

Нерідко ВОК позначають як сукупність діаметрів серцевини та оболонки (у мікрометрах), наприклад, 9/125, 50/125, 62.5/125.

Розрізняють два типи ВОК: одно- та багатомодові. Модою називають світлову електромагнітну хвилю певної форми (див. Д. 3.1). У промені світла (навіть однієї довжини хвилі), як звичайно, є декілька мод. Водночас можна підібрати геометричні та оптичні параметри волокна так, що буде тільки одна мода.

В одномодових волокнах серцевина має діаметр 5-10 мкм. У такому кабелі діаметр волокна співмірний з довжиною хвилі сигналу, тому в кожний момент часу може поширюватись сигнал тільки однієї моди. Такий кабель забезпечує найменше загасання сигналу (до 2 дБ/км, 0,7 дБ/км), у ньому нема міжмодової дисперсії. Для генерування світла використовують напівпровідникові лазери. Передавання інформації відбувається на довжинах хвиль 1.300, 1.550 мкнм. Смуга перепускання - 2 ГГц. Власне в одномодовому кабелі ще 1990 р. вдалося передати сигнал за швидкості 1 Гбіт/с на відстань 8000 км без проміжного підсилення. Одномодові кабелі потребують прецизійного обладнання, вони дешевші від багатомодових, високою є вартість лазерів та фотоприймачів.

діаметр серцевини 5-10 мкм

загасання сигналу до 2 дБ/км

генератор сигналу напівпровідниковий лазер

Смуга перепускання 2 ГГц

Швидкість передавання 10 - 50 Гбіт/с

Переваги: найменше згасання сигналу, відсутня міжмодова дисперсія, дешевші від багатомодових, нечутливі до електромагнітних завад

Недоліки: потребують прецизійного обладнання, високою є вартість лазерів та фотоприймачів, складність монтажу, мала механічна стійкість.

Рис.3.2. Будова ВОК

У багатомодових волокнах діаметр серцевини близько 50, 62.5 мкм. Одночасно відбувається передавання декількох мод. Поширення кількох променів може призвести до спотворення сигналу внаслідок інтерференції.

Для генерування світла використовують світлодіоди. Передавання інформації відбувається на хвилях 1.3 та 0.85 мкм. Смуга перепускання - 800-900 МГц, вона залежить від довжини лінії. Загасання сигналу 0.5-7.0 дБ/км. Багатомодові кабелі дорожчі, однак простіші в експлуатації, ніж одномодові. Однак вони мають більше загасання та меншу відстань передавання.

діаметр серцевини 50, 62.5 мкм

загасання сигналу до 7 дБ/км

генератор сигналу світлодіоди та прості лазери

Смуга перепускання 800-900 МГц

Швидкість передавання від 300 Мбіт/с до 1 Гбіт/с

Переваги: простіші в експлуатації від одномодових, менша вартість мережевого обладнання, нечутливі до електромагнітних завад.

Недоліки: більше згасання сигналу ніж у одномодових (менша відстань передавання), потребують прецизійного обладнання, складність монтажу.

Останнім часом, завдяки поширенню технології Gigabit Ethernet, а також унаслідок непридатності світлодіодів з метою передавання в таких мережах, для багатомодових кабелів використовують лазери VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), які працюють у діапазоні 850 нм (SX) і значно дешевші (за даними фірми IT - у п'ять разів), ніж лазери діапазону 1300 нм (LX), що їх використовують в одномодових мережах.

У волоконно-оптичних кабелях значно менше (порівняно з коаксіальними) загасання сигналів, вища швидкість передавання, широка частотна смуга передавання, вони нечутливі до електромагнітних завад. Водночас вони мають малу механічну стійкість, їх не можна гнути, терти, пересувати, вони не витримують вібрації. Якщо ж волоконно-оптичний кабель розірвано, то його можна заварити (що потребує складного та дорогого обладнання) або з'єднати механічно. Зварне з'єднання дає менші втрати сигналу (до 0.1 дБ) порівняно з механічним (близько 0.25 дБ). Уважають, що ВОК ліпше захищені від прослуховування. Набагато ліпші у волоконно-оптичних кабелів і параметри ЕМ1; випромінювання в навколишнє середовище практично нема, такі кабелі відповідають найсуворішим екологічним вимогам.

Сигнал у ВОК поширюється завдяки збільшенню та зменшенню інтенсивності світла. Передавання напівдуплексне і більшість ВОК КМ містить два волокна -для передавання інформації в обох напрямах. Для ВОК використовують такі роз'єднувачі: ST - однонапрямлений, SC - подвійний, FC, E2000. Роз'єднувачі для ВОК допускають невелику кількість вмикань/вимикань (до 1000).

Сучасні волоконно-оптичні системи працюють зі швидкостями, що перевищують 1 Тбіт/с на відстані понад 3000 км без підсилення.

Максимальна швидкість передавання з використанням світлодіодів декілька сотень Мбіт/с, тоді як лазери працюють зі швидкостями 10 Гбіт/с та більше. Старі лазери генерували чистий сигнал однієї частоти. Справжнім проривом стала поява лазерів, що переналаштовуються на різні довжини хвиль. Інше досягнення - розробка волоконно-оптичного кабелю з малими втратами. В 1970-х роках втрати були близько 20 дБ на 1 км. Сучасні кабелі дають втрати близько 0.3 дБ на 1 км. Такі кабелі потребують дуже чистих матеріалів. Наприклад, частка таких домішок, як залізо, мідь, нікель, хром, не може бути більшою, ніж одна на мільярд. Водночас теоретична перепускна здатність ВОК становить 25000 ГГц, і сучасні системи використовують її на 0.1 %.

Сучасні волоконно-оптичні мережі використовують ВОК тільки для передавання. По суті, вони є оптоелектронними, і в кожному проміжному вузлі відбувається перетворення оптичного сигналу в електричний та навпаки. Нові технології мультиплексування за довжиною хвилі (WDM) слугують фундаментом для створення повністю оптичних мереж (AON), зі значно ліпшими параметрами передавання.

Сьогодні волоконно-оптичні кабелі застосовують для побудови магістралей глобальних та локальних інформаційних мереж, міжповерхових з'єднань, в умовах сильних електромагнітних завад, у разі потреби забезпечити гальванічну розв'язку декількох мереж.

16