Optické kabely - zařízení, typy a vlastnosti

Optické kabely, na rozdíl od kabelů s měděnými nebo hliníkovými vodiči, využívají jako médium pro přenos signálu průhledné optické vlákno. Signál je zde přenášen nikoli pomocí elektrického proudu, ale pomocí světla. To znamená, že se prakticky žádné elektrony nepohybují, ale fotony, a ztráty přenosu signálu se ukazují jako nevýznamné.

Tyto kabely jsou ideální jako prostředek pro přenos informací, protože světlo může procházet průhledným sklolaminátem prakticky bez překážek desítky kilometrů, přičemž intenzita světla mírně klesá.

Tady je GOF-Cables (kabel se skleněnými optickými vlákny) — se skleněnými vlákny a POF kabely (plastový optický kabel) — s průhledným plastovým vláknem. Oba se tradičně nazývají optické kabely nebo kabely z optických vláken.

Zařízení s optickým kabelem

Optický kabel má poměrně jednoduché zařízení.Uprostřed kabelu je světlovod ze skelného vlákna (jeho průměr nepřesahuje 10 mikronů), obalený ochranným plastovým nebo skleněným pláštěm, který zajišťuje úplný vnitřní odraz světla díky rozdílu indexů lomu na rozhraní dvou médií.

Ukazuje se, že světlo po celé cestě od vysílače k ​​přijímači nemůže opustit centrální žílu. Kromě toho se světlo nebojí elektromagnetického rušení, proto takový kabel nepotřebuje elektromagnetické stínění, ale musí být pouze zesílen.

Aby byla zajištěna mechanická pevnost optického kabelu, jsou přijímána speciální opatření — pancéřují kabel, zejména pokud jde o vícežilové optické kabely, které vedou několik samostatných optických vláken současně. Závěsné kabely vyžadují speciální vyztužení kovem a kevlarem.

Nejjednodušší konstrukce optických kabelů je skleněná vlákna v plastovém obalu… Složitějším provedením je vícevrstvý kabel s výztužnými prvky, například pro podvodní, podzemní nebo závěsnou instalaci.

U vícevrstvého pancéřovaného kabelu je nosný výztužný kabel vyroben z kovu uzavřeného v polyethylenovém plášti. Kolem ní jsou umístěna světlonosná plastová nebo skleněná vlákna. Každé jednotlivé vlákno je potaženo vrstvou barevného laku pro barevné označení a ochranu proti mechanickému poškození. Svazky vláken jsou baleny v plastových tubách naplněných hydrofobním gelem.

Plastová trubice může obsahovat 4 až 12 takových vláken, přičemž celkový počet vláken v jednom takovém kabelu může být až 288 kusů. Trubky jsou opleteny nití, která stahuje fólii navlhčenou hydrofobním gelem — pro větší tlumení mechanických vlivů. Trubky a centrální kabel jsou uzavřeny v polyetylenu.Další jsou kevlarové prameny, které prakticky zajišťují pancéřování lanka. Poté opět polyetylen, aby byl chráněn před vlhkostí, a nakonec vnější plášť.

Dva hlavní typy optických kabelů

Existují dva typy optických kabelů: multimode a single mode. Vícerežimové jsou levnější, jednorežimové dražší.

Jednorežimový kabel zajišťuje, že paprsky procházející vláknem procházejí prakticky stejnou dráhou bez výraznějších vzájemných odchylek, v důsledku toho dorazí všechny paprsky do přijímače ve stejnou dobu a bez zkreslení tvaru signálu. Průměr optického vlákna v jednovidovém kabelu je asi 1,3 μm a právě na této vlnové délce se musí propouštět světlo.

Z tohoto důvodu se jako vysílač používá laserový zdroj s monochromatickým světlem o nezbytně nutné vlnové délce.Právě kabely tohoto typu (single-mode) jsou dnes považovány za nejperspektivnější pro dálkové komunikace do budoucna, ale zatím jsou drahé a krátkodobé.

Multimódový kabel méně „přesné“ než jednorežimové. Paprsky z vysílače do něj přecházejí rozptylově a na straně přijímače dochází k určitému zkreslení tvaru přenášeného signálu. Průměr optického vlákna v multimodovém kabelu je 62,5 µm a vnější průměr pláště je 125 µm.

Využívá konvenční (nelaserovou) LED na straně vysílače (vlnová délka 0,85 μm), zařízení není tak drahé jako zdroj laserového světla a současné multimode kabely mají delší životnost. Délka kabelů tohoto typu nepřesahuje 5 km. Typická latence přenosu signálu je řádově 5 ns/m.

Výhody optických kabelů

Tak či onak se optický kabel radikálně liší od běžných elektrických kabelů svou výjimečnou ochranou proti hluku, která zajišťuje maximální bezpečnost jak integrity, tak důvěrnosti informací přenášených přes něj.

Elektromagnetické rušení nasměrované na optický kabel není schopno zkreslit tok světla a samotné fotony negenerují vnější elektromagnetické záření. Bez porušení integrity kabelu není možné zachytit informace přenášené přes kabel.

Šířka pásma optického kabelu je teoreticky 10 ^ 12 Hz, což nelze srovnávat se současnými kabely jakékoli složitosti. Informace můžete snadno přenášet rychlostí až 10 Gbps na kilometr.

Samotný optický kabel není tak drahý jako tenký koaxiální kabel. Hlavní podíl na nárůstu ceny hotové sítě ale stále připadá na vysílací a přijímací zařízení, jejichž úkolem je přeměnit elektrický signál na světlo a naopak.

Útlum světelného signálu při průchodu optickým kabelem místní sítě nepřesahuje 5 dB na 1 kilometr, tedy téměř stejný jako u nízkofrekvenčního elektrického signálu. Také čím vyšší je frekvence – tím silnější je výhoda optického média oproti tradičním elektrickým drátům – útlum se nepatrně zvyšuje. A na frekvencích nad 0,2 GHz je optický kabel jednoznačně mimo konkurenci. Prakticky je možné zvýšit přenosovou vzdálenost až na 800 km.

Kabely z optických vláken jsou použitelné v sítích s kruhovou nebo hvězdicovou topologií, přičemž zcela eliminují problémy s uzemněním a vyvažováním zátěže, které jsou u elektrických kabelů vždy relevantní.

Perfektní galvanická izolace, spolu s výše uvedenými výhodami umožňuje analytikům předpovědět, že v síťových komunikacích optické kabely brzy zcela nahradí elektrické, zejména s ohledem na rostoucí nedostatek mědi na planetě.

Nevýhody optických kabelů

Pro spravedlnost nelze nezmínit nevýhody systémů pro optický přenos dat, z nichž hlavní je složitost instalace systémů a vysoké požadavky na přesnost instalace konektorů. Mikronové odchylky při montáži konektoru mohou vést ke zvýšení jeho útlumu. Zde potřebujete vysoce přesné svařování nebo speciální lepicí gel, jehož index lomu je podobný jako u samotného instalovaného sklolaminátu.

Z tohoto důvodu kvalifikace personálu neumožňuje shovívavost, pro jejich použití jsou vyžadovány speciální nástroje a vysoké dovednosti. Nejčastěji se uchýlí k použití hotových kusů kabelu, na jejichž koncích jsou již nainstalovány hotové konektory požadovaného typu. Pro větvení signálu z optického vlákna se používají specializované rozbočovače pro několik kanálů (od 2 do 8), ale při větvení nevyhnutelně dochází k útlumu světla.

Vlákno je samozřejmě méně pevný a méně pružný materiál než měď a pro jeho bezpečnost je nebezpečné vlákno ohýbat na poloměr menší než 10 cm.Ionizující záření snižuje průhlednost optického vlákna, zvyšuje útlum procházejícího světelného signálu.

Optické kabely odolné vůči záření jsou dražší než běžné kabely z optických vláken. Náhlá změna teploty může způsobit vznik trhliny ve vláknu. Optické vlákno je samozřejmě citlivé na mechanické namáhání, nárazy a ultrazvuk; k ochraně před těmito faktory se z plášťů kabelů používají speciální měkké materiály pohlcující zvuk.