Оптоволоконные кабели
|
|
Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель. |
|
Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. |
|
Главный его элемент - это прозрачное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением. |
|
Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля, только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром порядка 1-10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции - стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. |
|
В данном случае мы имеем дело с режимом так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). |
|
Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется, однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей). |
|
Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. |
|
Никакие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны исказить световой сигнал, а сам этот сигнал принципиально не порождает внешних электромагнитных излучений. |
|
Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозможно, так как это требует нарушения целостности кабеля. |
|
Теоретически возможная полоса пропускания такого кабеля достигает величины 1012 Гц, что несравнимо выше, чем у любых электрических кабелей. |
|
Стоимость оптоволоконного кабеля постоянно снижается и сейчас примерно равна стоимости тонкого коаксиального кабеля. |
|
Однако в данном случае необходимо применение специальных оптических приемников и передатчиков, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно, что порой существенно увеличивает стоимость сети в целом. |
|
Типичная величина затухания сигнала в оптоволоконных кабелях на частотах, используемых в локальных сетях, составляет около 5 дБ/км, что примерно соответствует показателям электрических кабелей на низких частотах. |
|
Но в случае оптоволоконного кабеля при росте частоты передаваемого сигнала затухание увеличивается очень незначительно, и на больших частотах (особенно свыше 200 МГц) его преимущества перед электрическим кабелем неоспоримы, он просто не имеет конкурентов. |
|
Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки. |
|
Самый главный из них - высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стекловолокна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъеме). |
|
Для установки разъемов применяют сварку или склеивание с помощью специального геля, имеющего такой же коэффициент преломления света, что и стекловолокно. |
|
В любом случае для этого нужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. |
|
Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде заранее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых уже установлены разъемы нужного типа. |
|
Хотя оптоволоконные кабели и допускают разветвление сигналов (для этого выпускаются специальные разветвители на 2-8 каналов), как правило, их используют для передачи данных только в одном направлении, между одним передатчиком и одним приемником. |
|
Ведь любое разветвление неизбежно сильно ослабляет световой сигнал, и если разветвлений будет много, то свет может просто не дойти до конца сети. |
|
Оптоволоконный кабель менее прочен, чем электрический, и менее гибкий (типичная величина допустимого радиуса изгиба составляет около 10—20 см). |
|
Чувствителен он и к ионизирующим излучениям, из-за которых снижается прозрачность стекловолокна, то есть увеличивается затухание сигнала. Чувствителен он также к резким перепадам температуры, в результате которых стекловолокно может треснуть. |
|
В настоящее время выпускаются оптические кабели из радиационно-стойкого стекла (стоят они, естественно, дороже). |
|
Оптоволоконные кабели чувствительны также к механическим воздействиям (удары, ультразвук) — так называемый микрофонный эффект. |
|
Для его уменьшения используют мягкие звукопоглощающие оболочки. |
|
Применяют оптоволоконный кабель только в сетях с топологией «звезда» и «кольцо». |
|
Никаких проблем согласования и заземления в данном случае не существует. |
|
Кабель обеспечивает идеальную гальваническую развязку компьютеров сети. |
|
В будущем этот тип кабеля, вероятно, вытеснит электрические кабели всех типов или, во всяком случае, сильно потеснит их. |
|
Запасы меди на планете истощаются, а сырья для производства стекла более чем достаточно. |
|
Существуют два различных типа оптоволоконных кабелей: |
|
многомодовый, или мультимодовый, кабель, более дешевый, но менее качественный; |
|
одномодовый кабель, более дорогой, но имеющий лучшие характеристики. |
|
Основные различия между этими типами связаны с разными режимами прохождения световых лучей в кабеле. |
|
В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего все они достигают приемника одновременно, и форма сигнала практически не искажается. |
|
Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). |
|
Дисперсия и потери сигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. |
|
Для одномодового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использующие свет исключительно с требуемой длиной волны. |
|
Такие приемопередатчики пока еще сравнительно дороги и не слишком долговечны. |
|
Однако в перспективе одномодовый кабель должен стать основным благодаря своим прекрасным характеристикам. |
|
В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют заметный разброс, в результате чего форма сигнала на приемном конце кабеля искажается. |
|
Центральное волокно имеет диаметр 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки - 125 мкм (это иногда обозначается как 62,5/125). |
|
Для передачи используется обычный (не лазерный) светодиод, что снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиков по сравнению с одномодовым кабелем. Длина волны света в многомодовом кабеле равна 0,85 мкм. |
|
Допустимая длина кабеля достигает 2-5 км. |
|
В настоящее время многомодовый кабель - основной тип оптоволоконного кабеля, так как он дешевле и доступнее. |
|
Задержка распространения сигнала в оптоволоконном кабеле не сильно отличается от задержки в электрических кабелях. |
|
Типичная величина задержки для наиболее распространенных кабелей составляет около 4-5 нс/м. |
