НОУ ІНТУЇТ | лекція | оптоволоконні кабелі

1. Принципи роботи оптоволоконних кабелів

Наши партнеры ArtmMisto

Анотація: Дається опис принципів передачі по оптоволоконному кабелю. Види електрооптичних і оптикоелектричного перетворювачів (світлодіоди, светотранзістори). Характеристики оптоволоконних кабелів і види дисперсії.

Оптоволоконні (волоконно-оптичні кабелі) використовуються для передачі інформації за допомогою світлового променя. Передача інформації по волоконно-оптичному кабелю має цілий ряд переваг перед передачею по мідному кабелю [24] , [25] .

Широка смуга пропускання - у порівнянні з електромагнітної середовищем. Одне волокно, яке працює на довжині волни1300 або 1550 нм, потенційно має ширину смуги 20 ТГЦ ). Це дає можливість передачі по одному оптичного волокна потоку інформації зі швидкістю кілька терабіт в секунду. Це досить для розміщення приблизно 250 мільйонів каналів зі швидкістю передачі 64 Кбіт / с.

Мале загасання світлового сигналу у волокні. Випускає в даний час вітчизняними і зарубіжними виробниками промислове оптичне волокно має згасання 0,2-0,35 дБ / км на довжині хвилі 1300 і 1500 нм. При допустимому загасання 20 дБ максимальна відстань між підсилювачами або повторителями становить близько 100 км і більше.

Низький рівень шумів у волоконно-оптичному кабелі дозволяє збільшити смугу пропускання, шляхом передачі з використанням різної модуляції сигналів без захисту і контролювати правильність прийнятої інформації тільки в кінцевих терміналах. Це спрощує алгоритми обробки і ще більше збільшує реальну швидкість передачі.

Захищеність від електромагнітних завад. Оскільки волокно виготовлено з діелектричного матеріалу, воно несприйнятливо до електромагнітних перешкод з боку оточуючих мідних кабельних систем і електричного обладнання, здатного індукувати електромагнітне випромінювання (лінії електропередачі, електродвигунні установки і т.д.). У багатоволоконних кабелях також не виникає проблеми перехресного загасання.

Мала вага і об'єм. Волоконно-оптичні кабелі мають меншу вагу і об'єм в порівнянні з мідними кабелями в розрахунку на одну і ту ж пропускну здатність. Наприклад, 900-парний телефонний кабель діаметром 7,5 см, може бути замінений одним волокном з діаметром 0,1 см. Якщо волокно "одягнути" в безліч захисних оболонок і покрити сталевий стрічковою бронею, діаметр такого кабелю буде 1,5 см, що в кілька разів менше розглянутого телефонного кабелю.

Високий рівень безпеки від несанкціонованого доступу. Оскільки оптоволоконний кабель практично не випромінює в радіодіапазоні, передану інформацію важко підслухати, не порушуючи прийому / передачі. Більш того, несанкціоновані відводи (див. В розділі "Оптичні з'єднувачі") в оптичній системі реалізуються більш складно, і вимагають підключення за допомогою складного устаткування. Несанкціоновані підключення в оптичної мережі простіше виявляються. Системи, які відстежують якість розповсюджуваних світлових сигналів (як за різними волокнам, так і різної поляризації), мають дуже високу чутливість до коливань, до невеликих перепадів тиску. Тому оптичні системи зі спостереженням за якістю сигналу особливо необхідні при створенні ліній зв'язку в урядових, банківських і деяких інших спеціальних службах, що пред'являють підвищені вимоги до захисту даних.

Гальванічна розв'язка елементів мережі. Дана перевага оптичного волокна полягає в його изолирующем властивості. Оптоволоконні кабелі не вимагають заземлення оболонки, що захищає від "блукаючих струмів" і високовольтних наведень по "землі", при яких може виникнути велика різниця потенціалів, що для електромагнітних кабелів може призвести до пошкодження мережевого обладнання.

Пожежна безпека. Через відсутність іскроутворення оптичне волокно підвищує безпеку мережі на хімічних, нафтопереробних підприємствах, при обслуговуванні технологічних процесів підвищеного ризику.

Зменшення вимог до лінійно-кабельних спорудах. Волоконно-оптичні кабелі звільняють переповнені кабельні трубопроводи. Як вже зазначалося вище, волоконно-оптичні кабелі мають менший обсяг в розрахунку на одну і ту ж пропускну здатність, в зв'язку з чим переповнення кабельних трубопроводів стає малоймовірним, навіть при інтенсивному зростанні широкосмугових послуг.

Економічність волоконно-оптичного кабелю. Волокно виготовлено з кварцу, основу якого складає двоокис кремнію, широко розповсюдженого, а тому недорогого матеріалу, на відміну від міді. В даний час вартість волокна по відношенню до мідної парі визначається як 2: 5. При цьому волоконно-оптичний кабель дозволяє передавати сигнали на великі відстані без ретрансляції. Кількість повторителей на протяжних лініях скорочується при використанні волоконно-оптичного кабелю. Сучасні системи передачі дозволяють досягти дальності близько 400 км [24] тільки з використанням оптичних підсилювачів на проміжних вузлах при швидкості передачі вище 10 Гбіт / с.

Тривалий термін експлуатації. Згодом волокно зазнає деградації. Це означає, що загасання в прокладеному кабелі поступово зростає. Однак завдяки досконалості сучасних технологій виробництва оптичних волокон цей процес значно уповільнений, і термін служби волоконно-оптичного кабелю становить приблизно 25 років. За цей час може змінитися кілька поколінь стандартів приймально-передавальних систем. Терміни старіння оптичних кабелів набагато більше, ніж терміни деградації електромагнітних кабельних споруд.

Принципи роботи оптоволоконних кабелів

електромагнітний спектр

Частина електромагнітного спектра, яка призначена для волоконної оптичного зв'язку - в межах інфрачервоної складової світла, спектрально розташована між СВЧ діапазоном і видимою частиною спектра (див. Мал. 3.1 ). Інфрачервоний означає, що він лежить нижче червоного світла "від латинського слова" інфра ". Інфрачервона частина спектра починається" нижче "червоній частині спектра, приблизно в 700 нм довжини хвилі. Інфрачервоні хвилі розташовуються приблизно від 700 нм до 1 міліметр (мм). Діапазон інфрачервоного спектра найбільш часто використовується для оптичної волоконної зв'язку - від 850 нм до приблизно 1625 нм.

Мал.3.1.

Електромагнітний спектр Таблиця 3.1. Позначення діапазонів, використовуваних при оптичного зв'язку Діапазон в нанометрах Позначення діапазону Назва діапазону 1260 - 1360 O - band Вихідний (original) 1369 - 1460 E - band Розширений 1460 - 1530 S - band короткохвильового 1530 - 1565 C- band Звичайний 1565 - 1625 L- band Довгохвильовий 1625 - 1675 U - band Ультра Довгохвильовий

Використання електромагнітного спектра для оптичної волоконної зв'язку тісно пов'язане з показниками загасання скляного волокна в областях інфрачервоного спектра. Ці області з низьким оптичним загасанням, названі вікнами прозрачності1, залежать від матеріалів, з яких виготовляється оптичне волокно (добавками, що поліпшують властивості волокна). Найбільш ранні системи були розроблені на основі волокна з використанням кварцу. Перше вікно в оптичному волокні призначалося для роботи приблизно в області 850 нм. Запропоноване незабаром друге вікно в області 1310 нм (S-band) мало більш низьке загасання в порівнянні з першим (завдяки добавці діоксиду германію). Далі третє вікно в області 1550 нм (C -band), з низькими оптичними втратами. Сьогодні, є також доступним четверте вікно в області), близько 1625 нм (L -band). Ці чотири вікна показані на Мал. 3.2

вікна прозорості