Fiberoptiske kabler er meget udbredt i dag til datatransmission. På nogle områder af IT har de fuldstændig erstattet traditionelle kommunikationslinjer baseret på metalledere. Optiske linjer er især effektive, hvor store mængder data skal transmitteres over lange afstande.
Indhold
Det fysiske grundlag for fiberoptik
De fysiske principper for optisk fiberdrift er baseret på princippet om total refleksion. Hvis vi tager to medier med forskellige brydningsindeks n1 og n2og n2<n1 (f.eks. luft og glas eller glas og gennemsigtig plast) og lad en lysstråle stå i en vinkel α til grænsefladen, så vil der ske to hændelser.
En stråle (angivet med rødt i figuren), der udsendes fra øverst til venstre (langs pilen), vil blive delvist brydet og vil gå gennem et medium med et brydningsindeks n2 vinkel α1<α - denne del af strålen er angivet med en stiplet linje.Den anden del af strålen vil blive reflekteret fra grænsefladen i samme vinkel. Hvis strålen affyres i en mindre vinkel β (den grønne stråle på figuren), så vil det samme ske - delvis refleksion og delvis brydning i en vinkel β1.
Hvis indfaldsvinklen α reduceres yderligere (blå stråle i figuren), så kan den brudte del af strålen "glide" næsten parallelt med mediegrænsefladen (blå stiplet linje). Et yderligere fald i indfaldsvinklen (en grøn stråle, der falder ind i en vinkel β) vil forårsage et kvalitativt spring - den brydte del vil være fraværende. Strålen vil blive fuldstændig reflekteret fra grænsefladen mellem de to medier. Denne vinkel kaldes vinklen for total refleksion, og selve fænomenet kaldes total refleksion. Det samme vil blive observeret med et yderligere fald i indfaldsvinklen.
Optisk fiber enhed
Optisk fiber er bygget på dette princip. Den består af to koaksiale lag med forskellig optisk tæthed.
Hvis en lysstråle kommer ind i den åbne ende af fiberen i en vinkel, der er større end lysreflektionsvinklen, vil den blive fuldstændig reflekteret fra kontaktgrænsen af to medier med forskellige brydningsindekser, med lav dæmpning ved hvert "spring".
Den ydre del af den optiske fiber er lavet af plast. Den inderste kan også være lavet af gennemsigtig plast, så kan den bøjes i tilstrækkeligt store vinkler (selv rullet ind i en ring, og lyset, der kommer ind, vil stadig passere fra den ene ende til den anden med dæmpning afhængigt af de optiske egenskaber af plastikken og længden af lyslederen). For backbone kabler, hvor fleksibilitet ikke er så vigtig, er den indre kerne normalt lavet af glas.Dette reducerer dæmpningen, reducerer omkostningerne ved fiberen, men den bliver følsom over for bøjninger.
For at øge gennemstrømningen af en optisk linje produceres fiberen i en to-mode eller multi-mode version. For at gøre dette øges kernetværsnittet til 50 mikron eller 62,5 mikron (mod 10 mikron for single-mode). To eller flere signaler kan transmitteres samtidigt gennem en sådan optisk fiber.
Denne konstruktion af den optiske transmissionsledning har visse ulemper. En af dem er lysspredningen forårsaget af den forskellige vej for hvert signal. De lærte at håndtere det ved at lave en kerne med et gradient (skiftende fra midten til kanterne) brydningsindeks. På grund af dette korrigeres ruterne for forskellige bjælker.
Kabler med multimode fibre bruges hovedsageligt til lokale netværk (inden for samme bygning, en virksomhed osv.), og med single-mode fibre - til stamlinjer.
Fiberline enhed
FOCL'en transmitterer et lyssignal genereret af en LED eller en laser. Der genereres et elektrisk signal i senderen. Slutanordningen har også brug for et signal i form af elektriske impulser. Derfor vil det være nødvendigt at transformere de originale data to gange. Et forenklet diagram af en fiberoptisk linje er vist på figuren.
Signalet fra senderen omdannes til lysimpulser og transmitteres over en optisk linje. Effekten af emitterne på sendesiden er begrænset, derfor er der på lange linjer med visse intervaller installeret enheder, der kompenserer for dæmpning - optiske forstærkere, regeneratorer eller repeatere.På modtagersiden er der en anden konverter, der omdanner det optiske signal til et elektrisk.
Optisk kabeldesign
For at organisere en fiberoptisk linje bruges individuelle fibre som en del af et optisk kabel. Dens design afhænger af formålet med transmissionslinjen og lægningsmetoden, men generelt indeholder den flere fibre med en individuel beskyttende belægning (fra ridser og mekanisk skade). En sådan beskyttelse udføres normalt i to lag - først en sammensat skal og på toppen - en ekstra belægning af plast eller lak. Fibrene er indesluttet i en fælles kappe (som konventionelle elektriske kabler), som bestemmer kablets omfang og vælges under hensyntagen til de ydre påvirkninger, som ledningen vil blive udsat for under drift.
Ved lægning i kabelbakker er der et problem med at beskytte ledningerne mod gnavere. I dette tilfælde er det nødvendigt at vælge et kabel, hvis ydre kappe er forstærket med stålbånd eller trådpanser. Glasfibre bruges også som beskyttelse mod skader.
Hvis kablet er lagt i et rør, er det ikke nødvendigt med en forstærket kappe. Metalrøret beskytter pålideligt mod tænderne på mus og rotter. Den ydre skal kan gøres let. Dette gør det nemmere at stramme kablet inde i røret.
Skal der lægges line i jorden, udføres beskyttelse i form af korrosionsbeskyttet trådpanser eller glasfiberstænger. Det giver høj modstand ikke kun mod kompression, men også mod strækning.
Hvis kablet skal lægges i havområder, på tværs af floder og andre vandbarrierer, på sumpet jord osv., påføres yderligere beskyttelse fra et aluminiumspolymerbånd. Sådan forhindres vand i at komme ind.
Mange kabler inde i en fælles kappe indeholder også:
- forstærkningsstænger, der tjener til at give strukturen større styrke under ydre mekaniske påvirkninger og under termisk forlængelse af linjen;
- fyldstoffer - plasttråde, der fylder tomme områder mellem fibre og andre elementer;
- kraftstænger (deres formål er at øge trækbelastningen).
I store spænd er ledningen ophængt i et kabel, men der er selvbærende kabler. Det understøttende metalkabel er indbygget direkte i skallen.
Som en separat type fiberoptisk linje skal en optisk patchledning nævnes. Dette kabel indeholder en eller to fibre (single mode eller dual mode) indesluttet i en fælles kappe. På begge sider er ledningen udstyret med stik til tilslutning. Sådanne kabler er af kort længde og er beregnet til at forbinde udstyr på kort afstand eller til at lægge intrakabinetkommunikation.
Fordele og ulemper ved optiske kabler
De utvivlsomme fordele ved optiske kabler, som bestemte den brede distribution af sådanne kommunikationslinjer, omfatter:
- høj støjimmunitet - lyssignalet påvirkes ikke af husholdnings- og industriel elektromagnetisk stråling, og linjen i sig selv udsender ikke (dette gør det vanskeligt for uautoriseret adgang til den transmitterede information og skaber ikke problemer med elektromagnetisk kompatibilitet);
- fuld galvanisk isolation mellem modtage- og sendesiden;
- lavt dæmpningsniveau - meget mindre end for kablede linjer;
- lang levetid;
- stor gennemstrømning.
I moderne virkeligheder betyder det også noget, at kablet ikke tiltrækker metaltyve.
Optikken er ikke uden fejl. Først og fremmest er dette kompleksiteten af installation og tilslutning, som kræver specielt udstyr, værktøjer og materialer, og som også stiller øgede krav til kvalifikationerne hos personale involveret i installation og vedligeholdelse af linjer. De fleste fejl i FOCL er forbundet med installationsfejl, som måske ikke viser sig med det samme. I starten var omkostningerne ved selve linjen også høje, men teknologiudviklingen har gjort det muligt at udjævne denne ulempe til konkurrencedygtige niveauer.
Optiske kommunikationslinjer har optaget en seriøs sektor på markedet for kommunikationsmaterialer. Inden for en overskuelig fremtid ser de ikke et seriøst alternativ, medmindre der sker et teknologisk gennembrud.
Lignende artikler:
