Принцип работы оптоволоконного кабеля. Оптическое волокно

править код]

Волоконно-оптический кабель

Основное применение оптические волокна находят в качестве среды для передачи инфы в волоконно-оптических телекоммуникационных сетях разных уровней: от межконтинентальных магистралей до домашних компьютерных сетей. Применение оптических волокон для линий связи обосновано тем, что оптическое волокно обеспечивает высшую защищённость от несанкционированного доступа, низкое затухание сигнала при передаче инфы на огромные расстояния, возможность оперировать с очень высочайшими скоростями передачи и пропускной способностью даже при том, что скорость распространения сигнала в волокнах может быть до 30 % ниже, чем в медных проводах и до 40 % ниже скорости распространения радиоволн[5]. Уже к 2006 году была достигнута частота модуляции 111 ГГц[6][7], в то время как скорости 10 и 40 Гбит/с стали уже обычными скоростями передачи по одному каналу оптического волокна. При этом каждое волокно, используя технологию спектрального уплотнения каналов может передавать до пары сотен каналов сразу, обеспечивая общую скорость передачи инфы, исчисляемую терабитами в секунду. Так, к 2008 году была достигнута скорость 10,72 Тбит/с[8], а к 2012 — 20 Тбит/с[9]. Крайний рекорд скорости – 255 Тбит/с[10].

С 2017 года спецы молвят о достижении практического предела имеющихся технологий оптоволоконных линий связи и о необходимости кардинальных конфигураций в отрасли.[11]

Волоконно-оптический датчик[править

Как работает оптоволокно: все подробности обычным языком

В момент чтения этого текста терабайты инфы проходят по всей планетке через стеклянные нити, протянутые различными методами. Это больше припоминает чудо, но на самом деле это одна из важных технологий, изобретенных человечеством.

Она возникла благодаря естествоиспытателям XIX века, которые в теории представили возможность управления светом. Сама мысль была воплощена в жизнь опосля наиболее детализированного исследования оптических параметров различных материалов. Что такое оптоволокно, как работает, индивидуальности и создание кабеля – все это темы нашей статьи.

Передача света

Через медную витую пару проходит большущее количество электронов. Ток перебегает по проводнику, передавая закодированную последовательность импульсов – данные. Сам код состоит из нулей и единиц (двоичный). Оптоволокно посылает сигналы по аналогичному принципу, хотя в плане физики тут сложнее.

Лучше обойтись без теории и просто осознавать, что аналогично электронам, световые волны также могут передавать данные. К примеру, когда на аэродромах отказывает связь по радио, употребляется запасной вариант – сигналы отправляются по прожекторам. Но, таковой метод можно применять только в прямой видимости, а оптоволокно передает свет на тыщи км и не постоянно по прямой.

Изначально ученые пробовали передавать свет на долгие расстояния с помощью зеркал. Так, железные трубы снутри покрывались зеркальным слоем и в их направлялся световой луч. Но стоимость таковых световодов оказалась очень высочайшей, а свет рано либо поздно терял свои характеристики и угасал.

Позже решение было найдено – свет можно запереть, ежели применять для его передачи две среды с различными оптическими качествами. При этом будет довольно даже маленького различия.

Световоды по новейшей технологии

Что такое оптоволокно, вы узнаете, посмотрев последующее видео:

Уже понятно, что для обычной передачи света не настолько важен выбор материалов. Для физических опытов в школе довольно иметь под рукою воду и трубку из пластмассы. Тем не наименее, для трансляции сигналов на тыщи км нужны очень незапятнанные материалы с фактически безупречными оптическими качествами и с минимальными примесями.

Наиболее пригодным материалом оказался диоксид кремния (кварцевое стекло). Для получения в нем различных коэффициентов преломления света употребляется хитрость. Так, его центр оставили незапятнанным, а наружные слои насытили германием, позволяющим поменять характеристики стекла.

Производство световолокна

Болванка (которая в будущем перевоплотится в провод) спекается из 2-ух приготовленных трубок, вставляемых одна в одну. Существует и иной вариант, когда сердцевина насыщается германием.

Однако, лучше наполнить трубки изнутри газом. Потом довольно подождать, чтоб германий сам осел на стекло с наименьшим слоем. Опосля этого остается разогреть трубку и растянуть на метр. Вприбавок, полость снутри закроется самостоятельно.

У готового стержня будет сердцевина и оболочка с разными оптическими свойствами.

Именно он подступает для грядущего оптоволоконного провода. Хотя заготовка с поперечником несколько 10-ов см не очень его припоминает, зато стекло из кварца непревзойденно можно растянуть.

Поэтому готовую болванку поднимают на башню с высотой 10 метров, укрепляют ее и начинают умеренно подогревать, чтоб ее смесь начала припоминать нугу. Начиная с определенного момента, из болванки под ее весом начнет тянуться узкая нить. Опускаясь вниз, она застынет и станет довольно гибкой. Это вызывает удивление, но, сверхтонкие стекла отлично сгибаются.

Приготовленное оптоволокно, повсевременно опускающееся вниз, спускают в заполненную водянистым пластиком емкость. Это дозволяет нанести защиту на кварцевую поверхность, потом нить сматывают. Процесс идет до того момента, пока болванка не перевоплотится в одну нить, длиной 100-200 километров.

Уже с таковой нити плетутся кабели, которые могут содержать от 2-ух до двухсотен стекловолокон. Дальше кабель оснащают вставками для упрочнения, экранирующими слоями и оболочкой для защиты.

Передача инфы со скоростью света

Для пуска в создание оптоволокна нужно строить спец фабрики, специально обучать персонал, не запамятывая при этом о большущих вложениях. В любом случае, вложения стоят приобретенной выгоды.

Скорость света – это наибольший предел, позволяющий обмениваться информацией. Медные провода такового предела добиться не могут.

Единственным соперником оптоволокна можно именовать линию прямого оптического соединения.

В постсоветских странах в основном домашний веб проводят средством двужильного кабеля, где толщина жил составляет от 1-го до 2-ух мм. Наибольшая скорость передачи данных составляет 100 Мбит/сек. Ее полностью хватит для пары компов, но, при наличии Smart TV, NAS сервера и остальных смарт-устройств, будет недостаточно кабеля даже с восемью жилами. При этом у оптоволокна с шириной 9 микрон пропускная способность в 30 раз выше, а сам оптоволоконный кабель работает на пары жилах.

Еще одно преимущество внедрения оптоволоконного кабеля – его наименьший вес, по сопоставлению с медными проводами, и габариты. Это комфортно при прокладывании магистральных линий.

Благодаря оптическим кабелям, возникла возможность соединить даже целые континенты. К примеру, в Рф 1-ая линия была проложена в Москве. Подводным кабелем первым соединили Санкт-Петербург и Аберслунд (Дания).

После этого оптоволокно стали употреблять для связи меж предприятиями, банками и госучреждениями. Что касается веба для населения, в городках применяется практика, когда таковыми линиями провайдеры подключают многоквартирные дома, а уже в квартиры веб поступает при помощи традиционной витой пары. Тем не наименее, некие юзеры уже начали перебегать на оптику, хотя таковая возможность доступна не всем.

Предлагаю к просмотру познавательный документальный кинофильм про оптоволокно:

Сложность технологии и ограничения

Оптоволокно не лишь недешево и трудно создавать. Львиную долю издержек занимает его сервис. Тут нереально обойтись обычной изолентой. Во время монтажа кабелей кварц необходимо сращивать с применением специальной технологии, а полосы нужно доукомплектовывать доп оборудованием.

Благодаря различным коэффициентам преломления света, в оболочке и сердцевине на теоретическом уровне можно получить световод. Но, пущенный через кварц свет будет равномерно затухать, так как свое дело делают примеси в стекле. При этом устранить этот недочет вполне практически нереально. Да и пары молекул H20 на целый километр провода хватит для возникновения ошибок в сигнале и снижения наибольшего расстояния его передачи.

Аналогичная неувязка еще появлялась у электриков во время производства медных и остальных проводов. Позднее был введен новейший термин «дистанция регенерации» – наибольшее расстояние, по которому без заморочек передается сигнал.

Одна оптоволоконная жила в состоянии держать свет до 2-3 сотен км. Но, рано либо поздно будет нужно дополнительно усиливать и восстанавливать сигнал.

Для обычных линий связи довольно установить дешевые усилители. Для оптоволокна нужен установка сложного оборудования, для работы которого нужно применять редкоземельные сплавы и запускать инфракрасные лазеры.

Так, в линию связи необходимо врезать участок специального стекловолокна, насыщенного эрбием. Его атомы, благодаря накачиванию светом, будут находиться в возбужденном состоянии. Для поддержания такового состояния и нужен особый лазер. Когда сигнал проходит через эту область, его мощность возрастает практически в два раза, так как эрбий излучает свет, аналогичной сигналу, волны. Следовательно, зашифрованная информация сохраняется также. Дальше свет может пройти еще 100 км, где необходимо еще раз повторить усиление.

Для поддержания данной нам системы нужен обслуживающий персонал и беспрерывный присмотр. Потому экономический эффект от прокладки оптики для абонентов практически во всех странах мира остается под огромным вопросцем. Тем не наименее, оптоволокно для передачи данных – всепригодный вариант.

Именно на данной технологии основан веб современного уровня, позволяющий передавать видео в высочайшем разрешении, вести видеостриминг, поддерживать серверы онлайн-игр фактически без задержек, предоставлять моментальную связь меж хоть какими городками мира, а также обеспечивать мобильную передачу данных. Ведь станции мобильных операторов соединены меж собой тоже стекловолокнами.

Хотя спецы работают над созданием новейших средств коммуникации, наиболее массивная разработка покажется в обиходе еще нескоро. Да, некие решения разрешают прирастить пропускную способность приблизительно в два раза, а меж континентами прокладываются все наиболее толстые жилы из кварца.

Обойти принципиальный предел, связанный с наибольшей скоростью света, через кварц, быстрее всего, не получится. Можно отрешиться от кварца и обеспечить передачу сигнала лазерами. Но, это можно делать лишь по прямой полосы. Потому передатчики будет нужно устанавливать лишь в космосе либо хотя бы над орбитой земли.

Читайте также  Почему не открывается видео в презентации. Что делать если не воспроизводится видео презентации в PowerPoint?

Оставьте комментарий