Волоконно-оптические кабели
Волоконно-оптические кабели состоят из центрального проводника света (сердцевины) - стеклянного волокна,
окруженного другим слоем стекла - оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по
сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. В зависимости от распределения
показателя преломления и от величины диаметра сердечника различают:
многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления (рис. 2.11, а); многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления (рис. 2.11,6); одномодовое волокно (рис. 2.11, в).
Рис. 2.11. Типы оптического кабеля
Понятие «мода» описывает режим распространения световых лучей во внутреннем сердечнике кабеля.
В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF) используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого
с длиной волны света - от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода,
не отражаясь от внешнего проводника. Полоса пропускания одномодового кабеля очень широкая - до сотен гигагерц на километр.
Изготовление тонких качественных волокон для одномодового кабеля представляет сложный технологический процесс, что делает
одномодовый кабель достаточно дорогим. Кроме того, в волокно такого маленького диаметра достаточно сложно направить пучок света,
не потеряв при этом значительную часть его энергии.
В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber, MMF) используются более широкие внутренние сердечники,
которые легче изготовить технологически. В стандартах определены два наиболее употребительных многомодовых кабеля: 62,5/125 мкм
и 50/125 мкм, где 62,5 мкм или 50 мкм - это диаметр центрального проводника, а 125 мкм - диаметр внешнего проводника.
В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей,
отражающихся от внешнего проводника под разными углами. Угол отражения луча называется модой луча. В многомодовых кабелях
с плавным изменением коэффициента преломления режим распространения каждой моды имеет более сложный характер.
Многомодовые кабели имеют более узкую полосу пропускания - от 500 до 800 МГц/км. Сужение полосы происходит
из-за потерь световой энергии при отражениях, а также из-за интерференции лучей разных мод.
В качестве источников излучения света в волоконно-оптических кабелях применяются:
Для одномодовых кабелей применяются только полупроводниковые лазеры, так как при таком малом диаметре
оптического волокна световой поток, создаваемый светодиодом, невозможно без больших потерь направить в волокно. Для
многомодовых кабелей используются более дешевые светодиодные излучатели.
Для передачи информации применяется свет с длиной волны 1550 нм (1,55 мкм), 1300 нм (1,3 мкм) и 850 нм
(0,85 мкм). Светодиоды могут излучать свет с длиной волны 850 нм и 1300 нм. Излучатели с длиной волны 850 нм существенно
дешевле, чем излучатели с длиной волны 1300 нм, но полоса пропускания кабеля для волн 850 нм уже, например 200 МГц/км вместо
500 МГц/км.
Лазерные излучатели работают на длинах волн 1300 и 1550 нм. Быстродействие современных лазеров позволяет
модулировать световой поток с частотами 10 ГГц и выше. Лазерные излучатели создают когерентный поток света, за счет чего
потери в оптических волокнах становятся меньше, чем при использовании некогерентного потока светодиодов.
Использование только нескольких длин волн для передачи информации в оптических волокнах связанно с
особенностью их амплитудно-частотной характеристики. Именно для этих дискретных длин волн наблюдаются ярко выраженные
максимумы передачи мощности сигнала, а для других волн затухание в волокнах существенно выше.
Волоконно-оптические кабели присоединяют к оборудованию разъемами MIC, ST и SC.
Волоконно-оптические кабели обладают отличными характеристиками всех типов: электромагнитными,
механическими (хорошо гнутся, а в соответствующей изоляции обладают хорошей механической прочностью). Однако у них есть один
серьезный недостаток - сложность соединения волокон с разъемами и между собой при необходимости наращивания длины кабеля.
Сама стоимость волоконно-оптических кабелей ненамного превышает стоимость кабелей на витой паре, однако
проведение монтажных работ с оптоволокном обходится намного дороже из-за трудоемкости операций и высокой стоимости применяемого
монтажного оборудования. Так, присоединение оптического волокна к разъему требует проведения высокоточной обрезки волокна в
плоскости строго перпендикулярной оси волокна, а также выполнения соединения путем сложной операции склеивания, а не обжатия,
как это делается для витой пары. Выполнение же некачественных соединений сразу резко сужает полосу пропускания
волоконно-оптических кабелей и линий.
|
