Оптоволоконные кабели

Оптоволоконные (волоконно­оптические кабели) используются для передачи информации с помощью светового луча. Передача информации по волоконно­оптическому кабелю имеет целый ряд достоинств перед передачей по медному кабелю [7.19, 7.20].

Широкая полоса пропускания — по сравнению с электромагнитной средой. Одно волокно, работающее на длине волны 1300 или 1550 нм, потенциально имеет ширину полосы 20 ТГЦ ( ). Это дает возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации со скоростью несколько терабит в секунду. Это достаточно для размещения приблизительно 250 миллионов каналов со скоростью передачи 64 Кбит/с.

Малое затухание светового сигнала в волокне. Выпускаемое в настоящее время отечественными и зарубежными производителями промышленное оптическое волокно имеет затухание 0,2-0,35 дБ/км на длине волны 1300 и 1500 нм. При допустимом затухании 20 дБ максимальное расстояние между усилителями или повторителями составляет около 100 км и более.

Низкий уровень шумов в волоконно­оптическом кабеле позволяет увеличить полосу пропускания, путем передачи с использованием различной модуляции сигналов без защиты и контролировать правильность принятой информации только в оконечных терминалах. Это упрощает алгоритмы обработки и еще больше увеличивает реальную скорость передачи.

Защищенность от электромагнитных помех. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В многоволоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного затухания.

Малый вес и объем. Волоконно-оптические кабели имеют меньший вес и объем по сравнению с медными кабелями в расчете на одну и ту же пропускную способность. Например, 900-парный телефонный кабель диаметром 7,5 см, может быть заменен одним волокном с диаметром 0,1 см. Если волокно "одеть" во множество защитных оболочек и покрыть стальной ленточной броней, диаметр такого кабеля будет 1,5 см, что в несколько раз меньше рассматриваемого телефонного кабеля.

Высокая безопасность от несанкционированного доступа. Поскольку ВОК практически не излучает в радиодиапазоне, передаваемую по нему информацию трудно подслушать, не нарушая приема/передачи. Более того, несанкционированные отводы (см. в разделе "Оптические соединители") в оптической системе реализуются более сложно, и требуют подключения с помощью сложного оборудования. Несанкционированные подключения в оптической сети проще обнаруживаются. Системы, отслеживающие качество распространяемых световых сигналов (как по разным волокнам, так и разной поляризации), имеют очень высокую чувствительность к колебаниям, к небольшим перепадам давления. Поэтому оптические системы со слежением за качеством сигнала особенно необходимы при создании линий связи в правительственных, банковских и некоторых других специальных службах, предъявляющих повышенные требования к защите данных.

Гальваническая развязка элементов сети. Данное преимущество оптического волокна заключается в его изолирующем свойстве. Оптоволоконные кабели не требуют заземления оболочки, защищающего от "блуждающих токов" и высоковольтных наводок по "земле", при которых может возникнуть большая разность потенциалов, что для электромагнитных кабелей может привести к повреждению сетевого оборудования.

Пожаробезопасность. Из­за отсутствия искрообразования оптическое волокно повышает безопасность сети на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска.

Уменьшение требований к линейно­кабельным сооружениям. Волоконно-оптические кабели освобождают переполненные кабельные трубопроводы. Как уже отмечалось выше, волоконно­оптические кабели имеют меньший объем в расчете на одну и ту же пропускную способность, в связи с чем переполнение кабельных трубопроводов становится маловероятным, даже при интенсивном росте широкополосных услуг.

Экономичность волоконно­оптического кабеля. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди. В настоящее время стоимость волокна по отношению к медной паре определяется как 2:5. При этом ВОК позволяет передавать сигналы на большие расстояния без ретрансляции. Количество повторителей на протяженных линиях сокращается при использовании ВОК. Современные системы передачи позволяют достигнуть дальности около 400 км [7.20] только с использованием оптических усилителей на промежуточных узлах при скорости передачи выше 10 Гбит/с.

Длительный срок эксплуатации. Со временем волокно испытывает деградацию. Это означает, что затухание в проложенном кабеле постепенно возрастает. Однако благодаря совершенству современных технологий производства оптических волокон этот процесс значительно замедлен, и срок службы волоконно­оптического кабеля составляет примерно 25 лет. За это время может смениться несколько поколений стандартов приемо-передающих систем. Сроки старения оптических кабелей гораздо больше, чем сроки деградации электромагнитных кабельных сооружений.

Принципы работы оптоволоконных кабелей

Оптоволоконный кабель содержит [7.19, 7.20] три основных элемента (рис. 7.1):

• оплетка;
• оболочка;
• сердцевина.

Рис. 7.1. Конструкция оптического волокна

Сердцевина, волоконный светопроводящий элемент, окружен оболочкой, которая имеет меньший показатель преломления света. Это приводит к тому, что большинство световых лучей в сердцевине отражаются внутрь сердцевины (рис. 7.2). Попадет ли луч снова внутрь сердцевины, зависит от угла, под которым он пересекает границу "сердцевина-оболочка" ( числовая апертура^{1Числовая апертура — максимальный угол, при котором для вводимого в волокно светового излучения обеспечивается полное внутреннее отражение.} ). Если луч входит под слишком острым углом к поверхности оболочки, то он поглощается. Поглощение может происходить при изменении в оболочке, например, при сгибах оптокабеля или при неправильном сращивании волокон.

При построении сетей используются многожильные кабели. На рис. 7.3 показан пример кабеля с 8 волокнами. В центре расположен стальной трос для укрепления кабеля, а внешняя поверхность покрыта стальной оплеткой для защиты от грызунов и внешних силовых воздействий.

Многомодовые волокна

На рис. 7.2 показан принцип распространения лучей. В том числе видно, что при отражении луча под определенным углом возникает другой луч — "вторичная мода". Такие лучи могут быть использованы для организации второго пути переноса информации. Оптические волокна, в которых допускается прохождение лучей к приемнику многочисленными путями, называются многомодовыми.

По сравнению с одномодовыми кабелями (диаметр сердцевины 8,5 или 9,5 мкм) многомодовые кабели имеют больший диаметр (50/62/5 мкм при диаметре оболочки 125 мкм). Больший диаметр сердцевины упрощает их изготовление.

Рис. 7.2. Схема распространения лучей в многомодовом кабеле

Рис. 7.3. Принцип размещения волокон в оптическом кабеле