Оптоволоконные кабели

Оптоволоконные (волоконно-оптические кабели) используются для передачи информации с помощью светового луча. Передача информации по волоконно-оптическому кабелю имеет целый ряд достоинств перед передачей по медному кабелю [ 24 ] , [ 25 ] .

Широкая полоса пропускания — по сравнению с электромагнитной средой. Одно волокно, работающее на длине волны1300 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 волоконно-оптическом 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 оптоволоконный кабель практически не излучает в радиодиапазоне, передаваемую 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. Из-за отсутствия искрообразования оптическое волокно повышает безопасность сети на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска.

Уменьшение требований к линейно-кабельным сооружениям. Волоконно-оптические кабели освобождают переполненные кабельные трубопроводы. Как уже отмечалось выше, волоконно-оптические 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 волоконно-оптического 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 волоконно-оптический кабель позволяет передавать сигналы на большие расстояния без ретрансляции. Количество повторителей на протяженных линиях сокращается при использовании волоконно-оптического кабеля. Современные системы передачи позволяют достигнуть дальности около 400 км [ 24 ] 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 волоконно-оптического 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

Электромагнитный спектр

Часть электромагнитного спектра, которая предназначена для волоконной оптической связи - в пределах инфракрасной составляющей света, спектрально расположена между СВЧ диапазоном и видимой частью спектра (см. рис. 3.1). Инфракрасный означает, что он лежит ниже красного света" от латинского слова "инфра". Инфракрасная часть спектра начинается "ниже" красной части спектра, приблизительно в 700 нм длины волны. Инфракрасные волны располагаются приблизительно от 700 нм до 1 миллиметр (мм). Диапазон инфракрасного спектра наиболее часто используется для оптической волоконной связи - от 850 нм до приблизительно 1625 нм.

Рис. 3.1. Электромагнитный спектр

Использование электромагнитного спектра для оптической волоконной связи тесно связано с показателями затухания стеклянного волокна в областях инфракрасного спектра. Эти области с низким оптическим затуханием, названные окнами прозрачности^{1 область частот, для данной марки оптического кабеля, в которой обеспечиваются лучшие условия для распространения радиоволн} , зависят от материалов, из которых изготавливается оптическое волокно (добавками, улучшающими свойства волокна). Самые ранние системы были разработаны на основе волокна с использованием кварца. Первое окно в оптическом волокне предназначалось для работы приблизительно в области 850 нм. Предложенное вскоре второе окно в области 1310 нм (S-band) имело более низкое затухание по сравнению с первым (благодаря добавке диоксида германия). Далее третье окно в области 1550 нм (C -band), с низкими оптическими потерями. Сегодня, является также доступным четвертое окно в области), около 1625 нм (L –band). Эти четыре окна показаны на рис. 3.2

Рис. 3.2. Окна прозрачности