Optički kabeli - uređaj, vrste i karakteristike

Optički kabeli, za razliku od kabela s bakrenim ili aluminijskim vodičima, koriste prozirno optičko vlakno kao medij za prijenos signala. Signal se ovdje prenosi ne uz pomoć električne struje, već uz pomoć svjetlosti. To znači da se praktički ne kreću nikakvi elektroni, već fotoni, a gubici prijenosa signala ispadaju beznačajni.

Ovi kabeli su idealni kao sredstvo prijenosa informacija, jer svjetlost može prolaziti kroz prozirna stakloplastika praktički neometano desetke kilometara, pri čemu se intenzitet svjetlosti lagano smanjuje.

Tamo je GOF-kabeli (kabel od staklenih optičkih vlakana) — sa staklenim vlaknima, i POF kabeli (plastični optički kabel) — s prozirnim plastičnim vlaknima. Oba se tradicionalno nazivaju optički ili optički kabeli.

Uređaj optičkog kabela

Optički kabel ima prilično jednostavan uređaj.U središtu kabela nalazi se svjetlovod izrađen od stakloplastike (njegov promjer ne prelazi 10 mikrona), obučen u zaštitnu plastičnu ili staklenu ljusku, koja omogućuje potpunu unutarnju refleksiju svjetlosti zbog razlike u indeksima loma na granici od dva medija.

Ispada da svjetlost, cijelim putem od odašiljača do prijamnika, ne može napustiti središnju venu. Osim toga, svjetlo se ne boji elektromagnetskih smetnji, stoga takav kabel ne treba elektromagnetsku zaštitu, već ga treba samo ojačati.

Kako bi se osigurala mehanička čvrstoća optičkog kabela, poduzimaju se posebne mjere — kabel se armira, posebno kada se radi o višežilnim optičkim kabelima koji nose više odvojenih optičkih vlakana istovremeno. Ovješeni kabeli zahtijevaju posebno ojačanje metalom i kevlarom.

Najjednostavniji dizajn optičkih kabela je staklena vlakna u plastičnoj ovojnici… Složeniji dizajn je višeslojni kabel s elementima za pojačanje, na primjer, za podvodnu, podzemnu ili viseću instalaciju.

U višeslojnom oklopljenom kabelu, noseći armaturni kabel izrađen je od metala zatvorenog u polietilenski omotač. Oko njega se postavljaju svjetlonosna plastika ili staklena vlakna. Svako pojedino vlakno presvučeno je slojem laka u boji za označavanje bojom i zaštitu od mehaničkih oštećenja. Snopovi vlakana pakirani su u plastične cijevi ispunjene hidrofobnim gelom.

Plastična cijev može sadržavati od 4 do 12 takvih vlakana, dok ukupan broj vlakana u jednom takvom kabelu može biti do 288 komada. Cijevi su isprepletene koncem koji zateže film natopljen hidrofobnim gelom — za veću amortizaciju mehaničkih utjecaja. Cijevi i središnji kabel su zatvoreni u polietilen.Sljedeće su žice od kevlara, koje praktički osiguravaju oklop za upleteni kabel. Zatim ponovno polietilen za zaštitu od vlage i na kraju vanjski omotač.

Dvije glavne vrste optičkih kabela

Postoje dvije vrste optičkih kabela: višemodni i jednomodni. Višemodni su jeftiniji, jednomodni su skuplji.

Jednomodni kabel osigurava da zrake koje prolaze kroz vlakno prolaze praktički istim putem bez značajnih međusobnih odstupanja, kao rezultat toga, sve zrake stižu do prijemnika u isto vrijeme i bez izobličenja oblika signala. Promjer optičkog vlakna u jednomodnom kabelu je oko 1,3 μm, a na toj se valnoj duljini svjetlost mora prenositi kroz njega.

Zbog toga se kao odašiljač koristi laserski izvor s monokromatskim svjetlom strogo potrebne valne duljine.Upravo se kabeli ove vrste (single-mode) danas smatraju najperspektivnijima za komunikaciju na daljinu u budućnosti, ali za sada oni su skupi i kratkotrajni.

Višemodni kabel manje "precizni" od jednomodnih. Zrake iz odašiljača prolaze u njega s disperzijom, a na strani prijemnika dolazi do izobličenja oblika odaslanog signala. Promjer optičkog vlakna u višemodnom kabelu je 62,5 µm, a vanjski promjer plašta je 125 µm.

Koristi konvencionalnu (nelasersku) LED diodu na strani odašiljača (valna duljina 0,85 μm), a oprema nije tako skupa kao laserski izvor svjetlosti, a trenutni višemodni kabeli imaju dulji vijek trajanja. Duljina kabela ove vrste ne prelazi 5 km. Tipična latencija prijenosa signala je reda veličine 5 ns/m.

Prednosti optičkih kabela

Na ovaj ili onaj način, optički kabel se radikalno razlikuje od običnih električnih kabela svojom iznimnom zaštitom od buke, koja osigurava maksimalnu sigurnost kako integriteta tako i povjerljivosti informacija koje se njime prenose.

Elektromagnetske smetnje usmjerene na optički kabel ne mogu iskriviti protok svjetlosti, a sami fotoni ne stvaraju vanjsko elektromagnetsko zračenje. Bez prekidanja cjelovitosti kabela nemoguće je presresti informacije koje se njime prenose.

Propusnost optičkog kabela je teoretski 10 ^ 12 Hz, što se ne može usporediti sa sadašnjim kabelima bilo koje složenosti. Možete jednostavno prenositi informacije brzinom do 10 Gbps po kilometru.

Optički kabel sam po sebi nije tako skup kao tanki koaksijalni kabel. Ali glavni dio povećanja cijene gotove mreže i dalje pada na odašiljačku i prijamnu opremu, čija je zadaća pretvaranje električnog signala u svjetlo i obrnuto.

Gubljenje svjetlosnog signala pri prolasku kroz optički kabel lokalne mreže ne prelazi 5 dB po 1 kilometru, odnosno gotovo jednako kao kod niskofrekventnog električnog signala. Također, što je viša frekvencija - što je veća prednost optičkog medija nad tradicionalnim električnim žicama - prigušenje se neznatno povećava. A na frekvencijama iznad 0,2 GHz, optički kabel je očito izvan konkurencije. Praktično je moguće povećati udaljenost prijenosa do 800 km.

Kabeli od optičkih vlakana primjenjivi su u mrežama s topologijom prstena ili zvijezde, dok u potpunosti eliminiraju probleme uzemljenja i balansiranja opterećenja koji su uvijek relevantni za električne kabele.

Savršen galvanska izolacija, zajedno s navedenim prednostima, omogućuje analitičarima predviđanje da će u mrežnim komunikacijama optički kabeli uskoro u potpunosti zamijeniti električne, posebice s obzirom na sve veću nestašicu bakra na planetu.

Nedostaci optičkih kabela

Iskreno radi, ne možemo ne spomenuti nedostatke optičkih sustava za prijenos podataka, od kojih je glavni složenost instalacijskih sustava i visoki zahtjevi za točnost ugradnje konektora. Mikronska odstupanja tijekom montaže konektora mogu dovesti do povećanja prigušenja u njemu. Ovdje vam je potrebno visoko precizno zavarivanje ili poseban ljepljivi gel, čiji je indeks loma sličan onom ugrađenog stakloplastike.

Iz tog razloga, kvalifikacija osoblja ne dopušta popustljivost, za njihovu uporabu potrebni su posebni alati i visoke vještine. Najčešće se pribjegavaju korištenju gotovih komada kabela, na čijim su krajevima već instalirani gotovi konektori željenog tipa. Za grananje signala iz optičkog vlakna koriste se specijalizirani razdjelnici za nekoliko kanala (od 2 do 8), ali kod grananja neizbježno dolazi do slabljenja svjetlosti.

Naravno, vlakno je manje čvrst i manje fleksibilan materijal od bakra, te je opasno savijati vlakno na radijus manji od 10 cm radi njegove sigurnosti.Ionizirajuće zračenje smanjuje prozirnost optičkog vlakna, povećava slabljenje propuštenog svjetlosnog signala.

Optički kabeli otporni na zračenje skuplji su od konvencionalnih optičkih kabela. Nagla promjena temperature može uzrokovati stvaranje pukotina u vlaknu. Naravno, optičko vlakno je osjetljivo na mehanička opterećenja, udarce i ultrazvuk; za zaštitu od ovih čimbenika koriste se posebni mekani materijali koji apsorbiraju zvuk iz omotača kabela.