Оптоволоконные кабели — устройство, виды и характеристики

В оптоволоконных кабелях, в отличие от кабелей с медными или алюминиевыми жилами, в качестве среды для передачи сигнала используется прозрачный волоконный световод. Сигнал здесь передается не с помощью электрического тока, а с помощью света. Это значит, что движутся практически не электроны, а фотоны, соответственно и потери при передаче сигнала оказываются пренебрежимо малы.

Данные кабели идеальны в качестве средства передачи информации, ведь свет способен проходить по прозрачному стекловолокну практически беспрепятственно на десятки километров, при этом интенсивность света уменьшается незначительно.

Бывают GOF-кабели (англ. glass optic fiber cable) — со стеклянным волокном, а также POF-кабели (англ. plastic optic fiber cable) — с прозрачным пластиковым волокном. И те и другие традиционно называются оптоволоконными или волоконно-оптическими кабелями.

Устройство оптоволоконного кабеля

Оптоволоконный кабель имеет достаточно простое устройство. В центре кабеля расположен световод из стекловолокна (его диаметр не превышает 10 мкм) облаченный в защитную пластиковую или стеклянную оболочку, обеспечивающую полное внутреннее отражение света за счет разности коэффициентов преломления на границе двух сред.

Получается что свет, на всем своем пути от передатчика к приемнику, не может выйти из центральной жилы. К тому же свету не страшны электромагнитные помехи, поэтому такой кабель не нуждается в электромагнитном экранировании, а нуждается лишь в упрочнении.

Для придания оптоволоконному кабелю механической прочности, применяют особые меры — делают кабель бронированным, тем более когда речь заходит о многожильных оптических кабелях, несущих сразу несколько отдельных световодов. Кабели для подвесного монтажа требуют особого упрочнения металлом и кевларом.

Самая простая конструкция оптоволоконного кабеля — стеклянное волокно в пластиковой оболочке. Более сложная конструкция — многослойный кабель с упрочняющими элементами, например для прокладки под водой, под землей или для подвесного монтажа.

В многослойном броневом кабеле несущий упрочняющий трос изготовлен из заключенного в полиэтиленовую оболочку металла. Вокруг него располагаются светонесущие пластиковые или стеклянные волокна. Каждое отдельное волокно покрыто слоем цветного лака в качестве цветовой маркировки и для защиты от механических повреждений. Пучки волокон облачены в пластиковые трубки, заполненные гидрофобным гелем.

В одной пластиковой трубке может находиться от 4 до 12 таких волокон, в то время как общее количество волокон в одном таком кабеле может доходить до 288 штук. Трубки оплетены нитью, стягивающей пленку, смоченную гидрофобным гелем — для большего демпфирования механических воздействий. Трубки и центральный кабель заключены в полиэтилен. Далее идут кевларовые нити, практически и обеспечивающие многожильному кабелю броню. Потом снова полиэтилен для защиты от влаги, и наконец внешняя оболочка.

Два основных типа оптоволоконных кабелей

Оптоволоконные кабели есть двух типов: многомодовый и одномодовый. Многомодовый стоит дешевле, одномодовый — дороже.

Одномодовый кабель обеспечивает лучам, проходящим по световоду, практически один и тот же путь без существенных взаимных отклонений, в итоге на приемник все лучи приходят одновременно и без искажений формы сигнала. Диаметр световода в одномодовом кабеле составляет около 1,3 мкм, и свет именно с такой длиной волны следует по нему передавать.

По этой причине в качестве передатчика используется источник лазерного излучения с монохроматическим светом строго требуемой длины волны. Именно кабели данного типа (одномодовые) рассматриваются сегодня как наиболее перспективные для коммуникаций на значительные расстояния в будущем, но пока они дороги и недолговечны.

Многомодовый кабель менее «точен», чем одномодовый. Лучи от передатчика идут в нем с разбросом, и на стороне приемника имеется некоторое искажение формы передаваемого сигнала. Диаметр световодного волокна в многомодовом кабеле составляет 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки 125 мкм.

Здесь используется обычный (а не лазерный) светодиод на стороне передатчика (с длиной волны 0,85 мкм), и оборудование получается не таким дорогим как с лазерным источником света, да и срок службы у нынешних многомодовых кабелей дольше. Кабели данного типа не превышают по длине 5 км. Типовое время задержки сигнала при передаче составляет порядка 5 нс/м.

Достоинства оптоволоконных кабелей

Так или иначе, оптоволоконный кабель принципиально отличается от обычных электрических кабелей исключительной помехозащищенностью, что обеспечивает максимальную сохранность как целостности, так и конфиденциальности передаваемой по нему информации.

Электромагнитная помеха, направленная на оптоволоконный кабель, не способна исказить световой поток, да и сами фотоны не порождают внешнего электромагнитного излучения. Без нарушения целостности кабеля невозможно перехватить передаваемую по нему информацию.

Полоса пропускания оптоволоконного кабеля теоретически составляет 10^12 Гц, что не идет ни в какое сравнение с токонесущими кабелями любой сложности. Можно легко передавать информацию со скоростью до 10 Гбит/с на километры.

Сам по себе оптоволоконный кабель стоит не дорого, почти так же, как тонкий коаксиальный кабель. Но основная доля удорожания готовой сети все же приходится на передающее и приемное оборудование, задача которого — преобразовать электрический сигнал в свет и обратно.

Затухание светового сигнала при прохождении через оптоволоконный кабель локальной сети не превышает 5 дБ на 1 километр, то есть почти такое же как у электрического сигнала низкой частоты. При том чем выше частота — тем выраженнее оказывается преимущество оптической среды перед традиционными электрическими проводниками — затухание растет незначительно. А на частотах выше 0,2 ГГц оптоволоконный кабель однозначно оказывается вне конкуренции. Практически возможно довести расстояние передачи до 800 км.

Оптоволоконные кабели применимы в сетях с топологиями «кольцо» или «звезда», при этом полностью отсутствуют проблемы заземления и согласования с нагрузкой, вечно актуальные для электрических кабелей.

Идеальная гальваническая развязка, наряду с вышеперечисленными достоинствами, позволяет аналитикам прогнозировать, что в сетевых коммуникациях оптоволоконные кабеля вскоре полностью вытеснят электрические, тем более с учетом растущего дефицита меди на планете.

Недостатки оптоволоконных кабелей

Справедливости ради, нельзя не упомянуть и о недостатках волоконно-оптических систем передачи информации, главный из которых — сложность монтажа систем и высокие требования к точности установки разъемов. Микронное отклонения при монтаже разъема способно привести к увеличению затухания в нем. Здесь необходима высокоточная сварка или специальный клеевой гель, коэффициент преломления света в котором аналогичен оному в самом монтируемом стекловолокне.

По этой причине квалификация персонала не допускает снисхождения, необходимы специальные инструменты и высокое мастерство владения ими. Чаще всего прибегают к использованию готовых кусков кабеля, на концах которых уже установлены готовые разъемы требуемого типа. Для разветвления сигнала от оптоволокна, применяют специализированные разветвители на несколько каналов (от 2 до 8), но при разветвлении неизбежно происходит ослабление света.

Конечно, оптоволокно является менее прочным и менее гибким материалом нежели та же медь, и изгибать оптоволокно на радиус менее чем 10 см небезопасно для его сохранности. Ионизирующие излучения снижают прозрачность оптоволокна, усиливают затухание передаваемого светового сигнала.

Оптоволоконные кабели стойкие к радиации стоят дороже обычных оптоволоконных кабелей. Резкий перепад температуры может привести к образованию трещины в световоде. Безусловно, оптоволокно уязвимо и к механическим воздействиям, к ударам, к ультразвуку; для защиты от этих факторов применяются специальные мягкие звукопоглощающие материалы оболочек кабелей.

Источник

Оптоволоконные кабели: виды и характеристики

Оптоволоконный, или волоконно-оптический кабель — это провод, в основе конструкции которого находятся волоконные световоды, то есть оптоволокно. Информация по нему передается в виде световых фотонов, а не радиоволн. Он практически не восприимчив к помехам, удобен в монтаже и обеспечивает высокую скорость передачи данных.

Классифицируют оптоволокно по материалу изготовления, количеству передаваемых сигналов и способам применения. В зависимости от материала выделяют три вида оптоволоконных кабелей:

• стекловолоконные – маркируют GOF (glass optic fiber);
• полимерноволоконные – маркируют POF (plastic optic fiber);
• со стеклянно-кристаллическим волокном – PCF (plastic crystal fiber).

По количеству передаваемых сигналов (мод) разделяют на:

• одномодовые – передают сигнал с одной длиной волны;
• многомодовые – передают несколько сигналов с разной длиной волны.

Одномодовые разновидности имеют меньший диаметр сердечника и в основном используются в телефонии. У многомодового оптоволокна более толстый сердечник, оно используется при создании компьютерных сетей.

Типы оптоволокна по месту монтажа:

• для наружного применения (подземные, подводные, подвесные);
• для монтажа внутри объекта.

По условиям прокладки:

• для подвесного монтажа применяют разновидности с кевларом или тросом, если это подвес на линиях электропередачи, применяют вид с молниезащитой;
• для подземного монтажа разработан тип с броней из проволоки;
• для укладки в специализированной канализации создан тип с гофрированной металлической броней;
• для подводного монтажа используют многослойное оптоволокно.

Структура

Существует много вариантов исполнения оптико-волоконного провода для разных целей. Чаще всего он имеет круглое сечение. Самая простая конструкция – это пластиковые трубки с волокнами (сердцевина) в общей внешней оболочке.

Для сложных условий эксплуатации разработаны многослойные модификации. В них особое внимание уделено защите, поэтому к оптоволокну добавлены специальные защитные и упрочняющие элементы.

Оптоволоконный кабель состоит из нескольких слоев

На сегодняшний день выделяют восемь конструкционных слоев оптоволоконного кабеля:

• Стеклянные / пластиковые / полимерные волокна. Это основной элемент, через который передается световой поток. Тип волокна можно узнать по названию. Иногда для дополнительной защиты и маркировки волокно покрывают цветным лаком.
• Несущий трос. Это элемент центрирования и жесткости. Металлический или стеклопластиковый пруток для защиты покрывается полиэтиленовым слоем.
• Защитные пластиковые трубки. Внутри них находятся световоды и гидрофобный гель. В конструкции может быть от одной до нескольких десятков трубок, а в каждой трубке содержится 4–12 оптоволокон.
• Пленка-оплетка. Такая пленка нужна, чтобы провод не деформировался, а также для удержания внутри гидрофобного геля, уменьшения внутреннего трения и защиты от влаги. Пленка стягивается нитями, смоченными гидрофобным гелем.
• Пленка-влагозащита. Если оптоволокну нужно придать еще большую влагозащиту, используется дополнительная внутренняя полиэтиленовая оболочка.
• Броня. Для предохранения от механических повреждений добавляют слой брони из кевлара, проволочной оплетки, гвоздевого железа, стеклопластика или другого прочного материала. Броня используется во всех разновидностях, предназначенных для подземной укладки.
• Усиленная влагозащита. Это слой из полиэтилена и гидрофобного геля. Добавляется в модели, предназначенные для подводного монтажа.
• Внешний защитный слой. Выполняется из полиэтилена необходимой жесткости, обусловленной условиями эксплуатации.

Для чего нужен оптический кабель

Оптоволокно используют в разных сферах – это:

• создание телефонных линий;
• прокладка интернет-сетей;
• прямая передача сигналов на большие расстояния.

Современные провайдеры и телекоммуникационные компании тянут именно оптоволокно, так как оно по всем ключевым параметрам превосходит аналоги с металлическими проводниками.

Достоинства оптоволокна

Оптоволоконный провод намного легче и компактнее, чем аналог с медным сердечником. Развернутые оптоволоконные сети проще укладывать и масштабировать. Кроме того, за счет них обеспечивается более стабильный и защищенный сигнал. Это возможно из-за таких нескольких особенностей:

• Фотоны внутри световодов движутся на скорости близкой к скорости света, что обеспечивает максимально быструю передачу данных со скоростью до 10 Гбит/с.
• Оптические данные не чувствительны к радио- и электрошумам.
• Информацию сложно перехватить.
• Даже при больших расстояниях фиксируются минимальные потери информации.
• Расстояние между двумя приемниками может достигать 800 км.

Такие характеристики оптоволокна делают его идеальным вариантом для создания коммуникационных сетей любого назначения.

Оставьте свою электронную почту и получайте самые свежие статьи из нашего блога. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить

Источник

Как устроен оптический кабель и что нужно о нем знать

Оптический кабель (иначе называемый оптоволокно, оптико-волоконный кабель или волоконно-оптический кабель) это провод, который передает информационные сигналы в оптическом диапазоне волн, используя световод. Такой способ передачи сигнала имеет ряд достоинств, повышающих его популярность среди пользователей.

Это низкий уровень затухания сигнала, хорошая защита от помех, высокая пропускная способность, занимает мало места, небольшой вес и долговечность. Цена таких кабелей пока выше, чем аналоги из меди, но она постоянно снижается.

Как устроен оптический кабель и его основные технические характеристики

• по материалу: GOF (кварцевое стекло) и POF (пластик);
• по размещению: внешний (в воздухе или под водой) и внутренний (в помещениях);
• по среде, в которой осуществляется монтаж оптического кабеля: подвесной (с тросом или кевларовым покрытием), для грунта (броня из металла), для канализаций (броня из гофрированного металла), подводный (сложная многослойная оболочка).

Оптический кабель включает одно или более оптических волокон и защиту ядра от механических повреждений, воды, перепадов температур, повреждения грызунами и ударов. Общее количество световодов в кабеле может быть до 288, наиболее востребованными являются на 32, 48 и 64 волокна. Состав оптико-волоконного кабеля:

• трос, придающий прочность и жесткость конструкции, выполняется из пластика или металла с покрытием полиэтиленовым чехлом;
• световоды: волокна из стекла или пластика (могут быть прозрачными или цветными для маркировки);
• трубки, в которые уложены световоды (4-12, если нужно меньше, то для сохранения габаритов укладываются черные нерабочие волокна), заполненные гидрофобным гелем;
• оболочка, смоченная гидрофобным гелем, в которую укладываются трубки (от 1 и более);
• оболочка для защиты от влаги из полиэтилена (не всегда используется);
• бронированная оболочка: кевларовое покрытие: слой стальных или железных волокон, иногда из стеклопластика;
• внешняя защита – оболочка из пластика для защиты кабеля от внешних воздействий.

Конструкции и типы оптических кабелей, которые необходимо применять в каждом конкретном случае, определяется задачами и многими другими параметрами, поэтому может варьироваться. Самая простая — это световоды в пластиковых трубках и общая оболочка.

Самая сложная — это провод, который прокладывается под водой, состоящий из множества бронирующих и герметизирующих защитных оболочек. Применяемые в данной технологии материалы обеспечивают высочайшую скорость передачи данных (до 100Гбит/с) без усилителей или повторителей на десятки километров (а с помощью усилителей и на тысячи километров), точную передачу данных практически в неизменном виде с очень малыми потерями, защиту от искажений, в том числе в результате погодных условий.

Оптоволокно не подвержено влиянию электрических устройств и сам провод не генерирует электромагнитное излучение.

Одномодовый и многомодовый провод, как выбрать

Световод является основной светопередающей частью волокна, состоит из сердечника (иначе называемого ядром или сердцевиной) и демпфера, не дающего излучению возможность покинуть пределы сердечника. И световод, и демпфер выполняются из одного материала, при этом свойства преломления у материала сердечника выше, чем у демпфера, что обеспечивает полное отражение сигнала внутри существующих границ.

Различают два основных типа: одномодовый оптический кабель (диаметром сердечника 9 мкм) и многомодовый оптический кабель (сердечник — 50 или 62,5 мкм). Диаметр демпфера всегда постоянный — 125 мкм.

Классы одномодовых волокон: OS1 (для длины волны 1310 нм или 1550 нм) и OS2, ранее LWP (для широкополосной передачи, поделенной на каналы, от 1280 до 1625 нм).

Класс OS2 обеспечивает максимальную скорость передачи данных — более 10 Гбит/с. Основные преимущества: малое затухание сигнала и широкая пропускная способность.

Классы многомодовых волокон: самые простые ОМ1 (62,5 мкм) и ОМ2 (50 мкм), новые высокоскоростные ОМ3 и ОМ4 могут работать на скоростях 100 Гбит/с. ОМ3 дополнен лазером на вертикальном резонаторе VCSEL, для ОМ4 использованы лазеры FP (Фабри-Перо) и лазеры DFB (с распределенной обратной связью). Многомодовые волокна позволяют распространяться волне одновременно по нескольким путям, что и вызывает их основные недостатки: затухание сигнала больше и дисперсия (перекрывание) сигнала.

При выборе кабеля необходимо учитывать его характеристики. При этом можно однозначно сделать вывод, что для скоростей более 10 Гбит/с для любых расстояний одномодовые волокна находятся вне конкуренции. Для расстояний 550-1100 м можно применять один из классов многомодового волокна.

Цена многомодового кабеля выше, так как стоимость зависит от диаметра сердечника, но оборудование для одномодовых систем — существенно дороже. Поэтому при выборе и оценке стоимости целесообразно сопоставить не только стоимость проводов, но и стоимость соответствующего оборудования.

Оптический кабель виды и типы разъемов

Разъем оптического кабеля — это коннектор для подсоединения кабеля к оборудованию. Для одноволоконных кабелей применяют следующий тип разъема оптического кабеля: стандартного размера 1,25 мм (LC, MU, E2000) или 2,5 мм (FC, ST, SC), также возможны нестандартные формы иного диаметра.

Для разного количества волокон применяют дуплексные на 2 волокна (SMA, BICONIC, DIN) и ленточные на более 4 волокон (MTP/MP). Каждый из типов разъемов занимает свой сегмент рынка, имеет свои достоинства и недостатки. Приведем примеры, используя основные виды разъемов оптического кабеля:

• SC — основной вид для структурированных кабельных систем и телекоммуникаций, показывающий высокую скорость, качество соединения и удобство в использовании, но недостаточно прочен и подвержен разрушению в результате вибрации;
• FC — имеет круглое сечение, часто применяемое в измерительном оборудовании, корпус из металла обеспечивает долговечность и надежность, но имеет более сложное устройство;
• ST — применяется в основном для многомодовых кабелей, корпус из металла, но средние характеристики качества соединения;
• LC — повсеместно используется в компьютерном оборудовании, удобная пластиковая конструкция обеспечивает легкость использования, но не прочен и требует аккуратного обращения.

Самыми практичными типами разъемов оптико-волоконных кабелей считаются TOSLINK и Mini TOSLINK. TOSLINK — это часто используемый интерфейс, который может применяться при подключении бытового оборудования, стереосистемы и домашнего кинотеатра, интернет соединений и компьютерных сетей, игровых приставок и других случаев.

Принадлежит японской компании Toshiba, что и повлекло его название: TOS — Toshiba и LINK — соединение (англ.). Хорошая пропускная способность гарантирует превосходное качество звука. Mini TOSLINK, например, CLIFF FM65010 — с разъемом меньшего размера. Применяется в мобильных гаджетах и различных электронных приборах.

Использование оптико-волоконного кабеля

Оптико-волоконные кабели нашли свое применение в компьютерных сетях, в области телекоммуникационных технологий, в медицинском обслуживании и в промышленности. Использование таких проводов на линиях связи обусловлено их высокой степенью защиты, несанкционированный доступ к информации без повреждения кабеля невозможен.

Такие провода можно использовать в самых сложных условиях, обеспечивая высокое качество связи даже при экстремально низких или, наоборот, высоких температурах, на них не оказывают влияние электромагнитные помехи.

Оптическое волокно оказалось удачным решением для датчиков контроля температуры, напряжения, химического состава и других показателей. Также оно применяется в гидрофонах, которые используются для измерения звука и ультразвука в приборах по гидролокации, измерению сейсмической активности.

Приборы с использованием оптоволокна успешно применяется в нефтедобывающей отрасли для измерения температуры и давления в скважинах, так как материал способен выдерживать высокие температуры. Датчики с использованием оптоволокна применяются в машиностроении, самолетостроении и при конструировании космических кораблей, например, для измерения магнитного поля и тока.

Оптическое волокно широко используется в освещении: для декорации в магазинах, в рентгеновских аппаратах или для дополнительной подсветки в различных областях медицины при операциях и диагностике. Свойство проводить свет было применено в современных сигнализациях: прерывание светового потока является командой к звуковому сигналу или другим действиям.

Кроме того, оптоволокно нашло не только прикладное применение, но и используется в искусстве для создания отдельных произведений (например, с использованием волокна с боковым сечением) или специального освещения целых залов.

На что обратить внимание при выборе оптического кабеля

Прежде всего необходимо ориентироваться на разъём устройства. Также необходимо учесть:

• длина: необходимо изучить инструкцию прибора, если, указана конкретная длина кабеля, то это условие необходимо соблюдать;
• частота: оптимальное значение 9-11 МГц, ядро из кварцевого стекла дает возможность работать на более высоких частотах, в то время как пластик не дает возможности использовать высокие частоты передачи. Последние более экономически выгодны, но ниже по качеству. Необходимо учитывать возможности основного устройства, а н только желаемый результат;
• где он будет проложен: внешняя или внутренняя прокладка будет обуславливать требуемые конструкционные особенности. Кабель для внутренних помещений должен иметь диэлектрические армирующие элементы, не поддерживать горение, а для внешней прокладки принципиальна надежная оболочка, защищающая от внешних воздействий: изгибов, давления, ударов и особенно от вредителей.

При этом очень важно правильно выбрать производителя, что очень непросто в современных условиях, так как предложений очень много. Обязательно нужно обратить внимание на технические характеристики: тип и размер волокна, затухание и прочее.

Подключение оптического кабеля

Теоретически подключить оптический кабель достаточно просто: штекер оптического кабеля вставляете в разъем для оптического кабеля на оборудовании. Но при укладке необходимо учесть, что такой провод нельзя изгибать по небольшому радиусу. Он негативно относится к сильным изгибам, так как сердечник состоит из хрупкого материала.

Например, при установке аудиосистемы с использованием провода TOSLINK при сильной деформации прерывается сердцевина, что делает кабель испорченным и дальнейшее его использование невозможно. Оптоволокно нельзя соединить обычной пайкой или скруткой, требуется сваривать стекло или применять специальные соединительные элементы.

Его можно отремонтировать, но цена будет выше, чем купить новый. Перед установкой необходимо снять защитные экраны с разъемов. В приборе, от которого идет сигнал (при наличии), в разъем с пометкой OPTICAL OUT помещаем один штекер оптического кабеля, а в устройстве, принимающем информацию, в разъем OPTICAL IN (или SFP) штекер с другой стороны провода.

Оптика, HDMI или RCA что лучше

Каждому хочется полноценно отдохнуть дома. Для многих это музыка или просмотр фильма. При этом очень важно качество звукового сопровождения. Все три вида подключений (оптика, HDMI и коаксиальный RCA) являются цифровыми.

Главные недостатки коаксиального соединения в том, что электрические помехи распространяются на все устройства, в том числе на усилитель, а также низкая пропускная способность, из-за которой невозможно в полной мере оценить высококачественные форматы Dolby TrueHD, DTS-HD Master Audio, Dolby Atmos и DTS:X. У HDMI таких недостатков нет, но сильно ограничена длина кабеля — от 2 метров и больше сигнал высокого разрешения будет теряться.

При применении оптических проводов со штекерами TOSLINK и Mini TOSLINK шум от любого источника не может воздействовать на стекло или пластик, так как сигнал передается в виде световой волны. Следовательно, оптический кабель для домашнего кинотеатра (вместо HDMI или RCA) значительно повысит качество сигнала.

Из чего складывается цена на оптический кабель

Цена оптических кабелей зависит от типа провода по способу монтажа, количества волокон, материала и качества сердцевины, защитных оболочек, наличия брони и длины, а также от типа разъёмов и других технических характеристик.

Необходимо изучить параметры подключаемых устройств, чтобы максимально точно подобрать кабель и использовать все возможности имеющихся устройств.

DK-2533-02-5 Световодный патч-корд; OM5; LC/UPC,с обеих сторон; 2м; LSZH

FP5LS15 Световодный патч-корд; OM5; LC/UPC,с обеих сторон; 15м; LSZH

Источник