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

Оптический выход на телевизоре: что это

История возникновения системы

Ещё недавно оптоволоконный кабель не воспринимался как инструмент для качественной передачи звука. Известно, что на быструю передачу данных возможен только свет. Впервые оптические технологии были применены в фотофоне, разработанным Александром Беллом.

Оптическая телефонная связь доказала возможность передачи сигнала по воздуху, но сама идея изобретателя не прижилась. Наработки физика стали использоваться для общения между судами, но не более.

Широкое использование оптоволоконных технологий началось лишь в середине 20 века, а серьёзный прорыв, позволивший принести диджитал аудио аут в массы, случился в 1980 году с изобретением стекловолоконного провода, который был способен передавать световой сигнал.

Несмотря на то, что оптический вход отпраздновал 40-летие, он до сих пор считается лучшим по качеству передачи аналогового звука, с которым не могут сравниться «тюльпан», HDMI-кабель, появившиеся значительно позже.

Основный принцип работы

Оптический кабель, подключаемый в digital audio out, состоит из оболочки и сердцевины

Принятые стандарты для тв-входа, одинаковые для Samsung, LG, других производителей, заключаются в нескольких этапах транспортировки информации:

• генерация светового сигнала из электрического;
• его ретрансляция с выхода на вход без потери силы, искажений;
• приём входящим устройством сигнала;
• обратная трансформация сигнала в электрический.

Оптический кабель, подключаемый в digital audio out, состоит из оболочки и сердцевины. Внимание при производстве отводится сложности соединения коннекторов, при помощи которых можно подключить два устройства между собой.

Нарушение технологии существенно портит качество передаваемого звука, делая использование оптических соединений бесполезным. Именно поэтому, меломаны приобретают кабеля промышленной нарезки определённой длины.

Преимущества оптического выхода

Главное преимущество оптоволоконных линий пересылки аудиосигнала – это практически полное отсутствие искажения звука от электромагнитных полей, которые с избытком присутствуют в среде обитания человека. Здесь кабели с металлическими жилами-проводниками могут заметно проигрывать оптоволоконным системам в качественной передаче аудиосигнала. В результате акустическая система будет воспроизводить звук с искажением.

Кроме того, при использовании оптического канала передачи достигается полная гальваническая развязка между передающим и приемным устройствами. Это также положительно влияет на качество передачи аудиосигнала. Паразитные наводки по плохим шинам «земли» (Ground) – бич звуковой аппаратуры. Сами оптические системы не создают электромагнитные помехи.

Типы оптоволоконного кабеля

Для пересылки аудиосигнала по оптическому каналу звук вначале преобразуют в цифровую форму, затем с помощью светодиода или твердотельного лазера отправляют по оптическому аудио кабелю получателю сигнала – фотоприемнику.

Оптоволоконные проводники делятся на два основных вида:

В мультимодовых световые потоки могут иметь разброс в длинах волн и траекториях, что на больших длинах проводников может приводить к искажениям сигнала. Светоизлучателями в таких каналах передачи звука являются светодиоды, недорогие и долговечные полупроводниковые приборы. Длина соединителей не превышает 5 метров. Диаметр центрального светопроводящего волокна – 62,5 мкм. Внешняя оболочка световода имеет размер 125 мкм.

К сведению. Основное достоинство мультимодового кабеля – относительная дешевизна, поэтому он получил широкое распространение.

В мономодовом проводнике лучи света движутся прямолинейно, затухание и искажение сигнала минимально. Диаметр светового волокна равен 1,3 мкм, длина волны сигнала – тоже 1,3 мкм. Такой соединитель может иметь большую длину, чем мультимодовый. Источником света в этом случае является полупроводниковый лазер, излучающий сигналы с жестко регламентированной длиной волны. Однако лазер – устройство более дорогое и менее долговечное, чем светодиод. В результате система становится более дорогой, чем мультимодовая, хотя и имеет лучшие параметры, в частности, длина проводника может составлять десятки метров.

Типовая конструкция оптоволоконного кабеля

Оптическое волокно может быть изготовлено из:

Полимерное волокно, как правило, более стойкое к механическим воздействиям, более дешевое. Однако со временем может терять прозрачность, что отрицательно сказывается на долговечности изделия.

Стеклянные световоды имеют лучшие оптические характеристики, но более дороги и хрупки.

Сравнение с HDMI

Современные производители предоставляют широкий выбор при подключении звуковых устройств через домашний кинотеатр. В результате можно получить потрясающий результат.
Самым популярным методом на данный момент – соединение через HDMI кабель. Так можно передавать не только аудио, но и видеосигнал передается в высоком разрешении.

Когда на рынке появилось оборудование с таким интерфейсом, оптоволокно и его аудиовыход ушло на второй план, поскольку провод может передавать только аудиосигнал, и необходима отдельная коммутация для видеоизображения.

Но, несмотря на то, что стандарт соединения используется уже 30 лет, он актуален и по сей день. Оптический провод по-прежнему используют для коммутации до 7,1 каналов высокого разрешения аудио.

Провод применяют из-за использования привычных ресиверов, обладающих высоким качеством и оптическим входом на порту. Если человек любит хорошее звучание на телевизоре, ему не имеет смысла заменять эти устройства на новые. Стоит отметить, что в большинстве плееров или HDTV а также игровых консолях, всё ещё используют оптический порт.

При включении радиооборудования или телевизора, могут возникнуть помехи из-за плохого заземления или полного его отсутствия. В таких ситуациях начинается гул в акустической системе.

Нужно изолировать аппаратуру с помощью оптического провода. С этой задачей не может справиться привычный многим HDMI. Акустика с оптическим входом надежнее. Раньше таким способом подключали аппаратуру к музыкальному центру через оптический кабель.

Благодаря своим уникальным параметрам, качество звука между оптопроводом и HDMI очень хорошее.

Поэтому старый кабель для телевизора не потерял своей значимости и в современные дни. Можно легко подключать домашний кинотеатр к телевизору модели 2018 года. Качество изображения и звука будет очень высоким.

Итак, какой же тип подключения выбрать?

Ответ зависит от имеющейся у вас системы. Если необходимо сделать выбор строго между коаксиальным и оптическим подключениями, выбирайте первый вариант. По нашему опыту, коаксиальное подключение за счет большей детальности и повышенной динамики обычно обеспечивает более высокое качество звучания, чем оптическое.

Однако мы живем в эпоху, ориентированную на максимальное удобство. HDMI сегодня стал стандартом для любых аудио- и видеоустройств, и кажется разумным использовать именно его, если все компоненты системы им располагают.

Функциональность HDMI, пригодность к обновлению и возможность одновременной передачи аудио- и видеосигналов дают счастливую возможность забыть о нагромождениях кабелей вокруг устройств. А главное – при этом не придется жертвовать качеством.

Оптическое цифровое подключение

При оптическом цифровом подключении данные передаются по оптоволоконному кабелю (волокна которого могут быть изготовлены из пластмассы, стекла или кварца) посредством света. В таком случае шум из источника на контур ЦАП не переносится, как это может произойти с коаксиальным, поэтому его разумно использовать при подключении устройства напрямую к ЦАП саундбара или AV-ресивера.

Традиционно в системах ДК оптические кабели используются для передачи сжатого многоканального звука в форматах Dolby Digital и DTS. Те, что с разъемом Toslink (Toshiba Link), подключаются к соответствующим портам источника и AV-ресивера. Неплохим начальным вариантом будет кабель QED Performance Graphite Optical.

Многие производители перешли на HDMI в качестве основного типа разъемов, однако оптические выходы все еще регулярно встречаются у таких устройств, как игровые консоли, Blu-ray-проигрыватели, ТВ-приставки и телевизоры. Соответствующие входы можно обнаружить на стороне усилителя или ЦАП – например, в саундбарах или AV-ресиверах.

Как и в случае с коаксиальным подключением, одной из проблем оптического оказывается недостаток пропускной способности для передачи аудиоформатов без потерь – например, Dolby TrueHD или DTS-HD Master Audio, в которых записаны большинство саундтреков на Blu-ray-дисках. Кроме того, оптическое подключение не способно передавать сигналы более двух каналов несжатого потока в PCM. И, наконец, оптический кабель можно повредить, если слишком сильно согнуть его.

Как выглядит оптический выход на телевизоре

На телевизоре есть большое количество разъемов. Один из них – для передачи сигнала оптического. Этот порт легко узнать благодаря трапецевидной заглушки, которая подписана Optical Audio, Digital Audio Out, или Toslink.

При включении устройства, заработает индикатор с красным свечением вокруг порта чтобы пользователи знали, как подключить устройство. Поэтому подключение оптического кабеля телевизору – дело простое.

Параметры оптического кабеля для качественного соединения

Чтобы подключить к устройству оптический провод, при этом сохранив высокие показатели звука, нужно руководствоваться следующими правилами:

1. Длина провод не должна превышать 10 метров. Самый оптимальный вариант – 5 метров. В таком случае качество передачи сигнала останется неизменным. Также некоторые производители выпускают тридцатиметровые кабели, которые передают сигнал без перебоя. Но качество будет зависеть от принимающего устройства.
2. Чем толще кабель, тем дольше он прослужит.
3. Самые качественные варианты дополнительно оснащают оболочкой, изготовленной из нейлоновой ткани.
4. Важно обращать внимание на тип сердечника. Подходящие варианты – кремнеземные или стеклянные. Они значительно превышают пластиковые по качеству.
5. Пропускная способность должна быть высокой. Хороший кабель имеет от 9 до 11 МГц. Такой показатель нужно выбирать, если дома установлена многоканальная звуковая система, со значительной частотой дискретизации.

Как подключить кабель

Само подключение акустики к телевизору, другой техники через оптический вход не должно вызвать сложностей, но существует ряд моментов.

Прямое подключение через разъем

Коммуникационный оптический порт, как правило, закрыт защитной крышкой, которая исключает попадание пыли. Достаточно слегка нажать на неё коннектором, и она откроется, осуществив подключение. Если сигнал не пошёл, стоит проверить в настройках активные аудиовыходы, а также уровень громкости на подключённых устройствах.

Подключение через приставку или конвертер

Часто система домашнего кинотеатра собиралась поэтапно, в разные годы. Встречаются ситуации, когда у ресивера нет оптического входа.

В таком случае, чтобы добиться идеального звучания, используя оптоволокно, потребуется покупка специальной приставки, позволяющей осуществить подключение через оптику.

В такой приставке присутствует два разъёма для оптического и коаксиального кабеля. Для подключения системы следует:

• вставить оптоволокно в выход телевизора, другого устройства;
• соединить кабель с разъёмом на приставке;
• через коаксиальный вход подключить аудиосистему.

Это простейший вариант преобразования аудиосигнала.

Продвинутым считается использование активного конвертера, превращающего цифровой сигнал формата 5.1 в аналоговый. Такой переходник обеспечивает ряд дополнительных опций, например, подключение других типов кабелей, наушников, игровой консоли.

Источник