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
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
Типы оптических кабелей
Содержание
Сейчас нам трудно представить свою жизнь без телевидения и высокоскоростного интернета. Развитие не стоит на месте – для быстрой передачи данных по всему миру необходимы эффективные разработки. Такой разработкой являются оптические кабели. Они широко применяются для подключения кабельного телевидения, интернета и абонентских услуг.
Выполненные из стеклянных нитей или пластика, они способны за считанные секунды распространять информацию на дальние расстояния. Они не боятся тяжелых условий внешней среды и перепадов температур. В отличие от привычных всем медных кабелей, сигналы в которых часто бывают подвержены помехам, оптоволокно лучше, безопаснее и без искажений передает информацию, а сам кабель долго сохраняет свою целостность.
Оптоволоконные кабели имеют свою классификацию и применяются в разных сферах. Узнаем про это подробнее.
Что представляет собой оптический кабель?
Строение оптического волоконного кабеля несложное. В его центре расположен светодиод из стекловолокна диаметром 10 мкм. Он покрыт защитной оболочкой, которая обеспечивает внутри полное внутреннее отражение света – на пути от передатчика к приемнику свет не выходит из центральной жилы.
Стеклянное волокно делают из кварца. Это придает ему гибкость, температурную устойчивость, малое затухание и высокую оптическую проницаемость. Оптоволокно также делают из пластика, а сердцевину из органического стекла. Такой вид кабеля обеспечивает надежность передачи и подходит для прокладки на сравнительно небольшие расстояния.
Без прокладки коммуникаций не обойдется ни один офис, банк, коммерческая организация или жилой дом. Чтобы определить, какой кабель нужен вам, стоит обратить внимание на тип участка сети (абонентский кабель, магистральный, распределительный и пр.), а также на тип монтажа и конструкцию. Оптоволоконные кабели делятся на два вида: одномодовые и многомодовые.
Модами обозначают электромагнитные колебания, которые распространяются в оптоволокне. В зависимости от конструкции волокна и используемых материалов меняется характеристика распространения сигнала в волокне. Разные материалы имеют разные свойства и по-разному передают сигнал. В чем же отличия между одномодовым и многомодовым кабелем?
Основные типы оптоволокна
Одномодовой кабель
Световой луч распространяется только по одному пути. Луч не отклоняется от траектории, так как диаметр сердечника не превышает 10 мкм.
| Плюсы | Минусы |
|
|
Многомодовой кабель
Большой диаметр сердечника позволяет нескольким лучам распространяться одновременно. Лучи от передатчика идут зигзагом с различными шагами.
| Плюсы | Минусы |
|
|
Сферы применения и особенности монтажа
Одномодовый кабель считается самым перспективным для коммуникаций. Его используют в морских и трансокеанских линиях связи, в системах кабельного телевидения, в наземных магистральных линиях дальней связи. Что касается многомодового кабеля, то долгий срок службы и экономия на материалах позволяют использовать его в магистралях между зданиями, в горизонтальных сегментах СКС и магистралях внутри здания.
Монтаж кабеля будет зависеть от его конструкции: устойчив ли он к перепадам температур, имеется ли защитный слой, подходит ли для агрессивной среды. Давайте разберемся.
Для внутреннего монтажа
Такие кабели состоят из оптического волокна и силовых элементов с защитным покрытием. Легкие, гибкие, стойки к возгоранию и защищены от влаги. Используются в жилых помещениях и офисах. Не подходят для прокладки на улице, так как разрушаются под воздействием солнечного света и не имеют достаточной прочности.
Без брони для кабельных каналов
Укладываются в трубы из полиэтилена. Гидрофобный наполнитель уберегает кабель от контакта с водой. Применяются для монтажа в кабельные каналы там, где не предусмотрены механические воздействия, например, в тоннелях или кабельных коллекторах домов.
С броней для кабельных каналов
Разные виды брони защищают оптический кабель от растяжения, нападок грызунов и других внешних воздействий. В населенных пунктах такой кабель прокладывается через кабельные каналы и лотки канализации или коллекторные сооружения.
Для укладки в грунт
Оптоволокно с броней и толстым слоем изоляции прокладывается с помощью кабелеукладчика или вручную. Этот кабель используется, если нужно протянуть его между населенными пунктами практически в любых грунтах: в скальных породах, мерзлой земле или болотной местности.
Подвесной без брони
Силовые элементы позволяют выдерживать большие нагрузки от ветра и температуру до -15 °С. Волоконно-оптические кабели такого типа устанавливаются на опоры линий связи. Их часто можно встретить в городе. Такой кабель выдерживает солнечный свет без повреждения в течение всего срока службы.
С тросом
Самонесущий оптоволоконный кабель имеет усиленный сердечник, а трос выполнен из стальной проволоки в защитной оболочке. Прокладка осуществляется по воздуху на расстоянии не более 70 м между столбами. Оптический кабель также часто можно встретить в городах и вдоль железных дорог.
Для укладки под водой
Свинцовая изоляция, стойкость к растяжению и деформации позволяет использовать кабель в особых условиях: на стыке воды и береговой линии, в тоннелях под водой и больших глубинах.
Сегодня оптические технологии продолжают развиваться, чтобы еще больше упростить нашу жизнь. Выбирайте оптические кабели – пусть качественный интернет и телевидение без помех будут везде.
Источник
