Буквально за пару последних десятилетий компьютерные устройства для связи, общения, работы или развлечений появились практически в каждой семье. Соединения абонентов осуществляются по телефонным линиям, радиоканалам, а в последнее время широко применяется оптоволокно.
Мне пришлось на собственном опыте оценить возможности этой технологии. На его основе публикую советы домашнему мастеру по подключению к интернет своего компьютера по оптоволоконному кабелю и созданию квартирной проводной и беспроводной сети с поясняющими картинками, схемами и видеороликом.
Первое знакомство с новой технологией
Полтора десятка лет назад на подстанцию 330 кВ, где я работал, пришло новое оборудование, осуществляющее регистрацию и обработку информации электрических сигналов от сети очень большего количества датчиков, расположенных в разных местах - регистратор «Парма».
Это обыкновенный компьютер со своим программным обеспечением, выполняющий чисто электротехнические задачи.
Его монтаж, подключение и наладка были поручены нам за исключением сборки и настройки оптоволоконных магистралей. Опыта работы с ними мы не имели.
До этого момента связь с этими датчиками происходила по обычным электрическим цепям, которые называют вторичными. Однако целая группа этих устройств находилась на большом удалении. Проект предусматривал обмен информацией с ними по оптоволоконному кабелю. Его внутрь кабельного канала мы укладывали сами, а подключением и проверкой занимался приехавший из Санкт Петербурга представитель производителя.
Именно тогда стало понятно, что без специализированного оборудования и должных навыков работать с оптоволокном нельзя. Своими руками с ним ничего сделать невозможно.
Конструкция оптоволоконного кабеля
Передача информации происходит по оптическим магистралям, состоящим из отдельных носителей, объединённых в общую конструкцию - кабель оптоволокна.
Принцип работы оптического носителя
Обмен информацией происходит за счет прохождения света лазера от встроенного светодиода. Его передача осуществляется импульсами двоичного кода в одном направлении. Поэтому для обмена сведениями создано сразу два индивидуальных канала.
О конструкции кабеля
Стекло относится к хрупким материалам. Его можно легко разбить, а оптоволокно работает за счет использования стеклянных волокон. Понятно, что они требуют надежной защиты как от механических повреждений, так и от потерь световой энергии.
С этой целью оптические носители разными способами объединяют в жесткие модули и создают из них оптоволоконный кабель. Он может быть разной конструкции. Одна из них показана на схеме.
У нас на подстанции были использованы два вида кабеля: один диаметром 6 мм, а второй толщиной указательного пальца руки.
Довольно подробно вопрос этой технологии изложен в видеоролике GalileoRU «Оптоволокно».
Прокладка оптоволокна на местности
Прошлой зимой около нас проводилась механизированная укладка такого кабеля непосредственно в грунт.
Работу выполняли три, а на сложном рельефе четыре трактора, сцепленные цугом. Они тащили плуг кабелеукладчика, заглубленный в землю на полтора метра. На тележке этого механизма расположена большая кабельная катушка, которая при ручном раскручивании оператором выдает кабель через каналы плуга в прорываемую траншею.
Сверху оптоволокна на слой земли автоматически укладывается хорошо видимая сигнальная лента. Сразу же происходит ее засыпка грунтом, а на поверхности почвы остается след углубления порядка двадцати сантиметров или чуть больше.
Через какое-то время все неровности сравняли ножом бульдозера легкого колесного трактора. Летом маршрут прокладки зарос травой. Но на местности его можно восстановить по бетонным столбикам.
Технология подключения
На подъездной доске объявлений увидел заинтересовавшее меня сообщение от Белтелеком.
Оно же было размещено на всех рядом расположенных зданиях. Таким оригинальным способом провайдер сообщал, что эра пользования медными телефонными кабелями в нашем районе заканчивается, а расположенные рядом АТС в скором времени прекратят свою работу.
Все пользователи стационарных телефонов должны сделать выбор:
- согласиться с переходом на новое оборудование, предлагаемое провайдером;
- или отказаться, оставшись на старом медном кабеле.
Выбор добровольный, но очень скоро АТС будет остановлена: телефонная связь по медному кабелю автоматически прекр к интерне атится. Придется заключать повторный договор и платить деньги за эту услугу. Замену же старого оборудования и монтаж нового сейчас провайдер выполняет за собственные деньги, клиентам это все предоставляется бесплатно.
Сразу замечу, что меня не удовлетворяла. Интересовал безлимитный интернет по выгодному тарифу от провайдера.
Поэтому дал согласие провайдеру чтобы интернет подключить через оптоволокно.
Проводимые работы выполнялись в три этапа:
- Монтаж сети оптоволокна;
- Получение нового модема и его установка;
- Создание и подключение оборудования домашней сети к интернет через оптоволокно.
Монтажные работы
Буквально через несколько дней после расклейки объявлений в доме появились бригады монтажников с . Грохот от них не смолкал два дня. Панельная конструкция пятиэтажного здания обладает хорошей акустикой: звуки распространяются во все стороны.
Работа выполнялась одновременно в подъездах и квартирах.
Монтаж оборудования в подъезде
Внутри дома работали две отдельные бригады.
Первый день
Электромонтажники пробивали небольшие отверстия через межэтажные перекрытия, крепили пластиковые пеналы и укладывали в них оптоволоконный кабель диаметром 6 мм.
К концу дня он висел свернутыми кольцами над каждой дверью.
Окончание каждого было закрыто специальной заглушкой.
Последующие дни
Посередине лестничной площадки вдоль стены пробивали отверстия в бетонных плитах под пластиковые трубы диаметром 4 см.
Это наиболее громкий период работы. Если грохот первого дня можно удовлетворительно перетерпеть, находясь в квартире, то на этом этапе лучше удалиться подальше и до вечера провести время в другом месте.
Процесс заканчивается установкой оборудования оптических распределительных коробок и пластиковых труб для кабелей оптоволокна.
Для питания мощного перфоратора электромонтажники использовали катушку удлинитель и подключались к розетке домофона, вскрыв общеподъездную коробку.
Выдергивая шнур питания электромагнитов двери они создав несанкционированный доступ любых людей в подъезд. Свой удлинитель включали в эту розетку.
Какие стояли в воздухе и что было раскидано по всему подъезду описывать не буду. Наведение обычного порядка заняло не один день.
Монтаж оборудования в квартире
Параллельно с работами в подъезде специалист провайдера заключал договор с клиентами, разъяснял требования безопасности по обращению с хрупким оптоволокном, помогал советами по выбору места установки оптической розетки.
Ее монтаж могут выполнить в любом месте. Я выбрал угол коридора около домофона и старой . Высота модема на уровне колена вполне устраивала.
Длина оптоволоконного кабеля по квартире составила всего несколько десятков сантиметров. Отверстие пробили перфоратором на уровне плинтуса.
Через него со стороны подъезда просунули отрезок стальной проволоки.
На обратной стороне изолентой был примотан конец оптоволоконного кабеля.
От этого места закрепили пластиковые короба.
Установили корпус оптической розетки на стену.
Уложили оптоволокно, сделав небольшую бухту в специальных пазах.
Закрыли короба крышками.
Окончание этих работ было зафиксировано в документации мастера электромонтажников и заверено моей подписью.
Важным требованием по месту установки модема является наличие рядом с ним электрической розетки для подключения блока питания. Его относительно короткий шнур ограничен расстоянием до одного метра.
Мне пришлось дополнительно заняться специально для модема. : около плинтуса. Расположение в углу ограничивает случайный доступ к ней.
Получение модема и подготовка к переключениям на оптоволокно
Через несколько дней у меня в почтовом ящике появилось извещение от провайдера с предложением прибыть в сервисный центр для документального оформления нового договора.
Организационные вопросы
Когда пришел в сервисный центр, то скопления клиентов и очереди не было. Указанная дата и время прибытия оправдали мои ожидания.
Оператор провайдера быстро выполнила свою работу, а я получил на руки оформленную документацию и коробку с модемом.
Удивило то, что, получая в прошлый раз ADSL модем и соответствующие аксессуары к нему, все оборудование было уложено в фирменный полиэтиленовый пакет с рекламой компании. Сейчас же эту коробку пришлось засунуть под мышку: провайдер сэкономил на таре.
Оператор разъяснил, что устанавливать модем и прокладывать проводную сеть от него прибудет бригада электромонтажников. Работы будут выполняться по наряду. Оформленный бланк для его проведения она вложила в коробку. Момент окончания монтажа я обязан подтвердить своими подписями и должен передать оформленный документ мастеру.
Затем последует очередной этап: прибудет специалист сервисного центра для подключения к интернет моего оборудования через оптоволокно. В его же задачу входит снятие ADSL модема телефонной сети, сплиттера и лишних кабелей.
Я, как клиент провайдера, обязан вернуть в сервисный центр снятое оборудование в день перехода на оптоволокно или в крайнем случае на следующий.
Технические мероприятия
Через несколько дней после посещения сервисного центра ко мне в квартиру прибыли два электромонтажника. Я передал им модем оптоволокна для установки на стену.
Его монтаж выполнен быстро: пробили два отверстия перфоратором и через дюбеля закрепили саморезами корпус, вставили в него модем, подключили оптоволоконный кабель.
В квартире по периметру пола расположены пластиковые плинтуса. Внутрь их скрытно проложили два провода витой пары от модема к телефону и телевизору. Меня беспокоила их длина: предполагал, что она ограничена стандартными размерами.
Но вопрос решился очень просто. У монтажников большая бухта такого кабеля. Они отрезают необходимый кусок, укладывают его, а затем оконцовывают со всех сторон.
Обжим наконечников разъемами RJ-45 кабеля приставки интерактивного телевидения и RJ-11 для телефона выполняли клещами REXANT.
После выполнения этих операций я расписался в наряде и отдал его мастеру электромонтажников.
Создание и настройки сети интернет
Схема ввода
Фактически сеть для подключения модема оптоволокна к интернет была собрана. Осталось перекоммутировать на него управление телефоном, телевизором и компьютером, подать напряжение питания, выполнить наладку всех устройств.
Эта схема очень напоминает работу через медный телефонный кабель. Отличие в том, что здесь стационарный телефон подключен после модема и теряет свою автономность при его отключении.
Если пропадает напряжение питания бытовой сети 220 вольт, то любой модем всегда отключается. Когда он работает по технологии ADSL, то телефон с линией АТС остается соединенным через сплиттер, а связь старых аппаратов без отдельного блока питания не теряется. Абонент может позвонить куда угодно, включая экстренные службы помощи для решения своих вопросов.
В схеме подключения к сети интернет через оптоволокно этой возможности нет. Остается надежда только на мобильную связь.
Наладочные работы
После завершения всех операций электромонтажниками осталось подключить оптоволоконное оборудование, выполнить настройки компьютера, сети Wi-Fi, телефона, телевизора под его характеристики. Этими вопросами занялись специалисты провайдера, прибывшие через три дня ожидания.
Один из них подал питание на модем оптоволокна, достал ноутбук и стал выполнять его настройки.
Ввел необходимые данные для подключения телефон по новой сети.
Настройка пароля сети Wi-Fi и всего оборудования выполняется специалистом провайдера. Это отличие от подключения к интернет по кабельной телефонной линии, где обычный пользователь может входить в настройки модема через патч корд и менять пароли по своему усмотрению.
Однако продвинутый пользователь имеет возможность изменять настройки оптоволоконного модема за счет входа в роутер по адресу 192.168.100.1 через заводской логин и пароль, которые провайдер не изменяет.
Второй работник за это время разобрал схему питания ADSL-модема, переключил кабели управления телевизором и телефоном на оптоволокно. Он же собрал все старое оборудование, которое подлежит сдаче.
Проверили скорость интернета на компьютере.
Меня еще раз предупредили, что необходимо ехать в сервисный центр провайдера, сдать старое оборудование: ADSL-модем, сплиттер и кабели к ним, перевести деньги со старого счета на новый.
При переходе на оптоволокно пользователю предоставляется новый кабинет на сервисе провайдера, а старый прекращает действовать: до момента пополнения денег на нем интернет перестанет работать.
Перспектива остаться без интернета на время более суток меня не устраивала. Спросил, как можно решить этот вопрос. Мне помогли оформить обещанный платеж, который необходимо подтвердить реальной оплатой в течение трех дней.
Все эти операции заняли около 10 минут. Я поблагодарил специалистов провайдера за выполненную работу и отправился в сервисный центр, где быстро удалось решить все вопросы и сменить тарифный план на более выгодный.
Когда вечером пришел домой, то обнаружил, что стационарный телефон перестал работать. Это расстроило. Искать специалистов было поздно. Оставил это занятие на следующий день.
Утром телефон уже работал на новом номере, а скорость интернета резко увеличилась.
Таким образом произошло подключение к сети интернет через оптоволокно моего компьютера.
Владелец видеоролика Diplomatrutube подробно объясняет вопрос как «Технология PON проходит путь от телефонной станции до квартиры».
Если у вас остались вопросы по теме, то задавайте их в комментариях.
Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС) давно занимают одну из лидирующих позиций на рынке телекоммуникаций. Имея ряд преимуществ перед другими способами передачи информации (витая пара, коаксиальный кабель, беспроводная связь…), ВОЛС широко используются в телекоммуникационных сетях разных уровней, а также в промышленности, энергетике, медицине, системах безопасности, высокопроизводительных вычислительных системах и во многих других областях.
Передача информации в ВОЛС осуществляется по оптическому волокну (optical fiber). Для того чтобы грамотно подойти к вопросу использования ВОЛС, важно хорошо понимать, что из себя представляет оптическое волокно как среда передачи данных, каковы его основные свойства и характеристики, какие бывают разновидности оптических волокон. Именно этим базовым вопросам теории волоконно-оптической связи и посвящена данная статья.
Структура оптического волокна
Оптическое волокно (оптоволокно) - это волновод с круглым поперечным сечением очень малого диаметра (сравним с толщиной человеческого волоса), по которому передается электромагнитное излучение оптического диапазона. Длины волн оптического излучения занимают область электромагнитного спектра от 100 нм до 1 мм, однако в ВОЛС обычно используется ближний инфракрасный (ИК) диапазон (760-1600 нм) и реже - видимый (380-760 нм). Оптическое волокно состоит из сердцевины (ядра) и оптической оболочки, изготовленных из материалов, прозрачных для оптического излучения (рис. 1).
Рис. 1. Конструкция оптического волокна
Свет распространяется по оптоволокну благодаря явлению полного внутреннего отражения. Показатель преломления сердцевины, обычно имеющий величину от 1,4 до 1,5, всегда немного больше, чем показатель преломления оптической оболочки (разница порядка 1%). Поэтому световые волны, распространяющиеся в сердцевине под углом, не превышающим некоторое критическое значение, претерпевают полное внутреннее отражение от оптической оболочки (рис. 2). Это следует из закона преломления Снеллиуса. Путем многократных переотражений от оболочки эти волны распространяются по оптическому волокну.
Рис. 2. Полное внутреннее отражение в оптическом волокне
На первых метрах оптической линии связи часть световых волн гасят друг друга вследствие явления интерференции. Световые волны, которые продолжают распространяться в оптоволокне на значительные расстояния, называются пространственными модами оптического излучения. Понятие моды описывается математически при помощи уравнений Максвелла для электромагнитных волн, однако в случае оптического излучения под модами удобно понимать траектории распространения разрешенных световых волн (обозначены черными линиями на рис. 2). Понятие моды является одним из основных в теории волоконно-оптической связи.
Основные характеристики оптического волокна
Способность оптического волокна передавать информационный сигнал описывается при помощи ряда геометрических и оптических параметров и характеристик, из которых наиболее важными являются затухание и дисперсия .
1. Геометрические параметры.
Помимо соотношения диаметров сердцевины и оболочки, большое значение для процесса передачи сигнала имеют и другие геометрические параметры оптоволокна, например:
- некруглость (эллиптичность) сердцевины и оболочки, определяемая как разность максимального и минимального диаметров сердцевины (оболочки), деленная на номинальный радиус, выражается в процентах;
- неконцентричность сердцевины и оболочки - расстояние между центрами сердцевины и оболочки (рис. 3).
Рис 3. Некруглость и неконцентричность сердцевины и оболочки
Геометрические параметры стандартизированы для разных типов оптического волокна. Благодаря совершенствованию технологии производства значения некруглости и неконцентричности удается свести к минимуму, так что влияние неточности геометрии оптоволокна на его оптические свойства оказывается несущественным.
(NA) - это синус максимального угла падения луча света на торец волокна, при котором выполняется условие полного внутреннего отражения (рис. 4). Этот параметр определяет количество мод, распространяющихся в оптическом волокне. Также величина числовой апертуры влияет на точность, с которой должна производиться стыковка оптических волокон друг с другом и с другими компонентами линии.
Рис 4. Числовая апертура
3. Профиль показателя преломления.
Профиль показателя преломления - это зависимость показателя преломления сердцевины от ее поперечного радиуса. Если показатель преломления остается одинаковым во всех точках поперечного сечения сердцевины, такой профиль называется ступенчатым . Среди других профилей наибольшее распространение получил градиентный профиль, при котором показатель преломления плавно увеличивается от оболочки к оси (рис. 5). Помимо этих двух основных, встречаются и более сложные профили.
Рис. 5. Профили показателя преломления
4. Затухание (потери).
Затухание - это уменьшение мощности оптического излучения по мере распространения по оптическому волокну (измеряется в дБ/км). Затухание возникает вследствие различных физических процессов, происходящих в материале, из которого изготавливается оптоволокно. Основными механизмами возникновения потерь в оптическом волокне являются поглощение и рассеяние.
а) Поглощение . В результате взаимодействия оптического излучения с частицами (атомами, ионами…) материала сердцевины часть оптической мощности выделяется в виде тепла. Различают собственное поглощение , связанное со свойствами самого материала, и примесное поглощение , возникающее из-за взаимодействия световой волны с различными включениями, содержащимися в материале сердцевины (гидроксильные группы OH - , ионы металлов…).
б) Рассеяние света, то есть отклонение от исходной траектории распространения, происходит на различных неоднородностях показателя преломления, геометрические размеры которых меньше или сравнимы с длиной волны излучения. Такие неоднородности являются следствием как наличия дефектов структуры волокна (рассеяние Ми ), так и свойствами аморфного (некристаллического) вещества, из которого изготавливается волокно (рэлеевское рассеяние ). Рэлеевское рассеяние является фундаментальным свойством материала и определяет нижний предел затухания оптического волокна. Существуют и другие виды рассеяния (Бриллюэна-Мандельштама, Рамана) , которые проявляются при уровнях мощности излучения, превышающих те, которые обычно используются в телекоммуникациях.
Величина коэффициента затухания имеют сложную зависимость от длины волны излучения. Пример такой спектральной зависимости приведен на рис. 6. Область длин волн с низким затуханием называется окном прозрачности оптического волокна. Таких окон может быть несколько, и именно на этих длинах волн обычно осуществляется передача информационного сигнала.
Рис. 6. Спектральная зависимость коэффициента затухания
Потери мощности в волокне обуславливаются также различными внешними факторами. Так, механические воздействия (изгибы, растяжения, поперечные нагрузки) могут приводить к нарушению условия полного внутреннего отражения на границе сердцевины и оболочки и выходу части излучения из сердцевины. Определенное влияние на величину затухания оказывают условия окружающей среды (температура, влажность, радиационный фон…).
Поскольку приемник оптического излучения имеет некоторый порог чувствительности (минимальную мощность, которую должен иметь сигнал для корректного приема данных), затухание служит ограничивающим фактором для дальности передачи информации по оптическому волокну.
5.Дисперсионные свойства.
Помимо расстояния, на которое передается излучение по оптическому волокну, важным параметром является скорость передачи информации. Распространяясь по волокну, оптические импульсы уширяются во времени. При высокой частоте следования импульсов на определенном расстоянии от источника излучения может возникнуть ситуация, когда импульсы начнут перекрываться во времени (то есть следующий импульс придет на выход оптического волокна раньше, чем закончится предыдущий). Это явление носит название межсимвольной интерференции (англ. ISI - InterSymbol Interference, см. рис. 7). Приемник обработает полученный сигнал с ошибками.
Рис. 7. Перекрывание импульсов, вызывающее межсимвольную интерференцию: а) входной сигнал; б) сигнал, прошедший некоторое расстояние L1 по оптическому волокну; в) сигнал, прошедший расстояние L2> L1.
Уширение импульса, или дисперсия , обуславливается зависимостью фазовой скорости распространения света от длины волны излучения, а также другими механизмами (табл. 1).
Таблица 1. Виды дисперсии в оптическом волокне.
| Название | Краткое описание | Параметр |
| 1. Хроматическая дисперсия | Любой источник излучает не одну длину волны, а спектр незначительно отличающихся длин волн, которые распространяются с разной скоростью. |
Коэффициент хроматической дисперсии, пс/(нм*км). Может быть положительным (спектральные составляющие с большей длиной волны двигаются быстрее) и отрицательным (наоборот). Существует длина волны с нулевой дисперсией. |
| а) Материальная хроматическая дисперсия | Связана со свойствами материала (зависимость показателя преломления от длины волны излучения) | |
| б) Волноводная хроматическая дисперсия | Связана с наличием волноводной структуры (профиль показателя преломления) | |
| 2. Межмодовая дисперсия | Моды распространяются по разным траекториям, поэтому возникает задержка во времени их распространения. |
Ширина полосы пропускания ( bandwidth), МГц*км . Эта величина определяет максимальную частоту следования импульсов, при которой не происходит межсимвольной интерференции (сигнал передается без существенных искажений). Пропускная способность канала (Мбит/с) может численно отличаться от ширины полосы пропускания (МГц*км) в зависимости от способа кодирования информации. |
| 3. Поляризационная модовая дисперсия, PMD | Мода имеет две взаимно перпендикулярные составляющие (поляризационные моды), которые могут распространяться с различными скоростями. |
Коэффициент PMD, пс/√км . Временная задержка из-за PMD, нормируемая на 1 км. |
Таким образом, дисперсия в оптическом волокне отрицательно сказывается как на дальности, так и на скорости передачи информации.
Разновидности и классификация оптических волокон
Рассмотренные свойства являются общими для всех оптических волокон. Однако описанные параметры и характеристики могут существенно отличаться и оказывать различное влияние на процесс передачи информации в зависимости от особенностей производства оптоволокна.
Фундаментальным является деление оптическим волокон по следующим критериям.
- Материал . Основным материалом для изготовления сердцевины и оболочки оптического волокна является кварцевое стекло различного состава. Однако используется большое количество других прозрачных материалов, в частности, полимерные соединения.
- Количество распространяющихся мод . В зависимости от геометрических размеров сердцевины и оболочки и величины показателя преломления в оптическом волокне может распространяться только одна (основная) или же большое количество пространственных мод. Поэтому все оптические волокна делят на два больших класса: одномодовые и многомодовые (рис. 8).
Рис. 8. Многомодовое и одномодовое волокно
На основании этих факторов можно выделить четыре основных класса оптических волокон, получивших распространение в телекоммуникациях:
- (POF).
- (HCS).
Каждому из этих классов посвящена отдельная статья на нашем сайте. Внутри каждого из этих классов также существует своя классификация.
Производство оптических волокон
Процесс изготовления оптического волокна крайне сложен и требует большой точности. Технологический процесс проходит в два этапа: 1) создание заготовки, представляющей собой стержень из выбранного материала со сформированным профилем показателя преломления, и 2) вытягивание волокна в вытяжной башне, сопровождающееся покрытием защитной оболочкой. Существует большое количество различных технологий создания заготовки оптического волокна, разработка и совершенствование которых происходит постоянно.
Практическое использование оптического волокна в качестве среды передачи информации невозможно без дополнительного упрочнения и защиты. Волоконно-оптическим кабелем называется конструкция, включающая в себя одно или множество оптических волокон, а также различные защитные покрытия, несущие и упрочняющие элементы, влагозащитные материалы. По причине большого разнообразия областей применения оптоволокна производители выпускают огромное количество самых разных волоконно-оптических кабелей, отличающихся конструкцией, размерами, используемыми материалами и стоимостью (рис. 9).
Рис.9. Волоконно-оптические кабели
Оптоволокно
Связка оптоволокна. Теоретически, использование передовых технологий, таких как DWDM , со скромным количеством волокон, которое представлено здесь, может дать достаточную пропускную способность , с помощью которой легко было бы передать всю необходимую информацию, в которой нуждается вся планета (около 100 терабит в секунду в одном оптоволокне.)
Оптоволокно - это стеклянная или пластиковая нить, используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения . Волоконная оптика - раздел прикладной науки и машиностроения, описывающий такие волокна. Оптоволокна используются в оптоволоконной связи , которая позволяет передавать цифровую информацию на большие расстояния и с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи. В ряде случаев они также используются при создании датчиков .
Простой принцип действия позволяет использовать различные методы, дающие возможность создавать самые разнообразные оптоволокна:
- Одномодовые оптоволокна
- Многомодовые оптоволокна
- Оптоволокна с градиентным показателем преломления
- Оптоволокна со ступенчатым профилем распределения показателей преломления.
Из-за физических свойств оптоволокна необходимы специальные методы для их соединения с оборудованием. Оптоволокна являются базой для различных типов кабелей , в зависимости от того, где они будут использоваться.
Принцип передачи света внутри оптоволокна был впервые продемонстрирован во времена королевы Виктории ( - гг.), но развитие современных оптоволокон началось в 1950-х годах. Они стали использоваться в связи несколько позже, в 1970-х; с этого момента технический прогресс значительно увеличил диапазон применения и скорость распространения оптоволокон, а также уменьшил стоимость систем оптоволоконной связи.
Применение
Оптоволоконная связь
Оптоволокно может быть использовано как средство для дальней связи и построения компьютерной сети , вследствие своей гибкости, позволяющей даже завязывать кабель в узел. Несмотря на то, что волокна могут быть сделаны из прозрачного пластичного оптоволокна или кварцевого волокна, волокна, использующиеся для передачи информации на большие расстояния, всегда сделаны из кварцевого стекла , из-за низкого оптического ослабления электромагнитного излучения . В связи используются многомодовые и одномодовые оптоволокна; многомодовое оптоволокно обычно используется на небольших расстояниях (до 500 м), а одномодовое оптоволокно - на длинных дистанциях. Из-за строгого допуска между одномодовым оптоволокном, передатчиком, приемником, усилителем и другими одномодовыми компонентами, их использование обычно дороже, чем применение мультимодовых компонентов.
Оптоволоконный датчик
Оптоволокно может быть использовано как датчик для измерения напряжения, температуры, давления и других параметров. Малый размер и фактическое отсутствие необходимости в электрической энергии, дает оптоволоконным датчикам преимущество перед традиционными электрическими в определенных областях.
Оптоволокно используется в гидрофонах в сейсмических или гидролокационных приборах. Созданы системы с гидрофонами, в которых на волоконный кабель приходится более 100 датчиков. Системы с гидрофоновым датчиком используются в нефтедобывающей промышленности, а также флотом некоторых стран. Немецкая компания лазерный микроскоп, работающий с лазером и оптоволокном .
Оптоволоконные датчики, измеряющие температуры и давления, разработаны для измерений в нефтяных скважинах. Оптоволоконные датчики хорошо подходят для такой среды, работая при температурах, слишком высоких для полупроводниковых датчиков (Оптоволоконное измерение температуры).
Разработаны устройства дуговой защиты с волоконно-оптическими датчиками, основными преимуществами которых перед традиционными устройствами дуговой защиты являются: высокое быстродействие, нечувствительность к электромагнитным помехам, гибкость и лёгкость монтажа, диэлектрические свойства.
Другое применение оптоволокна - в качестве датчика в лазерном гироскопе , который используется в Boeing 767 и в некоторых моделях машин (для навигации). Специальные оптические волокна используются в интерферометрических датчиках магнитного поля и электрического тока. Это волокна полученные при вращении заготовки с сильным встроеным двойным лучепреломлением.
Оптоволокно применяется в охранной сигнализации на особо важных объектах (например, ядерное оружие). Когда злоумышленик пытается переместить боеголовку, условия прохождения света через световод изменяются, и срабатывает сигнализация.
Другие применения оптоволокна
Оптоволокна широко используются для освещения. Они используются как световоды в медицинских и других целях, где яркий свет необходимо доставить в труднодоступную зону. В некоторых зданиях оптоволокна используются для обозначения маршрута с крыши в какую-нибудь часть здания. Оптоволоконное освещение также используется в декоративных целях, включая коммерческую рекламу, искусство и искусственные ёлки.
Оптоволокно также используется для формирования изображения. Когерентный пучок, передаваемый оптоволокном, иногда используется совместно с линзами - например, в эндоскопе , который используется для просмотра объектов через маленькое отверстие.
Примечания
См. также
Литература
- Gambling, W. A., «The Rise and Rise of Optical Fibers», IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics , Vol. 6, No. 6, pp. 1084–1093, Nov./Dec. 2000
- Gowar, John, Optical Communication Systems , 2 ed., Prentice-Hall, Hempstead UK, 1993 (ISBN 0-13-638727-6)
- Hecht, Jeff, City of Light, The Story of Fiber Optics , Oxford University Press, New York, 1999 (ISBN 0-19-510818-3)
- Hecht, Jeff, Understanding Fiber Optics , 4th ed., Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ, USA 2002 (ISBN 0-13-027828-9)
- Nagel S. R., MacChesney J. B., Walker K. L., «An Overview of the Modified Chemical Vapor Deposition (MCVD) Process and Performance», IEEE Journal of Quantum Mechanics , Vol. QE-18, No. 4, April 1982
- Ramaswami, R., Sivarajan, K. N., Optical Networks: A Practical Perspective , Morgan Kaufmann Publishers, San Francisco, 1998 (ISBN 1-55860-445-6)
Ссылки
- Физические характеристики полимерных оптических волокон
Волоконно-оптический кабель – представляет собой стеклянный пучок нитей, который может передавать оптические сигналы. Еще совсем недавно такой кабель стали применять для абонентских линий, а уже сейчас – это основная среда для того, чтоб передавать цифровую информацию на больших расстояниях.
Зачем нужен кабель ОКГ?
Кабель ОКГ разработали для того, чтоб заменить громоздкие кабеля из меди. Они могут выпускаться в таких модификациях как – одномодовые (получили свое применение в телефонии) и многомодовые (широко применяются в сетях). Различия между ними состоит в том, что одномодовые волокна могут передавать сигналы с волнами одной длинны, а многомодовые – волны с разной длинной.
Производство
Ранее уже было сказано, что ВОК – представляет собой стеклянные волокна. Изначально одно волокно – это стержень из стекла, диаметр которой от пяти до восьми сантиметров. Далее такой стержень загружается в специальную машину, которая путем плавки и протягивания превращает его в волокно. После этого такое волокно покрывается оболочкой с внутренними силовыми компонентами.
Прокладывается ВОК практически так же как и медный, но разница состоит в хрупкости, т.е. если ВОК чрезмерно изгибать или натягивать – он ломается.
Безопасность
Для работы с волокно-оптическими кабелями необходимо ни в коем случае не смотреть на торец без специального оборудования, т.к. практически невидимый кусок волокна может, попав в глаза нанести им непоправимый ущерб.
Сращивание
ВОК сращивают либо механически (благодаря специальному устройству концы кабеля полируются, а гель заполняет микро-полости) либо с помощью плавления (волокна плавятся и становятся одним целым).
В основном сращивают волокна механически, т.к. для этого необходим простой набор инструментов, которые предлагают практически все производители, а полировкой может заняться любой рабочий службы поддержки. Если же сращивать волокна методам плавления, то необходимо дорогое оборудование, и не каждый монтажник сможет это сделать.
Ремонт кабеля
Конструкция ВОК изначально совершенна и имеет достаточно каналов в своем резерве, что дает гарантию работы сети с потерями, сведенными к минимуму, если кабель был поврежден. Но в тоже время, если повреждение произошло, то для ремонта потребуется сделать как минимум 2 дополнительных стыка, что может привести к потере мощности. Для того, чтоб этого не произошло, следует заранее включить в кабельную систему ремонтно-восстановительные работы. Конечно, это потребует лишних средств, но поможет сэкономить если возникли какие-либо неполадки в кабеле.
В современном мире необходимо качественно и быстро передавать информацию. Сегодня нет более совершенного и эффективного способа передачи данных, чем оптоволоконный кабель. Если кто-то думает, что это уникальная разработка, то он глубоко ошибается. Первые оптические волокна появились еще в конце прошлого столетия, и до сих пор ведутся работы по развитию этой технологии.
На сегодняшний день мы уже имеем передающий материал, уникальный по свойствам. Его применение получило широкую популярность. Информация в наше время имеет большое значение. С помощью нее мы общаемся, развиваем экономику и быт. Скорость передачи информации при этом должна быть высокой для того, чтобы обеспечить необходимый темп современной жизни. Поэтому сейчас многие интернет провайдеры внедряют оптоволоконный кабель.
Этот тип проводника предназначен только на передачу импульса света, несущего часть информации. Поэтому его применяют для передачи информативных данных, а не для подключения питания. Оптоволоконный кабель дает возможность повысить скорость в несколько раз, в сравнении с проводами из металла. При эксплуатации он не имеет побочных явлений, ухудшения качества на расстоянии, перегрева провода. Достоинством кабеля на основе оптических волокон является невозможность влияния на передаваемый сигнал, поэтому ему не нужен экран, блуждающие токи на него не действуют.
Классификация
Оптоволоконный кабель имеет большие отличия от витой пары, исходя из области применения и места монтажа. Выделяют основные виды кабелей на основе оптического волокна:
- Для внутреннего монтажа.
- Установки в кабельные каналы, без брони.
- Установки в кабельные каналы, бронированный.
- Укладки в грунт.
- Подвесной, не имеющий троса.
- Подвесной, с тросом.
- Для подводного монтажа.
Устройство
Самое простое устройство имеет оптоволоконный кабель для внутреннего монтажа, а также кабель обычного исполнения, не имеющего брони. Наиболее сложная конструкция у кабелей для подводного монтажа и для монтажа в грунт.
Кабель для внутреннего монтажа
Внутренние кабели делят на абонентские, для прокладки к потребителю, и распределительные для создания сети. Оптику проводят в кабельных каналах, лотках. Некоторые разновидности прокладывают по фасаду здания до распредкоробки, либо до самого абонента.
Устройство оптоволокна для внутренней прокладки состоит из оптического волокна, специального защитного покрытия, силовых элементов, например, троса. К кабелю, прокладываемому внутри зданий, предъявляются требования пожарной безопасности: стойкость к горению, низкое выделение дыма. Материал оболочки кабеля состоит из полиуретана, а не полиэтилена. Кабель должен быть легким, тонким и гибким. Многие исполнения оптоволоконного кабеля облегчены и защищены от влаги.
Внутри помещений кабель обычно прокладывается на небольшие расстояния, поэтому о затухании сигнала и влиянии на передачу информации речи не идет. В таких кабелях количество оптоволокна не более двенадцати. Существуют и гибридные оптоволоконные кабели, имеющие в составе витую пару.
Кабель без брони для кабельных каналов
Оптика без брони применяется для монтажа в кабельные каналы, при условии, что не будет механических воздействий снаружи. Такое исполнение кабеля применяется для тоннелей и коллекторов домов. Его укладывают в трубы из полиэтилена, вручную или специальной лебедкой. Особенностью такого исполнения кабеля является наличие гидрофобного наполнителя, гарантирующего нормальную эксплуатацию в кабельном канале, защищает от влаги.
Кабель с броней для кабельных каналов
Оптоволоконный кабель с броней применяется тогда, когда присутствуют нагрузки снаружи, например, на растяжение. Броня выполняется по-разному. Броня в виде ленты применяется, если нет воздействия агрессивных веществ, в, тоннелях и т.д. Конструкция брони состоит из стальной трубы (гофрированная, либо гладкая), с толщиной стенки 0,25 мм. Гофрирование выполняют тогда, когда это является одним слоем защиты кабеля. Оно защищает оптическое волокно от грызунов, увеличивает гибкость кабеля. При условиях с большим риском повреждений применяют броню из проволоки, например, на дне реки, или в грунте.
Кабель для укладки в грунт
Для монтажа кабеля в грунт применяют оптоволокно с броней из проволоки. Могут использоваться также кабели с ленточной броней, усиленные, но они не нашли широкого применения. Для прокладки оптоволокна в грунт задействуют кабелеукладчик. Если монтаж в грунт осуществляется в холодное время при температуре менее -10 градусов, то кабель заранее нагревают.
Для мокрого грунта применяют кабель с герметичным оптоволокном в металлической трубке, а броня из проволоки пропитывается водоотталкивающим составом. Специалисты делают расчеты по укладке кабеля. Они определяют допустимые растяжения, нагрузки на сдавливание и т. д. Иначе по истечении определенного времени оптические волокна повредятся, и кабель придет в негодность.
Броня оказывает влияние на величину допускаемой нагрузки на растяжение. Оптоволокно с броней из проволоки выдерживает нагрузку до 80 кН, с ленточной броней нагрузка может быть не более 2,7 кН.
Подвесной оптоволоконный кабель без брони
Такие кабели устанавливаются на опоры линий связи и питания. Так производить монтаж проще и удобнее, чем в грунт. При этом есть важное ограничение – во время монтажа температура не должна опускаться ниже -15 градусов. Сечение кабеля имеет круглую форму. Благодаря этому уменьшаются нагрузки от ветра на кабель. Расстояние между опорами должно быть не больше 100 метров. В конструкции есть силовой элемент в виде стеклопластика.
Благодаря силовому элементу кабель может выдержать большие нагрузки, направленные вдоль него. Силовые элементы в виде арамидных нитей применяют при расстояниях между столбами до 1000 метров. Достоинством арамидных нитей, кроме малой массы и прочности, являются диэлектрические свойства арамида. При ударе молнии в кабель, никаких повреждений не будет.
Сердечники подвесных кабелей бывают разными. По их типу кабели делят на:
- Кабель с сердечником в виде профиля, оптоволокно устойчиво к сдавливанию и растяжению.
- Кабель с модулями скрученного вида, оптические волокна проложены свободно, имеется устойчивость к растяжению.
- С оптическим модулем, сердечник кроме оптоволокна ничего в составе не имеет. Недостаток такого исполнения – неудобно идентифицировать волокна. Преимущество – малый диаметр, низкая стоимость.
Оптоволоконный кабель с тросом
Тросовое оптоволокно является самонесущим. Такие кабели применяются для прокладки по воздуху. Трос бывает несущим или навивным. Есть модели кабеля, в котором оптоволокно находится внутри молниезащитного троса. Кабель, усиленный профильным сердечником, обладает достаточной эффективностью. Трос состоит из стальной проволоки в оболочке. Эта оболочка соединена с оплеткой кабеля. Свободный объем заполнен гидрофобным веществом. Такие кабели прокладывают с расстоянием между столбами не более 70 метров. Ограничением кабеля является невозможность прокладки на линию электропитания.
Кабели с тросом для грозовой защиты устанавливаются на высоковольтных линиях с фиксацией на заземление. Тросовый кабель используется при рисках его повреждения животными, либо на большие дистанции.
Оптоволоконный кабель для укладки под водой
Такой тип оптоволокна обособлен от остальных, потому что его укладка проходит в особых условиях. Все подводные кабели имеют броню, конструкция которой зависит от глубины прокладки и рельефа дна водоема.
Некоторые виды подводного оптоволокна по исполнению брони с:
- Одинарной броней.
- Усиленной броней.
- Усиленной двойной броней.
- Без брони.
1› Изоляция из полиэтилена.
2› Майларовое покрытие.
3› Двойная броня из проволоки.
4› Гидроизоляция алюминиевая.
5› Поликарбонат.
6› Центральная трубка.
7› Заполнитель гидрофобный.
8› Оптоволокно.
Размер брони не зависит от глубины прокладки. Армирование защищает кабель только от обитателей водоема, якорей, судов.
Сварка оптоволокна
Для сварки используется сварочный аппарат специального типа. В его составе содержится микроскоп, зажимы для фиксации волокон, дуговая сварка, камера термоусадки для нагрева гильз, микропроцессор для управления и контроля.
Краткий техпроцесс сварки оптоволокна:
- Снятие оболочки стриппером.
- Подготовка к сварке. На концы надеваются гильзы. Концы волокон обезжириваются спиртом. Конец волокна скалывается специальным приспособлением под определенным углом. Волокна укладываются в аппарат.
- Сварка. Волокна выравниваются. При автоматическом управлении положение волокон устанавливается автоматически. После подтверждения сварщика, волокна свариваются аппаратом. При ручном управлении все операции проводятся вручную специалистом. При сварке волокна плавятся дугой электрического тока, совмещаются. Затем свариваемое место прогревается во избежание внутренних напряжений.
- Проверка качества. Автомат сварки проводит анализ картинки места сварки по микроскопу, определяет оценку работы. Точный результат получают рефлектометром, который выявляет неоднородность и затухание на линии сварки.
- Обработка и защита свариваемого места. Надетая гильза сдвигается на сварку и закладывается в печь для термоусадки на одну минуту. После этого гильза остывает, ложится в защитную пластину муфты, накладывается запасное оптическое волокно.
Достоинства оптоволоконного кабеля
Основным достоинством оптоволокна является повышенная скорость передачи информации, практически нет затухания сигнала (очень низкое), а также, безопасность передачи данных.
- Невозможно подключиться к оптической линии без санкций. При любом включении в сеть оптические волокна повредятся.
- Электробезопасность. Она повышает популярность и область применения таких кабелей. Их все больше используют в промышленности при опасности взрывов на производстве.
- Имеет хорошую защиту от помех природного происхождения, электрооборудования и т.д.
