Волоконно-оптический кабель

Волоконно-оптический кабель состоит из тонких (5-60 микрон) гибких стек­лянных волокон (волоконных световодов), по которым распространяются свето­вые сигналы. Это наиболее качественный тип кабеля — он обеспечивает переда­чу данных с очень высокой скоростью (до 10 Гбит/с и выше) и к тому же лучше других типов передающей среды обеспечивает защиту данных от внешних помех (в силу особенностей распространения света такие сигналы легко экранировать).

Каждый световод состоит из центрального проводника света (сердцевины) — стеклянного волокна, и стеклянной оболочки, обладающей меньшим показате­лем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. В зависи­мости от распределения показателя преломления и величины диаметра сердеч­ника различают:

□ многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления (рис. 8.17, а)\

□ многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления (рис. 8.17, б)\

□ одномодовое волокно (рис. 8.17, в).

Понятие «мода» описывает режим распространения световых лучей в сердце­вине кабеля.

В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF) используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с длиной волны света — от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптиче­ской оси световода, не отражаясь от внешнего проводника. Изготовление сверх­тонких качественных волокон для одномодового кабеля представляет собой сложный технологический процесс, что делает одномодовый кабель достаточно дорогим. Кроме того, в волокно такого маленького диаметра достаточно сложно направить пучок света, не потеряв при этом значительную часть его энергии.

Показатель преломления

40-100 мкм

Мода 1 Мода 2

В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber, MMF) используются более широ­кие внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически. В много­модовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно существует несколь­ко световых лучей, отражающихся от внешнего проводника под разными углами. Угол отражения луча называется модой луча. В многомодовых кабелях с плав­ным изменением коэффициента преломления режим отражения лучей имеет сложный характер. Возникающая при этом интерференция ухудшает качество передаваемого сигнала, что приводит к искажениям передаваемых импульсов в многомодовом оптическом волокне. По этой причине технические характе­ристики многомодовых кабелей хуже, чем одномодовых.

В результате многомодовые кабели используются в основном для передачи дан­ных на скоростях не более 1 Гбит/с на небольшие расстояния (до 300-2000 м), а одномодовые — для передачи данных со сверхвысокими скоростями в несколь­ко десятков гигабит в секунду (а при использовании технологии DWDM — до нескольких терабит в секунду) на расстояния до нескольких десятков и даже со­тен километров (дальняя связь).

В качестве источников света в волоконно-оптических кабелях применяются:

□ светодиоды, или светоизлучающие диоды (Light Emitted Diode, LED);

□ полупроводниковые лазеры, или лазерные диоды.

Для одномодовых кабелей применяются только лазерные диоды, так как при та­ком малом диаметре оптического волокна световой поток, создаваемый свето- диодом, невозможно без больших потерь направить в волокно — он имеет черес­чур широкую диаграмму направленности излучения, в то время как лазерный диод — узкую. Более дешевые светодиодные излучатели используются только для многомодовых кабелей.

Стоимость волоконно-оптических кабелей ненамного превышает стоимость ка­белей на витой паре, но проведение монтажных работ с оптоволокном обходится намного дороже из-за трудоемкости операций и высокой стоимости применяе­мого монтажного оборудования.