În prezent, cablurile din fibră optică sunt utilizate pe scară largă pentru transmiterea datelor. Acestea au înlocuit complet liniile de comunicații tradiționale pe bază de metal în unele domenii IT. Cablurile cu fibră optică sunt deosebit de eficiente în aplicațiile în care trebuie transmise cantități mari de date pe distanțe mari.
Cuprins
Bazele fizice ale fibrelor optice
Fibrele optice se bazează pe principiul fizic al reflexiei totale. Dacă luăm două medii cu indici de refracție diferiți n1 și n2, unde n2< n1 (de exemplu, aer și sticlă sau sticlă și plastic transparent) și se proiectează un fascicul de lumină la un unghi α față de interfață, se vor produce două evenimente.
Fasciculul (marcat cu roșu în figură), proiectat de sus în stânga (săgeată) se va refracta parțial și se va deplasa de-a lungul mediului cu indice de refracție n2 la un unghi α1<α - această parte a fasciculului este indicată de linia punctată. Cealaltă parte a fasciculului se va reflecta de la interfață la același unghi. Dacă lăsăm fasciculul să cadă la un unghi β mai lent (fascicululul verde din figură), se va întâmpla același lucru - reflexie parțială și refracție parțială la un unghi β1.
Dacă unghiul de incidență α este redus și mai mult (raza albastră din figură), atunci partea refractată a fasciculului va "aluneca" aproape paralel cu interfața (linia punctată albastră). O scădere suplimentară a unghiului de incidență (fasciculul verde incident la un unghi β) va cauza un salt calitativ - partea refractată va fi absentă. Fasciculul va fi complet reflectat de la interfața dintre cele două medii. Acest unghi se numește unghiul de reflexie totală, iar fenomenul se numește reflexie totală. Același lucru va fi observat pe măsură ce unghiul de incidență scade în continuare.
Construcția unei fibre optice
Fibrele optice se bazează pe acest principiu. Acesta este format din două straturi coaxiale de densități optice diferite.
Dacă un fascicul de lumină intră în capătul deschis al unei fibre sub un unghi mai mare decât unghiul de reflexie a luminii, acesta va fi reflectat complet de suprafața de contact a două medii cu indici de refracție diferiți, cu o atenuare mică la fiecare "salt".
Partea exterioară a fibrei optice este realizată din plastic. Interiorul poate fi, de asemenea, realizat din plastic transparent, apoi poate fi îndoit în unghiuri destul de mari (chiar și rulat în formă de inel, iar lumina care intră în interior va trece în continuare de la un capăt la altul cu atenuare, în funcție de proprietățile optice ale plasticului și de lungimea ghidului de lumină). Pentru cablurile pe distanțe lungi, în cazul în care flexibilitatea nu este atât de importantă, miezul interior este de obicei fabricat din sticlă. Acest lucru reduce atenuarea și costul fibrei optice, dar aceasta devine sensibilă la îndoire.
Pentru a crește capacitatea unei linii optice, fibra este disponibilă în versiune dual-mode sau multi-mode. În acest scop, secțiunea transversală a miezului este mărită la 50 µm sau 62,5 µm (în comparație cu 10 µm pentru monomod). Prin această fibră optică pot fi transmise simultan două sau mai multe semnale.
Această linie de transmisie optică are anumite dezavantaje. Una dintre ele este dispersia luminii cauzată de traseul diferit al fiecărui semnal. Ei au învățat să combată această problemă prin realizarea unui miez cu un indice de refracție în gradient (care se schimbă de la mijloc spre margini). Acest lucru corectează traiectoria diferitelor fascicule.
Cablurile de fibră optică multimodale sunt utilizate în principal pentru rețelele locale (în interiorul unei clădiri, al unei întreprinderi etc.), iar cablurile de fibră optică monomodale sunt utilizate pentru liniile de transmisie pe distanțe lungi.
Proiectarea unei linii de fibră optică
Cablurile de fibră optică transportă un semnal luminos produs de un LED sau de un laser. Un semnal electric este generat în unitatea de transmisie. Dispozitivul final are nevoie, de asemenea, de semnalul sub formă de impulsuri electrice. Prin urmare, va fi necesar să se convertească datele brute de două ori. În figură este prezentată o schemă simplificată a unei linii de fibră optică.
Semnalul de la dispozitivul de transmisie este convertit în impulsuri de lumină și transmis pe linia optică. Puterea emițătorilor de pe partea de emisie este limitată, astfel încât dispozitivele care compensează atenuarea - amplificatoare optice, regeneratoare sau repetori - sunt plasate la anumite intervale pe liniile lungi. Pe partea de recepție se află un alt convertor care transformă semnalul optic într-un semnal electric.
Construcția cablului optic
Fibrele individuale sunt utilizate ca parte a unui cablu optic pentru a crea o linie de fibră optică. Construcția sa depinde de scopul liniei de transmisie și de metoda de montare, dar, în general, conține mai multe fibre cu un strat protector individual (împotriva zgârieturilor și a deteriorărilor mecanice). Această protecție se realizează, de obicei, în două straturi - mai întâi un înveliș de compus și apoi un strat suplimentar de plastic sau lac deasupra. Fibrele sunt învelite într-un înveliș comun (similar cu cel al cablurilor electrice convenționale), care determină aplicația cablului și este selectat în funcție de influențele externe la care va fi expusă linia în timpul funcționării.
Atunci când se instalează în tăvi de cabluri există o problemă de protecție a liniilor împotriva rozătoarelor. În acest caz, este necesar să se aleagă un cablu cu înveliș exterior întărit cu bandă de oțel sau armătură de sârmă. Fibrele de sticlă sunt, de asemenea, utilizate ca protecție împotriva deteriorării.
În cazul în care cablul este așezat într-o țeavă, nu este necesară învelișul armat. Tubul metalic protejează în mod fiabil împotriva dinților șoarecilor și șobolanilor. Învelișul exterior poate fi făcut mai ușor. Acest lucru facilitează tragerea cablului în interiorul țevii.
În cazul în care linia urmează să fie așezată în pământ, protecția se face sub forma unei armături de sârmă protejate împotriva coroziunii sau a unor tije din fibră de sticlă. Aceasta asigură o rezistență ridicată nu numai la compresie, ci și la tracțiune.
În cazul în care cablul urmează să fie instalat în zone maritime, peste râuri sau alte obstacole de apă, pe terenuri mlăștinoase etc., se utilizează o protecție suplimentară cu ajutorul benzii de alu-polimer. În acest fel, cablul este protejat împotriva pătrunderii apei.
Multe cabluri conțin, de asemenea, în interiorul învelișului lor comun:
- Tije de armare care servesc la conferirea unei rezistențe mai mari structurii atunci când aceasta este expusă la solicitări mecanice externe și când linia este alungită termic
- materiale de umplutură - filamente de plastic care umplu spațiile goale dintre fibre și alte elemente
- tije de putere (scopul lor este de a crește sarcina de tracțiune).
În cazul deschiderilor lungi, linia este suspendată pe un cablu, dar există și cabluri autoportante. Cablul metalic de susținere este încorporat direct în teacă.
Ca un tip separat de linie de fibră optică, ar trebui să menționăm cordonul de racordare optic. Acest cablu conține una sau două fibre (monomodale sau dual-mode) învelite într-un înveliș comun. Ambele părți ale cablului sunt prevăzute cu conectori pentru conectare. Aceste cabluri sunt foarte scurte și sunt utilizate pentru a conecta echipamente pe distanțe scurte sau pentru cablarea în dulap.
Avantajele și dezavantajele cablurilor optice
Avantajele incontestabile ale cablurilor din fibră optică, care au dus la utilizarea lor pe scară largă, includ:
- imunitate ridicată la interferențe - semnalul luminos nu este afectat de radiațiile electromagnetice domestice și industriale, iar linia în sine nu emite nicio radiație (acest lucru face ca accesul neautorizat la informațiile transmise să fie dificil și nu creează probleme de compatibilitate electromagnetică);
- izolare galvanică completă între partea de recepție și cea de emisie;
- atenuare scăzută - mult mai mică decât cea a liniilor de sârmă;
- durată lungă de viață;
- capacitate mare de transmisie.
În realitățile de astăzi, este important, de asemenea, ca cablul să nu atragă hoții de metale.
Optica nu este lipsită de dezavantaje. În primul rând, este vorba de complexitatea instalării și a conexiunii, care necesită echipamente, instrumente și materiale speciale, precum și impune cerințe mai ridicate pentru calificarea personalului implicat în instalarea și întreținerea liniilor. Cele mai multe defecțiuni ale cablurilor de fibră optică sunt cauzate de erori de instalare, care pot să nu se manifeste imediat. Inițial, costul liniei în sine era, de asemenea, ridicat, dar progresele tehnologice au făcut posibilă reducerea acestui dezavantaj la niveluri competitive.
Liniile optice au câștigat o cotă de piață semnificativă pe piața comunicațiilor. Nu se întrevede nicio alternativă serioasă în viitorul apropiat, cu excepția cazului în care se va produce o descoperire tehnologică.
Articole conexe:
