Οπτικά καλώδια - συσκευή, τύποι και χαρακτηριστικά
Τα οπτικά καλώδια, σε αντίθεση με τα καλώδια με αγωγούς χαλκού ή αλουμινίου, χρησιμοποιούν μια διαφανή οπτική ίνα ως μέσο για τη μετάδοση ενός σήματος. Το σήμα μεταδίδεται εδώ όχι με τη βοήθεια ηλεκτρικού ρεύματος, αλλά με τη βοήθεια του φωτός. Αυτό σημαίνει ότι πρακτικά δεν κινούνται ηλεκτρόνια, αλλά μάλλον φωτόνια, και οι απώλειες μετάδοσης σήματος αποδεικνύονται ασήμαντες.
Αυτά τα καλώδια είναι ιδανικά ως μέσο μετάδοσης πληροφοριών, καθώς το φως μπορεί να περάσει μέσα από διαφανές υαλοβάμβακα πρακτικά ανεμπόδιστα για δεκάδες χιλιόμετρα, ενώ η ένταση του φωτός μειώνεται ελαφρώς.
Υπάρχει Καλώδια GOF (καλώδιο οπτικών ινών από γυαλί) — με ίνες γυαλιού και Καλώδια POF (πλαστικό οπτικό καλώδιο) — με διαφανή πλαστική ίνα. Και τα δύο ονομάζονται παραδοσιακά καλώδια οπτικών ή οπτικών ινών.
Συσκευή οπτικού καλωδίου
Το καλώδιο οπτικών ινών έχει μια αρκετά απλή συσκευή.Στο κέντρο του καλωδίου υπάρχει ένας οδηγός φωτός από υαλοβάμβακα (η διάμετρός του δεν υπερβαίνει τα 10 μικρά), ντυμένος με προστατευτικό πλαστικό ή γυάλινο κέλυφος, ο οποίος παρέχει πλήρη εσωτερική αντανάκλαση του φωτός λόγω της διαφοράς των δεικτών διάθλασης στο όριο δύο μέσων.
Αποδεικνύεται ότι το φως, σε όλη τη διαδρομή από τον πομπό έως τον δέκτη, δεν μπορεί να φύγει από την κεντρική φλέβα. Επιπλέον, το φως δεν φοβάται τις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, επομένως ένα τέτοιο καλώδιο δεν χρειάζεται ηλεκτρομαγνητική θωράκιση, αλλά χρειάζεται μόνο να ενισχυθεί.
Για να εξασφαλιστεί η μηχανική αντοχή του οπτικού καλωδίου, λαμβάνονται ειδικά μέτρα — καθιστούν το καλώδιο θωρακισμένο, ειδικά όταν πρόκειται για πολυπύρηνα οπτικά καλώδια που φέρουν πολλές ξεχωριστές οπτικές ίνες ταυτόχρονα. Τα αιωρούμενα καλώδια απαιτούν ειδική ενίσχυση με μέταλλο και Kevlar.
Ο απλούστερος σχεδιασμός των καλωδίων οπτικών ινών είναι ίνες γυαλιού σε πλαστικό κέλυφος… Ένας πιο περίπλοκος σχεδιασμός είναι ένα καλώδιο πολλαπλών στρωμάτων με ενισχυτικά στοιχεία, για παράδειγμα, για υποβρύχια, υπόγεια ή αναρτημένη εγκατάσταση.
Σε ένα πολυστρωματικό θωρακισμένο καλώδιο, το ενισχυτικό καλώδιο στήριξης είναι κατασκευασμένο από μέταλλο που περικλείεται σε θήκη πολυαιθυλενίου. Γύρω του τοποθετούνται πλαστικές ή γυάλινες ίνες που μεταφέρουν φως. Κάθε μεμονωμένη ίνα είναι επικαλυμμένη με ένα στρώμα χρωματιστού βερνικιού για χρωματική κωδικοποίηση και προστασία από μηχανικές βλάβες. Οι δέσμες ινών συσκευάζονται σε πλαστικούς σωλήνες γεμάτους με υδρόφοβο τζελ.
Ένας πλαστικός σωλήνας μπορεί να περιέχει από 4 έως 12 τέτοιες ίνες, ενώ ο συνολικός αριθμός ινών σε ένα τέτοιο καλώδιο μπορεί να είναι έως και 288 τεμάχια. Οι σωλήνες είναι πλεγμένοι με ένα νήμα που σφίγγει το φιλμ που έχει υγρανθεί με ένα υδρόφοβο τζελ — για μεγαλύτερη απορρόφηση των μηχανικών επιδράσεων. Οι σωλήνες και το κεντρικό καλώδιο περικλείονται από πολυαιθυλένιο.Ακολουθούν τα σκέλη Kevlar, τα οποία πρακτικά παρέχουν θωράκιση για το λανθάνον καλώδιο. Μετά πάλι πολυαιθυλένιο για να το προστατεύει από την υγρασία και τέλος το εξωτερικό κέλυφος.
Οι δύο κύριοι τύποι καλωδίων οπτικών ινών
Υπάρχουν δύο τύποι καλωδίων οπτικών ινών: πολλαπλής λειτουργίας και απλής λειτουργίας. Τα multi-mode είναι φθηνότερα, τα single-mode είναι πιο ακριβά.
Καλώδιο μονής λειτουργίας διασφαλίζει ότι οι ακτίνες που διέρχονται από την ίνα ακολουθούν πρακτικά την ίδια διαδρομή χωρίς σημαντικές αμοιβαίες αποκλίσεις, με αποτέλεσμα όλες οι ακτίνες να φτάνουν στον δέκτη ταυτόχρονα και χωρίς παραμόρφωση του σχήματος του σήματος. Η διάμετρος μιας οπτικής ίνας σε ένα καλώδιο μονής λειτουργίας είναι περίπου 1,3 μm, και σε αυτό το μήκος κύματος πρέπει να μεταδίδεται το φως μέσω αυτής.
Για το λόγο αυτό, ως πομπός χρησιμοποιείται μια πηγή λέιζερ με μονοχρωματικό φως αυστηρά απαραίτητου μήκους κύματος.Ακριβώς τα καλώδια αυτού του τύπου (single-mode) θεωρούνται σήμερα τα πιο ελπιδοφόρα για επικοινωνίες μεγάλων αποστάσεων στο μέλλον, αλλά προς το παρόν είναι ακριβά και βραχύβια.
Καλώδιο πολλαπλών λειτουργιών λιγότερο «ακριβή» από τα single-mode. Οι δέσμες από τον πομπό περνούν σε αυτό με διασπορά και στο πλάι του δέκτη υπάρχει κάποια παραμόρφωση του σχήματος του εκπεμπόμενου σήματος. Η διάμετρος της οπτικής ίνας στο καλώδιο πολλαπλών λειτουργιών είναι 62,5 μm και η εξωτερική διάμετρος της θήκης είναι 125 μm.
Χρησιμοποιεί ένα συμβατικό (μη λέιζερ) LED στην πλευρά του πομπού (μήκος κύματος 0,85 μm) και ο εξοπλισμός δεν είναι τόσο ακριβός όσο μια πηγή φωτός λέιζερ και τα τρέχοντα καλώδια πολλαπλών λειτουργιών έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Το μήκος των καλωδίων αυτού του τύπου δεν υπερβαίνει τα 5 km. Η τυπική καθυστέρηση μετάδοσης σήματος είναι της τάξης των 5 ns/m.
Πλεονεκτήματα των καλωδίων οπτικών ινών
Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, το οπτικό καλώδιο διαφέρει ριζικά από τα συνηθισμένα ηλεκτρικά καλώδια με την εξαιρετική προστασία από το θόρυβο, η οποία διασφαλίζει τη μέγιστη ασφάλεια τόσο της ακεραιότητας όσο και της εμπιστευτικότητας των πληροφοριών που μεταδίδονται μέσω αυτού.
Οι ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές που κατευθύνονται σε ένα οπτικό καλώδιο δεν μπορούν να παραμορφώσουν τη ροή του φωτός και τα ίδια τα φωτόνια δεν παράγουν εξωτερική ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Χωρίς να παραβιαστεί η ακεραιότητα του καλωδίου, είναι αδύνατο να υποκλαπούν οι πληροφορίες που μεταδίδονται μέσω αυτού.
Το εύρος ζώνης ενός καλωδίου οπτικών ινών είναι θεωρητικά 10 ^ 12 Hz, το οποίο δεν μπορεί να συγκριθεί με τρέχοντα καλώδια οποιασδήποτε πολυπλοκότητας. Μπορείτε να μεταφέρετε εύκολα πληροφορίες με ταχύτητα έως και 10 Gbps ανά χιλιόμετρο.
Το ίδιο το καλώδιο οπτικών ινών δεν είναι τόσο ακριβό όσο το λεπτό ομοαξονικό καλώδιο. Αλλά το κύριο μερίδιο της αύξησης της τιμής του ολοκληρωμένου δικτύου εξακολουθεί να πέφτει στον εξοπλισμό εκπομπής και λήψης, καθήκον του οποίου είναι να μετατρέψει ένα ηλεκτρικό σήμα σε φως και αντίστροφα.
Η εξασθένηση ενός φωτεινού σήματος όταν διέρχεται από ένα οπτικό καλώδιο τοπικού δικτύου δεν υπερβαίνει τα 5 dB ανά 1 χιλιόμετρο, δηλαδή σχεδόν ίδια με αυτή ενός ηλεκτρικού σήματος χαμηλής συχνότητας. Επίσης, όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα - τόσο ισχυρότερο είναι το πλεονέκτημα του οπτικού μέσου έναντι των παραδοσιακών ηλεκτρικών καλωδίων - η εξασθένηση αυξάνεται οριακά. Και σε συχνότητες πάνω από 0,2 GHz, το οπτικό καλώδιο είναι σαφώς εκτός ανταγωνισμού. Είναι πρακτικά δυνατό να αυξηθεί η απόσταση μετάδοσης έως και 800 km.
Τα καλώδια οπτικών ινών μπορούν να εφαρμοστούν σε δίκτυα τοπολογίας δακτυλίου ή αστεριού, ενώ εξαλείφουν πλήρως τα προβλήματα γείωσης και εξισορρόπησης φορτίου που σχετίζονται πάντα με τα ηλεκτρικά καλώδια.
Τέλειος γαλβανική μόνωση, μαζί με τα παραπάνω πλεονεκτήματα, επιτρέπει στους αναλυτές να προβλέψουν ότι στις επικοινωνίες δικτύου, τα οπτικά καλώδια σύντομα θα αντικαταστήσουν πλήρως τα ηλεκτρικά, ειδικά δεδομένης της αυξανόμενης έλλειψης χαλκού στον πλανήτη.
Μειονεκτήματα των καλωδίων οπτικών ινών
Για να είμαστε δίκαιοι, δεν μπορούμε να μην αναφέρουμε τα μειονεκτήματα των συστημάτων οπτικής μετάδοσης δεδομένων, το κύριο από τα οποία είναι η πολυπλοκότητα της εγκατάστασης των συστημάτων και οι υψηλές απαιτήσεις για την ακρίβεια της εγκατάστασης συνδέσεων. Οι αποκλίσεις μικρού κατά τη συναρμολόγηση του συνδετήρα μπορεί να οδηγήσουν σε αύξηση της εξασθένησης σε αυτόν. Εδώ χρειάζεστε συγκόλληση υψηλής ακρίβειας ή ένα ειδικό συγκολλητικό τζελ, του οποίου ο δείκτης διάθλασης είναι παρόμοιος με αυτόν του ίδιου του εγκατεστημένου υαλοβάμβακα.
Για το λόγο αυτό, τα προσόντα του προσωπικού δεν επιτρέπουν επιείκεια, απαιτούνται ειδικά εργαλεία και υψηλές δεξιότητες για τη χρήση τους. Τις περισσότερες φορές, καταφεύγουν στη χρήση έτοιμων κομματιών καλωδίου, στα άκρα των οποίων είναι ήδη εγκατεστημένοι έτοιμοι σύνδεσμοι του απαιτούμενου τύπου. Για τη διακλάδωση του σήματος από την οπτική ίνα, χρησιμοποιούνται εξειδικευμένοι διαχωριστές για πολλά κανάλια (από 2 έως 8), αλλά κατά τη διακλάδωση, εμφανίζεται αναπόφευκτα η εξασθένηση του φωτός.
Φυσικά, η ίνα είναι λιγότερο ισχυρό και λιγότερο εύκαμπτο υλικό από τον χαλκό και είναι επικίνδυνο να κάμπτεται η ίνα σε ακτίνα μικρότερη από 10 cm για την ασφάλειά της.Η ιονίζουσα ακτινοβολία μειώνει τη διαφάνεια της οπτικής ίνας, αυξάνει την εξασθένηση του εκπεμπόμενου σήματος φωτός.
Τα ανθεκτικά στην ακτινοβολία καλώδια οπτικών ινών είναι πιο ακριβά από τα συμβατικά καλώδια οπτικών ινών. Μια ξαφνική αλλαγή στη θερμοκρασία μπορεί να προκαλέσει τη δημιουργία ρωγμής στην ίνα. Φυσικά, η οπτική ίνα είναι ευάλωτη σε μηχανικές καταπονήσεις, κραδασμούς και υπερήχους. Για την προστασία από αυτούς τους παράγοντες, χρησιμοποιούνται ειδικά μαλακά ηχοαπορροφητικά υλικά από τις θήκες των καλωδίων.