Šiandien šviesolaidiniai kabeliai plačiai naudojami duomenims perduoti. Kai kuriose IT srityse jie visiškai pakeitė tradicines metalines ryšio linijas. Šviesolaidiniai kabeliai ypač veiksmingi tais atvejais, kai didelius duomenų kiekius reikia perduoti dideliais atstumais.
Turinys
Šviesolaidinės optikos fizikiniai pagrindai
Optinės skaidulos pagrįstos fizikiniu visiško atspindžio principu. Jei paimsime dvi terpes su skirtingais lūžio rodikliais n1 ir n2, kur n2< n1 (pvz., oro ir stiklo arba stiklo ir skaidraus plastiko) ir į sąsają kampu α nukreipus šviesos spindulį, įvyks du įvykiai.
Spindulys (paveikslėlyje pažymėtas raudonai), projektuojamas iš viršaus į kairę (rodyklė), iš dalies lūš ir keliaus išilgai terpės, kurios lūžio rodiklis n2 kampu α1<α - ši spindulio dalis pažymėta punktyrine linija. Kita spindulio dalis nuo sąsajos atsispindės tokiu pat kampu. Jei leisime spinduliui kristi lėtesniu kampu β (žalias spindulys paveikslėlyje), įvyks tas pats - dalinis atspindys ir dalinis lūžis kampu β1.
Jei kritimo kampas α dar labiau sumažės (paveikslėlyje - mėlynas spindulys), lūžusi spindulio dalis "pasislinks" beveik lygiagrečiai sąsmaukai (mėlyna brūkšninė linija). Dar labiau sumažinus kritimo kampą (žalias spindulys krinta kampu β), įvyks kokybinis šuolis - lūžusios dalies nebus. Spindulys visiškai atsispindės nuo dviejų terpių sąsajos. Šis kampas vadinamas visiškojo atspindžio kampu, o reiškinys - visiškuoju atspindžiu. Tas pats bus stebima ir toliau mažėjant kritimo kampui.
Optinio pluošto konstrukcija
Optinis pluoštas pagrįstas šiuo principu. Jį sudaro du koaksialiniai skirtingo optinio tankio sluoksniai.
Jei šviesos spindulys į atvirą pluošto galą patenka kampu, didesniu už šviesos atspindžio kampą, jis visiškai atsispindės nuo dviejų terpių, kurių lūžio rodikliai skirtingi, sąlyčio paviršiaus, o kiekvienas "šuolis" šiek tiek susilpnės.
Išorinė optinio pluošto dalis pagaminta iš plastiko. Vidinė dalis taip pat gali būti pagaminta iš skaidraus plastiko, tada ją galima lenkti gana dideliu kampu (net suvynioti į žiedą, o šviesa, patekusi į vidų, vis tiek pereis iš vieno galo į kitą su susilpnėjimu, priklausomai nuo plastiko optinių savybių ir šviesolaidžio ilgio). Tolimojo nuotolio kabelių, kurių lankstumas nėra toks svarbus, vidinė šerdis paprastai gaminama iš stiklo. Tai sumažina slopinimą ir optinio pluošto kainą, tačiau jis tampa jautrus lenkimui.
Siekiant padidinti optinės linijos pralaidumą, šviesolaidis gali būti dvimodinis arba daugiamodinis. Todėl šerdies skerspjūvis padidinamas iki 50 µm arba 62,5 µm (palyginti su 10 µm vienmodės šerdies skerspjūviu). Šia šviesolaidine skaidula vienu metu gali būti perduodami du ar daugiau signalų.
Ši optinė perdavimo linija turi tam tikrų trūkumų. Viena iš jų - šviesos sklaida, kurią lemia skirtingas kiekvieno signalo kelias. Jie išmoko kovoti su šia problema gamindami šerdį su gradientiniu (kintančiu nuo vidurio iki kraštų) lūžio rodikliu. Taip koreguojami skirtingų spindulių keliai.
Daugiamodžiai optinio pluošto kabeliai dažniausiai naudojami vietiniams tinklams (pastate, įmonėje ir pan.), o vienmodžiai optinio pluošto kabeliai - tolimojo perdavimo linijoms.
Šviesolaidinės linijos projektavimas
Šviesolaidiniais kabeliais perduodamas šviesos diodo arba lazerio skleidžiamas šviesos signalas. Perdavimo įrenginyje generuojamas elektrinis signalas. Galutiniam įrenginiui taip pat reikia signalo elektros impulsų pavidalu. Todėl neapdorotus duomenis reikės konvertuoti du kartus. Paveikslėlyje parodyta supaprastinta šviesolaidinės linijos schema.
Perdavimo įrenginio signalas paverčiamas šviesos impulsais ir perduodamas optine linija. Siuntimo pusėje esančių spindulių galia yra ribota, todėl tam tikrais atstumais ilgose linijose tam tikrais atstumais išdėstomi slopinimą kompensuojantys prietaisai - optiniai stiprintuvai, regeneratoriai arba kartotuvai. Priėmimo pusėje yra kitas keitiklis, kuris optinį signalą paverčia elektriniu signalu.
Optinio kabelio konstrukcija
Atskiros skaidulos naudojamos kaip optinio kabelio dalis optinio pluošto linijai sukurti. Jo konstrukcija priklauso nuo perdavimo linijos paskirties ir įrengimo būdo, tačiau paprastai jį sudaro kelios skaidulos su individualia apsaugine danga (nuo įbrėžimų ir mechaninių pažeidimų). Ši apsauga paprastai atliekama dviem sluoksniais - iš pradžių padengiama mišiniu, o po to - papildomu plastiko arba lako sluoksniu. Pluoštai yra apgaubti bendru apvalkalu (panašiai kaip įprastiniai elektros kabeliai), kuris lemia kabelio paskirtį ir parenkamas atsižvelgiant į išorinį poveikį, kurį linija patirs eksploatacijos metu.
Montuojant kabelių loveliuose kyla linijų apsaugos nuo graužikų problema. Tokiu atveju būtina rinktis kabelį, kurio išorinis apvalkalas sutvirtintas plienine juosta arba vielos šarvu. Stiklo pluoštas taip pat naudojamas kaip apsauga nuo pažeidimų.
Jei kabelis klojamas vamzdyje, sustiprinto apvalkalo nereikia. Metalinis vamzdelis patikimai apsaugo nuo pelių ir žiurkių dantų. Išorinis apvalkalas gali būti lengvesnis. Taip lengviau ištraukti kabelį vamzdžio viduje.
Jei linija turi būti tiesiama žemėje, apsaugai naudojama nuo korozijos apsaugota vielos armatūra arba stiklo pluošto strypai. Tai užtikrina didelį atsparumą ne tik suspaudimui, bet ir traukai.
Jei kabelį reikia tiesti jūros zonose, virš upių ar kitų vandens kliūčių, pelkėtoje žemėje ir t. t., naudojama papildoma apsauga naudojant aliuminio polimero juostą. Taip kabelis apsaugomas nuo vandens prasiskverbimo.
Daugelio kabelių viduje taip pat yra bendras apvalkalas:
- Armatūriniai strypai, kurie suteikia konstrukcijai daugiau tvirtumo, kai ją veikia išoriniai mechaniniai įtempiai ir kai linija termiškai pailgėja.
- užpildai - plastikinės gijos, kurios užpildo tuščius tarpus tarp pluoštų ir kitų elementų.
- galios strypai (jų paskirtis - padidinti tempimo apkrovą).
Ilguose tarpatramių ruožuose linija kabinama ant troso, tačiau yra ir savadarbių kabelių. Metalinis atraminis kabelis įmontuotas tiesiai į apvalkalą.
Kaip atskirą šviesolaidinės linijos tipą reikėtų paminėti optinį komutacinį kabelį. Šį kabelį sudaro viena arba dvi skaidulos (vienmodės arba dvimodės), apgaubtos bendru apvalkalu. Abiejose laido pusėse yra prijungimo jungtys. Šie kabeliai yra labai trumpi ir naudojami įrangai sujungti nedideliais atstumais arba kabeliui kabinti spintoje.
Optinių kabelių privalumai ir trūkumai
Neabejotini šviesolaidinių kabelių privalumai, dėl kurių jie plačiai naudojami, yra šie:
- didelis atsparumas trikdžiams - šviesos signalui nedaro įtakos buitinė ir pramoninė elektromagnetinė spinduliuotė, o pati linija neskleidžia jokios spinduliuotės (dėl to sunku neteisėtai pasiekti perduodamą informaciją ir nekyla elektromagnetinio suderinamumo problemų);
- visiškai galvaniškai atskirti priimančiąją ir perduodančiąją puses;
- mažas slopinimas - daug mažesnis nei laidinių linijų;
- ilgas tarnavimo laikas;
- didelis perdavimo pajėgumas.
Šiandienos sąlygomis taip pat svarbu, kad kabelis nepritrauktų metalo vagių.
Optika ne be trūkumų. Pirmiausia tai sudėtingas montavimas ir prijungimas, kuriam reikia specialios įrangos, įrankių ir medžiagų, taip pat keliami aukštesni reikalavimai personalo, dalyvaujančio montuojant ir prižiūrint linijas, kvalifikacijai. Dauguma optinių kabelių gedimų atsiranda dėl montavimo klaidų, kurios gali pasireikšti ne iš karto. Iš pradžių ir pačios linijos kaina buvo didelė, tačiau technologijų pažanga leido šį trūkumą sumažinti iki konkurencingo lygio.
Optinės linijos užima didelę ryšių rinkos dalį. Artimiausioje ateityje nematyti jokios rimtos alternatyvos, nebent įvyktų technologinis proveržis.
Susiję straipsniai:
