Оптоволокно vs витая пара: что выбрать для дома

Конструкция оптоволоконного кабеля

Оптоволокно сконструировано таким образом, что передача данных происходит по специальным оптическим магистралям, которые состоят из отдельных носителей. Они, в свою очередь, объединяются в некую общую конструкцию под названием оптоволоконный кабель.

Как уже стало понятно, кабель делается из стекла, которое само по себе — довольно хрупкий материал — его можно легко разбить. С этой целью провода обеспечиваются защитой от механических повреждений, но этого недостаточно для сохранности кабеля.

Важно! Для большей безопасности оптокабеля объединяют в модули, которые и образуют один кабель. Конструкция его может быть абсолютно разная: диаметр одного провода будет 6 мм, а другого — 1,5 сантиметра

Принцип работы оптического носителя

Процесс обмена данными происходит за счет того, что свет лазера проходит по кабелю от встроенного светодиодного элемента. Передача заключается в создании однонаправленных импульсов в виде двоичного кода. Специально для обмена данными было создано два независимых канала.

12.5. Технология навивки оптического кабеля на провода ЛЭП

Реализация способа навивки волоконно-оптического кабеля на провода ЛЭП может осуществляться различными способами в зависимости от сложности трассы, возможности подъезда к опорам и середине пролета.

Как правило, навивку осуществляют на нижний фазовый провод, что позволяет использовать только автономный гидроподъемник (АГП) на базе того или иного автомобиля. В отдельных случаях, если высота подъема АГП недостаточна, применяют специальные механизмы для подъема навивочной машины.

Навивка выполняется двумя основными способами , применение которых определяется проектными решениями конкретной ВОЛС.

Первый способ требует возможности подъезда к середине пролета. В этом случае навивочная машина устанавливается на провод ЛЭП, но базовый барабан, на котором находится вся строительная длина ВОК, может располагаться как на кронштейне навивочной машины, так и на земле. Определяется длина пролета с учетом стрелы провиса провода и с базового барабана сматывается длина ВОК с учетом коэффициента удлинения кабеля за счет накрутки. При приведенных выше параметрах навивочной машины коэффициент удлинения кабеля не превышает 1 %. По меткам, нанесенным на строительной длине кабеля, определяется ее середина, формируется петля, которая закрепляется на рабочем барабане. Намотка кабеля на рабочий барабан осуществляется в два слоя: верхний является продолжением длины кабеля от предыдущей опоры, нижний — продолжением кабеля после петли. Начало кабеля верхнего слоя (от предыдущей опоры) пропускается через сбрасыватель водила, рабочий барабан фиксируется и начинается равномерное перемещение тележки с рабочим бара­баном вдоль провода. Наблюдающий за перемещением рабочего барабана, должен остановить перемещение машины в момент выхода петли из барабана и закрепить петлю кабеля на проводе. В противном случае, если движение машины не остановить и не закрепить петлю, вращение водила в другую сторону приведет к сматыванию кабеля с провода. При достижении следующей опоры весь кабель должен быть смотан с рабочего барабана, что позволит свободно переставить машину в начало следующего пролета через изолятор и повторить операции для навивки следующего пролета. Такой способ интересен тем, что кабель практически не навит на провод, и при обрыве несущего провода он может быть сохранен.

Базовый барабан в процессе перемещения навивочной машины может находиться как на автомашине, которая движется синхронно с перемещаемой навивочной машиной, так и быть установленным на кронштейне навивочной машины, что позволяет преодолевать любые препятствия, находящиеся под ЛЭП. Этот способ является основным, так как позволяет производить навивку с любого места протяженности строительной длины кабеля и применяется обычно на ровных участках трассы ЛЭП, т. е. при наличии возможности подъезда к середине пролета для закрепления петли.

Второй способ навивки используется в тех случаях, когда существуют труднопроходимые участки трассы (овраги, реки, ущелья и пр.). Способ предполагает намотку кабеля на рабочий барабан сплошным слоем в несколько рядов, что возможно осуществить только в начале или конце строительной длины кабеля. При этом максимальная длина пролета может достигать 600 м.

Вопрос выбора того или иного способа навивки определяется на стадии принятия проектных решений и расчете протяженности строительных длин.

Монтаж оптических муфт осуществляется обычным способом в передвижной лаборатории, поскольку концы строительных длин кабеля имеют технологический запас для спуска с фазового провода. После монтажа оптических муфт технологический запас кабеля и смонтированная муфта размещаются в специальном контейнере, который подвешивается на фазовый провод с помощью специальных зажимов, обеспечивающих его сохранность. Подвеска контейнера именно таким способом позволяет отказаться от установки спуска с фазового провода на каждой строительной длине.

Контрольные вопросы 1. Какие достоинства ВОЛС, подвешиваемых на опорах воздушных линий электропередачи высокого напряжения?

2. Какие факторы приводят к повреждениям ВОЛС на основе самонесущего кабеля?

3. Перечислите достоинства навивной технологии строительства ВОЛС.

4. Перечислите достоинства и недостатки технологии с применением оптического кабеля в грозозащитном тросе.

5. Какие преимущества и недостатки применения диэлектрического оптического самонесущего кабеля?

6. Какова конструкция спуска ВОК с фазового провода?

История

Рис.1, Дэниел Колладон сначала описал этот эффект в 1842 году, в статье, названной «О распространении луча света в параболическом жидком потоке». Иллюстрация взята из более поздней статьи Colladon, в 1884

Попытки использовать свет, для передачи информации уходят к временам, когда человек только научился сохранять огонь. Всевозможные сигналы, с помощью костров, фонарей, маяков человечество использовало тысячелетия.

В 1790 году, во Франции, Колд Шапп построил систему оптического телеграфа состоящую из цепи семафорных башен с сигнальными рычагами. Следующий большой шаг сделал в 1880 году американец Александр Грэхем Белл. Он изобрёл фотофон, в котором речевые сигналы передавались с помощью света. Однако эта идея не нашла практического применения. Погода и состояние атмосферы не позволяли гарантированно передавать сигнал на приемлемые расстояния. Атмосфера, как среда передачи была неудобна.

Дэниел Колладон ещё в 1842 году описал эффект названный «световой фонтан» или «световая труба», а в 1870 году, английский физик Джон Тиндаль продемонстрировал (см. Рис.1), что свет может передаваться в потоке воды. В его экспериментах использовался принцип полного внутреннего отражения, который используется в современных световодах.

Следующим заметным этапом был патент, который получил в 1934 году американец Норман Р. Френч на оптическую телефонную систему. Он предлагал модулировать речевыми сигналами свет и передавать его по системе «кабелей» состоящих из стержней изготовленных из чистого стекла. Для реализации этого проекта необходимо было иметь подходящий источник излучения и возможность изготовления сверхчистого материала для светопроводящих стержней. Технически реализовать его идею удалось только спустя четверть века.
В 1958 году американцы Артур Шавлов и Чарльз Г. Таунс, и независимо советские физики Прохоров и Басов разработали лазер. Первые лазеры начали работать в 1960 году. Позже, в 1962 году советский учёный Ж. Алфёров предсказал возможность создания гетеропереходов и построение на их основе полупроводниковых лазерных излучателей. Позже были созданы полупроводниковые светодиодные и лазерные излучатели. К этому времени уже были разработаны полупроводниковые фотодиоды. Но для построения эффективных сетей передачи данных необходимо было иметь световоды с коэффициентом затухания не более 20 дБ/км. Лучшие на то время световоды использующиеся в медицине для прямой передачи изображения на короткие расстояния составляло порядка 1000 дБ/км.
Прорыв был произведён в 1970 году компанией Corning. Они получили оптические волокна со ступенчатым профилем показателя преломления с коэффициентом затухания на длине волны 633 нм. менее 20 дБ/км. Уже к 1972 году удалось уменьшить коэффициент затухания на длине волны 850 нм. до 4 дБ/км. Современные многомодовые волокна имеют коэффициент затухания на длине волны 850 нм. не более 2,7 дБ/км., одномодовые волокна имеют коэффициент затухания на длине волны 1550 нм. не более 0,2 дБ/км.
Первые волоконно-оптические кабели были пущены в эксплуатацию для телефонной связи на кораблях военно-морского флота США в 1973 году. Позже они стали активно использоваться в авиации, позволяя полностью исключить помехи в каналах передачи данных и при этом существенно уменьшить вес оборудования.
Первый стандартный подводный волоконно-оптический кабель (ТАТ-8) был успешно проложен через Атлантический океан в 1988 году

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)
  • Fiber Optic Cables by G. Mahlke., P. Gossing, 1993 by Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich.
  • Гюнтер Мальке, Петер Гёссинг «Волоконно-оптические кабели», 2001 Новосибирск, Издательский дом «Вояж».

Применение

Волоконно-оптическая связь

Основная статья: Волоконно-оптическая связь


Волоконно-оптический кабель

Основное применение оптические волокна находят в качестве среды для передачи информации в волоконно-оптических телекоммуникационных сетях различных уровней: от межконтинентальных магистралей до домашних компьютерных сетей. Применение оптических волокон для линий связи обусловлено тем, что оптическое волокно обеспечивает высокую защищённость от несанкционированного доступа, низкое затухание сигнала при передаче информации на большие расстояния, возможность оперировать с чрезвычайно высокими скоростями передачи и пропускной способностью даже при том, что скорость распространения сигнала в волокнах может быть до 30 % ниже, чем в медных проводах и до 40 % ниже скорости распространения радиоволн. Уже к 2006 году была достигнута частота модуляции 111 ГГц, в то время как скорости 10 и 40 Гбит/с стали уже стандартными скоростями передачи по одному каналу оптического волокна. При этом каждое волокно, используя технологию спектрального уплотнения каналов может передавать до нескольких сотен каналов одновременно, обеспечивая общую скорость передачи информации, исчисляемую терабитами в секунду. Так, к 2008 году была достигнута скорость 10,72 Тбит/с, а к 2012 — 20 Тбит/с. Последний рекорд скорости — 255 Тбит/с.

С 2017 года специалисты говорят о достижении практического предела существующих технологий оптоволоконных линий связи и о необходимости кардинальных изменений в отрасли.

Волоконно-оптический датчик

Оптическое волокно может быть использовано как датчик для измерения напряжения, температуры, давления и других параметров. Малый размер и фактическое отсутствие необходимости в электрической энергии дают волоконно-оптическим датчикам преимущество перед традиционными электрическими в определённых областях.

Оптическое волокно 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 Sennheiser разработала лазерный микрофон, основными элементами которого являются лазерный излучатель, отражающая мембрана и оптическое волокно.

Волоконно-оптические датчики, измеряющие температуры и давления, разработаны для измерений в нефтяных скважинах. Они хорошо подходят для такой среды, работая при температурах, слишком высоких для полупроводниковых датчиков.

С использованием полимерных оптических волокон создаются новые химические датчики (сенсоры), которые нашли широкое применение в экологии, например, для детектирования аммония в водных средах.

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.

Оптическое волокно применяется в лазерном гироскопе, используемом в Boeing 767[источник не указан 2791 день] и в некоторых моделях машин (для навигации). Волоконно-оптические гироскопы применяются в космических кораблях «Союз». Специальные оптические волокна используются в интерферометрических датчиках магнитного поля и электрического тока. Это волокна, полученные при вращении заготовки с сильным встроенным двойным лучепреломлением.

Другие применения

Диск фрисби, освещённый оптическим волокном

Оптические волокна широко используются для освещения. Они используются как световоды в медицинских и других целях, где яркий свет необходимо доставить в труднодоступную зону. В некоторых зданиях оптические волокна направляют солнечный свет с крыши в какую-нибудь часть здания. Также в автомобильной светотехнике (индикация на приборной панели).

Волоконно-оптическое освещение также используется в декоративных целях, включая коммерческую рекламу, искусство и искусственные рождественские ёлки.

Оптическое волокно также используется для формирования изображения. Пучок света, передаваемый оптическим волокном, иногда используется совместно с линзами — например, в эндоскопе, который используется для просмотра объектов через маленькое отверстие.

Оптическое волокно используется при конструировании волоконного лазера.

История и классификация

Как уже упоминалось ранее, наибольшее распространение получили многомодовые волокна 50/125 и 62,5/125 мкм. Первые коммерческие многомодовые волокна, производство которых началось в 1970-х годах, имели диаметр сердцевины 50 мкм и ступенчатый профиль показателя преломления. В качестве источников оптического излучения использовались светодиоды (LED). Увеличение передаваемого трафика привело к появлению волокон с сердцевиной 62,5 мкм. Бо́льший диаметр позволял более эффективно использовать излучение светодиода, которое отличается большой расходимостью. Однако при этом увеличивалось число распространяемых мод, что, как известно, отрицательно сказывается на характеристиках передачи. Поэтому, когда вместо светодиодов стали использоваться узконаправленные лазеры, популярность снова стало обретать волокно 50/125 мкм. Дальнейшему росту скорости и дальности передачи информации способствовало появление волокон с градиентным профилем показателя преломления.

Волокна, используемые со светодиодами, имели различные дефекты и неоднородности возле оси сердцевины, то есть в той области, где сосредоточена бо́льшая часть излучения лазера (рис. 4). Поэтому возникла необходимость в совершенствовании технологии производства, что привело к появлению волокон, которые стали называть «оптимизированными для работы с лазерами» (laser-optimized fiber).

Рис. 4. Различие в распространении излучения LED и лазера в оптическом волокне

Так появилась классификация многомодовых кварцевых волокон, которая затем была подробно описана в различных стандартах. Стандарт ISO/IEC 11801 выделяет 4 категории многомодовых волокон, названия которых прочно вошли в обиход. Они обозначаются латинскими буквами OM (Optical Multimode) и цифрой, обозначающей класс волокна:

  • OM1 – стандартное многомодовое волокно 62,5/125 мкм;
  • OM2 – стандартное многомодовое волокно 50/125 мкм;
  • OM3 – многомодовое волокно 50/125 мкм, оптимизированное для работы с лазером;
  • OM4 – многомодовое волокно 50/125 мкм, оптимизированное для работы с лазером, с улучшенными характеристиками.

Для каждого класса в стандарте указаны значения затухания и ширины полосы пропускания (параметр, определяющий скорость передачи сигнала). Данные представлены в таблице 1. Обозначения OFL (overfilled launch) и EMB (effective modal bandwidth) указывают на разные методы определения ширины полосы пропускания при использовании светодиодов и лазеров соответственно.

Таблица 1. Параметры многомодовых оптических волокон разных классов.

Класс волокна Затухание, дБ/км Минимальная ширина полосы пропускания (OFL), МГц*км Минимальная ширина полосы пропускания (EMB), МГц*км
850 нм 1300 нм 850 нм 1300 нм 850 нм
OM1 3,5 1,5 200 500
OM2 500 500
OM3 1500 500 2000
OM4 3500 500 4700

Сегодня производители волокон также выпускают волокна классов OM1 и OM2, оптимизированные для работы с лазером. К примеру, волокна компании Corning – ClearCurve OM2 и InfiniCor 300 (OM1) – подходят для использования с лазерными источниками излучения.

Другие отраслевые стандарты (IEC 60793-2-10, TIA-492AA, ITU G651.1) проводят похожую классификацию многомодовых кварцевых волокон.

Помимо этих основных классов, выпускается большое разнообразие других разновидностей многомодовых волокон, отличающихся теми или иными параметрами. Среди них отдельно стоит выделить многомодовые волокна с малыми потерями на изгибах для прокладывания в ограниченном пространстве и волокна с уменьшенным радиусом защитного покрытия (200 мкм) для более компактного размещения в многоволоконных кабелях.

Плюсы технологии

Световоды имеют массу достоинств, обусловленных оптическим способом передачи данных, а также спецификой физических характеристик материала изготовления кабелей. Начать стоит с уже упоминавшейся скорости, которая может достигать 1 Тбит/сек, и это далеко не предел даже на сегодняшний день. Характер использования линий универсален, что дает еще один плюс. К абоненту по одному оптическому кабелю можно предоставлять несколько услуг, среди которых телевидение, интернет, телефонная связь и т. д. Поскольку электрического напряжения на линии не будет, ей не страшны воздействия влаги. Но, конечно, это не говорит о полной защищенности оптоволокна от внешних угроз. К основным перечисленным преимуществам световодов можно добавить и еще несколько важных плюсов:

  • Компактность и небольшой вес.
  • Высокая помехоустойчивость.
  • Долговечность кабеля.
  • Гибкость материала.
  • Исключается несанкционированный доступ к транслируемой информации путем индукционного считывания, врезки и других методов вторжения на линию передачи данных.

Особенности и основные преимущества ВОЛС

Волоконно-оптические системы связи в настоящее время получили широкое распространение по всему миру, постепенно вытесняя другие проводные способы передачи данных благодаря своим особенностям и уникальным характеристикам.

Давайте более подробно рассмотрим некоторые ключевые моменты, чтобы понимать, в чем преимущество волоконно-оптической связи:

  • пропускная способность. Это одна из основных характеристик, которая важна для линии связи. Потенциал одного канала позволяет выйти на объем в несколько терабит за секунду;
  • универсальность. По оптическому кабелю можно передавать сигналы различной модуляции;

минимальный коэффициент затухания. Благодаря этому качеству, длина участка сети без использования дополнительных ретрансляторов или усилителей может достигать до 100 километров;

безопасность данных. К волоконно-оптической линии практически невозможно подключится злоумышленнику – в случае физического нарушения целостности канала сигнал перестанет проходить сквозь кабель, а надежное кодирование убережет от перехвата информации при помощи программных средств. Дополнительно система безопасности предупредит о попытке проникновения и взлома. Именно благодаря такой особенности, оптические кабели используют различные организации (правоохранительные органы, банки, исследовательские компании), которые работают с секретными данными;

пожарная безопасность. Благодаря своему строению и используемым материалам, оптико-волоконные кабели не поддерживают горение и не приводят к образованию искры. Это позволяет использовать их на химических, нефтеперерабатывающих и других предприятиях с повышенным уровнем пожарной опасности;

экономическая выгода. Несмотря на то, что стоимость прокладывания линии довольно высокая, она все равно будет дешевле и качественнее, чем традиционное соединение с использованием медного кабеля. Дополнительно стоит учесть минимальные расходы на усилители сигнала, особенно, если речь идет о больших участках магистралей. Для сравнения, ретрансляторы при стандартном подключении должны устанавливаться каждые 5-7 километров, а при использовании оптико-волоконного кабеля – каждые 100 километров;

надежность и долговечность. При использовании соединения в стандартных климатических условиях, срок службы кабеля и соединительного оборудования будет примерно в два раза больше, чем при эксплуатации медного кабеля.

Благодаря этим преимуществам линии связи на основе оптико-волоконных соединений пользуются большой популярностью в наше время по всему миру.

Больше о волоконно-оптических линиях связи и их особенностях проектирования можно узнать на ежегодной выставке «Связь».

Оптико волоконная связьВоздушные линииАппаратура линий связи

Составляющие элементы ВОЛС

Принято разделять оборудование ВОЛС на активные и пассивные элементы.

Упрощенная схема действия всех компонентов заключается в нахождении на одном конце кабеля светодиода или лазерного диода, который передает сигнал.

Во время передачи данных инфракрасный диод создает импульс согласно с типом сигнала. Фотокодектор на другом конце волокна принимает и преобразует световой сигнал в электрический.

К активным компонентам системы относят:

  • мультиплексор — устройство, соединяющее несколько сигналов в единственный;
  • усилитель — позволяет увеличить мощность передаваемого сигнала;
  • светодиоды и лазерные диоды — источник света в кабеле;
  • фотодиод — приниматель сигнала на конечной части волокна, осуществляет преобразование полученного сигнала;
  • модулятор — устройство преобразования сигнала из электрического в оптический.

Пассивные элементы ВОЛС:

  • оптоволоконный кабель — среда, через которую передается сигнал;
  • оптическая муфта — соединяет несколько волокон;
  • оптический кросс — устройство на конце кабеля, подключающее его к активным элементам;
  • спайки — производят сращивание волокон;
  • разъемы — приспособления для отключения или подсоединения кабеля;
  • ответвители — устройства по распределению мощности оптики из нескольких волокон в единственный;
  • коммутаторы — оборудование для перераспределения оптических сигналов.

Строительство ВОЛС

Перед началом работ, связанных со строительством ВОЛС, необходимо провести ряд предварительных работ, то есть создать проект ВОЛС.

Задачами его является определение пропускных возможностей будущих линий связи; исследование среды, через которую будет пролегать система; расчет массы, объемов и общей стоимости всей ВОЛС; создание защитной системы для линии связи; обеспечение безопасности передаваемых данных.

Проектирование и строительство ВОЛС предусматривает установку оборудования, подготовку среды для проведения кабеля, производится закупка оборудования. Организовывается получение технических условий для монтажа линий связи.

После проведения вышеперечисленных этапов по проектированию и подготовки к работам, осуществляется монтаж оборудования: прокладка кабеля в грунте, канализации, коллекторах; установка модулей, крепление муфт, установка всех активных компонентов. После установки необходимого оборудования производятся мероприятия по созданию безопасных условий для кабеля.

Готовый участок линии связи тестируют по основным свойствам.

Виды измерений

Тестирование волоконно-оптической линии связи совершается путем проведения двух видов измерений. Первый вид оценивает затухание сигнала от одного конца кабеля до другого. С одной стороны подключается лазер, с другой фотодиод. Изменение тока данных между двумя компонентами свидетельствует о потерях в волокне. Прибор, с помощью которого происходит выявление затухания сигнала, называется оптический тестер.

Второй вид измерений ВОЛС — это с помощью оптического рефлектометра. Прибор определяет месторасположение в кабеле дефектов, делает замеры потери сигнала в любой части волокна. Данные выводятся на экран в виде графиков, с помощью которых видны уровни сигнала и расстояния между разными точками всей системы.

Оптический бюджет

Оптический бюджет характеризует максимальное затухание в линии, которое возможно в линии связи. Функционирование возможно при не превышении величины бюджета. Все элементы системы разделяют на создающие в кабеле сигнал и на снижающие его, способствующие затуханию потока данных.

Элементами создающими сигнал являются трансиверы и усилители. Все остальные элементы и оборудование создают помехи и влияют на потерю сигнала.

Компании-производители систем указывают в документации расчет ВОЛС.

Произведение вычислений основывается на учете источников затухания в волокне, мультиплексоры, модули, участки соединения, наличие разветвлений. Для расчета оптического бюджета ВОЛС необходимо наличие данных о длине замеряемого участка волокна в км, количество соединение на оптических панелях, число сварочных скреплений.

Чтобы обеспечить надежность работы всей системы требуется брать во внимание возможность увеличения потерь сигнала за счет внешних факторов, независящих от самой линии, а также за счет старения оборудования

9.3. Эффективность соединения лазерного диода с одномодовым волокном

Предположим, что диаметр источника равен , а диаметр его изображения на торце волокна равен , тогда усиление линзы можно представить в виде , а ослабление расходимости луча, как . Рассмотрим повышение эффективности ввода излучения в волокно при использовании линз, из которых для этой цели наиболее подходящими являются объемные линзы, микросферы и куполообразные LED. Адекватным решением будет также использование закругленных концов волокна и придание им конусообразной формы.

Использование линзы, позволяющей сконцентрировать световой луч, эквивалентно увеличению апертуры, например, до значения  для ступенчатого волокна на границе сердцевины и оболочки. В первом приближении увеличенная апертура равна

                                  (9.3.1)

где  — цифровая апертура (плоского) волокна со ступенчато-изменяющимся показателем преломления;

 — коэффициент преломления сердцевины волокна;

 — радиус сердцевины;

 — радиус изгиба скругленного конца волокна.

Более детальный анализ согласования источника излучения с одномодовым волокном должен быть проведен методами волновой оптики, предполагая, что как выход лазера, так и вход волокна могут быть описаны при помощи симметричных лучей Гаусса. Тогда, используя интеграл наложения (здесь он не приводится), эффективность, определяемая наложением лучей , равна

,                        (9.3.2)

,                       (9.3.3)

где x – боковое смещение;

z – продольное смещение;

rms и rmb – радиусы модовых пятен волокна и сужение лазерного луча, определение справедливо для уровня мощности, равного 1/е2 от максимального значения.

Классической проблемой соединения лазерного диода с одномодовым волокном является наличие некоторого расстояния между ними – продольных интервалов, а также тот факт, что лазерный луч расширяется в большей степени, чем апертурный угол волокна. Решение этих проблем было найдено путем придания концу волокна конусообразной формы, что уменьшает сужение луча волокна до rmb и позволяет создать оптимальный интервал между лазером и волокном. При использовании луча Гаусса сужение и расходимость луча связаны друг с другом, поэтому полученное сужение луча может быть оценено косвенно – путем измерения расходимости луча 2qmax при возбуждении волокна с противоположного конца.

Типовая эффективность соединения между лазерным диодом и конусообразным концом одномодового волокна составляет приблизительно 50%, причем наличие конуса ослабляет отражение от конца волокна на объемный резонатор лазера, тем самым доводя до минимума шумы оптической обратной связи. Однако любые отражения, имеющие место вдоль волокна, также очень эффективно воздействует на объемный резонатор лазера.

LED – соединение в одномодовом волокне эффективно используется в коммерческих целях, особенно для локальных сетей и абонентских систем. Как и ожидалось, самая низкая эффективность наблюдается при использовании LED с боковой излучающей поверхностью, куполообразных LED, а также при закруглении концов волокна. Моделирование здесь также базируется на волновой оптике, однако ситуация осложняется тем фактом, что эмиссия LED является частично когерентной в пространстве, то есть волновой фронт представляет собой статистически изменяющуюся поверхность. Следствием этого является ослабление теоретической эффективности соединения в зависимости от степени когерентности .

Литература

  • Н.К.Душутин, А.Ю.Моховиков. Из истории физики конденсированного состояния. — Иркутск: ИГУ, 2014.
  • Листвин А. В., Листвин В. Н., Швырков Д. В. Оптические волокна для линий связи. — М.: ЛЕСАРарт, 2003. — 288 с. — 10 000 экз. — ISBN 5-902367-01-8.
  • Волоконно-оптические датчики / Под ред. Э. Удда. — М.: Техносфера, 2008. — 520 с.
  • 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. — New York: Oxford University Press, 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. — San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 1998. — ISBN 1-55860-445-6.

Пластиковое оптическое волокно (POF)

О кварцевом оптическом волокне знают практически все. Но помимо него существует еще два типа оптических волокон, заслуживающие внимания. Прежде всего, речь идет о пластиковом, или полимерном, оптическом волокне (POF – Plastic/Polymer Optical Fiber). Это многомодовое волокно большого диаметра со ступенчатым показателем преломления, сердцевина и оболочка которого изготовлены из полимерных материалов, прежде всего, из полиметилметакрилата (по-простому, оргстекла). Чаще всего можно встретить POF с соотношением диаметров сердцевины и оболочки 980/1000 мкм.

В сравнении с кварцевым волокном POF имеет очень большие потери (100-200 дБ/км). С другой стороны, минимум потерь находится в видимом диапазоне (520, 560 и 650 нм). Это, а также очень большой размер поперечного сечения, позволяет использовать в качестве источников излучения дешевые светодиоды. Большой диаметр также значительно упрощает процесс работы с пластиковым волокном. Процесс изготовления патч-корда (оптического шнура) требует меньших навыков и времени, а все необходимые приспособления имеют значительно меньшую стоимость. На рисунке ниже представлены пластиковые патч-корды с коннекторами семейства Versatile Link (VL) от компании Broadcom Limited (ранее Avago Technologies).

Таким образом, главные преимущества пластикового волокна – это низкая стоимость компонентов и простота работы с ним. При этом POF присущи все те особенности оптического волокна, которые дают ему преимущества перед другими видами связи. В их числе невосприимчивость к электромагнитному излучению и изолирующие свойства (защита от высоких напряжений), меньшие габариты и вес.

Классификация. Хотя выпускаемые пластиковые волокна отличаются по размеру, используемым полимерам, профилю показателя преломления и другим параметрам, подавляющую часть всех пластиковых волокон составляет POF 980/1000 мкм из полиметилметакрилата.

Применение. Область применения POF – короткие низкоскоростные линии связи (до 200 Мбит/с на несколько десятков метров). Преимущества POF проявляются в тех случаях, когда простота эксплуатации и низкая стоимость линии связи важнее, чем характеристики самой передачи. POF часто используется в промышленных линиях связи, автомобильной электронике, медицине и разного рода датчиках. Кроме того, пластиковое волокно может с успехов применяться и в различных специальных/корпоративных сетях передачи данных, например, для связи в пределах квартиры или офиса (к слову, эта область применения в России пока только начинает развиваться).

В итоге

Теперь вы знаете, что установкой роутеров может заниматься любой человек и звать профильного специалиста, чтобы он его настраивал, вовсе не обязательно. Сделать это вы можете самостоятельно, а после не длительной практики вам удастся освоить и более сложные опции, доступные в новых прошивках, которые можно загрузить с официального сайта при наличии интернет-подключения.

Следующая
роутер D LINKПодключение и настройка роутера D-link dir 615

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий