Glasvezelkabels worden tegenwoordig veel gebruikt voor datatransmissie. In sommige IT-gebieden hebben ze de traditionele communicatielijnen op basis van metalen geleiders volledig vervangen. Optische lijnen zijn vooral effectief wanneer grote hoeveelheden gegevens over lange afstanden moeten worden verzonden.
Inhoud
De fysieke basis van glasvezel
De fysieke principes van optische vezelwerking zijn gebaseerd op het principe van totale reflectie. Als we twee media nemen met verschillende brekingsindices n1 en N2, en N2<n1 (bijvoorbeeld lucht en glas of glas en transparant plastic) en laat je een lichtstraal schuin op het grensvlak staan, dan zullen er twee gebeurtenissen plaatsvinden.
Een straal (rood aangegeven in de afbeelding), gelanceerd vanaf de linkerbovenhoek (langs de pijl), zal gedeeltelijk worden gebroken en door een medium gaan met een brekingsindex n2 hoek1<α - dit deel van de balk wordt aangegeven met een stippellijn.Het andere deel van de bundel wordt onder dezelfde hoek door de interface gereflecteerd. Als de straal wordt afgevuurd onder een kleinere hoek β (de groene straal in de afbeelding), dan zal hetzelfde gebeuren - gedeeltelijke reflectie en gedeeltelijke breking onder een hoek β1.
Als de invalshoek α verder wordt verkleind (blauwe straal in de afbeelding), dan kan het gebroken deel van de straal bijna evenwijdig aan de media-interface "schuiven" (blauwe stippellijn). Een verdere afname van de invalshoek (een groene straal die invalt onder een hoek β) zal een kwalitatieve sprong veroorzaken - het gebroken deel zal afwezig zijn. De straal wordt volledig gereflecteerd door de interface tussen de twee media. Deze hoek wordt de hoek van totale reflectie genoemd en het fenomeen zelf wordt totale reflectie genoemd. Hetzelfde zal worden waargenomen bij een verdere afname van de invalshoek.
Optische vezelapparaat
Glasvezel is gebouwd op dit principe. Het bestaat uit twee coaxiale lagen met verschillende optische dichtheid.
Als een lichtstraal het open uiteinde van de vezel binnenkomt onder een hoek die groter is dan de hoek van lichtreflectie, zal deze volledig worden gereflecteerd door de contactgrens van twee media met verschillende brekingsindices, met een lage demping bij elke "sprong".
Het buitenste deel van de optische vezel is gemaakt van plastic. De binnenste kan ook gemaakt zijn van transparant plastic, dan kan het in voldoende grote hoeken worden gebogen (zelfs in een ring gerold, en het licht dat binnenkomt zal nog steeds van het ene uiteinde naar het andere gaan met demping afhankelijk van de optische eigenschappen van het plastic en de lengte van de lichtgeleider). Voor backbone-kabels waar flexibiliteit niet zo belangrijk is, is de binnenkern meestal gemaakt van glas.Dit vermindert de demping, verlaagt de kosten van de vezel, maar wordt gevoelig voor buigingen.
Om de doorvoer van een optische lijn te vergroten, wordt de vezel geproduceerd in een versie met twee modi of meerdere modi. Om dit te doen, wordt de doorsnede van de kern vergroot tot 50 micron of 62,5 micron (versus 10 micron voor single-mode). Door een dergelijke optische vezel kunnen twee of meer signalen gelijktijdig worden verzonden.
Deze constructie van de optische transmissielijn heeft bepaalde nadelen. Een daarvan is de lichtspreiding die wordt veroorzaakt door het verschillende pad van elk signaal. Ze leerden er mee om te gaan door een kern te maken met een verloop (van het midden naar de randen overgaand) brekingsindex. Hierdoor worden de routes van verschillende stralen gecorrigeerd.
Kabels met multimode-vezels worden voornamelijk gebruikt voor lokale netwerken (binnen hetzelfde gebouw, één onderneming, enz.), en met single-mode-vezels - voor hoofdlijnen.
Vezellijnapparaat
De FOCL zendt een lichtsignaal uit dat wordt gegenereerd door een LED of een laser. In de zender wordt een elektrisch signaal gegenereerd. Het eindapparaat heeft ook een signaal nodig in de vorm van elektrische impulsen. Daarom zullen de originele gegevens twee keer moeten worden getransformeerd. Een vereenvoudigd diagram van een glasvezellijn wordt getoond in de figuur.
Het signaal van de zender wordt omgezet in lichtpulsen en via een optische lijn verzonden. Het vermogen van de zenders aan de zendzijde is beperkt, daarom worden op lange lijnen met bepaalde tussenpozen apparaten geïnstalleerd die demping compenseren - optische versterkers, regenerators of repeaters.Aan de ontvangende kant is er nog een converter die het optische signaal omzet in een elektrisch signaal.
Optisch kabelontwerp
Om een glasvezellijn te organiseren, worden individuele vezels gebruikt als onderdeel van een optische kabel. Het ontwerp hangt af van het doel van de transmissielijn en de legmethode, maar over het algemeen bevat het meerdere vezels met een individuele beschermende coating (tegen krassen en mechanische schade). Een dergelijke bescherming wordt meestal uitgevoerd in twee lagen - eerst een samengestelde schaal en bovenop - een extra coating van plastic of vernis. De vezels zijn ingesloten in een gemeenschappelijke mantel (zoals conventionele elektrische kabels), die de omvang van de kabel bepaalt en wordt geselecteerd rekening houdend met de externe invloeden waaraan de lijn tijdens het gebruik wordt blootgesteld.
Bij het leggen in kabelgoten is er een probleem om de lijnen te beschermen tegen knaagdieren. In dit geval is het noodzakelijk om een kabel te kiezen waarvan de buitenmantel is versterkt met staalband of draadpantser. Glasvezels worden ook gebruikt als bescherming tegen beschadiging.
Als de kabel in een buis wordt gelegd, is een versterkte mantel niet nodig. De metalen buis beschermt betrouwbaar tegen de tanden van muizen en ratten. De buitenschaal kan lichtgewicht worden gemaakt. Dit maakt het gemakkelijker om de kabel in de buis aan te spannen.
Als een lijn in de grond moet worden gelegd, wordt bescherming uitgevoerd in de vorm van corrosiebestendige draadpantsering of glasvezelstaven. Het biedt een hoge weerstand, niet alleen tegen compressie, maar ook tegen uitrekken.
Als de kabel in zeegebieden, over rivieren en andere waterkeringen, op moerassige grond, enz. moet worden gelegd, wordt extra bescherming van een aluminiumpolymeertape aangebracht. Zo wordt voorkomen dat er water binnendringt.
Ook bevatten veel kabels in een gemeenschappelijke mantel:
- wapeningsstaven die dienen om de structuur meer sterkte te geven onder externe mechanische invloeden en tijdens thermische verlenging van de lijn;
- vulstoffen - plastic draden die lege gebieden tussen vezels en andere elementen vullen;
- krachtstaven (hun doel is om de trekbelasting te verhogen).
Bij grote overspanningen hangt de lijn aan een kabel, maar er zijn zelfdragende kabels. De ondersteunende metalen kabel is direct in de schaal ingebouwd.
Als apart type glasvezelkabel moet een optische patchkabel worden vermeld. Deze kabel bevat een of twee vezels (single-mode of dual-mode) in een gemeenschappelijke mantel. Aan beide zijden is het snoer voorzien van connectoren voor aansluiting. Dergelijke kabels hebben een korte lengte en zijn bedoeld voor het aansluiten van apparatuur op korte afstand of voor het leggen van communicatie tussen kasten.
Voor- en nadelen van optische kabels
De onbetwiste voordelen van optische kabels, die de brede distributie van dergelijke communicatielijnen bepaalden, zijn onder meer:
- hoge ruisimmuniteit - het lichtsignaal wordt niet beïnvloed door huishoudelijke en industriële elektromagnetische straling, en de lijn zelf zendt niet uit (dit maakt het moeilijk voor onbevoegde toegang tot de verzonden informatie en veroorzaakt geen problemen met elektromagnetische compatibiliteit);
- volledige galvanische scheiding tussen de ontvangende en zendende zijde;
- laag dempingsniveau - veel minder dan dat van bedrade lijnen;
- lange levensduur;
- grote doorvoer.
In de moderne realiteit is het ook van belang dat de kabel geen metaaldieven aantrekt.
Optica is niet zonder gebreken. Allereerst is dit de complexiteit van installatie en aansluiting, die speciale apparatuur, gereedschappen en materialen vereist, en ook hogere eisen stelt aan de kwalificaties van personeel dat betrokken is bij de installatie en het onderhoud van lijnen. De meeste fouten in FOCL houden verband met installatiefouten, die zich mogelijk niet onmiddellijk manifesteren. Aanvankelijk waren de kosten van de lijn zelf ook hoog, maar de ontwikkeling van technologie heeft het mogelijk gemaakt om dit nadeel naar een concurrerend niveau te brengen.
Optische communicatielijnen hebben een serieuze sector ingenomen op de markt van communicatiematerialen. Zij zien binnen afzienbare tijd geen serieus alternatief tenzij er een technologische doorbraak komt.
Vergelijkbare artikelen:
