Оптоволокно - это стеклянная или пластиковая нить, используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.
Структура оптоволоконного кабеля
Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля, только вместо центрального медного провода здесь используется тонкое (диаметром порядка 1-10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции - стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стекловолокна. В данном случае мы имеем дело с режимом так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разными коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металлическая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от внешних электромагнитных помех здесь не требуется, однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной оболочкой несколько оптоволоконных кабелей).
Принцип размещения волокон в оптическом кабеле
Волоконная оптика - раздел прикладной науки и машиностроения, описывающий такие волокна. Оптоволокна используются в оптоволоконной связи, которая позволяет передавать цифровую информацию на большие расстояния и с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи. В ряде случаев они также используются при создании датчиков.
Выделяют несколько классов оптоволокон по особенностям структуры и принципа действия:
Из-за физических свойств оптоволокна необходимы специальные методы для их соединения с оборудованием. Оптоволокна являются базой для различных типов кабелей, в зависимости от того, где они будут использоваться.
Принцип передачи света внутри оптоволокна был впервые продемонстрирован во времена королевы Виктории (1837-1901 гг.), но развитие современных оптоволокон началось в 1950-х годах, когда появились успехи в получении сверхчистого кварца, чувствительных полупроводниковых фотоприёмников и твёрдотельных полупроводниковых излучателей. Они стали использоваться в средствах связи несколько позже, в 1970-х; с этого момента технический прогресс позволил значительно увеличить диапазон применения волоконной оптики, заметно снизилась стоимость систем оптоволоконной связи и потери сигнала при его передаче. Изобретение лазеров сделало возможным построение волоконно-оптических линий передачи, превосходящих по своим характеристикам традиционные проводные средства связи.
Стеклянные оптические волокна делаются из кварцевого стекла, но для дальнего инфракрасного диапазона могут использоваться другие материалы, такие как флуоро-цирконат, флуоро-алюминат и халькогенидные стекла. Как и другие стекла, эти имеют показатель преломления около 1,5.
В настоящее время развивается применение пластиковых оптических волокон (Plastic optical fibers).
В качестве источников излучения света в волоконно-оптических кабелях применяются:
Для одномодовых кабелей применяются только лазерные диоды, так как при таком малом диаметре оптического волокна световой поток, создаваемый светодиодом, невозможно без больших потерь направить в волокно - он имеет чересчур широкую диаграмму направленности излучения, в то время как лазерный диод - узкую. Поэтому более дешевые светодиодные излучатели используются только для многомодовых кабелей.
Оптоволоконный кабель имеет существенные приемущества над другими:
Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки.
Самый главный из них - высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стекловолокна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъеме). Для установки разъемов применяют сварку или склеивание с помощью специального геля, имеющего такой же коэффициент преломления света, что и стекловолокно. В любом случае для этого нужна высокая квалификация персонала и специальные инструменты. Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде заранее нарезанных кусков разной длины, на обоих концах которых уже установлены разъемы нужного типа.
Хотя оптоволоконные кабели и допускают разветвление сигналов (для этого выпускаются специальные разветвители на 2-8 каналов), как правило, их используют для передачи данных только в одном направлении, между одним передатчиком и одним приемником. Ведь любое разветвление неизбежно сильно ослабляет световой сигнал, и если разветвлений будет много, то свет может просто не дойти до конца сети.
Оптоволоконный кабель менее прочен, чем электрический, и менее гибкий (типичная величина допустимого радиуса изгиба составляет около 10-20 см). Чувствителен он и к ионизирующим излучениям, из-за которых снижается прозрачность стекловолокна, то есть увеличивается затухание сигнала. Чувствителен он также к резким перепадам температуры, в результате которых стекловолокно может треснуть. В настоящее времы выпускаются оптические кабели из радиационно стойкого стекла (стоят они, естественно, дороже).
Оптоволоконные кабели чувствительны также к механическим воздействиям (удары, ультразвук) - так называемый микрофонный эффект. Для его уменьшения используют мягкие звукопоглощающие оболочки.
Применяют оптоволоконный кабель только в сетях с топологией «звезда» и «кольцо». Никаких проблем согласования и заземления в данном случае не существует. Кабель обеспечивает идеальную гальваническую развязку компьютеров сети. В будущем этот тип кабеля, вероятно, вытеснит электрические кабели всех типов или, во всяком случае, сильно потеснит их. Запасы меди на планете истощаются, а сырья для производства стекла более чем достаточно.
Профиль показателя преломления различных типов оптических волокон: многомодовое волокно со ступенчаты изменением показателя преломления (а); многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления (6); одномодовое волокно (в).
Все оптические волокна делятся на две основные группы: многомодовые MMF (multi mode fiber) и одномодовые SMF (single mode fiber).
Понятие «мода», описывает режим распространения световых лучей во внутреннем сердечнике кабеля. В одномодовом кабеле используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого c длиной ВОЛНЫ света - от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника. Изготовление сверхтонких качественных волокон для одномодового кабеля представляет сложный технологический процесс, что делает одномодовый кабель достаточно дорогим. Кроме того, в волокно такого маленького диаметра достаточно сложно направить пучок света, не потерян при этом значительную часть его энергии. В многомодовых кабелях используются более широкие внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически. В стандартах определены два наиболее употребительных многомодовых кабеля: 62,5/125 мкм и 50/125 мкм, где 62,5 мкм или 50 мкм - диаметр центрального проводника, а 125 мкм - диаметр внешнего проводника.
Многомодовые волокна подразделяются на ступенчатые (step index multi mode fiber) и градиентные(graded index multi mode fiber).
В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют заметный разброс, в результате чего форма сигнала на приемном конце кабеля искажается. Центральное волокно имеет диаметр 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки - 125 мкм (это иногда обозначается как 62,5/125). Для передачи используется обычный (не лазерный) светодиод, что снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиков по сравнению с одномодовым кабелем. Длина волны света в многомодовом кабеле равна 0,85 мкм. Допустимая длина кабеля достигает 2-5 км. В настоящее время многомодовый кабель - основной тип оптоволоконного кабеля, так как он дешевле и доступнее.
Многомодовые волокна со ступенчатым профилем
Первые волокна для передачи данных были многомодовыми со ступенчатым профилем показателя преломления. Для распространения света благодаря полному внутреннему отражению, необходимо иметь показатель преломления стекла сердцевины n1 , немного большим, чем показатель преломления стекла оболочки n2 . На границе раздела двух стеклянных сред должно выполняться условие: n1 > n2 . Если показатель преломления сердцевины оптического волокна n1 одинаков по всему поперечному сечению, то тогда говорят, что волокно имеет ступенчатый профиль. Такой волоконный световод является многомодовым. Импульс света, распространяющийся в нем, состоит из многих составляющих, направляемых в отдельных модах световода. Каждая из этих мод возбуждается на входе волокна под своим определённым углом ввода в световод и направляется по нему вдоль сердцевины, проходя с различным траекториями движения луча. Каждая мода проходит разное расстояние оптического пути и поэтому проходит всю длину световода за разное время. При этом, если мы подадим на вход световода короткий (прямоугольный) импульс света, то на выходе многомодового световода получим «размытый» по времени импульс. Эти искажения, обусловленные дисперсией времени задержки отдельных мод, называются модовой дисперсией.
Многомодовые волокна с градиентным профилем
В многомодовом оптическом волокне со ступенчатом профилем, моды распространяются по оптическим путям разной длинны и поэтому приходят к концу световода в разное время. Эта дисперсия может быть значительно уменьшена, если показатель преломления стекла сердцевины уменьшается параболически от максимальной величины n1 у оси световода, до величины показателя преломления n2 на поверхности границы раздела с оболочкой. Оптический волновод с таким профилем, (когда показатель преломления плавно изменяется) называется градиентным волоконным световодом. Лучи света проходят по такому волокну по волно- или винтообразным спиралям. Чем дальше отклоняется луч света от оси световода, тем сильнее он заворачивается обратно к оси. При этом, так как показатель преломления от оси к краю сердцевины уменьшается, то увеличивается скорость распространения света в среде. Благодаря этому более «длинные» оптические пути компенсируются меньшим временем прохождения. В результате различие временных задержек различных лучей почти полностью исчезает.
Одномодовые волокна подразделяются на ступенчатые одномодовые волокна (step index single mode fiber) или стандартные волокна SF (standard fiber), на волокна со смещенной дисперсией DSF (dispersion-shifted single mode fiber), и на волокна с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF (non-zero dispersion-shifted single mode fiber).
В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего все они достигают приемника одновременно, и форма сигнала практически не искажается. Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень незначительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Для одномо-дового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использующие свет исключительно с требуемой длиной волны. Такие приемопередатчики пока еще сравнительно дороги и не слишком долговечны. Однако в перспективе одномодовый кабель должен стать основным благодаря своим прекрасным характеристикам.
Волокно со ступенчатым профилем
Модовая дисперсия в оптическом волокне может быть исключена, если структурные параметры ступенчатого световода подобрать таким образом, что в нём будет направляться только одна мода, а именно - фундаментальная (основная) мода. Однако и основная мода так-же уширяется во времени по мере её прохождения по такому световоду. Это явление называется хроматической дисперсией. Она является свойством материала, поэтому как правило, имеет место в любом оптическом световоде, но в диапазоне длин волн от 1200 до 1600 нм она относительно мала или отсутствует. Для изготовления ступенчатого волоконного световода с малым затуханием, который направляет только фундаментальную моду в диапазоне длин волн более 1200 нм диаметр поля моды должен быть уменьшен до 8-10 мкм. Такой ступенчатый волоконный световод называется стандартным одномодовым оптическим волокном.
Волокна с многоступенчатым профилем
Профиль показателя преломления обычного одномодового световода имеет ступенчатый профиль. Для такой структуры профиля сумма дисперсии материала в волноводной дисперсии при длине волны около 1300нм равна нулю. Для современных устройств передачи данных по оптическому волокну, использующих длины волн 1550 нм или одновременную передачу сигналов на нескольких длинах волн, желательно иметь нулевую дисперсию и при других длинах волн. А для этого необходимо изменить волновую дисперсию и, следовательно, структуру профиля преломления волоконного световода. Это приводит к многоступенчатому или сегментному профилям показателя преломления. Используя эти профили, можно производить волоконные световоды, у которых длина волны с нулевой дисперсией сдвинута до 1550 нм (волокно со смещённой дисперсией) или величины дисперсии очень малы во всём диапазоне волн от 1300 нм до 1550 нм (волокно со сглаженной или компенсированной дисперсией).
Диаметр сердцевины одномодовых волокон 7-9 микрон. Благодаря малому диаметру достигается передача по волокну лишь одной моды электромагнитного излучения, за счёт чего исключается влияние дисперсионных искажений. В настоящее время практически все производимые волокна являются одномодовыми.
На сегодняшний день существует множество технологий соединения оптических волокон. Рассмотрим две из них – это дуговая сварка, осуществляемая при помощи сварочного аппарата и механическое соединение внутри специальной муфты – сплайса (не путайте с кабельной муфтой, служащей для соединения, двух или нескольких оптических кабелей).
Для сварки оптических волокон применяется специальный сварочный аппарат. Это комплексное устройство,содержащее в себе микроскоп, служащий для юстировки волокон, зажимы с v-образными желобками для надежной фиксации волокон и микроприводами, служащими для автоматизации процесса, дуговую сварку, термоусадочную камеру для прогрева защитных гильз, микропроцессор, служащий для управления аппаратом и систему контроля качества.
Технология процесса сварки оптических волокон состоит из следующих шагов:
1) Снятие оболочек с помощью стриппера буферного слоя – инструмента, предназначенного для работы с волокнами различных диаметров.
2) Подготовка волокна к сварке. Сначала на один из концов одевается термоусадочная гильза, необходимая для защиты места сварки. Затем зачищенные концы оптоволокон обезжириваются с помощью безворсовой салфетки, смоченной в спирте. После обезжиривания торец волокна скалывается особым приспособлением – скалывателем. Угол скола должен составлять 90°±1.5°, в противном случае на месте сварки образуется неоднородность, приводящая к большому затуханию и обратным отражениям. После скола оптические волокна укладываются в сварочный аппарат.
3) Сварка. Сначала волокна в аппарате выравниваются. Если аппарат автоматический, то он сам оценивает угол скола, юстирует волокна друг относительно друга и, после подтверждения со стороны оператора, проводит процесс сварки. Если аппарат неавтоматический, то все эти операции производятся специалистом вручную. В процессе сварки волокна нагреваются и плавятся электрической дугой, затем совмещаются, и место сварки дополнительно прогревается для устранения внутренних напряжений.
4) Контроль качества сварки. Автоматический сварочный аппарат анализирует изображения, полученные от микроскопа и выдает приблизительную оценку уровня потерь. Более точно результат можно оценить с помощью оптического рефлектометра – прибора, позволяющего выявить неоднородности и степень затухания на протяжении всей линии.
5) Защита места сварки. Защитная гильза, одетая на один из концов кабеля, сдвигается на место сварки и помещается в термоусадочную печь примерно на минуту. После остывания гильза помещается в защитную сплайс-пластину муфты или оптического кросса, где укладывается технологический запас волокна.
Для механического соединения оптических волокон используется специальное устройство – сплайс (splice). Сплайс состоит из корпуса (а), в который, через специальные каналы и направляющие в вводятся сколотые концы волокон (г). Направляющие служат для прецизионной стыковки торцов в камере, заполненной иммерсионным гелем (д), необходимым для сведения к минимуму переходного затухания и герметичности соединения. Показатель преломления геля близок к показателю сердцевины волокна, что позволяет свести к минимуму обратное отражение. Сверху корпус закрывается крышкой (б).
Технология процесса соединения оптоволокон при помощи механического сплайса состоит из следующих шагов:
1) и 2) Аналогично пунктам 1 и 2 при использовании сварки волокон. Концы волокон зачищаются, обезжириваются и у них скалываются торцы. Допуски по углам скола так же очень жесткие. Отличие механического сплайса от сварного сплайса – не требуется использование термоусадочной гильзы, так как механический сплайс выполняет функцию механической защиты оптических волокон.
3) Механическое соединение. Подготовленные концы волокон вводят с разных сторон через боковые каналы сплайса в камеру, заполненную иммерсионным гелем. Волокна вводятся до взаимного контакта. После введения крышка сплайса закрывается и надежно скрепляет место соединения.
4) Укладка. Собранный сплайс устанавливается на сплайс-пластину муфты или кросса, вместе с ним укладывается технологический запас волокна.
Качество механического соединения можно проверить с помощью оптического тестера или рефлектометра.
Каждый из двух приведенных способов имеет свои достоинства и недостатки.
К достоинствам сварного соединения можно отнести низкое переходное затухание, высокую надежность и быстрая скорость соединения волокон. Недостатком является высокая стоимость оборудования (сварочного аппарата), наличие квалифицированного оператора, необходимость в большей площади для выполнения работ и электропитание (либо подзарядка) сварочного аппарата.
Достоинствами механического соединения являются простота и малые затраты времени на монтаж, меньшая длина технологического запаса волокна, недостатки – более высокий уровень переходного затухания. варное соединение имеет смысл использовать при построении длинных участков магистралей. В случаях, требующих высокого качества линии, например, при построении высокоскоростных ВОЛС для ЦОД, где требуются низкие параметры затухания и обратных отражений.
Сращивание при помощи механического сплайса применимо чаще всего для временных соединений, например, при срочном устранении повреждений кабеля, для монтажа малобюджетных линий и при работе в труднодоступных местах.
Оптическое волокно используется в качестве среды передачи на телекоммуникационных сетях различных уровней: от межконтинентальных магистралей до домашних компьютерных сетей.
Оптическое волокно может быть использовано как датчик для измерения напряжения, температуры, давления и других параметров. Малый размер и фактическое отсутствие необходимости в электрической энергии, даёт 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 микроскоп, работающий с лазером и оптическим волокном.
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.
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 и в некоторых моделях машин (для навигации). Специальные оптические волокна используются в интерферометрических датчиках магнитного поля и электрического тока. Это волокна, полученные при вращении заготовки с сильным встроенным двойным лучепреломлением.
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 используются для обозначения маршрута с крыши в какую-нибудь часть здания. Волоконно-оптическое освещение также используется в декоративных целях, включая коммерческую рекламу, искусство и искусственные 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.
Выбор кабеля следует производить в соответствии с целями, по которым производится установка линии. Если вы выбираете провод для прокладки обычной магистрали, вы можете приобрести изделие с несущим элементом из проволоки или троса. Такой кабель имеет одномодовые волокна, количество которых может начинаться от 16 и заканчиваться 48. Также одномодовые провода имеет более высокую зону покрытия и дистанцию передачи данных, а значит при прокладке магистрали общая стоимость установки будет значительно ниже, чем у многомодового. Одномодовый кабель как правило применяется для прокладки телефонных сетей и кабельного телевидения.
Многомодовые кабели способны передавать большое количество данных в несколько волн, в чем и заключается его главное преимущество. Такие изделия применяются при построении кабельных интернет-сетей. Многомодовое оптоволокно поможет обеспечить большую скорость передачи данных, чем одномодовое. Тем не менее многомодовые провода значительно отстают в качестве и их использование не является оправданным, если вы хотите проложить сеть, длина которой превышает 400 м. Подобные изделия подойдут для прокладки сетей на маленькие расстояния.
Разобравшись с типом кабеля, необходимо определить нужные характеристики для кабельной сети. При выборе изделия важно обратить внимание на такие характеристики, как ударная нагрузка, которая является показателем защищенности провода и его сердцевины от удара. Другим важным параметром является допустимый изгиб, который указывает на максимально возможный радиус кривизны прокладки провода. Важно, чтобы этот показатель был выше, если вы планируете произвести прокладку по канализационной сети, трубопроводу или кабельному каналу.
Пренебрежение данным параметром может стать причиной нарушения целостности световодов провода и причиной выхода изделия из строя. Другой важной характеристикой провода является кручение (степень защиты волокна оболочкой кабеля) и защита от проникновения влаги в кабель, которая станет важной, если вы будете использовать провод вне помещений.
Выбор кабеля также следует осуществлять в зависимости от места его использования. Например, оптоволокно для помещения должно обладать пожарной защитой и не иметь в своем составе геля, чтобы при нагревании он не изменял свою структуру и впоследствии не растекался.
Для использования вне помещений плюсом станет наличие брони и плотного слоя стекловолокна, который защитит кабель от внешних воздействий. Также важно, чтобы такой кабель имел пониженный коэффициент трения, а также внутреннюю и внешнюю полиэтиленовую защиту. Такие характеристики достигаются путем нанесения дополнительных материалов на провод.
Фото из открытых источников
Волоконно-оптический кабель – представляет собой стеклянный пучок нитей, который может передавать оптические сигналы. Еще совсем недавно такой кабель стали применять для абонентских линий, а уже сейчас – это основная среда для того, чтоб передавать цифровую информацию на больших расстояниях.
Зачем нужен кабель ОКГ?
Кабель ОКГ разработали для того, чтоб заменить громоздкие кабеля из меди. Они могут выпускаться в таких модификациях как – одномодовые (получили свое применение в телефонии) и многомодовые (широко применяются в сетях). Различия между ними состоит в том, что одномодовые волокна могут передавать сигналы с волнами одной длинны, а многомодовые – волны с разной длинной.
Производство
Ранее уже было сказано, что ВОК – представляет собой стеклянные волокна. Изначально одно волокно – это стержень из стекла, диаметр которой от пяти до восьми сантиметров. Далее такой стержень загружается в специальную машину, которая путем плавки и протягивания превращает его в волокно. После этого такое волокно покрывается оболочкой с внутренними силовыми компонентами.
Прокладывается ВОК практически так же как и медный, но разница состоит в хрупкости, т.е. если ВОК чрезмерно изгибать или натягивать – он ломается.
Безопасность
Для работы с волокно-оптическими кабелями необходимо ни в коем случае не смотреть на торец без специального оборудования, т.к. практически невидимый кусок волокна может, попав в глаза нанести им непоправимый ущерб.
Сращивание
ВОК сращивают либо механически (благодаря специальному устройству концы кабеля полируются, а гель заполняет микро-полости) либо с помощью плавления (волокна плавятся и становятся одним целым).
В основном сращивают волокна механически, т.к. для этого необходим простой набор инструментов, которые предлагают практически все производители, а полировкой может заняться любой рабочий службы поддержки. Если же сращивать волокна методам плавления, то необходимо дорогое оборудование, и не каждый монтажник сможет это сделать.
Ремонт кабеля
Конструкция ВОК изначально совершенна и имеет достаточно каналов в своем резерве, что дает гарантию работы сети с потерями, сведенными к минимуму, если кабель был поврежден. Но в тоже время, если повреждение произошло, то для ремонта потребуется сделать как минимум 2 дополнительных стыка, что может привести к потере мощности. Для того, чтоб этого не произошло, следует заранее включить в кабельную систему ремонтно-восстановительные работы. Конечно, это потребует лишних средств, но поможет сэкономить если возникли какие-либо неполадки в кабеле.
Применение звука и света в качестве сигналов для подачи информации началось ещё с древних времён, когда люди стучали в гонг и поджигали костры, предупреждая друг друга об опасности. Те времена канули в лету, но идея о звуковых и световых носителях информации не утратила актуальность и со временем усовершенствовалась в различных устройствах. Одним из них был оптический телеграф, изобретённый Робертом Гуком. Он представлял собой аппарат, информация с которого подавалась в виде специальных сигналов. На дальнем расстоянии их можно было рассмотреть при помощи подзорной трубы. Устройство Гука получило популярность и использовалось довольно продолжительное время.
Впоследствии француз Клод Шапп спроектировал и разработал сигнальный аппарат с цифровым кодом, значения которого расшифровывались при помощи специального словаря. Точность и быстрота передаваемых данных способствовала успеху этого изобретения и вскоре цепь телеграфов Шаппа была сооружена не только во Франции, но и в других странах.
В течение последующего столетия другими изобретателями вносились свои корректировки в уже существующие сигнальные устройства, а в начале 1960-го года советские учёные совершили абсолютный прорыв в физике: был изобретён лазер. На основе новой разработки были построены оптоволоконные линии передачи информации, имеющие ряд значительных преимуществ перед кабельной продукцией из меди: большую пропускную способность, устойчивость к электромагнитным помехам, меньший вес и более длительный срок эксплуатации.
При изготовлении оптоволокна применяется кварцевое стекло или полимерные материалы. Кварцевое оптическое волокно основано на плавленом кварце – ценном породообразующем минерале. Благодаря его свойствам оптоволокно на основе кварцевого стекла имеет множество положительных характеристик, таких как:
Полимерное оптическое волокно обладает большой гибкостью, поэтому световоды, изготовленные с их применением могут иметь достаточно большой диаметр (от 1000 микрометров), что обеспечивает хорошую проводимость излучения по нему. Вместе с тем из-за высоких значений затухания полимерное оптоволокно не может использоваться в инфракрасных зонах, где его светопропускная способность значительно снижается.
Кварцевое оптоволокно как и полимерное имеют одинаковое строение, в которое входят такие элементы, каждый из которых имеет свой показатель преломления:
На сегодняшний день различают такие типы оптического волокна, как одномодовое и многомодовое , различающиеся друг от друга диаметром сердечника.
В одномодовом волокне диаметр сердечника составляет около 8 мкм. Из-за небольшого диаметра сердечника передвигаться по нему может исключительно один луч света поэтому возникновение межмодовой дисперсии сводится к нулю. Этот фактор делает возможным передачу данных на многокилометровые расстояния с высокой скоростью.
Оптоволокно, имеющие большой диаметр сердечника (62,5 мкм), по которому распространяется световое излучение, называют многомодовым . Этот тип оптического волокна позволяет вводить многочисленные световые лучи под различными углами и способствует их одновременному передвижению. Однако из-за большого размера сердечника увеличивается светоотражение от внешней обшивки, которое влечёт за собой рассеивание, при этом пропускная способность уменьшается.
В свою очередь многомодовые оптоволокна разделяют на:
Благодаря своим универсальным свойствам оптическое волокно широко применяется в медицине, технических и научных сферах, в создании оптической связи и оптоволоконных датчиков с высокой точностью показаний.
А знаете ли вы, как приходит в дом интернет, телефония или цифровое телевидение у самых продвинутых интернет-провайдеров? Ведь технологии давно шагнули вперед и если мы раньше (а кто и до сих пор) подключались к всемирной паутине через модемы и позже через хабы и витую пару (обычные провода), то сейчас для передачи данных хватит тонюсенького провода и скорости света. Это удивительно, ведь получая качественный и быстрый интернет, мы редко задумываемся, а как же это сделано.
Давайте узнаем поближе о загадочной технологии PON, которая все больше завоевывает рынок цифрового телевидения, телефонии и конечно интернета.
Так что же скрывается за аббревиатурой? Технология PON - пассивные оптические сети. Пассивные они потому, что на участке от АТС до абонента не используется никакого активного оборудования и не требуется дополнительного электропитания, волокно тянется до квартиры клиента. За счет этого получается высокая пропускная способность канала и, следовательно, возможность подключить несколько услуг по одной линии телефон, телевидение, Интернет.
Получается, что зайдя на современную АТС мы можем увидеть удивительную картину, когда буквально с одной стойки могут обслуживаться десятки тысяч абонентов. А все потому, что основное преимущество PON - стеклянное оптическое волокно, которое позволяет передавать данные с помощью не электрического, а оптического сигнала (света). Этот сигнал при прохождении от узла связи до квартиры не требует дополнительного оборудования вроде коммутаторов или маршрутизаторов. Радиус действия оптического сигнала до 20км, а это в несколько раз больше, чем электрического.
Узел доступа PON состоит из трех основных элементов: каркас (место, куда устанавливается плата и блок питания), магистральная карта, которая подключается к ядру сети, линейные платы. На один порт линейной платы можно подключить до 64 абонентов.
Если вы подумали, что оптоволокно прокладывается "цельным проводом" от АТС до квартиры, то это не так: на определенном участке линии сигнал делится. Для деления сигнала изобрели пассивный оптический делитель - сплиттер, который превращает одно волокно в два, четыре, восемь и так далее. А прежде, чем интернет или интерактивное телевидение придет в квартиру, он проходит разные этапы.
Как правило в подвале находится распределительная муфта, где кабель, состоящий из 144 волокон делится на то количество, которое нужно именно в этой парадной (или доме), остальное же пропускается дальше. Производятся эти манипуляции мастерами.
Укладываются волокна в бухту, кассету. Потом одевается защитный короб. Все вместе – муфта.
Прибор, который является диагностическим для выявления длины волокна, возможных дефектов и тд. Он обязательно используется при монтаже системы.
Из подвального помещения и уже известной нам бухтымуфты, волокна попадают в сплитер, затем в распределительную коробку, которая в свою очередь располагается непосредственно в подъезде и на этаже.
Оптический патч-корд от квартиры абонента до распределительной коробки, расположенной в подъезде, укладывается в защитные короба.
После того, как оба конца волокна (со сплиттера и из квартиры) находятся в распределительной коробке, производится их соединение с помощью специального сварочного аппарата. Сварка волокна производится в муфте, сплиттере и коробке, а абонентский патч-корд из квартиры подключается уже к разваренному порту в распределительной коробке. Таким образом, получается полностью оптоволоконная линия от АТС до абонента.
В такихе же коробах протягивается кабель и непосредственно в квартиру. Там также бережно волокно укладывается в оптическую розетку или протяжную коробку или кассету оптического терминалабухты и закрывается. По неписаным правилам оборудование монтируют рядом с отверстием, куда затянули оптику, чтобы протяженность волокна по квартире была как можно меньше. Лучше не прокладывать оптоволокно по всей квартире. Почему? Все просто - этот тоненький «проводок» очень и очень хрупок, чувствителен к различным изгибам, перегибам, давлению (наступать на него или ставить мебель не нужно, так же как и подпускать животных). От всех вышеперечисленных процедур оптоволокно ломается и часто вызывать мастера - стоит ли это ваших нервов?
Вот так выглядит уже поставленное оборудование в квартире. Занимаются установкой, отладкой и подключением инсталляторы.
Прежде всего, сотрудник делает оконцовку оптического волокна в квартире абонента и монтирует оптический коннектор. Для этого требуется набор инструментов: измеритель оптической мощности, скалыватель оптических волокон, стриппер, ножницы для кевларовых нитей, спиртовые безворсовые салфетки, визуальный локатор повреждений и источник излучения, а также маркер и линейка. Для соблюдения техники безопасности мастер обычно работает в защитных очках.
Итак, самое интересное впереди. Ведь оптическое волокно уже в квартире, но работать пока не может. Для этого проводится ряд манипуляций. На кабель одевается хвостовик оптического коннектора, затем берется специальный отмаркерованный контейнер, куда складываются осколки оптического волокна (которые ни в коем случае не должны оставаться у потребителя дома, они острые и опасны).
Берется стриппер и снимается верхний слой изоляции. Затем маркером отмечается место, до которого будет производиться зачистка волокна.
Имеем вторичное буферное покрытие оптоволокна и кевларовую нить.
Сптриппером аккуратно надрезается и снимается вторичное покрытие, а затем первичный буфер.
Вот оно - волокно, тонкое как волосок, которое принесет в дом новейшие технологии, доступ в всемирную паутину, а также телефонную связь. Это совершенно потрясающе!
Волокно очищается с помощью спиртовой безворсовой салфетки и делают его скол на специальном приборе (да, да, ведь это стекло по сути!). После чего происходит почти ювелирная работа - надо попасть в маленькое отверстие коннектора и зафиксировать там волокно.
Одевается корпус коннектора
Вот тут вступает в ход измеритель оптической мощности и промеряется патчкорд (уровень затухания сигнала).
А вот очень интересный прибор, похожий на большой карандаш - это визуальный локатор повреждений.
Его целью является нахождение повреждений. Пучок света направляется прямо по волокну и...
если обнаружим повреждение - это будет видно визуально: участок будет светиться.
Смонтированный коннектор (с кабелем) монтируется в оптическую розетку, протяжную коробку или кассету от которой и будет происходить непосредственное подключение оптического терминала абонента. Можно сказать, что мы пришли к последнему шагу в достижении вожделенной системы PON в доме.
Для этого используется соединительный патч-корд с разной полировкой соединительный патч-корд используется в случае установки розетки, при установке протяжной коробки или заведении кабеля в кассету терминала кабель сразу оконцовывается коннектором с полировкой APC и более совершенный измеритель оптической мощности - универсальный тестер-смартфон на платформе Android. При помощи него можно не только производить измерения, но и демонстрировать абоненту работу услуги Wi-Fi, работу сайта и др.
Выполняется настройка дополнительной услуги - Wi-Fi подключения, а также через тестовый ноутбук настраивается доступ к сети.
и обязательно демонстрируется все абоненту!
даже тест на скорость соединения и передачи данных.
Подключается телефония: важно знать, что к оптическому терминалу подключается только один телефонный аппарат.
Ну и наконец, подключается, в данном случае, главная услуга "Ростелекома" - "Интерактивное Телевидение". При первичном запуске вводятся учетные данные приставки.
И если к вам пришел установщик и не ознакомил с основными функциями, смело можете ставить ему большой минус за его работу, он должен это делать в обязательном порядке.
Отдельно объясняется устройство пульта, который может и дублирует функции стационарного пульта (включение-выключение ТВ, переключение громкости), но все же является другим устройством.
Функции "Интерактивного Телевидения": создание различных профилей, "Мультискрин", "Видеопрокат", просмотр на экране фото, видео, музыки при помощи USB-входа на приставке, интернет-сервисы (погода, соцсети, карты), управление просмотром (пауза, запись).
К терминалу можно подключить до трех ТВ-приставок и, соответственно, до трех телевизоров.
Ну как? Находятся ли плюсы в использовании технологии PON? Мне кажется да и самый большой - это пропускная способность такого маленького "волоска".
модули exfo для рефлектометров сетей связи
