Волоконно-оптический кабель: характеристики, преимущества и недостатки

Оптоволоконные кабели – устройство, виды и характеристики

В оптоволоконных кабелях, в отличие от кабелей с медными или алюминиевыми жилами, в качестве среды для передачи сигнала используется прозрачный волоконный световод. Сигнал здесь передается не с помощью электрического тока, а с помощью света. Это значит, что движутся практически не электроны, а фотоны, соответственно и потери при передаче сигнала оказываются пренебрежимо малы.

Данные кабели идеальны в качестве средства передачи информации, ведь свет способен проходить по прозрачному стекловолокну практически беспрепятственно на десятки километров, при этом интенсивность света уменьшается незначительно.

Бывают GOF-кабели (англ. glass optic fiber cable) — со стеклянным волокном, а также POF-кабели (англ. plastic optic fiber cable) — с прозрачным пластиковым волокном. И те и другие традиционно называются оптоволоконными или волоконно-оптическими кабелями.

Устройство оптоволоконного кабеля

Оптоволоконный кабель имеет достаточно простое устройство. В центре кабеля расположен световод из стекловолокна (его диаметр не превышает 10 мкм) облаченный в защитную пластиковую или стеклянную оболочку, обеспечивающую полное внутреннее отражение света за счет разности коэффициентов преломления на границе двух сред.

Получается что свет, на всем своем пути от передатчика к приемнику, не может выйти из центральной жилы. К тому же свету не страшны электромагнитные помехи, поэтому такой кабель не нуждается в электромагнитном экранировании, а нуждается лишь в упрочнении.

Для придания оптоволоконному кабелю механической прочности, применяют особые меры — делают кабель бронированным, тем более когда речь заходит о многожильных оптических кабелях, несущих сразу несколько отдельных световодов. Кабели для подвесного монтажа требуют особого упрочнения металлом и кевларом.

Самая простая конструкция оптоволоконного кабеля — стеклянное волокно в пластиковой оболочке. Более сложная конструкция — многослойный кабель с упрочняющими элементами, например для прокладки под водой, под землей или для подвесного монтажа.

В многослойном броневом кабеле несущий упрочняющий трос изготовлен из заключенного в полиэтиленовую оболочку металла. Вокруг него располагаются светонесущие пластиковые или стеклянные волокна. Каждое отдельное волокно покрыто слоем цветного лака в качестве цветовой маркировки и для защиты от механических повреждений. Пучки волокон облачены в пластиковые трубки, заполненные гидрофобным гелем.

В одной пластиковой трубке может находиться от 4 до 12 таких волокон, в то время как общее количество волокон в одном таком кабеле может доходить до 288 штук. Трубки оплетены нитью, стягивающей пленку, смоченную гидрофобным гелем — для большего демпфирования механических воздействий. Трубки и центральный кабель заключены в полиэтилен. Далее идут кевларовые нити, практически и обеспечивающие многожильному кабелю броню. Потом снова полиэтилен для защиты от влаги, и наконец внешняя оболочка.

Два основных типа оптоволоконных кабелей

Оптоволоконные кабели есть двух типов: многомодовый и одномодовый. Многомодовый стоит дешевле, одномодовый — дороже.

Одномодовый кабель обеспечивает лучам, проходящим по световоду, практически один и тот же путь без существенных взаимных отклонений, в итоге на приемник все лучи приходят одновременно и без искажений формы сигнала. Диаметр световода в одномодовом кабеле составляет около 1,3 мкм, и свет именно с такой длиной волны следует по нему передавать.

По этой причине в качестве передатчика используется источник лазерного излучения с монохроматическим светом строго требуемой длины волны. Именно кабели данного типа (одномодовые) рассматриваются сегодня как наиболее перспективные для коммуникаций на значительные расстояния в будущем, но пока они дороги и недолговечны.

Многомодовый кабель менее «точен», чем одномодовый. Лучи от передатчика идут в нем с разбросом, и на стороне приемника имеется некоторое искажение формы передаваемого сигнала. Диаметр световодного волокна в многомодовом кабеле составляет 62,5 мкм, а диаметр внешней оболочки 125 мкм.

Здесь используется обычный (а не лазерный) светодиод на стороне передатчика (с длиной волны 0,85 мкм), и оборудование получается не таким дорогим как с лазерным источником света, да и срок службы у нынешних многомодовых кабелей дольше. Кабели данного типа не превышают по длине 5 км. Типовое время задержки сигнала при передаче составляет порядка 5 нс/м.

Достоинства оптоволоконных кабелей

Так или иначе, оптоволоконный кабель принципиально отличается от обычных электрических кабелей исключительной помехозащищенностью, что обеспечивает максимальную сохранность как целостности, так и конфиденциальности передаваемой по нему информации.

Электромагнитная помеха, направленная на оптоволоконный кабель, не способна исказить световой поток, да и сами фотоны не порождают внешнего электромагнитного излучения. Без нарушения целостности кабеля невозможно перехватить передаваемую по нему информацию.

Полоса пропускания оптоволоконного кабеля теоретически составляет 10^12 Гц, что не идет ни в какое сравнение с токонесущими кабелями любой сложности. Можно легко передавать информацию со скоростью до 10 Гбит/с на километры.

Сам по себе оптоволоконный кабель стоит не дорого, почти так же, как тонкий коаксиальный кабель. Но основная доля удорожания готовой сети все же приходится на передающее и приемное оборудование, задача которого – преобразовать электрический сигнал в свет и обратно.

Затухание светового сигнала при прохождении через оптоволоконный кабель локальной сети не превышает 5 дБ на 1 километр, то есть почти такое же как у электрического сигнала низкой частоты. При том чем выше частота — тем выраженнее оказывается преимущество оптической среды перед традиционными электрическими проводниками — затухание растет незначительно. А на частотах выше 0,2 ГГц оптоволоконный кабель однозначно оказывается вне конкуренции. Практически возможно довести расстояние передачи до 800 км.

Оптоволоконные кабели применимы в сетях с топологиями «кольцо» или «звезда», при этом полностью отсутствуют проблемы заземления и согласования с нагрузкой, вечно актуальные для электрических кабелей.

Идеальная гальваническая развязка, наряду с вышеперечисленными достоинствами, позволяет аналитикам прогнозировать, что в сетевых коммуникациях оптоволоконные кабеля вскоре полностью вытеснят электрические, тем более с учетом растущего дефицита меди на планете.

Недостатки оптоволоконных кабелей

Справедливости ради, нельзя не упомянуть и о недостатках волоконно-оптических систем передачи информации, главный из которых — сложность монтажа систем и высокие требования к точности установки разъемов. Микронное отклонения при монтаже разъема способно привести к увеличению затухания в нем. Здесь необходима высокоточная сварка или специальный клеевой гель, коэффициент преломления света в котором аналогичен оному в самом монтируемом стекловолокне.

По этой причине квалификация персонала не допускает снисхождения, необходимы специальные инструменты и высокое мастерство владения ими. Чаще всего прибегают к использованию готовых кусков кабеля, на концах которых уже установлены готовые разъемы требуемого типа. Для разветвления сигнала от оптоволокна, применяют специализированные разветвители на несколько каналов (от 2 до 8), но при разветвлении неизбежно происходит ослабление света.

Конечно, оптоволокно является менее прочным и менее гибким материалом нежели та же медь, и изгибать оптоволокно на радиус менее чем 10 см небезопасно для его сохранности. Ионизирующие излучения снижают прозрачность оптоволокна, усиливают затухание передаваемого светового сигнала.

Оптоволоконные кабели стойкие к радиации стоят дороже обычных оптоволоконных кабелей. Резкий перепад температуры может привести к образованию трещины в световоде. Безусловно, оптоволокно уязвимо и к механическим воздействиям, к ударам, к ультразвуку; для защиты от этих факторов применяются специальные мягкие звукопоглощающие материалы оболочек кабелей.

Волоконно-оптический кабель: характеристики, преимущества и недостатки

  • 1 Среди преимущественных свойств оптического изделия
  • 2 Посмотрите видео об особенностях волоконно-оптического кабеля
  • 3 Недостатки
  • 4 Классификация кабелей
  • 5 Конструктивные характеристики волоконно-оптических кабелей

Благодаря многолетним испытаниям и внедрением инновационных систем на рынке электрооборудования появился новый вид кабеля, передающий световой сигнал.

Классические кабельные электрические и медные конструкции использовались длительное время, в течение которого отмечались недостатки в работе: тяжёлый вес, низкая защита от несанкционированного доступа, плохая устойчивость к помехам.

Среди преимущественных свойств оптического изделия

• экономичность за счёт использования для производства волокон кварца;

• высокая степень защиты от помех (диэлектрический материал не воспринимает электромагнитные воздействия);

• небольшой вес и объем;

• практически бесшумная работа;

• гальванический способ развязки деталей сети, помогающий предотвратить повреждение сетевого оборудования;

• защищенность от несанкционированного доступа, обусловленная высокой чувствительностью волокон;

• безопасная эксплуатация (исключено возгорание и взрыв);

• длительный эксплуатационный период.

Посмотрите видео об особенностях волоконно-оптического кабеля

Недостатки

• высокая стоимость оборудования, преобразовывающего оптический сигнал;

• для защиты волокна требуется выполнение специальных условий;

Читайте также: Отопление из полипропилена: преимущества, источники энергии, схемы разводки, особенности и этапы монтажа

• стоимость монтажа кабельных сетей и их обслуживание.

При монтаже и обслуживании кабелей необходимо соблюдать технику безопасности и применение средств защиты, так как сетчатку глаз работника может поразить световое излучение.

Сварочные работы при монтаже имеют определённые условия, соблюдая которые достигается прочное соединение. Пренебрежение правилами не дадут результатов в связи с трудоёмкостью выполнения сварки.

Классификация кабелей

По условию выполнения монтажа:

— укладка в грунт производится с использованием брони из железной проволоки;

— прокладка в кабельном тоннеле предусматривает использование гофрированной металлической трубы;

— под водой применяют только многослойный вид кабеля;

— при подвешивании прокладывают кабель, оснащённый кевларом или тросиком;

— на опоры ЛЭП монтируется кабель с защитными элементами от ударов молнии.

По способу прокладывания:

— внешние сети, монтируемые в коммуникационных колодцах, тоннелях, люках, грунте и воздушным методом с использованием столбов, опор и др.;

— внутренние сети, прокладываемые внутри коммерческих и жилых зданий.

По используемому материалу:

— GOF кабели универсального применения с различными защитными элементами;

Читайте также: Керамическая труба для дымоходов

— PCF кабель с длиной передачи сигнала до 500 м;

— POF кабель с длиной передачи сигнала до 70 м.

Конструктивные характеристики волоконно-оптических кабелей

• Трос с несущей способностью. Представляет собой металлический или стеклопластиковый прут, покрытый полиэтиленовой изоляцией.

• Трубочки из пластика, заполненные нитями-световодами и влагостойким гелем.

• Волокна двухслойные из стекла или пластика. Для создания защитного слоя поверхность волокон покрывают лаком.

Читайте также:  Датчики движения для сигнализации. Виды датчиков движения

• Плёнка для оплетения труб, содержащая водостойкий гель.

• Внутренняя дополнительная оболочка из полиэтилена для гидроизоляции.

• Прослойка из нитей, содержащих кевлар, и брони.

• Вторичный слой полиэтиленовой плёнки, выполняющий гидрозащитную функцию.

• Полиэтиленовая оболочка, ограждающая нити от воздействия окружающей среды.

При выборе кабеля учитываются параметры запроектированной сети, расстояние передачи сигнала, тип монтажа и условия прокладки. С помощью данной информации можно определить количество волокон для каждого участка и общую длину коммуникации. Также нужно учесть, что в местах соединения сваркой сигнал ниже.

Введение

Характерной чертой информационной эры является бурное развитие коммуникаций — одной из составляющих инфраструктуры информационных технологий. В условиях возросшей потребности в обеспечении надежного канала связи как в сфере построения глобальных информационных сетей, так и в области промышленной автоматизации возникла необходимость поиска альтернативных технологий передачи данных взамен традиционных, основанных на медном кабеле. Эта альтернатива — волоконно-оптическая линия связи (ВОЛС).

Оптоэлектроника — раздел физики и техники, связанный с преобразованием электромагнитного излучения оптического диапазона в электрический ток и обратно.

Оптическое волокно — нить из оптически прозрачного материала, используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.

Волоконная оптика — раздел прикладной науки и машиностроения, описывающий такие волокна.

Преимущества и недостатки ВОЛС

Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Основания так считать вытекают из ряда особенностей, присущих оптическим волноводам.

Несмотря на многочисленные преимущества перед другими способами передачи информации, волоконно-оптические системы имеют также и недостатки, главным образом из-за дороговизны прецизионного монтажного оборудования и надежности лазерных источников излучения. Многие из недостатков вероятнее всего будут нивелированы с приходом новых конкурентоспособных технологий в волоконно-оптические сети.

1) Высокая скорость передачи информации.

Широкополосность оптических сигналов, обусловлена чрезвычайно высокой частотой несущей (f=10 14 Гц). Это означает, что по оптической линии связи можно передавать информацию со скоростью порядка 10 12 бит/с или 1 Терабит/с. Говоря другими словами, по одному волокну можно передать одновременно 10 миллионов телефонных разговоров и миллион видеосигналов. Однако используемый в настоящее время диапазон еще далек от этого предела и составляет порядка 100 Гбит/с.

Полоса пропускания ВОЛС значительно перекрывает полосу пропускания, необходимую для передачи звуковых сигналов, что обеспечивает передачу телевизионного сигнала или организацию телеконференций, для которых требуется информационная емкость в 14, а иногда и в 100 раз большая, чем для цифрового кодирования звуковых сигналов. Полоса пропускания волоконной оптики допускает мультиплексирование различных сигналов, например звуковых, видео или передачу данных. Поэтому волоконно-оптические линии связи начинают применяться не только для передачи на большие расстояния, но и в коммерческих и бытовых системах.

Скорость передачи может быть увеличена вдвое за счет того, что по одному волокну можно передавать одновременно в двух направлениях. Скорость можно поднять еще в два раза благодаря использованию волн перпендикулярных друг другу поляризаций. Также осуществляется частотное уплотнение по оптоволоконным линиям связи, т.е. передача разных сигналов на разных длинах волн.

2) Низкие потери.

Потери (затухание) определяют расстояние, на которое может передаваться сигнал. По мере того как сигнал перемещается по передающей линии, будь это медный кабель или оптическое волокно, его амплитуда уменьшается. Это уменьшение амплитуды называется затуханием. В медном кабеле затухание увеличивается с ростом частоты модуляции. Напротив, в оптическом кабеле затухание не зависит частоты и остается постоянным в определенном диапазоне частот, вплоть до очень высоких, и как правило, неиспользуемых частот.

Чем меньше потери при передаче сигнала, тем меньше требуется повторителей — дорогостоящих электронных устройств, требующих существенных затрат на установку и обслуживание. Уменьшение количества повторителей приводит к снижению стоимости системы.

Лучшие образцы российского волокна имеют затухание 0.22 дБ/км на длине волны 1.55 мкм, что позволяет строить линии связи длиной до 100 км без регенерации сигналов. Для сравнения, лучшее волокно Sumitomo на длине волны 1.55 мкм имеет затухание 0.154 дБ/км. В оптических лабораториях США разрабатываются еще более “прозрачные”, так называемые фторцирконатные волокна с теоретическим пределом порядка 0,02 дБ/км на длине волны 2.5 мкм. Лабораторные исследования показали, что на основе таких волокон могут быть созданы линии связи с регенерационными участками через 4600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с.

В действительности, не все оптические кабели имеют низкие потери и широкую полосу пропускания. В тех случаях, когда потери и высокие скорости не являются критическими, например, в автомобилестроении, достаточно хорошо работают более дешевые оптические линии. В автомобиле главным является защита от шума, источником которого является система впрыска. Другие уникальные характеристики оптоволокна делают его наиболее подходящей передающей средой во множестве различных областей техники.

3) Нечувствительность к электромагнитным помехам.

В отличие от медных кабелей, оптоволокно не излучает и не воспринимает электромагнитные волны. Любой медный проводник действует подобно антенне, которая излучает и принимает электромагнитную энергию. Каждая часть электронного устройства может создавать электромагнитные наводки (ЭМН), влияющие на работу других частей устройства.

Важнейший результат нечувствительности оптического волокна к наводкам от электромагнитного излучения заключается в том, что световые сигналы не искажаются под влиянием ЭМН. Цифровая передача предполагает пересылку сигнала без ошибок. ЭМН могут быть причиной ошибок в электронных системах передач. Всплеск ЭМН может привести к возникновению пика, в то время, как в исходном сигнале никакого пика не было. Таким образом, оптические волокна открывают новые возможности для передачи сигнала без искажений.

4) Малый вес и размер.

Оптические волокна имеют диаметр около 100 мкм, то есть очень компактны и легки, что делает их перспективными для использования в авиации, приборостроении, в кабельной технике.

Волоконно-оптический кабель той же информационной емкости, что и медный, весит меньше медного, поскольку последний требует большего количества линий. Например, обычный одножильный волоконно-оптический кабель имеет вес 9 фунтов/1000 футов. Для сравнения, коаксиальный кабель весит в 9 раз больше — 80 фунтов/1000 футов.

Оптический кабель меньше по размеру, чем его медный аналог. Кроме того, достаточно часто одно оптическое волокно может заменить несколько медных проводников. Медный кабель диаметром 4.5 дюйма может передавать 40300 двухсторонних разговоров на короткие расстояния. Волоконно-оптический кабель диаметром 0.5 дюйма, содержащий 144 волокна, обеспечивает 24192 разговора на каждую волоконно-оптическую пару или около 1.75 миллионов звонков на весь кабель в целом. Таким образом, емкость волоконно-оптического кабеля существенно превосходит емкость коаксиального, несмотря на то, что его диаметр почти в 10 раз меньше.

5) Пожаро- и взрывобезопасность.

Волокно является диэлектриком и не проводит ток. Его использование безопасно с точки зрения искро- и пожаробезопасности. Более того, волокно не притягивает молнии. Волоконно-оптический кабель может также использоваться в опасных местах, в которых из соображений безопасности вообще не применялись кабели. Например, волокно можно проложить прямо через топливный бак.

Время жизни волокна, то есть сохранение им своих свойств в определенных пределах, превышает 25 лет, что позволяет проложить оптико-волоконный кабель один раз и, по мере необходимости, наращивать пропускную способность канала путем замены приемников и передатчиков на более быстродействующие.

7) Сложность прослушки сигнала без нарушения приема/передачи.

Волоконно-оптические линии передачи отличаются высокой защищенностью в виду того, что:

– Электромагнитное поле направляемой волны локализовано вблизи сердцевины волокна на масштабах десятков микрометров, что затрудняет доступ к информации по сравнению с СВЧ волноводами и тем более радиосигналами.

– Повреждение волновода в большинстве случаев приводит обрыву соединения и мгновенному обнаружению несанкционированного доступа

– Компании, занимающиеся волоконно-оптическими линиями передачи, обеспечивают высокую физическую защищенность кабелей. Так, например, трансокеанские линии связи на шельфе покрыты толстой металлической оболочкой.

– Оптические каналы связи характеризуются высокой скоростью передачи информации (сотни Гбит/c), что достигается использованием коротких световых импульсов (десятки и сотни пикосекунд). В связи с этим для перехвата информации требуются высокочувствительные и быстрые детекторы, что делает несанкционированный доступ чрезвычайно дорогим.

– В кабеле линии связи обычно находится значительное число отдельных волокон, что приводит к тому, что доступ к каждому из волноводов в отдельности сильно затруднён.

– ВОЛП защищены от помех, создаваемых источниками электромагнитного излучения, стойки к колебаниям температуры и влажности.

Ранее считалось, что ВОЛП обладают повышенной скрытностью, однако всегда существует принципиальная возможность съёма информации, передаваемой по оптическим каналам связи. Существуют методы, потенциально позволяющие осуществить перехват информации. ВОЛС состоят из стационарного оборудования, размещаемого на сертифицированных объектах, и линейного тракта, представляющего собой волоконно-оптические кабели и усилители оптического сигнала, которые устанавливаются каждые 50-80 км. Защита первой составляющей обеспечивается точно так же как и защита любого аналогичного объекта и имеет мало особенностей, в то время как вторую составляющую защитить на всем её протяжении невозможно, ввиду невозможности охватить десятки тысяч километров.

Стекло как материал теоретически выдерживает колоссальные нагрузки с пределом прочности на разрыв выше 1ГПа (109 Н/м 2 ). Это казалось бы означает, что волокно в единичном количестве с диаметром 125 мкм выдержит вес гири в 1 кг. К сожалению, на практике это не достигается. Причина в том, что оптическое волокно, каким бы совершенным оно не было, имеет микротрещины, которые инициируют разрыв. Для повышения надежности оптическое волокно при изготовлении покрывается специальным лаком на основе эпоксиакрилата, а сам оптический кабель упрочняется, например нитями на основе кевлара (kevlar). Если требуется удовлетворить еще более жестким условиям на разрыв, кабель может упрочняться специальным стальным тросом или стеклопластиковыми стержнями. Но все это влечет увеличение стоимости оптического кабеля.

2) Сложность изготовления;

3) Снижение эффективности с течением времени.

Особенность всех оптоэлектронных преобразований и процессов распространения излучения в веществе (обусловленная малостью длины волны света) – их исключительно высокая чувствительность к нарушениям оптической однородности материалов и даже к субмикронным включениям. К появлению таких дефектов приводит воздействие температуры, проникающей радиации, а также длительная эксплуатация. Степень деградации физических свойств волокна при длительной работе зависит от многих факторов, однако всегда неизбежно помутнение оптических сред и ухудшение светопропускания на границе разнородных материалов.

Читайте также:  Установка унитаза своими руками

4) Дороговизна оборудования, монтажа и обслуживания.

Электрические сигналы должны преобразовываться в оптические и наоборот. Цена на оптические передатчики и приемники остается пока еще довольно высокой. При создании оптической линии связи также требуются высоконадежные специализированное коммутационное пассивное оборудование, оптические соединители с малыми потерями и большим ресурсом на подключение-отключение, оптические разветвители, аттенюаторы.

Стоимость работ по монтажу, тестированию и поддержке волоконно-оптических линий связи также остается высокой. Если же повреждается ВОК, то необходимо осуществлять сварку волокон в месте разрыва и защищать этот участок кабеля от воздействия внешней среды. Производители тем временем поставляют на рынок все более совершенные инструменты для монтажных работ с ВОК, снижая цену на них.

5) Электроника отстает от оптики по частотам.

Конструкция, особенности и характеристика оптического кабеля

Просмотров: 2329
Комментарии: Комментарии к записи Конструкция, особенности и характеристика оптического кабеля отключены

Прогресс не остановить. Каждый день в нашу жизнь входят все новые материалы. Революционным открытием в плане прокладки высокоскоростных коммуникаций стало изобретение оптического кабеля.

Что собой представляет оптический кабель

Оптический кабель представляет собой особый род кабелей для коммуникационных сетей. Основное отличие от стандартного кабеля – способ передачи энергии. Передача осуществляется с помощью светового потока, а вовсе не электрического тока. По большому счету оптический кабель — это нить, внутри которой происходит перемещение света. Основная составляющая – оптическое волокно. Оно является самой современной и наиболее надежной средой для передачи данных. Свет по волокнам передается на огромные расстояния практически без потерь и с огромной скоростью.

Основные характеристики оптического кабеля. Его преимущества и недостатки

Преимущество оптического кабеля перед кабелем обычным несомненно. Среди наиболее очевидных моментов хотелось бы выделить:

  • Невероятно высокая пропускная способность. Оптический кабель способен передать за малый отрезок времени значительное количество информации.
  • Оптоволокно не излучает электромагнитные волны. Соответственно, оно и не способно подвергаться воздействию электромагнитного излучения. В результате сигнал защищен от искажений.
  • Кабель надежно защищен от несанкционированного подключения. Попытка несанкционированного подключения вызывает нарушение целостности кабеля и прекращение передачи данных. Скрыть ее становится невозможно.
  • Очень незначительный показатель затухания сигнала. Современное волокно оптического кабеля при длине волны в 1500 нм обладает показателем затухания около 0,3 дБ/км. Это дает возможность расположить соседние повторители и усилители на расстоянии до 100 км.
  • Оптический кабель обладает меньшим весом и объемом, чем обычный. Например, диаметр 900-парного телефонного кабеля 7,5 см. Его успешно заменит оптический кабель диаметром около 1,5 см. При этом большую часть кабеля составят всевозможные защитные оболочки. Диаметр непосредственно оптоволокна составит 0,1 см.

  • При использовании оптического кабеля нет необходимости в заземлении оболочки. Это связано с изолирующими свойствами оптоволокна.
  • Возможность использования на предприятиях с повышенным риском. Связано с такой особенностью оптоволокна, как отсутствию искрообразования. Именно благодаря ей оптический кабель – пожаробезопасный материал.
  • Оптический кабель – весьма экономичный материал. Для изготовления оптоволокна используется кварц, элемент весьма недорогой и распространенный. В результате и стоимость самого оптического кабеля не отличается от стоимости кабеля обычного.
  • Долговечность. Ничто не вечно. Со временем теряют свои свойства все материалы, в том числе и оптический кабель. Возрастает затухание. Однако эти процессы происходят очень медленно. Скорость потери свойств оптического кабеля значительно ниже по сравнению с иными видами кабелей. Срок бесперебойной работы оптического кабеля составляет не менее 25 лет.

Невзирая на большое количество положительных моментов, использование оптического кабеля имеет и ряд недостатков:

  • Высокая стоимость коммуникаций с оптическим кабелем. Правда, это связано с использованием дополнительного дорогого оборудования. Стоимость самого оптического кабеля не слишком отличается от стоимости кабеля обычного.
  • Сложность монтирования сетей с оптическим кабелем. Разъемы необходимо устанавливать буквально с микронной точностью. Само соединение должно быть выполнено очень точно, ровно. Наличие зазоров недопустимо. Поверхность стыка необходимо гладко отполировать. При несоблюдении вышеуказанных требований не избежать потерь в скорости и качестве передаваемого сигнала.
  • Соединения выполняются сваркой или склеиванием. При склеивании используется особый гель, обладающий тем же значением коэффициента преломления, что и стекловолокно.
  • В процессе работы с оптическим кабелем используются специальные инструменты. Монтаж оптических сетей осуществляется исключительно высококвалифицированными специалистами.
  • Возможна порча оптического кабеля из-за резкого перепада температур. Стекловолокно трескается. Для решения данной проблемы в производство запущены оптические кабели, в процессе изготовления которых используется радиационно стойкое стекло. К сожалению, это приводит к значительному увеличению стоимости.

Как видим, недостатки не столь существенны. Популярность оптических сетей растет с каждым днем. Одновременно снижается стоимость материала и растет число специалистов, работающих с оптическим кабелем. При такой тенденции в ближайшем будущем указанные недостатки себя изживут.

Типы оптических кабелей

Различают два типа оптических кабелей:

  1. Одномодовый оптический кабель. Все световые лучи в кабелях подобного типа движутся по одному пути и одновременно подходят к приемнику. В результате отсутствуют искажения формы сигнала. Одномодовый кабель оснащен оптоволокном диаметром в 1300 нм. Передаются только световые волны этой же длины. Использование одномодовых кабелей способствует передаче сигнала на более дальние расстояния, чем использование кабелей многомодовых. Эта особенность связана с весьма незначительными значениями дисперсии и потерь сигнала. При использовании одномодового кабеля применяются лазерные светодиоды. Затухание сигнала в одномодовом кабеле весьма низкое, порядка 5 дБ/км.
  2. Многомодовый оптический кабель. В данном типе кабеля лучи идут не по одному пути. Их траектории отличаются значительным разбросом. Результат – искажение сигнала на приемнике. При передаче сигнала по многомодовому кабелю применяются обычные светодиоды. Это ведет к значительному снижению стоимости коммуникационных сетей и увеличению сроков службы приемопередатчиков. Для многомодового кабеля характерна длина световой волны около 850 нм с отклонениями в 30-50 нм. Затухание сигнала в кабеле может достигать 20 дБ/км. Допускается длина кабеля подобного типа до 5 км.

Основным типом оптического кабеля в настоящее время является многомодовый. Это связано с его доступностью и дешевизной. В перспективе ведущие позиции должны перейти к кабелю одномодовому. Его прекрасные характеристики, низкий уровень затухания позволяют надеяться, что со временем высокая стоимость приемопередающего оборудования перестанет быть препятствием для распространения этого высококачественного материал.

Конструкция оптического кабеля

Основными составляющими оптического кабеля являются:

  1. Оптическое волокно. Тонкая стеклянная нить, называемая сердцевиной либо жилой. Покрыта оболочкой из стекла. Коэффициент преломления оболочки слегка отличается от этого же показателя жилы в сторону уменьшения. Именно поэтому световой луч, направленный в сердцевину, распространяется исключительно по ней. Нередко для удешевления материала жилу делают из пластика, а не из стекла. Такие оптические волокна хуже. Различают одномодовые и многомодовые оптические волокна. Сердцевина одномодового волокна очень тонкая, ее диаметр составляет порядка 10 микрон. Именно из-за незначительного диаметра по сердцевине передается всего одна единственная мода электромагнитного излучения, что исключает наличие дисперсионных искажений. А вот сердцевина многомодового волокна в несколько раз толще, около 50 микрон. Это способствует распространению по нему нескольких мод излучения. Каждая из мод распространяется под определенным углом. Световой импульс подвержен дисперсии, что ведет к превращению его формы из прямоугольной в колоколоподобную.
  2. Сердечник.

Чтобы улучшить прочность оптического кабеля, его оптические модули, представляющие собой полимерную трубку, в которой свободно размещено оптоволокно, скручиваются вокруг сердцевины кабеля.

Роль сердцевины выполняет центральный силовой элемент, защищающий конструкцию от нагрузок.

При производстве оптических кабелей используется скрутка слоями. Элементы скрутки концентрически располагаются вдоль центрального силового элемента. Цель скрутки – добиться наличия пространства, в пределах которого на передаточную способность кабеля не влияет нагрузка на сжатие, растяжение и изгиб. Конечно, максимальное значение этих нагрузок ограничено определенными рамками.

Вокруг центрального силового элемента навиваются и наполнители. В качестве наполнителей выступают:

  1. Модули без оптоволокна.
  2. Медные жилы
  3. Пластмассовые стержни.

Все вышеперечисленные элементы скреплены между собой лентой либо оболочкой. Их совокупность называют сердечником.

1. Покровы для защиты и армирования. В связи с отсутствием необходимости экранирования оптического кабеля от внешнего электромагнитного препятствия оплетка из металла не применяется. Однако возникает необходимость в механической защите кабеля. С этой целью используют следующие материалы:

  • кевларовую нить;
  • ленту из стали;
  • проволоку из стали.

2. Наружная оболочка. Предохраняет кабель от внешних воздействий, как механических, так и воздействий вредных веществ, влаги.

Разновидности конструкций кабеля

Различают следующие разновидности конструкций:

  • Кабель для наружной прокладки. Предназначение — прокладка в земле либо в трубе.

Сфера применения односветоводных– кабели с наличием немее 10 световодов. А вот при большем количестве оптоволокна целесообразнее использовать многосветоводный модуль либо жгутовой модуль.

Модули обвивают слоями вдоль центрального силового элемента.

Силовые элементы покрываются оболочкой из полиэтилена либо слоистой оболочкой, изготовленной из полиэтилена, заламинированного алюминием.

Модуль заполняют гидрофобным компаундом.

Возможно наложение на оболочку дополнительного слоя защитной брони. С целью защиты от вредителей идеально подходят гофрированные ленты из стали.

  • Кабель для внутренней прокладки. Используется внутри зданий. Для кабелей данного вида нет необходимости в заземлении, так как они не содержат металл. Удобны в применении благодаря легкости и гибкости.

1. Распределительные. Для индивидуальной разводки. Три вида конструкции исходя из диаметра модуля:

  • при тяжелых условиях применения — 0,27 см;
  • при стандартных условиях применения — 0,24 см;
  • при облегченных условиях применения – 0,20 см.

Прокладываются в вертикальных шахтах внутри зданий или в каналах, расположенных ниже уровня промерзания, между соседними зданиями.

Читайте также:  Балансировочный клапан для системы отопления: устройство и виды

2. Соединительные. Используются как кабельные перемычки либо в процессе оконцевания штекерными разъемами.

3. Специальный кабель. Это универсальные кабели, используемые и снаружи, и внутри. Особенности оптического кабеля подобного типа:

  • полная водонепроницаемость;
  • отсутствие необходимости в дополнительном сращивании на входе в здание;
  • наличие специальных пожарных требований.

Разновидностями специальных кабелей являются подводный кабель и кабель оптический самонесущий, называемый также воздушным.

Воздушные кабеля прокладываются по столбам. Это могут быть столбы освещения и связи, линий электропередач, сети электротранспорта. Вариантов устройства воздушных кабелей очень много. Все зависит от модели. Характерной особенностью воздушного кабеля является высокая прочность на разрыв. Ведь нагрузка на него не ограничивается только собственным весом. Возникает увеличение нагрузки за счет обледенения, ветра.

Подводные кабели прокладывают глубоко под водой. Центральную трубку кабеля подобного вида производят из меди и наполняют гидрофобным гелем. А вот броней выступают 2-3 слоя оцинкованной проволоки из стали. Между слоями и снаружи располагается прослойка из полиэтилена. В результате, кабель прекрасно чувствует себя на большой глубине и выдерживает значительное давление

ВОЛС: преимущества и недостатки

ВОЛС или волоконно-оптическая линия связи представляет собой систему передачи информации по диэлектрическим оптическим волноводам (оптическим волокнам). Волоконно-оптическую сеть называют информационной сетью, узлы которой соединяют волоконно-оптическую линию связи. Подобная передача данных по сетям имеет свои достоинства в сравнении с передачей информации по медному кабелю.

Преимущества ВОЛС

Высокая несущая частота (1014 Гц) обусловленная широкой полосой пропускания. Благодаря этому осуществляется большой поток информации по 1 волокну (до нескольких терабит/сек.). А такая полоса пропускания является важным достоинством перед любой средой для передачи данных.

Затухание сигнала выпускаемого сегодня оптоволокна достаточно мало (0,2-0,3 дБ). А такое затухание с небольшой дисперсией позволяют построить без ретрансляции линии, протяженность которых может составить более 100 км. К тому же кабель имеет низкий уровень шумов, за счет чего увеличивается полоса пропускания (для этого передается модуляция сигналов, имеющих малую избыточность кода).

Защита от помех весьма высока, потому что изготовлено волокно из диэлектрического материала, которое не воспринимает электромагнитные помехи от различных возможных источников, способных индуцировать как-либо электромагнитное излучение. И в кабелях, имеющих множество волокон, не возникает перекрестное влияние электромагнитного излучения, что свойственно медным или же многопарным кабелям.

ВОЛС имеют небольшой объем и вес. К примеру, 900-парный кабель телефона имеет диаметр 7,5 см, который можно заменить лишь одним волокном, диаметр которого 0,1 см. И даже защищенное волокно множеством оболочек имеет несравнимо малый диаметр, лишь 1,5 см.

ВОК (волокнисто-оптический кабель) прекрасно защищен. Он практически не имеет радиоизлучения, потому передаваемую информацию по нему довольно тяжело подслушать, не нарушив при этом прием или передачу сигнала. А система мониторинга при необходимости мгновенно подаст сигнал тревоги и отключит «взламываемый» канал.

Гальваническая развязка различных элементов сети заключается в изолирующем свойстве волокна. А благодаря тому, что оптоволокно не может образовывать искры существенно повышается пожаро- или взрывобезопасность. Это очень актуально для таких предприятий как нефтеперерабатывающие или химические, с повышенным риском при определенных технологических процессах.

ВОК достаточно экономичен, поскольку изготавливается из кварца, основа которого двуокись кремний. Данный материал популярен и весьма доступен по стоимости в сравнении с медью. Цена волокна по отношению к медной паре можно соотнести как 2:5. ВОК при этом передает сигнал на большие расстояния. И количество повторителей существенно сокращается.

Довольно длительный срок службы ВОЛС также относится к преимущества. Деградацию, которое испытывает со временем волокно (возрастание затухания) значительно замедляют с помощью современных технологий. Таким образом, срок эксплуатации составляет до 25 лет, в течении которых может не одно поколение приемных (передаточных) систем смениться.

Бывают случаи, когда необходимо удаленное питание (электрическое) узла сети. В этом случаи ВОЛС прекрасно подойдут. Конечно, оптоволокно не выполнит функцию силового кабеля. Но здесь возможно использование смешанного кабеля (к оптоволокнам «добавляют» медный проводящий элемент). Подобный кабель широко применяют и за рубежом.

Недостатки ВОЛС

Практически у всего есть свои недостатки и волоконно-оптические системы не исключение. Пожалуй главным недостатком можно выделить дороговизну монтажного прецизионного оборудования, а также надежность лазерных источников излучения. Многие недостатки, скорее всего можно нивелировать с появлением конкурентоспособных новых технологий в ВОЛС.

Цена на интерфейсное оборудование. Оно главным образом необходимо для преобразования электрических сигналов в оптические и обратно. Стоимость оптических приемников и передатчиков все же на сегодняшний день остается довольно большой. Для создания ВОЛС нужны и высоконадежное коммутационное специализированное пассивное оборудование, аттенюаторы, оптические разветвители, соединители (оптические) с небольшими потерями и одновременно с этим с большим ресурсом на отключение-подключение.

Обслуживание и установка оптических линий. Монтаж, тестирование и поддержка ВОЛС стоят недешево. В частности, если повреждается кабель, то требуется место разрыва соединить при помощи сварки и обеспечить защиту данному участку кабеля от внешней среды. Однако, производителями постоянно поставляются усовершенствованные инструменты для устранения неполадок с ВОК, цены которых постепенно снижаются.

Специальные требования по защите волокна. Насколько прочным является оптоволокно? В теории этот материал очень прочен. Выдерживает стекло (как материал) потрясающие нагрузки, имеющие предел прочности на разрыв выше 1 Гпа. И теоритически это означает, что волокно диаметром 125 мкм в количестве 1 штука сможет выдержать груз весом 1кг. Однако практика таких результатов не показывает. Причиной этому служат имеющиеся микротрещины, инициирующие разрыв.

Естественно, для повышения прочности и надежности этот материал в процессе изготовления подвергается специальной обработке, а именно его покрывают лаком, основа которого составляет эпокиакрилат, а сам кабель упрочняют (к примеру, нитями, основа которых кевлар). Для того, чтобы повысить прочность ВОК его упрочняют стеклопластиковыми стержнями или же стальным специальным тросом. Однако все это приводит к большей цене кабеля.

Однако совокупность преимуществ применения ВОЛС достаточно значительны несмотря на имеющиеся их недостатки. Потому очевидна дальнейшая перспектива развития технологий волоконно-оптических линий связи в информационных сетях.

Interactive Multimedia Solutions

8 преимуществ оптоволоконного кабеля перед медным

Оптоволоконный или просто оптический кабель является одним из самых популярных проводников. Он используется повсеместно как для создания новых кабельных систем, так и для обновления старых. Все потому, что оптоволоконный кабель имеет множество преимуществ перед медным. Именно их мы и рассмотрим в этой статье.

  • Пропускная способность

Чем выше пропускная способность, тем больше информации можно передавать. Оптоволоконный кабель обеспечивает большую пропускную способность: до 10Гбит/с и выше. Это лучшие показатели, чем у медного кабеля. Стоит также учитывать, что скорость передачи будет разной у разных типов кабеля. Например, одномодовый оптоволоконный кабель обеспечивает большую пропускную способность, чем многомодовый.

  • Расстояния и скорость

При использовании оптоволоконного кабеля информация передается с большей скоростью и на более дальние расстояния практически без потери сигнала. Эта возможность обеспечивается благодаря тому, что сигнал передается через оптику в виде световых лучей. Оптоволокно лишено ограничения на расстояние в 100 метров, как это можно наблюдать с неэкранированным медным кабелем без усилителя. Расстояние, на которое возможно передать сигнал, также будет зависеть от типа используемого кабеля, длины волны и самой сети. Расстояния варьируются от 550 метров для многомодового типа до 40 километров для одномодового типа кабеля.

С оптоволоконным кабелем вся ваша информация находится в безопасности. Сигнал, передаваемый по оптике, не излучается и его очень сложно перехватить. Если же кабель был поврежден, это легко отследить, так как он будет пропускать свет, что в итоге приведет к остановке всей передачи. Таким образом, если будет совершенна попытка физического взлома вашей оптоволоконной системы, вы обязательно узнаете об этом.

Стоить отметить, что оптоволоконные сети позволяют разместить всю электронику и оборудования в одном централизованном месте.

  • Надежность и прочность

Оптоволокно обеспечивает максимально надежную передачу данных. Оптический кабель имеет иммунитет ко множеству факторов, которые легко могут повлиять на работу медного кабеля. Центр жилы сделан из стекла, изолирующего от электрического тока. Оптика полностью устойчива к радио- и электромагнитным излучениям, взаимным помехам, проблемам с сопротивлением и многим другим факторам. Оптоволоконный кабель можно прокладывать рядом с промышленным оборудованием без каких-либо опасений. К тому же, оптоволоконный кабель не так чувствителен к температуре, как медный кабель, и легко может быть размещен в воде.

Оптоволоконный кабель легче, тоньше и долговечнее в сравнении с медным. Для достижения больших скоростей передачи с использованием медного кабеля потребуется использование лучшего типа кабеля, который обычно более тяжелый, имеет больший диаметр и занимает больше места. Небольшие размеры оптического кабеля делают его более удобным. Также стоит отметить, что провести тестирование оптоволоконного кабеля намного легче, чем медного.

Большое распространение и низкая стоимость медиаконвертеров существенно упрощают передачу данных от медного кабеля к оптоволоконному. Конвертеры обеспечивают бесперебойное соединение с возможностью использования уже существующего оборудования.

  • Сварка кабеля

Хотя сварка оптоволоконного кабеля на сегодняшний день проходит более трудоемко, чем обжим медного кабеля, при использовании специальных инструментов для сварки этот процесс проходит намного легче.

Стоимость оптоволоконного кабеля, компонентов и оборудования для него постепенно снижается. На данный момент оптоволоконный кабель стоит дороже медного только в рамках короткого промежутка времени. Но при длительном использовании оптоволоконный кабель выйдет дешевле медного. Оптоволокно легче обслуживать, оно требует меньше сетевого оборудования. В дополнении ко всему, в наши дни появляется все больше решений, работающих с оптоволоконным кабелем: начиная от активных оптических кабелей HDMI и заканчивая профессиональными решениями для Digital Signage, подобно ZyPer4K от компании ZeeVee, представленного недавно на выставке NEC’s Solutions Showcase 2015 и позволяющего легко удлинять и переключать сигналы несжатого 4 K видео, аудио и управления с использованием стандартной технологии 10 Gb Ethernet через оптоволоконный кабель.

Ссылка на основную публикацию