Оптоволоконный кабель

Оптоволоконный кабель (fiber optic cable) состоит из одной или нескольких стеклянных или пластиковых жил (световодов), покрытых слоем стекла, называемым плакированием (cladding). Плакированные световоды помещают в поливинилхлоридную оболочку, как показано на рис. 3.6. Для передачи сигнала по световодам обычно используются источники света инфракрасного диапазона.

Обычно используются оптоволоконные кабели трех размеров. Размер измеряется в микронах и имеет две составляющие: диаметр световода и диаметр оболочки. Например, кабель размера 50/125 мкм (микрон) имеет световод диаметром 50 мкм и оболочку диаметром 125 мкм. Два других распространенных размера– 62,5/125 мкм и 100/140 мкм. Все три типа кабеля могут работать в многомодовом режиме, что означает возможность одновременной передачи по кабелю нескольких световых волн. Чаще всего для работы многомодовом режиме выбирается кабель 62,5/125 мкм.

Световод кабеля передает импульсы света, генерируемые лазером или светодиодом. Стеклянная оболочка предназначена для отражения света обратно в световод. Оптоволоконный кабель может передавать данные со скоростями от 100 Мбит/с до 100 Гбит/с. Он используется для магистралей кабельных систем, например, укладывается между этажами одного здания или между разными зданиями, а также и на большие расстояния. Оптоволоконная магистраль между этажами иногда называется толстой трубой (fat pipe), поскольку имеет большую полосу пропускания, достаточную для обеспечения высокоскоростных коммуникаций с узкополосной и широкополосной передачей данных. Чаще всего оптоволоконный кабель применяется в кампусах (городских сетях) для связи различных зданий в соответствии со спецификациями ШЕЕ на кабельные системы. Также он может использоваться глобальных сетях и телекоммуникационных системах для объединения удаленных локальных сетей. Преимуществом оптоволокна является его высокая полоса пропускания и малое затухание сигнала, что позволяет обеспечивать его передачу на большие расстояния.

Поскольку для передачи данных используются импульсы света ("включено" и "выключено"), радио и электромагнитные помехи не влияют на работу оптоволоконного кабеля; при этом передача данных является чисто цифровой, а не аналоговой. Сравните это с принципом действия коаксиального кабеля или витой пары, в той или иной степени подверженных помехам, что является заметным недостатком этих типов передающей среды. Однако как коаксиал, так и витая пара могут использоваться и для аналоговых, и для цифровых коммуникаций, что в некоторых случаях может быть преимуществом по сравнению с цифровым оптоволоконным кабелем.

Еще одним достоинством оптоволокна по сравнению с коаксиальным кабелем или витой парой является то, что к оптоволоконному кабелю очень трудно получить неавторизованный доступ в силу его конструкции. Недостатком этого типа кабеля является его высокая хрупкость, относительно высокая стоимость и высокие требования к монтажному оборудованию и квалификации обслуживающего персонала.

Передача сигналов при помощи световых волн зависит от их длины. Некоторые волны проходят по оптоволокну лучше, чем другие. Длина волны изменяется в миллимикронах (nanometer, nm). Видимый свет с длиной волны 400–700 nm недостаточно хорошо передается по оптоволокну, чтобы использовать его для передачи данных. Более эффективны для этих целей волны инфракрасного диапазона с длиной 700–1600 nm. Для оптических коммуникаций существуют три идеальных длины волны: 850, 1300 и 1550 nm. Для высокоскоростной связи обычно используется длина 1300 nm.

Передаваемый оптический сигнал должен иметь мощность, достаточную для того, чтобы он достиг приемника и мог быть распознан. Затухание, или потеря сигнала, это часть сигнала, потерянная при его передаче по коммуникационной среде от источника (передающего узла) к приемному узлу. Затухание в оптоволоконном кабеле измеряется в децибелах (дБ). Потери оптического сигнала непосредственно связаны с длиной кабеля, а также с количеством и радиусом его изгибов. Также мощность сигнала теряется по мере его прохождения через коннекторы и стыки.

Чтобы световая волна могла быть точно распознана на принимающем узле, она должна иметь некоторую минимальную мощность при выходе из передающего устройства. Уровень минимальной мощности называется энергетическим потенциалом. Энергетический потенциал (power budget) для коммуникаций с использованием оптоволокна – это разница между излучаемой Мощностью и окончательной величиной сигнала (чувствительностью) на принимающем узле, измеренная в децибелах. Именно минимальная мощность передатчика и чувствительность приемника определяют, насколько сигнал успешно передается и принимается без искажений. Для высокоскоростные коммуникаций энергетический потенциал должен быть не менее 11 дБ.

Оптоволоконные кабели бывают двух видов: одномодовые и многомодовые. Одномодовый кабель (single-mode cable) главным образом используется для дальней связи, его центральная жила имеет диаметр 8–10 мкм, а оболочка – 125 мкм. Диаметр жилы такого кабеля намного меньше, чем для многомодового кабеля, и в каждый момент времени по нему передается толы одна световая волна.

В одномодовом кабеле для передачи сигналов используется луч лазера. Источник света, расположенный в передающем интерфейсе передатчика имеющий относительно большую полосу пропускания, обеспечивает передачу данных с высокой скоростью на большое расстояние – до 45 км. Одномодовый оптоволоконный кабель не имеет определенных ограничений скорости передачи.

Многомодовый оптоволоконный кабель (multimode cable) может обеспечить одновременную передачу нескольких световых волн, что необходимо для широкополосных коммуникаций. По сравнению с одномодовым кабелем возможная длина кабеля не так велика – всего 2 км, поскольку полоса пропускания меньше, а источник света слабее. В качестве источника сигнала для многомодового кабеля применяется светодиод, установленный в сетевом интерфейсе передающего узла.

Многомодовые кабели бывают на основе волокна двух видов: со ступенчатым профилем показателя преломления (step-index fiber) и с плавно изменяющимся показателем преломления (graded-index fiber). В первом случае свет внутри кабеля отражается как в зеркале, в результате чего разные сигналы передаются с различной задержкой, что увеличивает вероятность искажения при передаче на большие расстояния. Во втором случае световые лучи распространяются в кабеле по маршрутам равной кривизны, из-за чего все сигналы приходят одновременно, а искажения при передаче меньше, чем первом случае.

С оптоволоконными кабелями чаще всего используются два типа коннекторов: абонентский разъем (subscriber connector, SC) и прямой наконечник (straight tip, ST). Оба типа коннекторов соответствуют стандартам EIA/ТIA 568. В общем случае, ST-коннекторы можно использовать как с одномодовыми, так и с многомодовыми оптоволоконными кабелями, а ST-коннекторы обычно применяются с одномодовыми кабелями (хотя и с многомодовыми кабелями они также могут использоваться). SC-коннекторы имеют квадратный профиль и для фиксации вставляются в гнездо. SC-коннекторы – круглые по форме и для фиксации в них применяется байонетный разъем, как в BNC-коннекторах.