Устройство и принцип работы оптического кабеля.

Появление волоконно-оптических кабелей (ВОК) стало революционным событием, позволившим практически мгновенно передавать гигантские объемы информации на любые расстояния. Технология изготовления оптоволоконных кабелей постоянно совершенствуется, давая возможность достигать все больших скоростей передачи данных без значительного удорожания кабельной продукции.

Как устроен оптический кабель

Основой оптоволоконного кабеля являются оптические волокна (ОВ), по которым передается информационный поток. Количество волокон варьируется от одного до нескольких сотен, в зависимости от назначения кабеля. Оптоволокно изготавливается из различных видов стекла с добавками легирующих материалов, изменяющих коэффициент преломления светового луча.

Оптический кабель для прокладки в канализации

;Оптоволоконный кабель в разрезе

Оптическое волокно разделяется на сердцевину и оболочку с разными показателями преломления. Диаметр сердцевины составляет 9 микрометров (одномодовое ОВ), 50 или 62,5 микрометра (многомодовое ОВ). Диаметр первичной оболочки — 125 микрометров. Поверх оболочки наносится тонкий слой специального лака, улучшающий эксплуатационные характеристики стекловолокна.

Волокна группируются в оптические модули, защищающие стеклянные нити от внешних воздействий. Каждый модуль — это пластиковая трубка с волокнами внутри. ВОК может состоять из одного или нескольких модулей, что зависит от общего количества волокон. Модульная группировка ОВ в сочетании с цветовой маркировкой значительно упрощает их идентификацию на концах оптического кабеля.

ВОК для прокладки в грунте с несколькими оптическими модулями, центральным стеклопластиковым силовым элементом и проволочной броней

По центру волоконно-оптического кабеля часто размещается силовой элемент — стеклопластиковый стержень, демпфирующий нагрузки, возникающие при монтаже и в процессе эксплуатации ВОК. В некоторых типах кабеля оптические модули покрываются гидрофобным гелем для защиты от влаги. Поверх гелевого наполнителя укладывается слой тонкой пленки из полиэтилена.

Следующей буферной прослойкой служит полиэтиленовая оболочка, отделяющая оптические модули от армирующей брони. Броня используется в оптических кабелях, предназначенных для прокладки в подземных коммуникациях и грунте. Броневое покрытие может быть:

  • металлическим — из стальной проволоки или ленты;
  • диэлектрическим — из стеклопластиковых прутков или слоя кевларовых нитей.

Бронирование эффективно защищает от грызунов и воздействия опасных механических нагрузок, таких как растяжение и раздавливание.

Первым и наиболее важным рубежом защиты оптоволоконного кабеля является наружная оболочка, изготавливаемая из негорючего полиэтилена повышенной плотности. Надежность внешнего покрытия напрямую влияет на длительность беспроблемной службы ВОК. Поэтому, к качеству его изготовления предъявляются самые жесткие требования.

Как работает оптический кабель

Работа оптического кабеля основана на передаче модулированного светового потока. Преобразование полезного электрического сигнала в свет (и обратное) выполняется в оптическом трансивере, являющемся составной частью оборудования, работающего на оптоволоконных линиях связи. Световой луч, формируемый лазером или полупроводниковым светодиодом, может входить в оптоволокно двумя способами:

  • под углом 0° — одномодовое волокно, длина волны 1300 или 1500 нм;
  • под небольшим углом — многомодовое волокно, длина волны 950 нм.
Схема ввода светового луча в оптоволокно

Лучи света, вошедшие в волокно под разными углами, распространяются в нем по разным траекториям (модам) и на разные расстояния. Свет, входящий под нулевым углом, проходит по центру сердцевины ОВ, образуя только одну моду. Распространение луча, вошедшего под углом, отличается многократными отражениями от оболочки волокна с образованием нескольких мод, достигающих конца оптического кабеля за разное время.

Распространение света по оптоволокну разного типа;

ВОК с одномодовыми волокнами обеспечивает большую дальность передачи без усиления/регенерации сигнала, благодаря меньшему затуханию. Сравним:

  • одномодовое волокно — 10 км;
  • многомодовое волокно — 500 м.

Скорость передачи:

  • одномодовое волокно — предел еще не определен. Достигнута максимальная скорость 200 Тбит/сек;
  • многомодовое волокно — до 10 Гбит/сек.

Таким образом, очевидна выгода использования одномодовых волоконно-оптических кабелей на магистральных линиях связи с большими расстояниями между пунктами восстановления полезного сигнала. Многомодовые ВОК можно применять при решении задач по созданию кабельных сетей на ограниченной территории.

Удешевление изготовления оптоволоконной кабельной продукции позволило использовать волоконно-оптические кабели на проектах любого масштаба, начиная от организации небольшой внутриобъектовой сети и «последней мили» до межгородских и международных коммуникационных магистралей. Новым шагом стало распространение технологии оптического мультиплексирования WDM, способной обеспечить работу нескольких десятков дуплексных каналов по одной паре волокон.