Как работает оптоволоконный кабель. Принцип работы оптоволоконной связи: передача данных на скорости света — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как устроен оптоволоконный кабель. Почему свет не вытекает из стеклянной нити. Какие бывают типы оптоволокна. Где применяется оптоволоконная связь. Какие преимущества у оптоволокна перед медными проводами.

Содержание

Что такое оптоволокно и как оно работает

Оптоволоконная связь — это способ передачи информации с помощью света по тонким стеклянным или пластиковым волокнам. Принцип ее работы основан на явлении полного внутреннего отражения света.

Оптоволоконный кабель состоит из следующих основных элементов:

Сердцевина (ядро) — центральная часть волокна, по которой распространяется свет
Оболочка — окружает сердцевину и отражает свет обратно в нее
Защитное покрытие — защищает волокно от повреждений

Как происходит передача данных по оптоволокну:

Информация кодируется в виде световых импульсов
Источник света (лазер или светодиод) генерирует эти импульсы
Свет входит в сердцевину оптоволокна под определенным углом

Луч света многократно отражается от границы сердцевины и оболочки
За счет полного внутреннего отражения свет распространяется по волокну на большие расстояния
На приемном конце фотодетектор преобразует световые импульсы обратно в электрический сигнал

Почему свет не вытекает из оптоволокна

Ключевой принцип работы оптоволокна — полное внутреннее отражение света. Это явление возникает благодаря двум факторам:

Сердцевина и оболочка волокна изготовлены из материалов с разными показателями преломления
Угол падения светового луча на границу сердцевины и оболочки меньше критического угла

При соблюдении этих условий свет полностью отражается обратно в сердцевину, не выходя за пределы волокна. Это позволяет передавать световой сигнал на огромные расстояния с минимальными потерями.

Основные типы оптоволоконных кабелей

Существует два основных типа оптических волокон:

Одномодовое волокно

Имеет очень тонкую сердцевину (около 9 мкм)
Передает один луч света
Используется для передачи на большие расстояния (до 100 км и более)
Обеспечивает высокую скорость передачи данных

Многомодовое волокно

Имеет более широкую сердцевину (50-62,5 мкм)
Передает несколько лучей света одновременно
Применяется на коротких расстояниях (до 2 км)
Дешевле одномодового волокна

Выбор типа волокна зависит от конкретного применения и требуемых характеристик линии связи.

Области применения оптоволоконной связи

Оптоволоконные технологии нашли широкое применение во многих сферах:

Телекоммуникации

Магистральные линии связи между городами и странами
Подводные кабели для межконтинентальной связи
Сети доступа для подключения абонентов (технология FTTH)

Компьютерные сети

Локальные сети предприятий
Центры обработки данных
Магистрали Интернета

Вещание

Кабельное телевидение
Распределение ТВ и радиосигналов

Промышленность

Системы автоматизации и управления
Датчики и измерительные системы

Медицина

Эндоскопы для диагностики
Лазерная хирургия

Оптоволоконные технологии продолжают развиваться и находить новые применения в различных отраслях.

Преимущества оптоволоконной связи

По сравнению с традиционными медными кабелями, оптоволокно имеет ряд важных преимуществ:

Высокая пропускная способность — до нескольких терабит в секунду по одному волокну
Малое затухание сигнала — возможность передачи на большие расстояния без усиления
Нечувствительность к электромагнитным помехам
Малый вес и габариты кабеля
Высокая надежность и длительный срок службы
Гальваническая развязка — отсутствие электрического контакта между сегментами сети

Экономичность при высоких скоростях передачи

Эти преимущества сделали оптоволокно основной средой передачи в современных высокоскоростных сетях связи.

Перспективы развития оптоволоконных технологий

Оптоволоконная связь продолжает активно развиваться. Основные направления совершенствования технологий:

Увеличение пропускной способности волокон
Снижение потерь в оптических линиях
Разработка новых типов волокон (например, полых волокон)
Создание полностью оптических сетей без преобразования сигнала в электрический
Интеграция оптических и беспроводных технологий

Дальнейшее развитие оптоволоконных технологий позволит создавать еще более быстрые и эффективные системы связи для удовлетворения растущих потребностей в передаче информации.

Заключение

Оптоволоконная связь произвела революцию в телекоммуникациях, обеспечив возможность передачи огромных объемов данных на большие расстояния. Уникальные свойства оптического волокна делают его идеальной средой для построения высокоскоростных сетей связи.

Благодаря постоянному совершенствованию технологий, оптоволокно остается основой современной информационной инфраструктуры и продолжает открывать новые возможности в различных сферах применения.

Принцип работы оптоволоконной связи | ИнтерКамСервис

Высокоскоростной интернет связал людей на разных континентах и позволил мгновенно обмениваться информацией, но часто ли мы задумываемся о принципах его работы? В сегодняшнем материале, стараясь обойтись без сложных терминов, выясняем как работает оптоволокно, а также — как устроена оптоволоконная связь и в чем ее преимущества.

Что такое оптоволокно — кратко

Оптическое волокно это нить из прозрачного материала (стекла или пластика), чье главное свойство — возможность переносить свет посредством внутреннего отражения. Передаваемый по оптическому волокну электрический сигнал преобразуется в свет, а затем — снова в электрический сигнал. В самых разнообразных коммуникационных сетях использование оптоволоконной связи позволяет передавать аудио, видео и телеметрические данные на огромные расстояния на большой скорости.

Кстати, впервые оптический канал связи был использован для передачи данных еще в 1997 году в США, и уже тогда скорость передачи составила 6 Мбит/c.

Принцип работы оптоволоконной связи

Как мы уже упомянули выше, в оптоволоконных нитях сигнал преобразуется из электричества в свет, а затем — на приемной стороне — снова в электрический сигнал. Во время преобразования сигнала на стороне передатчика (исходной), если данные являются аналоговыми, то специальный кодер или преобразователь трансформирует данные в цифровые импульсы (всем нам знакомый цифровой сигнал из ноликов и единичек), а затем — в свет. Если же данные цифровые, то происходит прямое преобразование сигнала в световые волны. В свою очередь уже световые волны по оптоволоконному кабелю передаются от источника к месту назначения. А в приемнике световые волны из оптоволокна детектор света преобразует в соответствующий цифровой сигнал. Если сигнал изначально был цифровым, то это финальная стадия преобразования, а если аналоговым — последует еще одно преобразование при помощи декодера.

Процесс передачи электрического сигнала из одной точки в другую посредством его преобразования в свет и называют оптоволоконной (или волоконно-оптической) связью.

Преимущества оптоволоконной связи

Оптоволокно заменило в проводах медь в качестве среды передачи не просто так, а ввиду очевидных преимуществ:

одна нить оптоволокна может заменить сотни и тысячи медных электрических проводов, используя лишь небольшую часть своей огромной пропускной способности;
минимальные потери — оптоволокно не нуждается в дополнительных усилителях;
минимальная стоимость — огромная скорость передачи данных делает стоимость 1 транспортируемого по оптоволоконной сети бита данных очень и очень низкой;
легкость — оптоволоконные кабели значительно легче электрических;
устойчивость к помехам — оптоволоконные невосприимчиво к электромагнитным помехам;
возможность передавать сигнал на огромные расстояния — здесь все довольно очевидно;
безопасность передаваемых данных, обеспечиваемая оптическим шифрованием и фактическим отсутствием электромагнитного сигнала.

В современном мире оптоволоконная связь широко применяется в телекоммуникационной отрасли: от постройки магистральных сетей ВОЛС до передачи сигнала кабельного телевидения. Мы сталкиваемся с оптоволоконным средствами связи практически повсеместно: в домах, офисах, на предприятиях и производствах. Технологии оптоволоконной связи выступили важным подспорьем для создания среды IoT — интернета вещей.

Согласитесь, представить жизнь современного человека без интернета достаточно сложно. А выбрать интернет-провайдера и подключить безлимитный интернет для дома и бизнеса на Камчатке — легко вместе с «ИнтерКамСервис». Узнать больше о тарифах на безлимитный интернет можно на сайте или связавшись с нашим отделом продаж:

по телефону: +7 (4152) 41-95-00
или электронной почте: [email protected].

Как выбрать провайдера на Камчатке
Как выбрать интернет-провайдера для офиса

Устройство и принцип работы оптического кабеля.

| IT блоги

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.

;

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.

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.

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.

;

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.

Join @AdmNtsRu on Telegram

Смотрите также:

Как работает оптоволокно?

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 16 марта 2022 г.

Римляне, должно быть, особенно довольны собой, когда около 2000 лет назад изобрели свинцовые трубы. Наконец, они у них был простой способ переносить воду из одного места в другое. Представьте, что бы они сделали из современных волоконно-оптических кабелей — «труб», которые может передавать телефонные звонки и электронную почту по всему миру за одну седьмую долю секунды. второй!

Фото: Световод: волоконная оптика означает направление световых лучей по тонким нитям из пластика или стекла, заставляя их неоднократно отражаться от стен. Это смоделированное изображение. Обратите внимание, что в некоторых странах, включая Великобританию, волоконная оптика пишется как «волоконная оптика». Если вы ищете информацию в Интернете, это всегда стоит поискать оба варианта написания.

Содержание

Что такое оптоволокно?
Как работает оптоволокно
Типы волоконно-оптических кабелей
Попробуйте этот оптоволоконный эксперимент!
Использование для оптоволокна
Кто изобрел оптоволокно?
Узнать больше

Что такое оптоволокно?

Мы привыкли к тому, что информация распространяется по-разному. Когда мы говорим по стационарному телефону, проволочный кабель несет звуки нашего голоса в розетку в стене, где другой кабель берет его на местную телефонную станцию. Мобильные телефоны работают по-другому образом: они отправляют и получают информацию с помощью невидимых радиоволны — это Технология называется беспроводной, потому что в ней не используются кабели. Волоконная оптика работает третий способ. Он отправляет информацию, закодированную в луче света по стеклянной или пластиковой трубе. Первоначально он был разработан для эндоскопов в 1950-х, чтобы помочь врачам заглянуть внутрь человеческого тела без необходимости сначала разрежьте его. В 1960-х годах инженеры нашли способ использовать та же технология для передачи телефонных звонков со скоростью света (обычно это 186 000 миль или 300 000 км в секунду в вакууме, но замедляется примерно до двух третей этой скорости в оптоволоконном кабеле).

Оптические технологии

Волоконно-оптический кабель состоит из невероятно тонких нитей из стекла или пластика, известного как оптическое волокно; один кабель может иметь всего два нитей или до нескольких сотен. Каждая нить меньше в десять раз толще человеческого волоса и может принять около 25 000 телефонных звонков, таким образом, весь оптоволоконный кабель может легко передавать несколько миллионов вызовов. Текущий рекорд для «одномодового» волокна (это объяснено ниже) составляет 178 терабит (триллионов бит) в секунду — достаточно для 100 миллионов сеансов Zoom (по словам эксперта по волокнам Джеффа Хехта)!

Волоконно-оптические кабели передают информацию между двумя местами, используя полностью оптическая (световая) технология. Предположим, вы хотите отправить информацию с вашего компьютера на дом друга по улице с помощью оптоволокна. Вы можете подключить свой компьютер к лазеру, который будет преобразовывать электрическую информацию из компьютера в серию световые импульсы. Затем вы запускаете лазер по оптоволоконному кабелю. Пройдя вниз по кабелю, световые лучи появятся в другой конец. Вашему другу понадобится фотоэлемент (детектор света). компонент), чтобы превратить импульсы света обратно в электрическую информацию его или ее компьютер мог понять. Так что весь аппарат будет как действительно изящная, высокотехнологичная версия телефона, который вы можете сделать из двух банок из-под печеных бобов и веревки!

Фото: Участок 144-жильного оптоволоконного кабеля. Каждая нить изготовлена из оптически чистого стекла и тоньше человеческого волоса. Фото Тех. сержант Брайан Дэвидсон, любезно предоставлено ВВС США.

Принцип работы оптоволокна

Свет распространяется по оптоволоконному кабелю по неоднократно отскакивая от стен. Каждая крошечная фотона (частица света) прыгает по трубе, как бобслей по ледовой дорожке. Теперь ваша очередь можно ожидать луч света, путешествуя по прозрачной стеклянной трубе, чтобы просто вытекать из краев. Но если свет падает на стекло под очень малым углом (менее 42 градусов), он снова отражается, как если бы стекло было на самом деле зеркалом. Этот явление называется полным внутренним отражением. Это одна из вещей, которая удерживает свет внутри трубы.

Фото: Волоконно-оптические кабели достаточно тонкие, чтобы их можно было сгибать, пропуская световые сигналы внутрь по изогнутым путям. Изображение предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА (NASA-GRC) и Интернет-архив.

Другая вещь, которая удерживает свет в трубе, это структура кабель, состоящий из двух отдельных частей. Основная часть кабель — посередине — называется ядром , и это немного свет проходит сквозь. Обернутый снаружи ядра другой слой стекла под названием облицовка . Задача облицовки – сохранить световые сигналы внутри ядра. Он может сделать это, потому что он сделан из различный тип стекла к ядру. (С технической точки зрения, облицовка имеет более низкий показатель преломления.)

Изображение: Полное внутреннее отражение удерживает световые лучи, отражающиеся внутри оптоволоконного кабеля.

Типы волоконно-оптических кабелей

Оптические волокна передают по ним световые сигналы в так называемых модах . Это звучит технически, но это просто означает разные способы передвижения: мода — это просто путь, по которому световой луч следует по волокну. Один режим идти прямо по середине волокна. Другой — отскакивают от волокна под небольшим углом. Другие режимы включают подпрыгивание вниз по волокну под другими углами, более или менее крутыми.

Произведения искусства: Вверху: Свет распространяется по-разному в одномодовых и многомодовых волокнах. Внизу: Внутри типичного одномодового оптоволоконного кабеля (не в масштабе). Тонкий сердечник окружен оболочкой примерно в десять раз большего диаметра, пластиковым внешним покрытием (примерно в два раза больше диаметра оболочки), некоторыми укрепляющими волокнами из прочного материала, такого как кевлар®, с защитной внешней оболочкой снаружи.

Самый простой тип оптического волокна называется одномодовый . У него очень тонкое ядро толщиной около 5-10 микрон (миллионных долей метр) в диаметре. В одномодовом волокне все сигналы проходят прямо по середине, не отскакивая от краев (желтая линия в схему). Кабельное ТВ, Интернет и телефонные сигналы обычно передаются одномодовым волокна, свернутые вместе в огромный пучок. Такие кабели могут передавать информация на расстоянии более 100 км (60 миль).

Другой тип оптоволоконного кабеля называется многорежимный . Каждое оптическое волокно в многомодовый кабель примерно 10 раз больше, чем в одномодовом кабеле. Это означает, что световые лучи могут проходить через ядро, следуя Разновидность разными путями (желтые, оранжевые, синие и голубые линии) — другими словами, в несколько разных режимов. Многомодовые кабели могут передавать информацию только на относительно короткие расстояния и используются (среди прочего) для связывать компьютерные сети вместе.

Еще более толстые волокна используются в медицинском инструменте под названием гастроскоп (разновидность эндоскопа), какие врачи протыкают кому-то горло для обнаружения болезней внутри их желудок. Гастроскоп представляет собой толстый оптоволоконный кабель, состоящий из многих оптических волокон. На верхнем конце гастроскопа имеется окуляр и фонарь. Лампа освещает одну часть кабеля в желудок пациента. Когда свет достигает желудка, он отражается стенки желудка в линзу в нижней части кабеля. Затем он возвращается в другую часть кабель в окуляр врача. Другие типы эндоскопов работают так же. способ и может быть использован для осмотра различных частей тела. Существует также промышленная версия инструмента, называемая фиброскопом, которую можно использовать исследовать такие вещи, как недоступные части машин в самолете двигатели.

Использование для оптоволокна

Стрелять светом по трубе кажется изящным научным трюк на вечеринке, и вы, возможно, не думаете, что найдется много практического применения для что-то такое. Но так же, как электричество может питать многие типы машин, лучи света могут нести много типов информацию, поэтому они могут помочь нам во многих отношениях. Мы просто не замечаем насколько обычным явлением стали оптоволоконные кабели, потому что лазерные сигналы, которые они несут, мерцают далеко под нашими ногами, глубоко под офисными полами и улицами города. Технологии, которые используют это — компьютерные сети, радиовещание, медицинское сканирование и военная техника (назовем только четыре) — сделать это совершенно незаметно.

Фото: Работа с оптоволоконным кабелем. Фотография Натанаэля Каллона, любезно предоставлена ВВС США.