Волоконно-оптический кабель: характеристики, сфера применения, плюсы и минусы

2023-02-27 11:22:52 Время чтения 8 мин 1889

Повсеместное распространение оптоволокна стало следствием развития стандарта Ethernet, который появился на свет в далеком 1973 году. Тогда скорость передачи данных в компьютерных сетях достигала максимальной отметки в 2,94 Мбит/с. Сегодня эта цифра кажется попросту смешной и не соответствует требованиям современного Интернет-пользователя. Результатом развития стандарта 802.3 стало появление 1000BASE-X, построенного на принципиально другой технологии передачи информации.

Кабель из оптоволокна входит в состав пассивных компонентов ВОЛС (Волоконно-оптическая линия связи). Он состоит из светонесущих элементов, защищенных внешней оболочкой. Длина сегмента может достигать 100 км без потери или ослабления сигнала. При помощи муфты сегменты объединяются между собой. Световой поток используется для передачи сигнала по каналу. Он генерируется лазером, а трансформируется электрическим регенератором и фотоприемником.

Достоинства и недостатки

Оптическое волокно обладает рядом неоспоримых преимуществ перед витой парой:

  1. высокая пропускная способность оптоволокна по сравнению с медью. Компания Google построила трассу США-Япония с максимальной скоростью передачи в 600 Тбит/сек;
  2. меньшие потери мощности и возможность передачи данных на большие расстояния;
  3. устойчивость к электромагнитным наводкам;
  4. длина сегмента сети с использованием одномодового волокна может достигать 100 километров;
  5. оптика легче, тоньше и занимает меньше площади;
  6. передаваемую информацию очень трудно перехватить, поскольку кабель не производит электромагнитной энергии;
  7. устойчивость к окислению;
  8. отсутствие в конструкции драгоценных металлов, вследствие чего низкая стоимость.

Среди недостатков стоит отметить:

  1. сложность монтажа требует наличия специального оборудования;
  2. вследствие неправильной прокладки при сгибе провода оптоволокно может сломаться или под углом сигнал потеряет интенсивность;
  3. для проверки передачи данных по оптоволоконному кабелю необходимы специальные устройства.

Принцип работы

В основе устройства кабеля из оптоволокна лежат стеклянные световоды. Это своеобразные трассы для транспортировки лучей света от источника до приемника. По привычному нам медному проводнику, который по сей день повсеместно используется в локальных сетях, движутся электроны. Информация кодируется единицами и нулями: если электрический импульс есть, значит он трансформируется сетевой картой в значение «1», и наоборот, если его нет — в «0».

С оптикой ситуация выглядит примерно таким же образом. В ней со скоростью света движутся его пучки — моды. Их присутствие определяет передаваемый бит информации, только со значительно большей скоростью (более 10Гбит/с).

Для отправки светового сигнала применяется лазер, луч которого направлен в сердцевину кабеля. При помощи системы зеркал он экранируется, что позволяет ему проходить изгибы и неровности канала. Концом пути светового потока является конечное оборудование, такое как медиаконвертер или роутер с поддержкой PON.

Его задача заключается в превращении оптического сигнала в электрический и наоборот. От него прокладывается стандартная витая пара и подключается к сетевому оборудованию, например, домашнему роутеру.

Области применения

Первое, что приходит на ум при упоминании волоконно-оптического кабеля, — Интернет. Все известные провайдеры заменили свои медные коммуникации на высокоскоростную оптику. Это позволило увеличить пропускную способность канала, необходимую для передачи интернет-трафика, организации IP-телефонии, телевидения и выделенных сервисов.

В целом, при помощи ВОК построена вся Мировая Паутина. Ее сети тянутся от берегов США по всему земному шару в виде подводных коммуникаций. Хрупкий кабель защищен толстостенной изоляцией, а укладывается он при помощи специальных кораблей под грунтом на самом дне океана.

Данная технология обретает все большую популярность и в построении локальных сетей. Особенно это касается загородных домов, где нет доступа к сети крупных провайдеров. Существует практика возведения вышек с пушками Wi-Fi, от которых тянется оптика до частных владений, позволяя таким образом подключиться к Интернету вдали от города.

Помимо этого, оптоволокно применяется в следующих сферах:

  1. промышленные системы управления;
  2. авиационные системы;
  3. военные системы командования, управления и связи;
  4. датчики — оптика может использоваться для доставки света от удаленного источника к датчику для получения информации о давлении, температуре или другой информации;
  5. подача энергии — оптические волокна могут обеспечивать исключительно высокий уровень мощности для таких задач, как лазерная резка, сварка, маркировка и сверление;
  6. освещение — пучок волокон, собранных вместе с источником света на одном конце, может освещать труднодоступные области — например, внутри человеческого тела, в сочетании с эндоскопом. Также их можно использовать как выставочную вывеску или декоративную подсветку.

Конструкция и материалы

Определившись с тем, что такое оптоволокно, перейдем к описанию его устройства. Чтобы лучше понять структуру оптического волокна, рассмотрим процесс его производства:

  1. нагретый кварцевый песок протягивают через сканер, проверяющий диаметр получающейся нити;
  2. затем в камеру охлаждения;
  3. и наконец в ванну с полимером, который налипает и формирует внешний защитный слой;
  4. в конце вертикального конвейера находится бобина, на которую со скоростью 3 км/с наматывается остывшее волокно;
  5. его транспортируют на завод, где осуществляется покраска каждой нити, чтобы их затем можно было различить в зависимости от канала передачи данных;
  6. на специальном станке из них формируются пучки, которые затем запаиваются в кожух из полиэтилена;
  7. пучки пережемаются с армирующим стеклопластиковым стержнем, а затем упаковываются во внешнюю изоляцию. Так формируется строение конструкции оптоволоконного кабеля.

В зависимости от сценария использования кабеля, его конструктивные особенности могут меняться, но общий принцип остается один. Для понимания расположения элементов оптоволокна кабеля, фото в разрезе окажется наиболее удобным способом продемонстрировать их на самом распространенном примере:

  1. сердечник из оптического волокна — самая хрупкая часть кабеля;
  2. гидрофобный заполнитель обеспечивает защиту посредством амортизации;
  3. эту конструкцию опоясывает центральная трубка;
  4. промежуточная полиэтиленовая оболочка обеспечивает дополнительную защиту сердцевины;
  5. как правило, в кабеле присутствует броня (существует множество разновидностей);
  6. все перечисленные элементы закрывает наружная оболочка.

Сравнение оптоволокна и витой пары

Возникает правомерный вопрос — почему же, несмотря на все преимущества оптоволоконного кабеля, Интернет в большинство российских квартир доставляется при помощи медной витой пары? Дело в том, что они не подлежат прямому сравнению, просто назначение — разное.

Несомненно, оптика обладает преимуществами скорости света и способна доставить объемные данные на огромные расстояния. В этом заключается ее главное предназначение — в построении целых магистралей. Когда же дело доходит до щитка провайдера внутри подъезда, то здесь витая пара оправдывает себя полностью. Благодаря простоте монтажа и достаточной скорости для передачи на короткие расстояния (например, внутри многоквартирного дома), она становится незаменимой.

Применение оптоволокна всегда оправдано в промышленных масштабах. При проектировании локальной сети небольшого предприятия или офиса учитывают затраты на кабель и оконечное оборудование. В этом случае, оптоволоконный кабель для интернета проигрывает меди из-за того, что его монтаж в разы сложнее и дороже.