Прогресс не остановить. Каждый день в нашу жизнь входят все новые материалы. Революционным открытием в плане прокладки высокоскоростных коммуникаций стало изобретение оптического кабеля.
Содержание
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:
- 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.
- 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:
- 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.
- 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:
- Модули без оптоволокна.
- Медные жилы
- 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.
Различают кабели:
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.
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
