Оптоволоконные кабели

Оптоволоконный (он же волоконно-оптический) кабель — это принципи­ально иной тип кабеля по сравнению с рассмотренными двумя типами электрического или медного кабеля. Информация по нему передается не электрическим сигналом, а световым. Главный его элемент — это прозрач­ное стекловолокно, по которому свет проходит на огромные расстояния (до десятков километров) с незначительным ослаблением.

Структура оптоволоконного кабеля очень проста и похожа на структуру коаксиального электрического кабеля, только вместо централь­ного медного провода здесь используется тонкое (диаметром порядка I-10 мкм) стекловолокно, а вместо внутренней изоляции - стеклянная или пластиковая оболочка, не позволяющая свету выходить за пределы стек­ловолокна. В данном случае мы имеем дело с режимом так называемого полного внутреннего отражения света от границы двух веществ с разны­ми коэффициентами преломления (у стеклянной оболочки коэффициент преломления значительно ниже, чем у центрального волокна). Металли­ческая оплетка кабеля обычно отсутствует, так как экранирование от вне­шних электромагнитных помех здесь не требуется, однако иногда ее все-таки применяют для механической защиты от окружающей среды (такой кабель иногда называют броневым, он может объединять под одной обо­лочкой несколько оптоволоконных кабелей).

Оптоволоконный кабель обладает исключительными характеристиками по помехозащищенности и секретности передаваемой информации. Ни­какие внешние электромагнитные помехи в принципе не способны иска­зить световой сигнал, а сам этот сигнал принципиально не порождает вне­шних электромагнитных излучений. Подключиться к этому типу кабеля для несанкционированного прослушивания сети практически невозмож­но, так как это требует нарушения целостности кабеля. Теоретически воз­можная полоса пропускания такого кабеля достигает величины 1012 Гц, что несравнимо выше, чем у любых электрических кабелей. Стоимость оптоволоконного кабеля постоянно снижается и сейчас примерно равна стоимости тонкого коаксиального кабеля. Однако в данном случае необ­ходимо применение специальных оптических приемников и передатчи­ков, преобразующих световые сигналы в электрические и обратно, что порой существенно увеличивает стоимость сети в целом.

Типичная величина затухания сигнала в оптоволоконных кабелях на ча­стотах, используемых в локальных сетях, составляет около 5 дБ/км, что примерно соответствует показателям электрических кабелей на низких частотах. Но в случае оптоволоконного кабеля при росте частоты переда­ваемого сигнала затухание увеличивается очень незначительно, и на боль­ших частотах (особенно свыше 200 МГц) его преимущества перед элект­рическим кабелем неоспоримы, он просто не имеет конкурентов.

Однако оптоволоконный кабель имеет и некоторые недостатки.

Самый главный из них - высокая сложность монтажа (при установке разъемов необходима микронная точность, от точности скола стеклово­локна и степени его полировки сильно зависит затухание в разъеме). Для установки разъемов применяют сварку или склеивание с помощью спе­циального геля, имеющего такой же коэффициент преломления све­та, что и стекловолокно. В любом случае для этого нужна высокая квали­фикация персонала и специальные инструменты. Поэтому чаще всего оптоволоконный кабель продается в виде заранее нарезанных кусков раз­ной длины, на обоих концах которых уже установлены разъемы нужного типа.
Хотя оптоволоконные кабели и допускают разветвление сигналов (для этого выпускаются специальные разветвители на 2-8 каналов), как пра­вило, их используют для передачи данных только в одном направлении, между одним передатчиком и одним приемником. Ведь любое разветвле­ние неизбежно сильно ослабляет световой сигнал, и если разветвлений будет много, то свет может просто не дойти до конца сети.

Оптоволоконный кабель менее прочен, чем электрический, и менее гиб­кий (типичная величина допустимого радиуса изгиба составляет около 10-20 см). Чувствителен он и к ионизирующим излучениям, из-за кото­рых снижается прозрачность стекловолокна, то есть увеличивается за­тухание сигнала. Чувствителен он также к резким перепадам темпера­туры, в результате которых стекловолокно может треснуть. В настоящее время выпускаются оптические кабели из радиационно стойкого стекла (стоят они, естественно, дороже).
Оптоволоконные кабели чувствительны также к механическим воздей­ствиям (удары, ультразвук) - так называемый микрофонный эффект. Для его уменьшения используют мягкие звукопоглощающие оболочки.
Применяют оптоволоконный кабель только в сетях с топологией «звезда» и «кольцо». Никаких проблем согласования и заземления в данном слу­чае не существует. Кабель обеспечивает идеальную гальваническую раз­вязку компьютеров сети. В будущем этот тип кабеля, вероятно, вытеснит электрические кабели всех типов или, во всяком случае, сильно потеснит их. Запасы меди на планете истощаются, а сырья для производства стек­ла более чем достаточно.

Существуют два различных типа оптоволоконных кабелей:
* многомодовый, или мультимодовый, кабель, более дешевый, но менее качественный;
* одномодовый кабель, более дорогой, но имеющий лучшие характеристики.

Основные различия между этими типами связаны с разным режимам прохождения световых лучей в кабеле.
В одномодовом кабеле практически все лучи проходят один и тот же путь, в результате чего все они достигают приемника одновременно, и форма сигнала практически не искажается. Одномодовый кабель имеет диаметр центрального волокна около 1,3 мкм и передает свет только с такой же длиной волны (1,3 мкм). Дисперсия и потери сигнала при этом очень не- . значительны, что позволяет передавать сигналы на значительно большее расстояние, чем в случае применения многомодового кабеля. Для одномодового кабеля применяются лазерные приемопередатчики, использую­щие свет исключительно с требуемой длиной волны. Такие приемопере­датчики пока еще сравнительно дороги и не слишком долговечны. Однако в перспективе одномодовый кабель должен стать основным благодаря своим прекрасным характеристикам.

В многомодовом кабеле траектории световых лучей имеют заметный раз­брос, в результате чего форма сигнала на приемном конце кабеля иска­жается. Центральное волокно имеет диаметр 62,5 мкм, а диаметр внеш­ней оболочки — 125 мкм (это иногда обозначается как 62,5/125). Для передачи используется обычный (не лазерный) светодиод, что снижает стоимость и увеличивает срок службы приемопередатчиков по сравне­нию с одномодовым кабелем. Длина волны света в многомодовом кабеле равна 0,85 мкм. Допустимая длина кабеля достигает 2-5 км. В настоящее время многомодовый кабель - основной тип оптоволоконного кабеля, так как он дешевле и доступнее.

Задержка распространения сигнала в оптоволоконном кабеле не сильно от­личается от задержки в электрических кабелях. Типичная величина задер­жки для наиболее распространенных кабелей составляет около 4-5 нс/м.