Komunikácia z optických vlákien. Komunikačné linky z optických vlákien: neobmedzené možnosti

Je ťažké si predstaviť moderné telekomunikácie bez komunikačných liniek z optických vlákien.

Každý rok sa po celom svete položia tisíce kilometrov vlákien. Vážnym konkurentom iných typov drôtovej komunikácie sa však stal pomerne nedávno. V posledných rokoch sa naznačuje rýchle rozšírenie optických liniek, a to aj napriek tomu, že ich zavádzanie začalo pred viac ako 30 rokmi.

Komunikačné linky z optických vlákien za relatívne krátke obdobie svojho vývoja zaujali vedúce postavenie v systémoch prenosu informácií, stali sa najdôležitejším článkom v informačnej infraštruktúre modernej spoločnosti.

FOCL je optická komunikačná linka, ktorá pozostáva z pasívnych a aktívnych prvkov určených na prenos optického (svetelného) signálu cez optický kábel. Optické siete majú obrovské výhody oproti klasickým vedeniam (koaxiálny kábel), ktoré sú náchylné na elektromagnetické polia, čo ovplyvňuje kvalitu prenosu signálu.

Optické siete nemajú až takú nevýhodu, navyše majú množstvo výhod - veľkú šírku pásma (frekvencia 1014 Hz, umožňuje prenášať až niekoľko terabitov za sekundu), na základe tejto technológie môžete vytvárať linky do sto kilometrov, ktoré majú vysokú ochranu proti rušeniu, od roku Vláknitý materiál je odolný voči elektromagnetickému rušeniu. Takýto kábel je oveľa ľahší ako meď a má menší objem. Navyše životnosť takýchto optických vedení je dvadsaťpäť rokov.

A hoci je dnes spojovacia technika dosť drahá, samotné vlákno je vyrobené z kremeňa na báze oxidu kremičitého, ktorý je v prírode rozšírený a náklady na jeho výrobu sú takmer polovičné ako pri výrobe medeného kábla. A o perspektívnosti týchto liniek hovorí skutočnosť, že teraz je možné prenášať telesignál, telefón, vysokorýchlostný internet prostredníctvom jednej linky.

Hlavné výhody FOCL sú:

Široká šírka pásma - vďaka extrémne vysokej nosnej frekvencii 1014Hz. To dáva potenciál na prenos toku informácií niekoľkých terabitov za sekundu cez jedno optické vlákno. Vysoká šírka pásma je jednou z najdôležitejších výhod optického vlákna oproti medi alebo akýmkoľvek iným médiám.

Nízky útlm svetelného signálu vo vlákne. Priemyselné optické vlákno v súčasnosti vyrábané domácimi a zahraničnými výrobcami má útlm 0,2-0,3 dB pri vlnovej dĺžke 1,55 mikrónov na kilometer. Nízky útlm a nízky rozptyl umožňujú stavať úseky vedení bez retransmisie až do 100 km a viac.

Nízky šum v kábli z optických vlákien umožňuje zvýšiť šírku pásma prenosom rôznych modulácií signálu s nízkou redundanciou kódu.

Vysoká odolnosť proti hluku. Keďže vlákno je vyrobené z dielektrického materiálu, je odolné voči elektromagnetickému rušeniu z okolitých medených káblových systémov a elektrických zariadení, ktoré môžu indukovať elektromagnetické žiarenie (elektrické vedenie, inštalácie elektromotorov atď.). Viacvláknové káble tiež nemajú problém s EM presluchmi, ktorý je vlastný viacpárovým medeným káblom.

Nízka hmotnosť a objem. Káble z optických vlákien (FOC) sú pri rovnakej šírke pásma ľahšie a ľahšie ako medené káble. Napríklad 900-párový telefónny kábel s priemerom 7,5 cm možno nahradiť jedným vláknom s priemerom 0,1 cm.

Vysoká bezpečnosť proti neoprávnenému prístupu. Keďže FOC prakticky nevyžaruje v rádiovom dosahu, je ťažké odpočúvať cez ňu prenášané informácie bez narušenia príjmu a prenosu. Monitorovacie systémy (nepretržitá kontrola) integrity optickej komunikačnej linky, využívajúce vlastnosti vysokej citlivosti vlákna, dokážu okamžite deaktivovať „kompromitovaný“ komunikačný kanál a vydať poplach. Senzorové systémy využívajúce interferenčné efekty šírených svetelných signálov (ako cez rôzne vlákna, tak aj rôzne polarizácie) majú veľmi vysokú citlivosť na vibrácie a malé tlakové straty. Takéto systémy sú potrebné najmä pri vytváraní komunikačných liniek vo vláde, bankovníctve a niektorých ďalších špeciálnych službách, ktoré kladú zvýšené požiadavky na ochranu údajov. Úvaha o optických senzorových systémoch presahuje rámec tejto knihy.

Galvanické oddelenie sieťových prvkov. Táto výhoda optického vlákna spočíva v jeho izolačných vlastnostiach. Vlákno pomáha predchádzať elektrickým uzemňovacím slučkám, ktoré sa môžu vyskytnúť, keď sú dve sieťové zariadenia na holú sieť prepojené medeným káblom uzemnené na rôznych miestach v budove, napríklad na rôznych poschodiach. V tomto prípade môže nastať veľký potenciálny rozdiel, ktorý môže poškodiť sieťové zariadenie. Pri vláknine tento problém jednoducho neexistuje.

Výbuch a požiarna bezpečnosť. Optické vlákno vďaka absencii iskrenia zvyšuje bezpečnosť siete v chemických, ropných rafinériách pri obsluhe rizikových technologických procesov.

Účinnosť FOC. Vlákno je vyrobené z oxidu kremičitého na báze oxidu kremičitého, čo je na rozdiel od medi rozšírený a teda lacný materiál. V súčasnosti sú náklady na vlákno vo vzťahu k medeným párom 2: 5. FOC zároveň umožňuje prenášať signály na oveľa väčšie vzdialenosti bez opätovného prenosu. Počet opakovačov na dlhých linkách je znížený použitím FOC. Pri použití solitonových prenosových systémov boli dosiahnuté dosahy 4000 km bez regenerácie (teda len s použitím optických zosilňovačov na medziľahlých uzloch) pri prenosovej rýchlosti nad 10 Gbit/s.

Dlhá životnosť. Vláknina časom degraduje. To znamená, že útlm v položenom kábli sa postupne zvyšuje. Vďaka dokonalosti moderných technológií výroby optických vlákien je však tento proces výrazne spomalený a životnosť FOC je približne 25 rokov. Počas tejto doby sa môže zmeniť niekoľko generácií / štandardov vysielacích systémov.

Diaľkové napájanie. V niektorých prípadoch je potrebné vzdialené napájanie uzla informačnej siete. Optické vlákno nemôže fungovať ako napájací kábel. V týchto prípadoch je však možné použiť zmiešaný kábel, kedy je spolu s optickými vláknami kábel vybavený medeným vodivým prvkom. Takýto kábel je široko používaný v Rusku aj v zahraničí.

Náklady na vybavenie rozhrania. Elektrické signály musia byť prevedené na optické a naopak. Cena optických vysielačov a prijímačov je stále dosť vysoká. Pri vytváraní optickej komunikačnej linky sú potrebné aj vysoko spoľahlivé špecializované spínacie pasívne zariadenia, optické konektory s nízkymi stratami a veľkým zdrojom pre spojenie-odpojenie, optické rozbočovače a atenuátory.

Montáž a údržba optických vedení. Náklady na inštaláciu, testovanie a podporu komunikačných liniek z optických vlákien tiež zostávajú vysoké. Ak je optický kábel poškodený, potom je potrebné vlákna v mieste zlomu spojiť a chrániť túto časť kábla pred vonkajším prostredím. Výrobcovia medzitým prinášajú na trh čoraz sofistikovanejšie nástroje na inštalačné práce s FOC, čím znižujú ich cenu.

Požiadavka na špeciálnu ochranu vlákien. Pre zvýšenie spoľahlivosti je optické vlákno pri výrobe potiahnuté špeciálnym lakom na báze epoxidového akrylátu a samotný optický kábel je spevnený napríklad vláknami na báze kevlaru. Ak sú potrebné ešte prísnejšie podmienky pretrhnutia, môže byť kábel vystužený špeciálnym oceľovým lankom alebo tyčami zo sklenených vlákien. To všetko však znamená zvýšenie nákladov na optický kábel.

Výhody použitia optických komunikačných liniek sú také významné, že aj napriek uvedeným nevýhodám optického vlákna sú ďalšie vyhliadky na rozvoj optických komunikačných technológií v informačných sieťach viac než zrejmé.

Komunikačné linky z optických vlákien

Komunikačné linky z optických vlákien

(FOCL), optické komunikačné linky, v ktorých sa informácie prenášajú pomocou prvkov z optických vlákien. FOCL pozostáva z vysielacích a prijímacích optických modulov, optických káblov a optických konektorov. Optické vlákno je najmodernejšie médium na prenos veľkých tokov informácií na veľké vzdialenosti. Je vyrobený z kremeňa na báze oxidu kremičitého, čo je široko používaný a lacný materiál na rozdiel od medi používanej v konvenčných drôtoch. Optické vlákno je veľmi kompaktné a ľahké, s priemerom len cca. 100 mikrónov. Vlákna z optických vlákien sú zväzky optických vlákien, na koncoch zlepené alebo sintrované, chránené nepriehľadným plášťom a majúce konce s lešteným povrchom. Sklenené vlákno je dielektrikum, preto pri budovaní optických komunikačných systémov nemusia byť jednotlivé optické vlákna od seba izolované. Výdrž optického vlákna je až 25.

Pri vytváraní optických komunikačných liniek sú potrebné vysoko spoľahlivé elektronické prvky, ktoré premieňajú elektrické signály na svetlo a svetlo na elektrické signály, ako aj optické konektory s nízkymi optickými stratami. Preto si inštalácia takýchto vedení vyžaduje drahé vybavenie. Výhody používania optických komunikačných liniek sú však také veľké, že napriek uvedeným nevýhodám optických vlákien sa tieto komunikačné linky čoraz viac využívajú na prenos informácií. Rýchlosť prenosu dát sa môže zvýšiť vďaka prenosu informácií v dvoch smeroch naraz, keďže svetelné vlny sa môžu v jednom optickom vlákne šíriť nezávisle od seba. To umožňuje zdvojnásobiť šírku pásma optického komunikačného kanála.

Komunikačné linky z optických vlákien sú odolné voči elektromagnetickému rušeniu a prenášané cez optické vlákna sú chránené pred neoprávneným prístupom. Nie je možné pripojiť sa k takýmto komunikačným linkám bez narušenia integrity linky. Prvýkrát sa prenos signálov cez optické vlákno uskutočnil v roku 1975. V súčasnosti sa rýchlo rozvíjajú diaľkové optické komunikačné systémy na vzdialenosti mnoho tisíc kilometrov. Úspešne sa využívajú transatlantické komunikačné linky USA – Európa, tichomorská linka USA – Havajské ostrovy – Japonsko. Prebiehajú práce na dokončení výstavby globálnej optickej komunikačnej linky Japonsko – Singapur – India – Saudská Arábia – Egypt – Taliansko. V Rusku TransTeleCom vytvoril optickú komunikačnú sieť s dĺžkou viac ako 36 000 km. Je duplikovaný satelitnými komunikačnými kanálmi. Na koniec. 2001 bola vytvorená jednotná chrbticová digitálna komunikačná sieť. Poskytuje medzimestské a medzinárodné telefónne služby, internet, káblovú televíziu v 56 z 89 regiónov Ruska, kde žije 85 – 90 % obyvateľstva.

Encyklopédia "Technika". - M.: Rosman. 2006 .

Pozrite sa, čo sú „komunikačné linky z optických vlákien“ v iných slovníkoch:

Komunikačná linka z optických vlákien (FOCL) je optický systém pozostávajúci z pasívnych a aktívnych prvkov určených na prenos optického signálu cez optický kábel. Obsah 1 prvky FOCL 2 Inštalácia ... ... Wikipedia

optický komunikačný systém- - [E.S. Alekseev, A.A. Myachev. Anglický ruský vysvetľujúci slovník inžinierstva počítačových systémov. Moskva 1993] optický komunikačný systém Prenos modulovanej alebo nemodulovanej optickej energie cez optické médiá, ... ...

RD 45.047-99: Optické prenosové vedenia na chrbticových a vnútrozónových primárnych sieťach Ozbrojených síl Ruska. Technická prevádzka. Technický návod- Terminológia RD 45.047 99: Optické prenosové vedenia na chrbticových a vnútrozónových primárnych sieťach ruských ozbrojených síl. Technická prevádzka. Smerný technický materiál: 3.1.18 Parametre kvality "NÚDZOVÉ" presahovali ... ... Slovník-príručka termínov normatívnej a technickej dokumentácie

optický kábel- Kábel obsahujúci jedno alebo viac optických vlákien a určený na prenos dát. kábel z optických vlákien [Luginsky Ya. N. a kol. Anglický ruský slovník elektrotechniky a ... ... Technická príručka prekladateľa

adaptér z optických vlákien- Pasívne zariadenie používané na pripojenie optických zástrčiek a pripojenie optických vlákien. [SN RK 3.02 17 2011] optický adaptér Komponent spínacieho zariadenia určený na polohovanie a spojenie dvoch ... ... Technická príručka prekladateľa

optická linka- Súbor segmentov a opakovačov z optických vlákien, ktoré v spojení tvoria prenosovú cestu. [Zdroj] Témy optické komunikačné linky EN optické spojenie ... Technická príručka prekladateľa

tlmič optických vlákien- Komponent inštalovaný v prenosovom systéme z optických vlákien na zníženie výkonu optického signálu. Často sa používa na obmedzenie optického výkonu prijímaného fotodetektorom na hranice optickej citlivosti ... ... Technická príručka prekladateľa

- (FOCL), Komunikačná linka z optických vlákien (FOCL) je systém z optických vlákien pozostávajúci z pasívnych a aktívnych prvkov, určený na prenos informácií v optickom (zvyčajne blízkom infračervenom) rozsahu. Obsah 1 ... Wikipedia

Skontrolujte informácie. Je potrebné overiť správnosť faktov a správnosť informácií uvedených v tomto článku. Na diskusnej stránke by mali byť vysvetlenia ... Wikipedia

Technika prenosu informácií z jedného miesta na druhé vo forme elektrických signálov odosielaných po drôtoch, kábloch, optických vláknach alebo bez akýchkoľvek vodiacich línií. Smerový prenos po drôte sa zvyčajne vykonáva z jedného ... ... Collierova encyklopédia

knihy

• Optické komunikačné vedenia a ich ochrana pred vonkajšími vplyvmi, Sokolov S. Základné informácie o fyzikálnych základoch, štruktúre a použití optických vlákien, princípoch a technológii prenosu optického signálu, konštrukcii a prevádzke optických ...

V súčasnosti sa ako optické komunikačné linky používajú:

a) komunikačné linky z optických vlákien (FOCL);

b) optické komunikačné linky využívajúce laserovú „pištoľ“;

c) optické komunikačné linky využívajúce infračervené žiariče a prijímače;

d) optické komunikačné linky využívajúce organokremičité optické vlákno.

Bloková schéma optickej komunikačnej linky je znázornená na obr. 4.2.

Obrázok 4.2. Štrukturálny diagram FOCL.

Elektrický signál ide do vysielača - transceiveru, ktorý premení elektrický signál na svetelný impulz, ktorý je privedený cez optický konektor do optického kábla. V mieste príjmu je optický kábel prepojený optickým konektorom s prijímačom - transceiverom, ktorý premieňa lúč svetla na elektrický signál.

Štrukturálny diagram sa môže meniť v závislosti od účelu FOCL, jeho dĺžky, kvality použitých komponentov. V značných vzdialenostiach medzi bodmi vysielania a príjmu je zavedený opakovač - zosilňovač signálov. Ak je dĺžka optického kábla krátka (ak je stavebná dĺžka optického kábla dostatočná), zváranie kábla nie je potrebné. Fasádnou dĺžkou sa rozumie dĺžka jedného kusu kábla dodávaného výrobcom.

Komunikačné linky z optických vlákien majú nasledujúce výhody:

1. Vysoká odolnosť voči šumu od vonkajšieho elektromagnetického rušenia a od medzikanálového rozhrania.

2. Široký rozsah pracovných frekvencií umožňuje takouto komunikačnou linkou prenášať informácie rýchlosťou 10 12 bit/s = Tbit/s.

3. Ochrana pred neoprávneným prístupom: optická komunikačná linka takmer nevyžaruje do okolitého priestoru a je prakticky nemožné vyrobiť odbočky optickej energie bez zničenia kábla. A akékoľvek dopady na vlákno možno zaznamenať monitorovaním (nepretržitou kontrolou) integrity linky.

4. Možnosť skrytého prenosu informácií.

5. Potenciálne nízke náklady vďaka nahradeniu drahých neželezných kovov (meď) materiálmi s neobmedzeným množstvom surovín (oxid kremičitý).

6. Automaticky je zabezpečené galvanické oddelenie líniových segmentov.

Technológia optických vlákien má však svoje nevýhody:

1. Vysoké náklady na vybavenie.

2. Potrebné sú drahé technologické zariadenia, ako pri montáži, tak aj počas prevádzky. Keď sa optický kábel zlomí, náklady na jeho obnovu sú oveľa vyššie ako náklady na medený kábel.

3. Relatívne nízka životnosť. Životnosť + zachovanie jeho vlastností v určitých prípustných medziach - optický kábel 25 rokov. Všimnite si, že telefónne linky položené na začiatku storočia sú v Moskve stále v prevádzke (pozri Hard & Soft, 1998, N11).

4. Optické káble nie sú odolné voči žiareniu.

Základ FOCL tvoria optické káble vyrobené zo samostatných svetlovodov - optických vlákien.

Prenos optickej energie cez optické vlákno sa dosahuje efektom úplného vnútorného odrazu. Optické vlákno je dvojvrstvový valcový svetlovod (obr. 4.3.)

Obrázok 4.3. Šírenie žiarenia a zmena a zmena indexu lomu v optickom vlákne

Materiál vnútorného jadra má index lomu n 1 a materiál vonkajšej vrstvy n 2, pričom n 1 > n 2, t.j. materiál vnútorného jadra je opticky hustejší ako materiál plášťa. Pre žiarenie vstupujúce do valca pod malými uhlami vzhľadom na os valca je splnená podmienka úplného vnútorného odrazu: keď žiarenie dopadne na hranicu s plášťom, všetka energia žiarenia sa odrazí do jadra vlákna. To isté sa deje so všetkými nasledujúcimi odrazmi; V dôsledku toho sa žiarenie šíri pozdĺž osi vlákna bez toho, aby opustilo plášť. Maximálny uhol mimo osi, pri ktorom ešte existuje úplný vnútorný odraz, je daný vzťahom A 0 = sin y 0 =.

Hodnota A 0 sa nazýva numerická apertúra optického vlákna a berie sa do úvahy pri priraďovaní optického vlákna k žiariču. Žiarenie dopadajúce na čelnú plochu v uhloch y> y 0 (lúče mimo apertúry) sa pri interakcii s plášťom nielen odráža, ale aj láme; časť optickej energie opúšťa vlákno. Nakoniec, po viacnásobnom stretnutí s rozhraním žily a plášťa, je takéto žiarenie úplne rozptýlené z vlákna.

Žiarenie sa šíri pozdĺž vlákna aj vtedy, ak k poklesu indexu lomu od stredu k okraju nedochádza postupne, ale postupne. V takýchto vláknach sa lúče vstupujúce na koncovú plochu lámu a zaostrujú blízko stredovej čiary (pozri obrázok 4.4).

Obrázok 4.4. Šírenie žiarenia a zmena indexu lomu pri selfie.

Akákoľvek dĺžka takéhoto vlákna pôsobí ako šošovka s krátkym ohniskom, čo spôsobuje samozaostrovací efekt.

Tieto svetlovody sa nazývajú self (self, focus).

Priemysel mnohých krajín si osvojil výrobu širokého spektra produktov a komponentov pre komunikačné linky z optických vlákien. Treba si uvedomiť, že výroba optického vlákna je sústredená najmä v USA. Na prenos signálu sa používajú dva typy vlákien: single-mode a multi-mode. V jednovidovom vlákne má jadro vlákna priemer 8-10 µm. V multimódovom vlákne je priemer vlákna 50-60 µm.

Optické vlákno sa vyznačuje dvoma dôležitými parametrami: útlmom a rozptylom.

Útlm je kvantitatívne určený vzorcom

Pвх - výkon vstupného optického signálu;

Pout - výkon výstupného optického signálu;

l je dĺžka svetlovodu.

Útlm sa meria v decibeloch na kilometer (dB / km).

Útlm je určený stratou absorpcie a rozptylu žiarenia v optickom vlákne. Absorpčná strata závisí od frekvencie materiálu a strata rozptylom od nehomogenity jeho indexov lomu. Útlm závisí aj od vlnovej dĺžky žiarenia privádzaného do optického vlákna. V súčasnosti sa prenos signálu cez vlákno uskutočňuje v troch rozsahoch: 0,85 µm, 1,3 µm, 1,55 µm, pretože práve v týchto rozsahoch má kremeň zvýšenú priehľadnosť. Optické vlákna sa vyznačujú veľmi nízkym útlmom. Najlepšie vzorky ruského vlákna majú útlm 0,22 dB / km pri vlnovej dĺžke 1,55 µm, čo umožňuje vybudovať komunikačné linky až do dĺžky 100 km bez regenerácie signálu. Optické vlákna od Sumitoto (Japonsko) majú útlm 0,154 dB/km pri vlnovej dĺžke 1,55 µm. Existujú správy o vývoji takzvaných fluorozirkonátových optických vlákien s útlmom rádovo 0,02 dB/km, ktoré zabezpečia prenosovú rýchlosť rádovo 1 Gbit/s s regenerátormi po 4600 km.

Rozptyl, t.j. závislosť rýchlosti šírenia signálu od vlnovej dĺžky žiarenia je ďalším dôležitým parametrom optického vlákna. Keďže svetelná dióda alebo laser pri prenose informácií vyžaruje určité spektrum vlnových dĺžok, disperzia vedie k rozšíreniu impulzov, keď sa šíria pozdĺž vlákna, a tým generuje skreslenie signálu. Pri hodnotení rozptylu sa používa pojem „priepustné pásmo“ - prevrátená hodnota rozšírenia impulzu, keď prejde vzdialenosť 1 km cez optické vlákno.

Šírka pásma sa meria v megahertzoch na kilometer (MHz * km). Rozptyl ukladá obmedzenia na prenosovú vzdialenosť a hornú hodnotu frekvencie prenášaných signálov.

Veľkosť útlmu a disperzie je pre rôzne typy optických vlákien rôzna.

Singlemode vlákna ponúkajú vynikajúci útlm a výkon šírky pásma. Jednomódové zdroje žiarenia (diódové lasery pracujúce na vlnovej dĺžke 1,55 μm) sú však niekoľkonásobne drahšie ako multimódové zdroje (svetelná dióda pracujúca na vlnovej dĺžke 0,85 μm). Splietanie jednovidových vlákien, montáž optických konektorov na konce jednovidových káblov sú drahšie. Šírka pásma multimódových vlákien však dosahuje 1000 MHz * km, čo je prijateľné len pre lokálne komunikačné siete.

Na prepojenie prijímača a vysielača slúži optický kábel (FOC), v ktorom sú optické vlákna doplnené prvkami zvyšujúcimi elasticitu a pevnosť kábla.

Hlavnými ukazovateľmi FOC sú prevádzkové podmienky a priepustnosť.

Vzťah korekčnej schopnosti kódu s kódovou vzdialenosťou

Stupeň rozdielu medzi akýmikoľvek dvoma kombináciami kódov je charakterizovaný vzdialenosť medzi nimi podľa Hamminga alebo jednoducho kódová vzdialenosť.

Hammingova vzdialenosť d vyjadrené počtom pozícií, v ktorých sa kombinácie kódov navzájom líšia.

Príklad 1. Nájdite Hammingovu vzdialenosť d medzi kombináciami kódov 10101011 a 11111011.

Optické vlákno pozostáva z centrálneho vodiča svetla (jadra) - skleneného vlákna obklopeného ďalšou vrstvou skla - plášťa s nižším indexom lomu ako jadro. Svetelné lúče, ktoré sa šíria pozdĺž jadra, neprekračujú jeho hranice a odrážajú sa od krycej vrstvy obalu. V optickom vlákne je svetelný lúč zvyčajne tvorený polovodičovým alebo diódovým laserom. V závislosti od rozloženia indexu lomu a od veľkosti priemeru jadra sa optické vlákno delí na jednovidové a viacvidové.

Trh s výrobkami z optických vlákien v Rusku

História

Vláknová optika, aj keď je široko používaným a obľúbeným prostriedkom poskytovania komunikácie, samotná technológia je jednoduchá a dlhodobo vyvíjaná. Experiment so zmenou smeru svetelného lúča lomom demonštrovali Daniel Colladon a Jacques Babinet už v roku 1840. O niekoľko rokov neskôr John Tyndall použil tento experiment na svojich verejných prednáškach v Londýne a už v roku 1870 publikoval prácu o podstate svetla. Praktická aplikácia technológie sa našla až v dvadsiatom storočí. V 20. rokoch minulého storočia experimentátori Clarence Hasnell a John Berd preukázali schopnosť prenášať obraz cez optické trubice. Tento princíp použil Heinrich Lamm na lekárske vyšetrenie pacientov. Až v roku 1952 indický fyzik Narinder Singh Kapany uskutočnil sériu vlastných experimentov, ktoré viedli k vynálezu optického vlákna. V skutočnosti vytvoril rovnaký zväzok sklenených vlákien a obal a jadro boli vyrobené z vlákien s rôznymi indexmi lomu. Škrupina v skutočnosti slúžila ako zrkadlo a jadro bolo priehľadnejšie - takto sa vyriešil problém rýchleho rozptylu. Ak predtým lúč nedosiahol koniec optického vlákna a nebolo možné použiť takýto spôsob prenosu na veľké vzdialenosti, teraz je problém vyriešený. Narinder Kapani vylepšil technológiu do roku 1956. Zväzok pružných sklenených tyčiniek prenášal obraz prakticky bez straty alebo skreslenia.

Vynález optického vlákna v roku 1970 odborníkmi z Corningu, ktorý umožnil duplikovať systém prenosu telefónneho signálu po medenom drôte na rovnakú vzdialenosť bez opakovačov, sa považuje za prelomový bod v histórii vývoja optických vlákien. technológie. Vývojárom sa podarilo vytvoriť vodič, ktorý je schopný udržať aspoň jedno percento výkonu optického signálu na vzdialenosť jedného kilometra. Na dnešné pomery je to pomerne skromný úspech, ale vtedy, takmer pred 40 rokmi, to bola nevyhnutná podmienka na vývoj nového typu drôtovej komunikácie.

Spočiatku bolo optické vlákno viacfázové, to znamená, že mohlo prenášať stovky svetelných fáz naraz. Okrem toho zväčšený priemer jadra vlákna umožnil použitie lacných optických vysielačov a konektorov. Oveľa neskôr sa začalo používať vlákno s vyšším výkonom, cez ktoré sa v optickom médiu mohla prenášať len jedna fáza. Zavedením jednofázového vlákna bolo možné zachovať integritu signálu na väčšiu vzdialenosť, čo uľahčilo prenos značného množstva informácií.

Najvyhľadávanejším vláknom súčasnosti je ofsetové jednofázové vlákno s nulovou vlnovou dĺžkou. Od roku 1983 je v popredí priemyslu optických vlákien a dokazuje svoju výkonnosť na desiatkach miliónov kilometrov.

Výhody komunikácie z optických vlákien

• Širokopásmové optické signály vďaka extrémne vysokým nosným frekvenciám. To znamená, že informácie možno prenášať cez optickú linku rýchlosťou rádovo 1 Tbit/s;
• Veľmi nízky útlm svetelného signálu vo vlákne, ktorý umožňuje budovať optické komunikačné linky s dĺžkou až 100 km a viac bez regenerácie signálu;
• Odolnosť voči elektromagnetickému rušeniu z okolitých medených káblových systémov, elektrických zariadení (elektrické vedenia, inštalácie elektromotorov atď.) a poveternostných podmienok;
• Ochrana pred neoprávneným prístupom. Informácie prenášané cez komunikačné linky z optických vlákien je prakticky nemožné zachytiť nedeštruktívnym spôsobom;
• Elektrická bezpečnosť. Tým, že ide v skutočnosti o dielektrikum, optické vlákno zvyšuje výbuch a požiarnu bezpečnosť siete, čo je dôležité najmä v chemických a ropných rafinériách pri obsluhe vysoko rizikových technologických procesov;
• Trvanlivosť optických komunikačných vedení - životnosť optických komunikačných vedení je minimálne 25 rokov.

Nevýhody komunikácie z optických vlákien

• Relatívne vysoké náklady na aktívne prvky vedenia, ktoré premieňajú elektrické signály na svetlo a svetlo na elektrické signály;
• Relatívne vysoké náklady na spájanie optických vlákien. Vyžaduje si to presné, a teda drahé technologické vybavenie. Výsledkom je, že pri prerušení optického kábla sú náklady na obnovu optického spojenia vyššie ako pri práci s medenými káblami.

Prvky linky z optických vlákien

• Optický prijímač

Optické prijímače detegujú signály prenášané cez optický kábel a premieňajú ich na elektrické signály, ktoré potom zosilňujú a následne rekonštruujú svoj tvar, ako aj hodinové signály. V závislosti od prenosovej rýchlosti a systémovej špecifickosti zariadenia je možné dátový tok konvertovať zo sériového na paralelný.

• Optický vysielač

Optický vysielač v systéme s optickými vláknami konvertuje elektrickú sekvenciu údajov dodávaných komponentmi systému na tok optických údajov. Vysielač pozostáva z paralelného na sériový prevodník so synchronizačným syntezátorom (ktorý závisí od nastavenia systému a bitovej rýchlosti), budiča a zdroja optického signálu. Pre optické prenosové systémy možno použiť rôzne optické zdroje. Napríklad diódy vyžarujúce svetlo sa často používajú v lacných lokálnych sieťach na komunikáciu na krátke vzdialenosti. Široká spektrálna šírka pásma a nemožnosť práce vo vlnových dĺžkach druhého a tretieho optického okna však neumožňujú použitie LED v telekomunikačných systémoch.

• Predzosilňovač

Zosilňovač prevádza asymetrický prúd z fotodiódového snímača na asymetrické napätie, ktoré sa zosilňuje a premieňa na diferenciálny signál.

• IC synchronizácie a obnovy údajov

Tento mikroobvod musí obnoviť hodinové signály z prijatého dátového toku a ich taktovanie. Fázová slučka potrebná na obnovenie synchronizácie je tiež plne integrovaná do synchronizačného čipu a nevyžaduje externé riadiace impulzy synchronizácie.

• Jednotka na konverziu sériového kódu na paralelný

• Paralelný na sériový prevodník

• Laserový tvarovač

Jeho hlavnou úlohou je dodávať predpätie a modulačný prúd pre priamu moduláciu laserovej diódy.

• Optický kábel, pozostávajúce z optických vlákien pod spoločným ochranným plášťom.

Jednorežimové vlákno

Pri dostatočne malom priemere vlákna a zodpovedajúcej vlnovej dĺžke sa cez vlákno bude šíriť jeden lúč. Vo všeobecnosti samotná skutočnosť výberu priemeru jadra pre režim šírenia signálu s jedným režimom hovorí o podrobnostiach každej jednotlivej verzie konštrukcie vlákna. To znamená, že jednovidové je potrebné chápať ako charakteristiky vlákna s ohľadom na špecifickú frekvenciu použitej vlny. Šírenie iba jedného lúča umožňuje zbaviť sa intermódovej disperzie, a preto sú jednovidové vlákna rádovo efektívnejšie. V súčasnosti sa používa jadro s vonkajším priemerom asi 8 µm. Rovnako ako v prípade multimódových vlákien sa používa stupňovité aj gradientné rozloženie materiálu.

Druhá možnosť je produktívnejšia. Single-mode technológia je tenšia, drahšia a v súčasnosti využívaná v telekomunikáciách. Optické vlákno sa používa v optických komunikačných linkách, ktoré sú lepšie ako elektronické komunikácie v tom, že umožňujú bezstratový a vysokorýchlostný prenos digitálnych dát na veľké vzdialenosti. Optické vedenia môžu tvoriť novú sieť a zároveň slúžiť na spojenie existujúcich sietí – úsekov optických diaľkových vedení, fyzicky prepojených na úrovni optického vlákna, alebo logicky – na úrovni protokolov prenosu dát. Rýchlosť prenosu dát cez optické linky možno merať v stovkách gigabitov za sekundu. Už sa dokončuje štandard, ktorý umožňuje prenos dát rýchlosťou 100 Gb/s a štandard 10 Gb Ethernet sa v moderných telekomunikačných štruktúrach používa už niekoľko rokov.

Multimódové vlákno

Multimódové optické vlákno môže šíriť súčasne veľké množstvo vidov - lúčov zavedených do vlákna pod rôznymi uhlami. Multimódové optické vlákno má relatívne veľký priemer jadra (štandardné hodnoty 50 a 62,5 μm) a teda veľkú numerickú apertúru. Väčší priemer jadra multimódového vlákna uľahčuje vstrekovanie optického žiarenia do vlákna a mäkšie požiadavky na toleranciu pre multimódové vlákno môžu znížiť náklady na optické transceivery. Multimode vlákno teda prevláda v krátkych LAN a domácich sieťach.

Hlavnou nevýhodou multimódového optického vlákna je prítomnosť intermódovej disperzie, ktorá vzniká v dôsledku skutočnosti, že rôzne módy vytvárajú rôzne optické dráhy vo vlákne. Na zníženie účinku tohto javu bolo vyvinuté multimódové vlákno s gradientným indexom lomu, vďaka ktorému sa vidy vo vlákne šíria po parabolických dráhach a rozdiel v ich optických dráhach a následne aj intermódová disperzia je oveľa menšia. . Avšak bez ohľadu na to, aké vyvážené sú odstupňované multimódové vlákna, ich šírka pásma nie je porovnateľná s jednovidovými technológiami.

Transceivery z optických vlákien

Na prenos údajov cez optické kanály sa signály musia previesť z elektrického na optické, preniesť cez komunikačnú linku a potom v prijímači skonvertovať späť na elektrické. Tieto transformácie prebiehajú v transceiverovom zariadení, ktoré obsahuje elektronické súčiastky spolu s optickými súčiastkami.

Multiplexer s časovým delením, široko používaný v prenosovej technike, umožňuje zvýšiť prenosovú rýchlosť až na 10 Gb/s. Moderné vysokorýchlostné optické systémy ponúkajú nasledujúce štandardy prenosovej rýchlosti.

štandard SONET	štandard SDH	Prenosová rýchlosť
OC 1	-	51,84 Mb/s
OC 3	STM 1	155,52 Mb/s
OC 12	STM 4	622,08 Mb/s
OC 48	STM 16	2,4883 GB/s
OC 192	STM 64	9,9533 GB/s

Nové metódy vlnového multiplexovania alebo vlnového delenia umožňujú zvýšiť hustotu prenosu dát. Na tento účel sa viacnásobné multiplexované toky informácií posielajú cez jediný kanál z optických vlákien s použitím prenosu každého toku na rôznych vlnových dĺžkach. Elektronické komponenty v prijímači a vysielači WDM sa líšia od tých, ktoré sa používajú v systéme s časovým delením.

Aplikácia optických vedení

Optické vlákna sa aktívne využívajú na budovanie mestských, regionálnych a federálnych komunikačných sietí, ako aj na inštaláciu spojovacích liniek medzi mestskými automatickými telefónnymi ústredňami. Je to kvôli rýchlosti, spoľahlivosti a veľkej šírke pásma optických sietí. Prostredníctvom optických kanálov existuje aj káblová televízia, vzdialené video sledovanie, videokonferencie a videovysielanie, telemetria a iné informačné systémy. V budúcnosti sa plánuje využitie konverzie rečových signálov na optické signály v optických sieťach.

Komunikácia z optických vlákien je nová technológia na prenos informácií na veľké vzdialenosti bez straty kvality signálu. Informácie sú prenášané špeciálnym káblom a ako médium šírenia sú zvolené oscilácie elektromagnetického poľa v infračervenej optickej oblasti. Vďaka svojej kolosálnej šírke pásma sú komunikačné linky z optických vlákien bezkonkurenčné medzi inými metódami prenosu veľkého množstva informácií.

Trochu histórie alebo ako to všetko začalo

Prudký rozvoj informačných technológií nedokázal uspokojiť doterajšie spôsoby komunikácie, naša spoločnosť sa postupne integrovala do informačnej oblasti, čo si vyžadovalo nové prístupy k voľbe komunikačných metód a metód. Od vynálezu prvých rádiových staníc neuplynulo veľa času, ale vyžadovali sa inovatívne technologické riešenia, ktoré nedokázali naplniť momentálne potreby ľudstva, no fungovali by do budúcnosti. Teoretický vývoj vedcov a prvé experimenty dokázali, že možnosť vysielania informačného toku pomocou svetla je podstatne efektívnejšia ako prenos signálu rádiovými vlnami v rôznych rozsahoch.

Prvý pracovný vývoj bol navrhnutý v roku 1966 - vedci ukázali kábel vyrobený z obyčajného skla v nádeji, že nahradí koaxiálny drôt. Prvý komunikačný kábel z optických vlákien mal veľmi vysoký faktor útlmu, čo bolo neprijateľné. Výskum pokračoval, no ostali dva hlavné problémy – čo použiť ako nosič signálu a aký by mal byť zdroj svetla pre čo najefektívnejší prenos veľkého množstva informácií s minimálnymi stratami. Riešenie sa našlo až v 70. rokoch minulého storočia, keď boli vynájdené nové lasery a ako základ kábla sa objavili nové materiály. Počas nasledujúceho neúplného polstoročia zažila výstavba komunikačných liniek z optických vlákien skutočný rozmach:

• v roku 1988 bola dokončená výstavba prvej rozsiahlej komunikačnej linky medzi Japonskom a USA;
• v roku 2003 bola prvýkrát dosiahnutá rýchlosť prenosu signálu približne 11 Tbit/s;
• v roku 2009 testy v oblasti vysokorýchlostného prenosu dát prekonali novú hranicu - vedcom sa podarilo vysielať tok 15,5 Tbit/s bez straty rýchlosti na vzdialenosť asi 7000 km.

Výskum pokračuje, po celom svete sa ukladajú optické komunikačné linky, ktoré umožňujú prenášať veľké množstvo informácií na veľké vzdialenosti. Tento spôsob sa stal základom vysokorýchlostného prístupu k internetu, výrazne predbehol ostatné populárne spôsoby pripojenia z hľadiska kľúčových parametrov.

Vlastnosti dizajnu a inštalácie

Navrhovanie optických komunikačných liniek je zložitý a časovo náročný proces, ktorý musí brať do úvahy množstvo vlastností, počnúc technickou realizovateľnosťou trasy a končiac počtom hlavných a pomocných zariadení, ktoré budú pripojené v rámci siete.

Proces navrhovania a vývoja komunikačného spojenia možno rozdeliť do niekoľkých etáp:

• určenie technickej realizovateľnosti inštalácie;
• výber typu kábla a jeho dĺžky;
• vykonávanie technických výpočtov s cieľom identifikovať hodnotu koeficientu útlmu signálu a ďalšie dôležité ukazovatele;
• výber potrebného vybavenia a pomocných prostriedkov na zabezpečenie nepretržitej prevádzky siete a súlad s normami prenosu informácií;
• návrh a položenie trasy. Inštaláciu komunikačných liniek z optických vlákien je možné vykonať dvoma spôsobmi - kĺbovo (kábel je položený vzduchom na existujúcich alebo nových technických podperách) alebo pod zemou (na tento účel je potrebné vykonať špeciálne pozemné práce). Výber spôsobu kladenia trasy závisí od klimatickej zóny, atmosférických podmienok (stupeň zamrznutia pôdy, slnečnej alebo veternej aktivity), terénu a iných faktorov;
• príprava potrebnej technickej dokumentácie s uvedením počtu prípojných bodov, rôznych vetiev a všeobecného smerovania (tzv. kostrový diagram);
• zoznam špecifických technických a hardvérových nástrojov, ktoré sa podieľajú na vytvorení fungujúcej komunikačnej linky (stacionárne terminály, zosilňovače, transceivery, odbočovacie spojky a iné zariadenia);
• koordinácia projektu so zákazníkom a inštalačné práce.

Jednou z hlavných čŕt inštalácie je, že optický komunikačný kanál v rámci projektu môže dosiahnuť niekoľko desiatok kilometrov, pričom štandardná dĺžka drôtu je oveľa kratšia. To poskytuje spojenie v rámci rovnakej komunikačnej linky medzi segmentmi káblov. Existuje niekoľko spôsobov, ako spojiť dva segmenty drôtu:

• odpojiteľné pripojenie (pomocou optických konektorov). Táto metóda má jednu výhodu - práca je dostatočne rýchla a nevyžaduje špeciálne vybavenie. Hlavnou nevýhodou je, že to výrazne zvyšuje náklady na komunikačnú linku a prispieva k zvýšeniu strát signálu pri použití veľkého počtu spojovacích prvkov;
• jednodielny spôsob. Existuje niekoľko možností, vrátane lepenia a zvárania komunikačných liniek z optických vlákien. Tieto procesy sú dosť namáhavé a vyžadujú špeciálne vybavenie a praktické zručnosti, ale výsledkom je takmer úplná absencia strát prenosovej rýchlosti a monolitické spojenie káblov.

Komunikačné linky z optických vlákien, ktorých vybavenie spĺňa svetové štandardy, môžu slúžiť pol storočia bez viditeľnej straty kvality signálu.

Kľúčové aspekty údržby

Údržba optických komunikačných liniek je celý rad rôznych opatrení, ktoré sú zamerané na udržanie stabilného výkonu všetkých prvkov systému. To zahŕňa preventívne a opravné opatrenia, ktoré sa vykonávajú v rôznych intervaloch. Pravidelná údržba optickej komunikačnej linky zabezpečuje nasledovné činnosti:

• vizuálna kontrola celistvosti komunikačného vedenia bez zdvíhania na technickú podporu (pri vzdušnom spôsobe inštalácie). Predpisy o konaní najmenej raz za šesť mesiacov;
• náhodná kontrola stavu káblov v príchytkách so zdvihom na technologickú podperu - prvý rok prevádzky, pravidelnosť kontrol každých 6 mesiacov, ďalej podľa potreby;
• svojvoľné kontroly celej siete alebo jej jednotlivých úsekov (prácu vykonávajú odborníci) - ročne;
• meranie koeficientu útlmu v sieti a porovnanie s počiatočnými ukazovateľmi - dvakrát ročne alebo v prípade výrazného zníženia kvality príjmu a prenosu informácií;
• kontrola námrazy optického kábla - v závislosti od konkrétnych klimatických podmienok;
• kontrola spojok a uzemnenia podpier - ročne.

V prípade zistenia problému je potrebné zavolať špecialistov, ktorí zistia príčinu, určia konkrétne miesto poruchy (pretrhnutie alebo poškodenie kábla, nefunkčnosť hardvéru systému a pod.) a odstránia ju. Vykonávanie pravidelnej bežnej údržby a opráv je zárukou, že optická komunikačná linka (FOCL) bude v dobrom prevádzkovom stave počas celej svojej životnosti.

Vlastnosti a hlavné výhody FOCL

Komunikačné systémy s optickými vláknami sú v súčasnosti rozšírené po celom svete a postupne nahrádzajú iné káblové spôsoby prenosu dát vďaka svojim vlastnostiam a jedinečným vlastnostiam. Pozrime sa bližšie na niektoré kľúčové body, aby sme pochopili výhody komunikácie z optických vlákien:

• šírku pásma. Toto je jedna z hlavných charakteristík, ktorá je dôležitá pre komunikačnú linku. Potenciál jedného kanála vám umožňuje dosiahnuť objem niekoľkých terabitov za sekundu;
• všestrannosť. Optický kábel môže prenášať signály rôznych modulácií;
• minimálny koeficient útlmu. Vďaka tejto kvalite môže dĺžka sieťového úseku bez použitia ďalších zosilňovačov alebo zosilňovačov dosiahnuť až 100 kilometrov;
• bezpečnosť údajov. Pre útočníka je takmer nemožné pripojiť sa k optickej linke - v prípade fyzického narušenia integrity kanála prestane signál prechádzať cez kábel a spoľahlivé kódovanie zabráni zachyteniu informácií pomocou softvéru. Okrem toho bude bezpečnostný systém varovať pred pokusmi o prienik a prelomenie. Práve vďaka tejto vlastnosti využívajú optické káble rôzne organizácie (orgány činné v trestnom konaní, banky, výskumné spoločnosti), ktoré pracujú s utajovanými údajmi;
• Požiarna bezpečnosť. Vďaka svojej štruktúre a použitým materiálom káble z optických vlákien netrpia horením a nevytvárajú iskry. To umožňuje ich použitie v chemických podnikoch, rafinériách ropy a iných podnikoch so zvýšenou úrovňou nebezpečenstva požiaru;
• ekonomický prínos. Napriek tomu, že náklady na položenie vedenia sú pomerne vysoké, stále bude lacnejšie a lepšie ako tradičné pripojenie medeným káblom. Okrem toho stojí za to zvážiť minimálne náklady na zosilňovače signálu, najmä pokiaľ ide o veľké úseky diaľnic. Pre porovnanie, opakovače so štandardným pripojením by sa mali inštalovať každých 5-7 kilometrov a pri použití optického kábla - každých 100 kilometrov;
• spoľahlivosť a trvanlivosť. Pri použití pripojenia v štandardných klimatických podmienkach bude životnosť kábla a pripojovacieho zariadenia približne dvojnásobná v porovnaní s medeným káblom.

Vďaka týmto výhodám sú dnes komunikačné linky na báze optických vlákien veľmi obľúbené po celom svete.