Опубликован: 03.05.2012 | Доступ: свободный | Студентов: 2645 / 447 | Оценка: 4.39 / 4.14 | Длительность: 19:41:00
Лекция 3:

Оптоволоконные кабели

< Лекция 2 || Лекция 3: 1234 || Лекция 4 >
Аннотация: Дается описание принципов передачи по оптоволоконному кабелю. Виды электрооптических и оптоэлектрических преобразователей (светодиоды, светотранзисторы). Характеристики оптоволоконных кабелей и виды дисперсии.

Оптоволоконные (волоконно-оптические кабели) используются для передачи информации с помощью светового луча. Передача информации по волоконно-оптическому кабелю имеет целый ряд достоинств перед передачей по медному кабелю [ 24 ] , [ 25 ] .

Широкая полоса пропусканияпо сравнению с электромагнитной средой. Одно волокно, работающее на длине волны1300 или 1550 нм, потенциально имеет ширину полосы 20 ТГЦ (2\times 10^{12}). Это дает возможность передачи по одному оптическому волокну потока информации со скоростью несколько терабит в секунду. Это достаточно для размещения приблизительно 250 миллионов каналов со скоростью передачи 64 Кбит/с.

Малое затухание светового сигнала в волокне. Выпускаемое в настоящее время отечественными и зарубежными производителями промышленное оптическое волокно имеет затухание 0,2-0,35 дБ/км на длине волны 1300 и 1500 нм. При допустимом затухании 20 дБ максимальное расстояние между усилителями или повторителями составляет около 100 км и более.

Низкий уровень шумов в волоконно-оптическом кабеле позволяет увеличить полосу пропускания, путем передачи с использованием различной модуляции сигналов без защиты и контролировать правильность принятой информации только в оконечных терминалах. Это упрощает алгоритмы обработки и еще больше увеличивает реальную скорость передачи.

Защищенность от электромагнитных помех. Поскольку волокно изготовлено из диэлектрического материала, оно невосприимчиво к электромагнитным помехам со стороны окружающих медных кабельных систем и электрического оборудования, способного индуцировать электромагнитное излучение (линии электропередачи, электродвигательные установки и т.д.). В многоволоконных кабелях также не возникает проблемы перекрестного затухания.

Малый вес и объем. Волоконно-оптические кабели имеют меньший вес и объем по сравнению с медными кабелями в расчете на одну и ту же пропускную способность. Например, 900-парный телефонный кабель диаметром 7,5 см, может быть заменен одним волокном с диаметром 0,1 см. Если волокно "одеть" во множество защитных оболочек и покрыть стальной ленточной броней, диаметр такого кабеля будет 1,5 см, что в несколько раз меньше рассматриваемого телефонного кабеля.

Высокая безопасность от несанкционированного доступа. Поскольку оптоволоконный кабель практически не излучает в радиодиапазоне, передаваемую информацию трудно подслушать, не нарушая приема/передачи. Более того, несанкционированные отводы (см. в разделе "Оптические соединители") в оптической системе реализуются более сложно, и требуют подключения с помощью сложного оборудования. Несанкционированные подключения в оптической сети проще обнаруживаются. Системы, отслеживающие качество распространяемых световых сигналов (как по разным волокнам, так и разной поляризации), имеют очень высокую чувствительность к колебаниям, к небольшим перепадам давления. Поэтому оптические системы со слежением за качеством сигнала особенно необходимы при создании линий связи в правительственных, банковских и некоторых других специальных службах, предъявляющих повышенные требования к защите данных.

Гальваническая развязка элементов сети. Данное преимущество оптического волокна заключается в его изолирующем свойстве. Оптоволоконные кабели не требуют заземления оболочки, защищающего от "блуждающих токов" и высоковольтных наводок по "земле", при которых может возникнуть большая разность потенциалов, что для электромагнитных кабелей может привести к повреждению сетевого оборудования.

Пожаробезопасность. Из-за отсутствия искрообразования оптическое волокно повышает безопасность сети на химических, нефтеперерабатывающих предприятиях, при обслуживании технологических процессов повышенного риска.

Уменьшение требований к линейно-кабельным сооружениям. Волоконно-оптические кабели освобождают переполненные кабельные трубопроводы. Как уже отмечалось выше, волоконно-оптические кабели имеют меньший объем в расчете на одну и ту же пропускную способность, в связи с чем переполнение кабельных трубопроводов становится маловероятным, даже при интенсивном росте широкополосных услуг.

Экономичность волоконно-оптического кабеля. Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди. В настоящее время стоимость волокна по отношению к медной паре определяется как 2:5. При этом волоконно-оптический кабель позволяет передавать сигналы на большие расстояния без ретрансляции. Количество повторителей на протяженных линиях сокращается при использовании волоконно-оптического кабеля. Современные системы передачи позволяют достигнуть дальности около 400 км [ 24 ] только с использованием оптических усилителей на промежуточных узлах при скорости передачи выше 10 Гбит/с.

Длительный срок эксплуатации. Со временем волокно испытывает деградацию. Это означает, что затухание в проложенном кабеле постепенно возрастает. Однако благодаря совершенству современных технологий производства оптических волокон этот процесс значительно замедлен, и срок службы волоконно-оптического кабеля составляет примерно 25 лет. За это время может смениться несколько поколений стандартов приемо-передающих систем. Сроки старения оптических кабелей гораздо больше, чем сроки деградации электромагнитных кабельных сооружений.

Принципы работы оптоволоконных кабелей

Электромагнитный спектр

Часть электромагнитного спектра, которая предназначена для волоконной оптической связи - в пределах инфракрасной составляющей света, спектрально расположена между СВЧ диапазоном и видимой частью спектра (см. рис. 3.1). Инфракрасный означает, что он лежит ниже красного света" от латинского слова "инфра". Инфракрасная часть спектра начинается "ниже" красной части спектра, приблизительно в 700 нм длины волны. Инфракрасные волны располагаются приблизительно от 700 нм до 1 миллиметр (мм). Диапазон инфракрасного спектра наиболее часто используется для оптической волоконной связи - от 850 нм до приблизительно 1625 нм.

Электромагнитный спектр

Рис. 3.1. Электромагнитный спектр
Таблица 3.1. Обозначения диапазонов, используемых при оптической связи
Диапазон в нанометрах Обозначение диапазона Название диапазона
1260 - 1360 O – band Исходный(original)
1369 - 1460 E – band Расширенный
1460 – 1530 S – band Коротковолновой
1530 – 1565 C- band Обычный
1565 – 1625 L- band Длинноволновый
1625 - 1675 U - band Ультра Длинноволновый

Использование электромагнитного спектра для оптической волоконной связи тесно связано с показателями затухания стеклянного волокна в областях инфракрасного спектра. Эти области с низким оптическим затуханием, названные окнами прозрачности1 область частот, для данной марки оптического кабеля, в которой обеспечиваются лучшие условия для распространения радиоволн , зависят от материалов, из которых изготавливается оптическое волокно (добавками, улучшающими свойства волокна). Самые ранние системы были разработаны на основе волокна с использованием кварца. Первое окно в оптическом волокне предназначалось для работы приблизительно в области 850 нм. Предложенное вскоре второе окно в области 1310 нм (S-band) имело более низкое затухание по сравнению с первым (благодаря добавке диоксида германия). Далее третье окно в области 1550 нм (C -band), с низкими оптическими потерями. Сегодня, является также доступным четвертое окно в области), около 1625 нм (L –band). Эти четыре окна показаны на рис. 3.2

Окна прозрачности

Рис. 3.2. Окна прозрачности
< Лекция 2 || Лекция 3: 1234 || Лекция 4 >
Всеволод Машинсон
Всеволод Машинсон
Россия
Владимир Савинов
Владимир Савинов
Украина, Киев, Киевский Политехнический Институт, 1996