כבלים אופטיים - מכשיר, סוגים ומאפיינים
כבלים אופטיים, בניגוד לכבלים עם מוליכים נחושת או אלומיניום, משתמשים בסיב אופטי שקוף כאמצעי להעברת אות. האות מועבר כאן לא בעזרת זרם חשמלי, אלא בעזרת אור. המשמעות היא שכמעט שום אלקטרונים לא זזים, אלא פוטונים, והפסדי העברת אותות מתגלים כחסרי משמעות.
כבלים אלו הם אידיאליים כאמצעי להעברת מידע, שכן האור יכול לעבור דרך פיברגלס שקוף כמעט ללא הפרעה במשך עשרות קילומטרים, בעוד שעוצמת האור פוחתת מעט.
יש כבלי GOF (כבל סיב אופטי מזכוכית) - עם סיבי זכוכית, ו כבלי POF (כבל אופטי מפלסטיק) - עם סיבי פלסטיק שקופים. שניהם נקראים באופן מסורתי כבלים אופטיים או סיבים אופטיים.
מכשיר כבל אופטי
לכבל סיב אופטי יש מכשיר פשוט למדי.במרכז הכבל ישנו מוביל אור עשוי פיברגלס (קוטרו אינו עולה על 10 מיקרון), לבוש במעטפת מגן מפלסטיק או זכוכית, המספק השתקפות פנימית מוחלטת של אור בשל ההבדל במדדי השבירה בגבול. של שני אמצעי תקשורת.
מסתבר שהאור, כל הדרך מהמשדר למקלט, לא יכול לצאת מהווריד המרכזי. בנוסף, האור אינו מפחד מהפרעות אלקטרומגנטיות, ולכן כבל כזה אינו זקוק לסיכוך אלקטרומגנטי, אלא רק צריך לחזק אותו.
על מנת להבטיח את החוזק המכני של הכבל האופטי, ננקטים אמצעים מיוחדים - הם הופכים את הכבל למשוריין, במיוחד כאשר מדובר בכבלים אופטיים מרובי ליבות הנושאים מספר סיבים אופטיים נפרדים בו-זמנית. כבלים תלויים דורשים חיזוק מיוחד במתכת וקוולר.
העיצוב הפשוט ביותר של כבלים סיבים אופטיים הוא סיבי זכוכית במעטפת פלסטיק... עיצוב מורכב יותר הוא כבל רב שכבתי עם אלמנטים מחזקים, למשל להתקנה תת-מימית, תת-קרקעית או תלויה.
בכבל משוריין רב שכבתי, כבל החיזוק התומך עשוי ממתכת סגורה במעטפת פוליאתילן. סביבו מניחים סיבי פלסטיק או זכוכית נושאי אור. כל סיב בודד מצופה בשכבת לכה צבעונית לקידוד צבע והגנה מפני נזק מכני. צרורות הסיבים נארזים בשפופרות פלסטיק מלאות בג'ל הידרופובי.
צינור פלסטיק יכול להכיל בין 4 ל-12 סיבים כאלה, בעוד שהמספר הכולל של סיבים בכבל אחד כזה יכול להיות עד 288 חתיכות. הצינורות שזורים בחוט המהדק את הסרט המורטב בג'ל הידרופובי - לשיכוך רב יותר של השפעות מכניות. הצינורות והכבל המרכזי סגורים בפוליאתילן.הבא הם גדילי Kevlar, המספקים למעשה שריון לכבל התקוע. לאחר מכן שוב פוליאתילן כדי להגן עליו מפני לחות, ולבסוף המעטפת החיצונית.
שני הסוגים העיקריים של כבלים סיבים אופטיים
ישנם שני סוגים של כבלים סיבים אופטיים: מולטימוד ומצב יחיד. ריבוי מצבים זולים יותר, מצבים בודדים יקרים יותר.
כבל מצב יחיד מבטיח שהקרניים העוברות דרך הסיב יעברו כמעט את אותו הנתיב ללא סטיות הדדיות משמעותיות, כתוצאה מכך, כל הקרניים מגיעות למקלט באותו זמן וללא עיוות של צורת האות. קוטר סיב אופטי בכבל חד-מודד הוא כ-1.3 מיקרומטר, ובאורך גל זה יש להעביר דרכו אור.
מסיבה זו, משמש כמשדר מקור לייזר בעל אור מונוכרומטי באורך גל הכרחי בהחלט.דווקא כבלים מסוג זה (מודד יחיד) נחשבים היום למבטיחים ביותר לתקשורת למרחקים ארוכים בעתיד, אך לעת עתה הם הם יקרים וקצרי מועד.
כבל רב מצבים פחות "מדויקים" מאלה במצב יחיד. הקרנות מהמשדר עוברות לתוכו בפיזור, ובצד המקלט יש עיוות מסוים של צורת האות המשודר. קוטר הסיב האופטי בכבל המולטי-מוד הוא 62.5 מיקרומטר והקוטר החיצוני של המעטפת הוא 125 מיקרומטר.
הוא משתמש ב-LED קונבנציונלי (לא לייזר) בצד המשדר (אורך גל 0.85 מיקרומטר), והציוד אינו יקר כמו מקור אור לייזר, ולכבלים מולטי-מודים נוכחיים יש אורך חיים ארוך יותר. אורך הכבלים מסוג זה אינו עולה על 5 ק"מ. חביון שידור אות טיפוסי הוא בסדר גודל של 5 ns/m.
יתרונות של כבלים סיבים אופטיים
בדרך זו או אחרת, הכבל האופטי שונה בתכלית מכבלי חשמל רגילים עם הגנת רעשים יוצאת דופן, המבטיחה בטיחות מירבית הן של שלמות והן של סודיות המידע המועבר דרכו.
הפרעה אלקטרומגנטית המכוונת לכבל אופטי אינה מסוגלת לעוות את זרימת האור, והפוטונים עצמם אינם מייצרים קרינה אלקטרומגנטית חיצונית. מבלי לשבור את שלמות הכבל, אי אפשר ליירט את המידע המועבר דרכו.
רוחב הפס של כבל סיבים אופטיים הוא תיאורטית 10 ^ 12 הרץ, אשר לא ניתן להשוות עם כבלים נוכחיים של כל מורכבות. אתה יכול להעביר מידע בקלות במהירות של עד 10 Gbps לקילומטר.
כבל סיב אופטי עצמו אינו יקר כמו כבל קואקסיאלי דק. אבל החלק העיקרי של העלייה במחיר הרשת המוגמרת עדיין נופל על ציוד השידור והקליטה, שתפקידו להמיר אות חשמלי לאור ולהיפך.
הנחתה של אות אור בעת מעבר דרך כבל אופטי של רשת מקומית אינה עולה על 5 dB לכל קילומטר, כלומר כמעט זהה לזה של אות חשמלי בתדר נמוך. כמו כן, ככל שהתדר גבוה יותר - כך יתרונו של המדיום האופטי חזק יותר על פני חוטי חשמל מסורתיים - ההנחתה גדלה באופן שולי. ובתדרים מעל 0.2 גיגה-הרץ, ברור שהכבלים האופטיים אינם מתחרים. ניתן למעשה להגדיל את מרחק השידור עד ל-800 ק"מ.
כבלים סיבים אופטיים ישימים ברשתות טופולוגיות טבעת או כוכב תוך ביטול מוחלט של בעיות הארקה ואיזון עומסים שרלוונטיות תמיד לכבלים חשמליים.
מושלם בידוד גלווני, יחד עם היתרונות שלעיל, מאפשרים לאנליסטים לחזות שבתקשורת רשת, כבלים אופטיים יחליפו בקרוב לחלוטין את החשמליים, במיוחד לאור המחסור הגובר בנחושת על פני כדור הארץ.
חסרונות של כבלים סיבים אופטיים
למען ההגינות, אי אפשר שלא להזכיר את החסרונות של מערכות העברת נתונים אופטיות, שהעיקרי שבהם הוא מורכבות התקנת המערכות והדרישות הגבוהות לדיוק של התקנת מחברים. סטיות מיקרון במהלך הרכבת המחבר יכולות להוביל לעלייה בהנחתה בו. כאן אתה צריך ריתוך דיוק גבוה או ג'ל דבק מיוחד, שמקדם השבירה שלו דומה לזה של הפיברגלס המותקן עצמו.
מסיבה זו, ההסמכה של הצוות אינה מאפשרת הקלה, נדרשים כלים מיוחדים וכישורים גבוהים לשימוש בהם. לרוב, הם פונים לשימוש בחתיכות כבל מוכנות, שבקצותיהן כבר מותקנים מחברים מוכנים מהסוג הנדרש. כדי להסתעף את האות מהסיב האופטי, משתמשים במפצלים מיוחדים למספר ערוצים (מ-2 עד 8), אך בעת הסתעפות מתרחשת הנחתה בהכרח.
כמובן שסיבים הם חומר פחות חזק ופחות גמיש מנחושת, ומסוכן לכופף את הסיב לרדיוס של פחות מ-10 ס"מ למען בטיחותו.קרינה מייננת מפחיתה את השקיפות של הסיב האופטי, מגבירה את הנחתה של אות האור המשודר.
כבלי סיבים אופטיים עמידים לקרינה יקרים יותר מכבלי סיבים אופטיים רגילים. שינוי פתאומי בטמפרטורה עלול לגרום להיווצרות סדק בסיבים. כמובן, סיב אופטי פגיע ללחץ מכני, הלם ואולטרסאונד; כדי להגן מפני גורמים אלה, נעשה שימוש בחומרים בולמי קול רכים מיוחדים ממעטפות הכבלים.