Оптоволокно – самый современный кабель: сфера применения
Современные телекоммуникационные сети функционируют благодаря оптоволоконным кабелям. Они применяются, как для прокладки домашних сетей, так и межконтинентальных линий. Этот материал стал монополистом в своей сфере благодаря высокой защите сигнала и ряду других причин.
12 октября 2020
Сферы применения оптоволокна
Различные задачи требуют разных видов волоконно-оптического кабеля, поэтому на рынке присутствуют определенные виды кабелей для: внутренней, внешней прокладки и специализированного назначения.
Волоконно-оптические линии связи ВОЛС
Основной сферой применения для оптических волокон является передача информации в телекоммуникационных сетях разного типа. У оптоволоконных сетей (они же ВОЛС) есть отличительные преимущества: высокая степень защиты от несанкционированного доступа; высокая скорость исходящего и входящего сигнала; возможность манипуляции этими скоростями, несмотря на их существенные недостатки по скорости распространения сигнала, в сравнении с медными кабелями. Благодаря этим качествам, оптоволокна используют, как в домашних телекоммуникационных сетях, так и на межконтинентальном уровне. Купить кабель и арматуру для ВОЛС можно на нашем сайте https://sts-kabel.ru/.
Каждое волокно в кабели использует технологию уплотнения каналов с помощью спектров, поэтому они могут передавать одновременно до сотен сигналов, что позволяет достичь скорости для передачи информации в несколько терабит. Наивысшая скорость, которую удалось зафиксировать, равна отметке в 255 Тбит/с.
Волоконно-оптические датчики
Оптоволокно нашло свое очередное применение в сфере датчиков для определения температуры, напряжения и других показателей. Благодаря своим небольшим размерам и малому количеству потребления электричества, такие модели имеют преимущество над обычными датчиками аналогичного функционала.
Особое применение оптическое волокно нашло в сфере измерения звука и ультразвука, принцип которого применяется в гидрофонах. На основе этой технологии были созданы приборы для измерения сейсмической активности, а также приборы для гидролокации, которые используют флоты некоторых государств. Гидрофоны, также, активно используются в нефтедобывающей сфере.
Датчики, созданные на базе оптоволокна, позволяют измерить температуру и давление на скважинах с нефтью. Из-за своей способности выдерживать высокие температуры, оптика идеально подходит для такой среды, где полупроводниковые датчики полностью бесполезны.
Новая технология, созданная на основе полимерного оптоволокна, позволила создать особые сенсоры, используемые в химической и экологической отрасли. Такие материалы можно использовать для измерения газа, жидкости или химического состава. Так, к примеру, можно определить точный уровень аммония в воде. Благодаря их свойствам, возможно создать большое излучение, что может быть использовано для построения новых типов источников излучения.
Волоконно-оптические датчики позволяют бороться с короткими замыканиями в сетях. Преимущества таких моделей заключается в быстродействии и эффективности применения, благодаря своей нечувствительности к помехам электромагнитных волн.
Оптико-волоконные датчики нашли свое применение: в машиностроении, в самолетостроении и даже в космических кораблях. Так, к примеру, Boeing 767 использует лазерные гироскопы для навигации. Такие же гироскопы можно встретить на некоторых моделях автомобилей. Даже международная космическая станция использует особые датчики для измерения магнитного поля и тока.
Другие области применения
Оптические волокна нашли свое широкое применение в освещении. Их активно используют в качестве декорации различного товара и услуг.
В медицине, оптику используют в рентгеновских аппаратах или в случаях, когда необходимо осветить труднодоступные участки организма человека. Это особо полезно при эндоскопических операциях или при диагностике заболеваний.
Особое применение оптоволокно нашло в сигнализациях, где при условии нарушения прохождения света, возникает реакция, в качестве звука или других сигналов.
Оптика широко применяется не только в науке, в медицине или в технике, но и в искусстве. С помощью этого материала можно создать отдельные световые виды произведений искусства. В частности для этого применяют оптоволокно бокового сечения:
Оптоволокно – самый современный кабель: сфера применения
Современные телекоммуникационные сети функционируют благодаря оптоволоконным кабелям. Они применяются, как для прокладки домашних сетей, так и межконтинентальных линий. Этот материал стал монополистом в своей сфере благодаря высокой защите сигнала и ряду других причин.
12 октября 2020
Сферы применения оптоволокна
Различные задачи требуют разных видов волоконно-оптического кабеля, поэтому на рынке присутствуют определенные виды кабелей для: внутренней, внешней прокладки и специализированного назначения.
Волоконно-оптические линии связи ВОЛС
Основной сферой применения для оптических волокон является передача информации в телекоммуникационных сетях разного типа. У оптоволоконных сетей (они же ВОЛС) есть отличительные преимущества: высокая степень защиты от несанкционированного доступа; высокая скорость исходящего и входящего сигнала; возможность манипуляции этими скоростями, несмотря на их существенные недостатки по скорости распространения сигнала, в сравнении с медными кабелями. Благодаря этим качествам, оптоволокна используют, как в домашних телекоммуникационных сетях, так и на межконтинентальном уровне. Купить кабель и арматуру для ВОЛС можно на нашем сайте https://sts-kabel.ru/.
Каждое волокно в кабели использует технологию уплотнения каналов с помощью спектров, поэтому они могут передавать одновременно до сотен сигналов, что позволяет достичь скорости для передачи информации в несколько терабит. Наивысшая скорость, которую удалось зафиксировать, равна отметке в 255 Тбит/с.
Волоконно-оптические датчики
Оптоволокно нашло свое очередное применение в сфере датчиков для определения температуры, напряжения и других показателей. Благодаря своим небольшим размерам и малому количеству потребления электричества, такие модели имеют преимущество над обычными датчиками аналогичного функционала.
Особое применение оптическое волокно нашло в сфере измерения звука и ультразвука, принцип которого применяется в гидрофонах. На основе этой технологии были созданы приборы для измерения сейсмической активности, а также приборы для гидролокации, которые используют флоты некоторых государств. Гидрофоны, также, активно используются в нефтедобывающей сфере.
Датчики, созданные на базе оптоволокна, позволяют измерить температуру и давление на скважинах с нефтью. Из-за своей способности выдерживать высокие температуры, оптика идеально подходит для такой среды, где полупроводниковые датчики полностью бесполезны.
Новая технология, созданная на основе полимерного оптоволокна, позволила создать особые сенсоры, используемые в химической и экологической отрасли. Такие материалы можно использовать для измерения газа, жидкости или химического состава. Так, к примеру, можно определить точный уровень аммония в воде. Благодаря их свойствам, возможно создать большое излучение, что может быть использовано для построения новых типов источников излучения.
Волоконно-оптические датчики позволяют бороться с короткими замыканиями в сетях. Преимущества таких моделей заключается в быстродействии и эффективности применения, благодаря своей нечувствительности к помехам электромагнитных волн.
Оптико-волоконные датчики нашли свое применение: в машиностроении, в самолетостроении и даже в космических кораблях. Так, к примеру, Boeing 767 использует лазерные гироскопы для навигации. Такие же гироскопы можно встретить на некоторых моделях автомобилей. Даже международная космическая станция использует особые датчики для измерения магнитного поля и тока.
Другие области применения
Оптические волокна нашли свое широкое применение в освещении. Их активно используют в качестве декорации различного товара и услуг.
В медицине, оптику используют в рентгеновских аппаратах или в случаях, когда необходимо осветить труднодоступные участки организма человека. Это особо полезно при эндоскопических операциях или при диагностике заболеваний.
Особое применение оптоволокно нашло в сигнализациях, где при условии нарушения прохождения света, возникает реакция, в качестве звука или других сигналов.
Оптика широко применяется не только в науке, в медицине или в технике, но и в искусстве. С помощью этого материала можно создать отдельные световые виды произведений искусства. В частности для этого применяют оптоволокно бокового сечения:
Свет по шнурку Оптоволокно – что такое, как работает и зачем нужно
Повсеместное распространение оптоволокна стало новым шагом развития цифровых сетей. Как удалось передать свет по проводам, и почему именно свет?
E thernet появился на свет в далеком 1973 году, когда скорость передачи данных в компьютерных сетях достигала максимальной отметки в 2,94 Мбит/с. Сейчас это кажется смешным, но тогда хватало. Сайты были маленькими, контент – легким, клиенты локальными, а кабели – витыми.
Сейчас витой парой разводится разве что пресловутая «последняя миля», да и то она все чаще уступает место оптической линии GPON, оставив меди только «последний метр» – Ethernet-кабель от роутера до компьютера.
Почему сеть выбрала «светлую сторону»?
Да будет свет!
Чем же была плоха старая добрая медная жила? Медный провод исправно передавал информацию, начиная с первого телеграфного кабеля, и вдруг стал не мил. Что случилось?
Интенсивное развитие технологий приводит к тому, что однажды они упираются в физический предел. Последовательное развитие на этом прекращается, и нужен качественный скачок. Об это поломался, например, знаменитый Закон Мура: «Количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца». Когда размер транзистора становится сравним с размером атома, приходится придумывать что-то еще. То же самое случилось и с передачей информации по проводам.
Дело в том, что скорость передачи информации зависит от частоты несущей электромагнитной волны. Чем выше частота несущей, тем больше скорость передачи. Если нужно больше мегабит в секунду – изволь поднимать частоту. Несущая частота Ethernet десятки и сотни мегагерц, WiFi, Bluetooth – несколько гигагерц. И вот тут мы подходим к физическому пределу: полупроводниковая электроника имеет потолок рабочих частот, связанный с предельной скоростью переключения pn-перехода транзистора. Самый быстрый полупроводниковый транзистор работает на частоте около 1ТГц, но для этого его нужно охладить почти до кельвиновского нуля. В общем, в практическом применении выше гигагерцового диапазона не прыгнуть. И тут случился качественный скачок, и обеспечил его лазер.
Световой шнурок джедая
Первый же газовый лазер показал теоретическую возможность создания когерентного источника электромагнитных волн световой частоты. Частоты ближнего инфракрасного диапазона – сотни ТГц, частота несущей выше «меднопроводной» на 4 или 5 порядков, соответственно возрастает и теоретическая скорость передачи информации. Осталось как-то передать свет от лазера на приемник, когда они не находятся в прямой видимости в вакууме. И тут на помощь снова приходит физика – точнее, эффект полного внутреннего отражения (ПВО).
Если свет выходит из более плотной оптической среды (стекло) в менее плотную (воздух), то при некотором угле падения весь свет отразится обратно. Поэтому если сделать из стекла тонкий стержень и запустить свет по нему, сам стержень светиться не будет, весь свет войдет в один торец и выйдет из другого. Если сделать стрежень длинным и гибким, при этом не изгибая его выше критичного радиуса ради сохранения эффекта ПВО, то получается такой «провод для света». Световоды не имеют зеркального покрытия, как многие думают, – эффект полного внутреннего отражения справляется сам. Дальше все зависит от качества оптического материала, которым определяется затухание сигнала. Первые стеклянные световоды имели затухание около 1000дБ/км, первые коммерческие волокна – около 20дБ/км (оптические волокна производства фирмы Corning появились в 1970-м году). Сейчас затухание гораздо меньше, но остаются потери на соединениях, сварках, неоднородностях, мультиплексорах и т. п., поэтому бесконечную линию не сделать. Сегодня практическая длина одного сегмента ВОЛС (волоконно-оптическая линия связи) может достигать 100 км, но для этого приходится постараться.
Бесконечное стекло
Волокна телекоммуникационных кабелей – то самое «стекловолокно» – изготавливаются из чистого кварцевого стекла, с химической формулой SiO2. Вообще-то говоря, оконные стекла от него в этом не отличаются, разница только в количестве примесей. Больше примесей – больше рассеяния света, сильнее затухание сигнала, меньше расстояние передачи. В оконных стеклах, например, присутствуют антиУФ-присадки: Na2C03, К2СО3, СаС03, – которые блокируют ультрафиолет (поэтому загореть, принимая солнечные ванны через окно, нельзя). А так все просто – кварцевый песок плавят, формируют из него пустотелую трубку (преформу), которую затем вытягивают в волокно – при прохождении через башни вытяжки происходит постепенное утоньшение нити до 125 мкм в толщину. Затем нить охлаждают, пропускают через ванну с полимером, образующим защитное покрытие, красят, собирают в пучки, которые запаивают в полиэтилен – и кабель готов.
Производят оптические волокна по всем миру. Признанные гиганты – Fujikura и Corning (которые делают Gorilla Glass), также известны Draka, Fibercore, Nufern, Samsung, Ceramoptec, OFS, NKT Photonics и другие. Производится оптоволокно и в России, однако в текущей ситуации в явно недостаточных объемах.
Сейчас отечественное производство наращивается ударными темпами. Завод «Костромакабель» намерен производить 30 тыс. км кабеля в год, мордовский завод «Оптиковолоконные системы» способен производить 4 млн км оптоволокна в год, ориентировочно это 300 тыс. км кабеля в год, предприятие «Сарансккабель-оптика» за время своего функционирования изготовило около 6 млн км волокна, что эквивалентно 450 тыс. км кабеля. Однако это не так много, как кажется, – в стране 400 тыс. км волоконно-оптических линий передачи эксплуатируются более 20 лет и в ближайшей перспективе подлежат замене. Также одной из проблем импортозамещения является использование для производства импортных преформ.
Все технологии, необходимые для производства собственного оптоволокна по полному циклу в необходимых количествах в стране есть, просто ранее закупать импортное было дешевле.
Достоинства и недостатки
Любое технологическое решение имеет свои плюсы и минусы. Начнем с плюсов оптики.
Плюсы
Высокая пропускная способность оптоволокна – именно ради него кабели «перешли на светлую сторону», и это вполне оправдывается. Компания Infinera, производитель оборудования для оптоволоконных коммуникационных сетей, вместе с Windstream, поставщиком информационных услуг, смогли достичь скорости передачи данных в 800 гигабит в секунду. При этом был задействован один сегмент оптоволоконной сети, которая идет из Сан-Диего и Финикс на расстоянии 730 км. Еще более впечатляет результат на магистральных трансокеанских сборках – компания Google построила трассу США – Япония с максимальной скоростью передачи в 600 Тбит/сек.
Меньшие потери мощности и возможность передачи данных на большие расстояния – затухание сигнала в оптической линии меньше, чем в «классической» медной.
Устойчивость к электромагнитным наводкам. Нет электромагнитной активности – нет технологических помех. Еще один плюс – нельзя считать с кабеля передаваемую информацию через контроль излучения. Потому что электромагнитной активности при ее передаче нет.
Оптическая линия тоньше и легче, ее проще прокладывать.
Стекло гораздо дешевле металла и не окисляется.
Но есть, конечно, и свои недостатки.
Минусы
Более сложный монтаж, требующий специального оборудования. При неправильной прокладке при сгибе провода оптоволокно может сломаться или под углом сигнал потеряет интенсивность.
Хотя само волокно дешевле, монтаж его дороже. Поэтому на коротких отрезках все еще используют медь.
«Скрутить и замотать изолентой» при обрыве тоже не получится, обслуживание оптической коммуникаций требует повышенной квалификации работников.
Относительная хрупкость и малая стойкость к повреждениям.
Выводы
На сегодня оптическая цифровая связь безальтернативна. Все магистральные провайдеры заменили свои медные коммуникации на высокоскоростную оптику, и даже «последняя миля» спешно заменяется на нее же. Это позволило увеличить пропускную способность канала, необходимую для передачи интернет-трафика, организации IP-телефонии, телевидения и выделенных сервисов.
Помимо этого, оптоволокно применяется в таких сферах, как промышленные системы управления, авиационные системы, военные системы командования, управления и связи.
Возможно, однажды человечество упрется в физический предел и в этой технологии, но пока у нес нет столько данных, чтобы их нельзя было оперативно передать по оптической линии связи.
Впрочем, если что – квантовый интернет на подходе!
Квантовый интернет Перспективная сеть на невероятной основе
Квантовые компьютеры делают только первые шаги, но квантовые сети уже на глазах становятся реальностью. Каким будет квантовый интернет?
Оптоволоконный кабель: виды и особенности
В этой статье мы рассмотрим оптоволоконный кабель: виды и особенности этого вида кабельной продукции.
23 сентября 2020
Конструкция и принцип работы оптического кабеля
Системы связи, использующие оптоволокно, появились в далеких 1960-х годах, когда появился первый лазер. Однако само оптоволокно изобрели лишь спустя 10 лет, и с этого момента началась эпоха современного интернета.
В конструкции любого кабеля с оптическим волокном в центре находится светопередающая часть волокна, которую называют ядром, а вокруг него расположены модули. Эти модули существуют в виде обычных трубочек из пластика и предназначены для защиты волокон внутри кабеля. Эти трубочки бывают разного цвета, а от их количества внутри кабеля зависит вид оптического кабеля. Различают одномодульные и мультимодульные (многомодульные) кабели.
Одномод и многомод — что это и чем отличается?
- одномодовый (гораздо дороже второго вида, но отличается своими характеристиками);
- мультимодовый или многомодовый (дешевле первого варианта, но уступает по параметрам первому виду).
Существенной разницей между этими видами кабелей является специфика перемещения сигналов в виде световых лучей.
Одномодовый оптический кабель
Одномодовый кабель подразумевает одну пластиковую трубку (модуль) внутри кабеля, из-за чего сигналы, в виде луча, проходят одинаковый путь, что гарантирует одновременный прием сигнала. Такой сигнал будет доставлен, практически, без потери в целостности и в форме. Кабель такого вида состоит из центрального волокна в диаметре равным примерно 1,3 мкм, при том, что свет передается той же длины, 1,3мкм.
Сигнал по одномодовому кабелю передается на гораздо большие расстояния, чем по многомодовым. Обусловлено это минимальной дисперсией и потерей сигнала.
Передача сигнала осуществляется с помощью лазерных приемопередатчиков, которые имеют гораздо длительное быстродействие, нежели обычные светодиоды. Одним из важных параметров является затухание сигнала. В подобном типе кабеля, затухание достигает 5дБ/км, но при помощи определенных манипуляций, можно достичь отметки в 1дБ/км.
Лазерный приемопередатчики, которые используются для получения сигналов с одномодовых кабелей, отличаются своей дороговизной и недолговечностью при постоянной эксплуатации. Поэтому эта технология является относительно дороже другого вида. Но, у одномодовых кабелей есть прекрасные достоинства в характеристиках, что может сделать их в будущем намного популярнее и доступнее.
Разновидности одномодового кабеля:
- со смещением дисперсией лучей;
- со смещением показателя наибольшей длины волны;
- со смещением ненулевой дисперсией лучей.
Многомодовый оптический кабель
Многомодовый кабель отличается существенным искажением сигнала. Траектории движения сигналов, в виде лучей, имеют ощущаемый разброс, который отражается на форме полученного сигнала. Это происходит из-за особенностей структуры такого кабеля, который состоит из множества трубок. Характеристики кабеля равны: 62.15/125, что значит, диаметр центрального волокна равен 62.5 мкм, а внешняя оболочка имеет диаметр в 125 мкм.
Передача сигнала осуществляется с помощью светодиодов, в отличие от одномодового кабеля. За счет этого существенно снижается стоимость модели, но увеличивается срок службы. Такие датчики не требуют особого ухода и контроля, так как их износ минимален, что гарантирует более большой срок службы.
В многомодовом кабеле можно наблюдать разбросы длин волн, которые колеблются в районе 30 – 50 нм. Максимально допустимая длина кабеля составляет 3-5 км. Сигнал затухает гораздо дольше и доходит до отметки в 5-20 дБ/км.
За счет своей доступности и дешевизне в обслуживании, многомодовые кабели пользуются большим спросом на сегодняшний день, обеспечивая, при этом, скорость передачи в 10 Гбит/с, при условии, что линия кабеля не превышает 600 метров в длине.
Заключение
Два вида кабелей изготавливаются по похожей технологии, но обладают, при этом, разными техническими характеристиками. Одномодовые кабельные системы гораздо распространены у сетевых операторов, благодаря своим свойствам передачи данных на более большие расстояния. Многомодовые оптоволоконные кабели наиболее популярны в различных центрах обработки информации, предприятиях, а также в локальных сетях. Каждый вид оптоволоконного кабеля выполняет свои задачи.