Что такое оптическое волокно?
Оптоволоконная сеть – сравнительно недавний способ передачи данных, однако сам принцип обмена информацией при помощи светового сигнала был предложен еще в конце ХІХ века. Недостаточно развитые технологии того времени не позволили воплотить идею в жизнь, а широкое распространение получил кабель типа «витая пара».
С изобретением в 60-х годах 20-го века полупроводникового лазера и фотодиода, служащих источником светового сигнала и его приемником, разработки оптических систем передачи данных продолжились. Отметим, что еще в 1934 году система передачи различной информации при помощи луча света по стеклянным стержням была запатентована американцем Н. Френчем.
В 1970-х годах компанией Corning был предложен многомодовый оптический кабель с низким коэффициентом затухания сигнала, что позволило начать работы по его широкому внедрению. В 1983-м году свет увидел одномодовый кабель. С тех пор оптоволоконные сети начали стремительно завоевывать рынок.
В настоящее время оптоволоконный кабель применяется, в том числе, для построения глобальной сети Интернет, поскольку его свойства позволяют передавать данные на огромные расстояния без потери качества.
Строение кабеля оптоволокна
Так что же такое оптоволоконный кабель с технической точки зрения? Его конструкция представляет собой двухслойную трубку из стекла или синтетического материала, заключенную в оболочку. Двухслойная оптическая жила размещается в пластиковой трубке, заполненной гидрофобным гелеобразным веществом. Одновременно в трубке могут находиться от 4-х до 12-ти оптических волокон. Общее число пучков в кабеле может достигать 144-х (8, 12…32, 48, 64 и т.д.). В зависимости от условий прокладки конструкция предусматривает слой полиэтиленовой пленки для защиты от влаги, силовых кевларовых нитей или брони, выполненной из железа, стали или стеклопластика, слой полиэтилена с гидрофобным гелем. Все модели оптоволокна снаружи защищены толстой оболочкой из мягкого полиэтилена, защищающего конструкцию от внешних воздействий.
Как работает оптоволокно? Внутренний и внешний слой имеют различные значения преломления, вследствие чего световой луч движется в среде проводника, полностью отражаясь от материала оболочки. Таким образом, потеря мощности луча сводится к минимуму, что, в свою очередь, способствует его движению на дальние и сверхдальние расстояния.
Существует несколько способов передачи сигнала по оптическому проводнику, различаемых по количеству передаваемых мод. Мода – это световой луч, движущийся в среде одной оптической нити с параметрами, которые рассчитываются по формуле Максвелла. В одномодовом (англ. SingleMode, SM) кабеле в среде одного проводника возможно движение одного луча (диаметр проводника составляет 6 мкм или 9 мкм). В многомодовых (англ. MultiMode, MM) кабелях возможно распространение нескольких лучей с разными модами (диаметр 50 мкм или 62,5 мкм). Внешний диаметр всех типов оптического волокна вместе с оболочкой составляет 125 мкм, при этом, для сохранения стандартного размера неиспользуемые оптические нити закрывают заглушками.
Технические параметры кабеля, такие как количество мод, длина волны, материал, из которого изготовлены трубки, а также количество и состав внешних слоев отображаются в маркировке изделия.
Прокладка оптического кабеля возможна в различных условиях: по воздуху, под землей, под водой. Дополнительно различные модели проводников защищены от воздействия влаги, электромагнитных помех, попадания влаги и т.п.
Оптоволоконный интернет (сеть)
Выдающиеся технические характеристики передачи данных, которыми обладает оптическое волокно, обусловили его широкое использование для сети Интернет. Помимо использования оптоволокна для Интернета, кабель позволяет одновременно передавать телефонный сигнал, изображение и звук, другую информацию.
Одним из важнейших преимуществ, которое используют при передаче данных Интернет по оптоволоконному кабелю, является возможность передавать сигнал на десятки, сотни и тысячи километров. Это позволяет устанавливать связь между узлами сети не только в пределах одного населенного пункта, но также между разными городам, странами и континентами.
Широкое распространение передачи интернет-сигнала через оптоволокно приобрело благодаря другим некоторым особенностям:
- долговечность линий и их высокая пропускная способность, в разы больше металлических проводников;
- оптический кабель для Интернета обладает отличной помехозащищенностью;
- несанкционированный доступ к оптоволоконной линии крайне затруднителен;
- идеальные возможности для передачи телевизионного сигнала и телеметрических данных;
- возможность организовывать сложные структурированные кабельные сети с высокой производительностью, например, для организации систем видеонаблюдения.
Отвечая на вопрос «что такое оптический интернет?», можно сказать, что это высокоскоростной защищенный канал передачи данных в глобальной сети, в котором информация передается в виде светового сигнала, распространяющегося в среде оптического проводника.
Оборудование для оптоволоконного интернета
Для подключения к сетям оптоволоконного интернета понадобится некоторое специальное оборудование.
Пигтейлы, оптические патч-корды
Питгейл - представляет собой отрезок оптоволоконного кабеля, оконцованный коннектором с одного или обоих концов. Используются для комутации распределительных устройств и сетевых подключений к активному оборудованию. Соединители различают по форме, способу полировки оптического волокна, а сам кабель может быть одномодовым или многомодовым.
Оптические муфты
Оптические муфты - используются для механической защиты сварного соединения участков оптоволоконной сети. Также повышают устойчивость соединяемых участков к воздействию электромагнитных, радиоэлектронных и других видов помех. По исполнению различают проходные и тупиковые модели.
Оптические адаптеры, розетки
Оптические адаптеры - обеспечивают надежное подключение оптоволоконного кабеля к сетевому устройству. Разработаны модели для разных видов оптического волокна, отличаются типом подключения и способом полировки.
Оптические патч-панели
Представляют собой панели, снабженные разъемами для подключения сетевых устройств к входам оптико-волоконной сети. Используются для удобства коммутации большого количества сетевого оборудования. Имеют разное количество портов подключения и различные форм-факторы соединителей.
Оптические боксы
Оптические боксы это разновидность коммутационных ящиков, предназначенная для работы с оптическим кабелем. Соединения выполняются при помощи оптических патч-кордов или пигтейлов. Также называются оптическими кроссами. Отличаются количеством и видом подключений.
Медиаконвертеры.
Медиаконверторы - предназначенные для преобразования оптического сигнала в электрический. Существуют модели, способные работать с одномодовым и многомодовым волокном, различными типами коннекторов.
SFP-модули
Иначе называются трансиверами. Работают в качестве переходника от оптической части кабельной структурированной сети к принимающему устройству. Использование модуля избавляет от необходимости подбирать различные виды сетевого оборудования со специальными оптическими разъемами. Выделяют устройства в разном исполнении и типами соединения.
И конечно, для подключения оптоволоконного Интернета потребуется оптический кабель. Соединения выполняют при помощи специального инструмента.
Инструмент для оптоволокна и его разновидности
Условно инструмент для подключения интернета через оптоволокно можно разделить на две категории: инструмент для проведения монтажных работ и оборудование для проверки качества соединений и целостности сетей ВОЛС.
К монтажным работам, выполняемым на оптических линиях передачи данных, относят: укладку, резку, разделку, зачистку, оконцовку и некоторые другие виды работ.
Резка оптического волокна выполняется специальными резаками, разные модели которых предназначены для резки тросов, кевларового или металлического бронирования, внешней оболочки. Выбор резака обусловлен типом оптического волокна.
Удаление продольных слоев оболочки кабеля совершают при помощи специального инструмента – слиттера. Он не нарушает целостности оптического проводника. Поперечная резка выполняется при помощи стриппера.
Эти действия предшествуют оконцовке кабеля при помощи соединителя. Обрезка непосредственно оптического проводника осуществляется при помощи прецизионных инструментов с алмазным или карбоновым наконечником. Они наносят на поверхность оптического волокна скол, после чего лишняя часть отламывается.
Проверка качества соединений – важный этап монтажных работ. Измеряется расстояние между оптическими муфтами, мощность оптического сигнала, скорость его затухания в местах стыков, качество шлифовки. Для этих целей предназначены рефлектометры, измерители мощности, оптические тестеры и визуальные индикаторы, специальные микроскопы. Проведение проверки обязательно сопутствует монтажно-укладочным работам, так как от качества соединений зависит пропускная способность и скорость оптоволоконного Интернета.
Работы, кроме наличия специального оборудования для оптоволоконных сетей, требуют квалификации монтажников и разработки проекта, поэтому их проведение чаще всего доверяют специализированным компаниям.
Как проложить оптический кабель внутри здания?
Прокладка оптоволокна внутри зданий имеет некоторые особенности, которые вытекают из условий эксплуатации. К ним относят:
- относительно небольшая протяженность линий и, как следствие, низкий уровень затухания сигнала;
- однородная физико-эксплуатационная среда – стабильная температура и влажность, а значит, нет необходимости применять сложные многослойные конструкции проводника, предназначенные, например, для укладки в грунт или под воду;
- повышенные требования к пожаробезопасности – оболочка кабеля должна быть малодымной и малогорючей.
Исходя из перечисленных условий, для прокладки оптического кабеля внутри зданий применяют облегченные конструкции оптоволокна, где в качестве защитного слоя иногда может присутствовать гидрофобное покрытие. Роль силового элемента выполняет пучок специальных нитей, а защитная оболочка защищает сердечник от случайного повреждения. Прокладывают кабель в кабель-каналах либо кабельных лотках, поэтому вес волокна должен быть невысоким, а гибкость позволять без потери качества следовать архитектурным элементам конструкции. Оболочка кабеля, во избежание повышенной горючести, изготовлена не из полиэтилена, а из полиуретана.
Оптоволоконный кабель для подключения интернета при прокладке внутри зданий разделяют на распределительный, который формирует кабельную сеть, и абонентский, служащий для передачи сигнала непосредственно к концевым устройствам. Иногда распределительные сети прокладывают по фасадам зданий, в таком случае применяют кабель, предназначенный для воздушной прокладки, где роль силового элемента играет стальной трос.
Обычно устройство оптических кабельных сетей не вызывает особенных затруднений, гораздо большую сложность представляет организация качественных соединений оптического волокна.
Следует отметить, что количество световых проводников в кабеле для внутридомовой прокладки редко больше 12-ти. В то же время, выполнение качественного соединения одномодового светового проводника из-за малого диаметра сердечника без специальных инструментов и приборов практически невозможно.
Как подключить оптоволоконный кабель?
Подключение оптоволоконного кабеля – достаточно простая операция, не требующая особых навыков.
Как правило, монтажная организация заводит оптическое волокно в помещение (квартиру, дом или офис) и подключает его к оптической розетке. Для того, чтобы обеспечить дальнейшее распространение сигнала, существует несколько путей.
В случае передачи Интернет-данных по беспроводной сети Wi-Fi используют оптический роутер или же подключают оптоволокно при помощи оптического трансивера. От розетки к устройству сигнал передается посредством оптического патч-корда, который можно приобрести в специализированном магазине, выбрав нужную длину проводника.
Если предполагается дальнейшая прокладка витой пары, то используют маршрутизатор с входом для оптоволокна либо также применяют SFP-модуль. На сегодняшний день многие модели роутеров оборудованы оптическими входами, передатчиком Wi-Fi и выходом для витой пары.
При прокладке медного проводника следует учитывать высокую пропускную способность оптического кабеля, поэтому следует применять витую пару не ниже пятой категории.
Оптический модем очень часто предоставляется в аренду компаниями-провайдерами. Их специалисты также могут выполнить дальнейшие работы по организации домашней кабельной сети, однако такая услуга может быть платной.
В случае необходимости соединение оптического кабеля в домашних условиях можно выполнить самостоятельно, используя патч-корды и оптические боксы. Качество такого соединения достаточно высоко, а его выполнение не требует приобретения специальных ножей для зачистки оптоволокна и сварочного оборудования.
Оптические соединители
В заключение необходимо уделить внимание оптическим соединителям или коннекторам, ведь они играют важнейшую роль в организации оптической кабельной сети. С их помощью происходит подключение оптического волокна к активному или пассивному сетевому устройству, осуществляется оконцовка патч-кордов и пигтейлов, происходит коммутация оборудования. Каждому виду соединителя соответствует определенный тип разъема.
Оптические коннекторы различают по следующим параметрам:
- Тип оптического волокна.
Существуют модели конекторов, предназначенные для оконцовки следующих видов оптического кабеля:
- одномодового (SM);
- многомодового (MM).
Они отличаются как способом передачи светового сигнала и пропускной способностью, так и диаметром оптического сердечника (6-9 мкм для одномодовых моделей, 50 мкм или 62,5 мкм для многомодовых). Разные виды оптического волокна не совместимы между собой, поэтому перед использованием устройств следует внимательно изучить их маркировку.
Также на рынке есть универсальные соединители (SM/MM), способные работать как с одномодовыми, так и многомодовыми проводниками.
- Тип полировки торца сердечника.
Для обеспечения максимально плотного и ровного прилегания торцов соединяемых оптических сердечников их подвергают специальной шлифовке. Используются такие ее разновидности:
- РС. Торцы имеют скругленные концы, их обработка производится вручную;
- SPC. Скругленные концы торцов выполнены машинным способом. Улучшенный вариант полировки РС, обеспечивает более плотное прилегание;
- UPC. Практически плоская поверхность торцов, машинная обработка. Отличное качество прохождения сигнала.
- APC. Торцы скошены под углом 8 градусов. Наилучшие показатели пропускной способности, применяются в сетях с повышенными требованиями к производительности.
Соединение оптического волокна с сердечником, обработанным методом АРС, с другими типами шлифовки сердечника не допускается, так как ведет к его повреждению. Шлифовка РС, SPC и UPC до определенной степени допускает совместное использование.
- Тип разъема.
Механическую надежность соединения обеспечивают разъемы следующих типов:
- FC (Ferrule Connector). Имеют круглую форму, корпус изготовлен из металла, подпружиненное соединение путем вкручивания создает отличный и надежный контакт. Устойчив к механическим воздействиям. Может быть неудобен при монтаже адаптеров в составе патч-панелей из-за скученности, поскольку для установки соединителя необходимо пространство для поворота корпуса.
- SC (Subscriber Connector). Изготовлен из пластика, фиксация в разъеме при помощи защелки. Удобен в использовании, но менее надежен из-за применения пластикового материала.
- LC (Lucent Connector). Назван по наименованию производителя, компании Lucent. Представляет собой разъем SC уменьшенного размера.
- ST (Straight Tip). Предназначен для соединения многомодовых кабелей с полировкой РС. Корпус изготовлен из никелево-латунного сплава.
Наибольшее распространение из-за простоты использования получили коннекторы типа SC.
Для установки оптического соединителя используют инструмент для резки и зачистки кабеля, а также специальное обжимное устройство.
