Що таке оптичне волокно?

Що таке оптичне волокно?

Оптоволоконна мережа – порівняно недавній спосіб передачі даних, проте сам принцип обміну інформацією за допомогою світлового сигналу було запропоновано ще наприкінці ХІХ століття. Недостатньо розвинені технології того часу не дозволили втілити ідею в життя, а широкого поширення набув кабель типу "вита пара».

З винаходом у 60-х роках 20-го століття напівпровідникового лазера та фотодіода, що служать джерелом світлового сигналу та його приймачем, розробки оптичних систем передачі даних продовжилися. Зазначимо, що ще 1934 року система передачі різної інформації за допомогою променя світла по скляних стрижнях була запатентована американцем Н. Френчем.

У 1970-х роках компанією Corning було запропоновано багатомодовий оптичний кабель з низьким коефіцієнтом загасання сигналу, що дозволило розпочати роботи з його широкого впровадження. 1983-го року світло побачило одномодовий кабель. З того часу оптоволоконні мережі почали стрімко завойовувати ринок.

В даний час оптоволоконний кабель застосовується, у тому числі, для побудови глобальної мережі Інтернет, оскільки його властивості дозволяють передавати дані на величезні відстані без втрати якості.

Будівництво кабелю оптоволокна

Так що ж таке оптоволоконний кабель з технічної точки зору? Його конструкція є двошаровою трубкою зі скла або синтетичного матеріалу, укладеною в оболонку. Двошарова оптична жила розміщується у пластиковій трубці, заповненій гідрофобною гелеподібною речовиною. Одночасно в трубці можуть бути від 4-х до 12-ти оптичних волокон. Загальна кількість пучків в кабелі може досягати 144-х (8, 12&32, 48, 64 і т.д.). Залежно від умов прокладання конструкція передбачає шар поліетиленової плівки для захисту від вологи, силових кевларових ниток або броні, виконаної із заліза, сталі чи склопластику, шар поліетилену з гідрофобним гелем. Всі моделі оптоволокна зовні захищені товстою оболонкою з м'якого поліетилену, що захищає конструкцію від зовнішніх впливів.

Як працює оптоволокно? Внутрішній і зовнішній шар мають різні значення заломлення, внаслідок чого світловий промінь рухається серед провідника, повністю відбиваючись від матеріалу оболонки. Таким чином, втрата потужності променя зводиться до мінімуму, що, у свою чергу, сприяє його руху на далекі та наддалекі відстані.

Існує кілька способів передачі сигналу по оптичному провіднику, що розрізняються за кількістю мод, що передаються. Мода – це світловий промінь, що рухається серед однієї оптичної нитки з параметрами, які розраховуються за формулою Максвелла. В одномодовому (англ. SingleMode, SM) кабелі серед одного провідника можливий рух одного променя (діаметр провідника становить 6 мкм чи 9 мкм). У багатомодових (MultiMode, MM) кабелях можливе поширення декількох променів з різними модами (діаметр 50 мкм або 62,5 мкм). Зовнішній діаметр всіх типів оптичного волокна разом з оболонкою становить 125 мкм, при цьому, для збереження стандартного розміру оптичні нитки, що не використовуються, закривають заглушками.

Технічні параметри кабелю, такі як кількість мод, довжина хвилі, матеріал, з якого виготовлені трубки, а також кількість та склад зовнішніх шарів відображаються у маркуванні виробу.

Прокладка оптичного кабелю можлива в різних умовах: за повітря, під землею, під водою. Додатково різні моделі провідників захищені від впливу вологи, електромагнітних перешкод, влучення вологи тощо.

Оптоволоконний інтернет (мережа)

Видатні технічні характеристики передачі даних, якими володіє оптичне волокно, зумовили його широке використання для Інтернету. Крім використання оптоволокна для Інтернету, кабель дозволяє одночасно передавати телефонний сигнал, зображення та звук, іншу інформацію.

Однією з найважливіших переваг, яку використовують при передачі даних Інтернет по оптоволоконному кабелю, є можливість передавати сигнал на десятки, сотні та тисячі кілометрів. Це дозволяє встановлювати зв'язок між вузлами мережі не тільки в межах одного населеного пункту, але також між різними містами, країнами та континентами.

Широке поширення передачі інтернет-сигналу через оптоволокно набуло завдяки іншим деяким особливостям:

- довговічність ліній та їх висока пропускна здатність, у рази більша за металеві провідники;

- оптичний кабель для Інтернету має відмінну схибленість;

- несанкціонований доступ до оптоволоконної лінії вкрай скрутний;

- ідеальні можливості для передачі телевізійного сигналу та телеметричних даних;

- можливість організовувати складні структуровані кабельні мережі з високою продуктивністю, наприклад, для організації систем відеоспостереження.

Відповідаючи на питання «що таке оптичний інтернет?», можна сказати, що це високошвидкісний захищений канал передачі даних у глобальній мережі, в якому інформація передається у вигляді світлового сигналу, що розповсюджується в оптичному провіднику.

Обладнання для оптоволоконного інтернету

Для підключення до мереж оптоволоконного інтернету знадобиться деяке спеціальне обладнання.

Пігтейли, оптичні патч-корди

Пітгейл - представляє  собий відрізок оптоволоконного кабелю, оконцований  конектором з одного або обох кінців. Використовуються для комутації розподільних пристроїв та мережевих підключень до активного обладнання. З'єднувачі розрізняють формою, способом полірування оптичного волокна, а сам кабель може бути одномодовим або багатомодовим.

Оптичні муфти 

Оптичні муфти - використовуються для механічного захисту зварного з'єднання ділянок оптоволоконної мережі. Також підвищують стійкість ділянок, що з'єднуються, до впливу електромагнітних, радіоелектронних та інших видів перешкод. По виконанню розрізняють прохідні та тупикові моделі.

Оптичні адаптери, розетки

Оптичні адаптери - забезпечують надійне підключення оптоволоконного кабелю до мережевого пристрою. Розроблені моделі для різних видів оптичного волокна, відрізняються типом підключення та способом полірування.

Оптичні патч-панелі

Є панелі, забезпечені роз'ємами для підключення мережевих пристроїв до входів оптико-волоконної мережі. Використовуються для зручності комутації великої кількості мережного обладнання. Мають різну кількість портів підключення та різні форм-фактори з'єднувачів.

Оптичні бокси

Оптичні бокси це різновид комутаційних ящиків, призначений для роботи з оптичним кабелем. Сполуки виконуються за допомогою оптичних патч-кордів або пігтейлів. Також називаються оптичними кросами. Відрізняються кількістю та видом підключень.

Медіаконвертери.

Медіаконвертори - призначені для перетворення оптичного сигналу в електричний. Існують моделі, здатні працювати з одномодовим та багатомодовим волокном, різними типами конекторів.

SFP-модулі

Інакше називаються трансіверами. Працюють як перехідник від оптичної частини кабельної структурованої мережі до пристрою, що приймає. Використання модуля позбавляє необхідності підбирати різні види мережного обладнання зі спеціальними оптичними роз'ємами. Виділяють пристрої у різному виконанні та типами з'єднання.

І звичайно, для підключення оптоволоконного Інтернету буде потрібний оптичний кабель. З'єднання виконують за допомогою спеціального інструменту.

Інструмент для оптоволокна та його різновиди

Умовно інструмент для підключення інтернету через оптоволокно можна розділити на дві категорії: інструмент для проведення монтажних робіт та обладнання для перевірки якості з'єднань та цілісності мереж ВОЛЗ.

До монтажних робіт, що виконуються на оптичних лініях передачі даних, відносять: укладання, різання, обробку, зачистку, зупинку та деякі інші види робіт.

Різання оптичного волокна виконується спеціальними різаками, різні моделі яких призначені для різання тросів, кевларового або металевого бронювання, зовнішньої оболонки. Вибір різака обумовлений типом оптичного волокна.

Видалення поздовжніх шарів оболонки кабелю здійснюють за допомогою спеціального інструменту – сліттера. Він порушує цілісності оптичного провідника. Поперечне різання виконується за допомогою стрипера.

Ці дії передують закінченню кабелю за допомогою з'єднувача. Обрізання безпосередньо оптичного провідника здійснюється за допомогою прецизійних інструментів з алмазним або карбоновим наконечником. Вони наносять на поверхню оптичного волокна сколу, після чого зайва частина відламується.

Перевірка якості з'єднань – важливий етап монтажних робіт. Вимірюється відстань між оптичними муфтами, потужність оптичного сигналу, швидкість його загасання у місцях стиків, якість шліфування. Для цих цілей призначені рефлектометри, вимірювачі потужності, оптичні тестери та візуальні індикатори, спеціальні мікроскопи. Проведення перевірки обов'язково супроводжує монтажно-укладальних робіт, оскільки від якості з'єднань залежить пропускна здатність та швидкість оптоволоконного Інтернету.

Роботи, крім наявності спеціального обладнання для оптоволоконних мереж, потребують кваліфікації монтажників та розробки проекту, тому їх проведення найчастіше довіряють спеціалізованим компаніям.

Як прокласти оптичний кабель усередині будівлі?

Прокладка оптоволокна всередині будівель має деякі особливості, що випливають із умов експлуатації. До них відносять:

- відносно невелика протяжність ліній і, як наслідок, низький рівень загасання сигналу;

- однорідне фізико-експлуатаційне середовище – стабільна температура та вологість, а отже, немає необхідності застосовувати складні багатошарові конструкції провідника, призначені, наприклад, для укладання в ґрунт або під воду;

- підвищені вимоги до пожежної безпеки – оболонка кабелю повинна бути малодимною та малогорючою.

Виходячи з перерахованих умов, для прокладання оптичного кабелю всередині будівель застосовують полегшені конструкції оптоволокна, де як захисний шар іноді може бути гідрофобне покриття. Роль силового елемента виконує пучок спеціальних ниток, а захисна оболонка захищає осердя від випадкового пошкодження. Прокладають кабель у кабель-каналах або кабельних лотках, тому вага волокна повинна бути невисокою, а гнучкість дозволяти без втрати якості слідувати архітектурним елементам конструкції. Оболонка кабелю, щоб уникнути підвищеної горючості, виготовлена не з поліетилену, а з поліуретану.

Оптоволоконний кабель для підключення інтернету під час прокладання всередині будівель поділяють на розподільний, який формує кабельну мережу, та абонентський, що служить для передачі сигналу безпосередньо до кінцевих пристроїв. Іноді розподільні мережі прокладають фасадами будівель, у такому разі застосовують кабель, призначений для повітряної прокладки, де роль силового елемента грає сталевий трос.

Зазвичай пристрій оптичних кабельних мереж не викликає особливих труднощів, набагато більшу складність представляє організація якісних з'єднань оптичного волокна.

Слід зазначити, що кількість світлових провідників у кабелі для внутрішньобудинкового прокладання рідко більше 12-ти. У той же час виконання якісного з'єднання одномодового світлового провідника через малий діаметр сердечника без спеціальних інструментів і приладів практично неможливе.

Як підключити оптоволоконний кабель?

Підключення оптоволоконного кабелю – досить проста операція, яка не потребує особливих навичок.

Як правило, монтажна організація заводить оптичне волокно в приміщення (квартиру, будинок або офіс) і підключає його до оптичної розетки. Для того, щоб забезпечити подальше розповсюдження сигналу, існує декілька шляхів.

У разі передачі Інтернет-даних по бездротовій мережі Wi-Fi використовують оптичний роутер або підключають оптоволокно за допомогою оптичного трансівера. Від розетки до пристрою сигнал передається через оптичний патч-корд, який можна придбати у спеціалізованому магазині, вибравши потрібну довжину провідника.

Якщо передбачається подальше прокладання витої пари, то використовують маршрутизатор із входом для оптоволокна або також застосовують SFP-модуль. На сьогоднішній день багато моделей роутерів обладнано оптичними входами, передавачем Wi-Fi та виходом для крученої пари.

Під час прокладання мідного провідника слід враховувати високу пропускну здатність оптичного кабелю, тому слід застосовувати кручену пару не нижче п'ятої категорії.

Оптичний модем часто надається в оренду компаніями-провайдерами. Їхні фахівці також можуть виконати подальші роботи з організації домашньої кабельної мережі, проте така послуга може бути платною.

У разі потреби з'єднання оптичного кабелю в домашніх умовах можна виконати самостійно, використовуючи патч-корди та оптичні бокси. Якість такого з'єднання досить висока, а його виконання не вимагає придбання спеціальних ножів для зачистки оптоволокна та зварювального обладнання.

Оптичні з'єднувачі

На закінчення необхідно приділити увагу оптичним з'єднувачам або конекторам, адже вони відіграють найважливішу роль в організації оптичної кабельної мережі. З їх допомогою відбувається підключення оптичного волокна до активного або пасивного мережного пристрою, здійснюється закінчення патч-кордів та пігтейлів, відбувається комутація обладнання. Кожному виду з'єднувача відповідає певний тип гнізда.

Оптичні конектори розрізняють за такими параметрами:

1. Тип оптичного волокна.

Існують моделі конекторів, призначені для закінчення наступних видів оптичного кабелю:

- одномодового (SM);

- багатомодового (MM).

Вони відрізняються як способом передачі світлового сигналу і пропускною здатністю, так і діаметром оптичного сердечника (6-9 мкм для одномодових моделей, 50 мкм або 62,5 мкм для багатомодових). Різні види оптичного волокна не сумісні між собою, тому перед використанням пристроїв слід уважно вивчити їхнє маркування.

Також на ринку є універсальні з'єднувачі  (SM/MM), здатні працювати як з одномодовими, так і з багатомодовими провідниками.

2. Тип полірування торця сердечника.

Для забезпечення максимально щільного і рівного прилягання торців оптичних сердечників, що з'єднуються, їх піддають спеціальному шліфуванню. Використовуються такі її різновиди:

- РС. Торці мають заокруглені кінці, їх обробка проводиться вручну;

- SPC. Заокруглені кінці торців виконані машинним способом. Покращений варіант полірування РС забезпечує більш щільне прилягання;

- UPC. Майже плоска поверхня торців, машинна обробка. Відмінна якість сигналу.

- APC. Торці скошені під кутом 8 градусів. Найкращі показники пропускної спроможності застосовуються в мережах з підвищеними вимогами до продуктивності.

З'єднання оптичного волокна з осердям, обробленим методом АРС, з іншими типами шліфування осердя не допускається, оскільки веде до його пошкодження. Шліфування РС, SPC та UPC до певної міри допускає спільне використання.

3. Тип гнізда.

Механічну надійність з'єднання забезпечують роз'єм наступних типів:

- FC (Ferrule Connector). Мають круглу форму, корпус виготовлений з металу, пружне з'єднання шляхом вкручування створює відмінний та надійний контакт. Стійкий до механічних дій. Може бути незручним при монтажі адаптерів у складі патч-панелей через скупченість, оскільки для встановлення з'єднувача потрібний простір для повороту корпусу.

- SC (Subscriber Connector). Виготовлений із пластику, фіксація в роз'ємі за допомогою клямки. Зручний у використанні, але менш надійний через застосування пластикового матеріалу.

- LC (Lucent Connector). Названий за назвою виробника, компанії Lucent. Є роз'ємом SC зменшеного розміру.

- ST (Straight Tip). Призначений для з'єднання багатомодових кабелів з поліруванням РС. Корпус виготовлений із нікелево-латунного сплаву.

Найбільше поширення через простоту використання отримали конектори типу SC.

Для встановлення оптичного з'єднувача використовують інструмент для різання та зачистки кабелю, а також спеціальний обтискний пристрій.