Komponente optičkih komunikacijskih linija. Vols: glavne karakteristike i područja primjene

Trenutno se kao optičke komunikacijske linije koriste sljedeće:

• a) optičke linije koje koriste optički kabl - optičke komunikacione linije (FOCL);
• b) optičke komunikacione linije bez upotrebe optičkog kabla.

Optičke komunikacione linije imaju najbolje pokazatelje u pogledu brzine prenosa podataka, otpornosti na buku i zaštite od neovlašćenog pristupa.

Optičke komunikacijske linije (FOCL)

Blok dijagram optičke komunikacione linije prikazan je na Sl. 7.11.

Rice. 7.11.

Električni signal se šalje na predajnik - primopredajnik, koji pretvara električni signal u svjetlosni impuls. Potonji se dovodi u optički kabel kroz optički konektor. Na prijemnoj lokaciji optički se kabl povezuje pomoću optičkog konektora na prijemnik - primopredajnik, koji pretvara svjetlosni snop u električni signal.

U zavisnosti od namjene optičke linije, njene dužine i kvalitete korištenih komponenti, strukturni dijagram se može promijeniti. Na značajnim udaljenostima između točaka prijenosa i prijema uvodi se repetitor - pojačalo signala. Ako je dužina optičkog kabla kratka (ako je konstrukcijska dužina optičkog kabla dovoljna), zavarivanje kabla nije potrebno. Konstrukcijska dužina je dužina jednog komada kabla koji je isporučio proizvođač.

Optičke komunikacijske linije imaju sljedeće prednosti:

• 1. Visoka otpornost na buku od vanjskih elektromagnetnih smetnji i inter-kanalnih smetnji.
• 2. Širok raspon radnih frekvencija omogućava prenos informacija putem takve komunikacione linije brzinom od 10 |2 bit/s = Tbit/s.
• 3. Sigurnost od neovlaštenog pristupa: optička linija gotovo da ne proizvodi zračenje u okolni prostor, a izrada optičkih energetskih slavina bez uništavanja kabla je gotovo nemoguća. A bilo kakvi uticaji na vlakno mogu se zabilježiti praćenjem (kontinuirano praćenje) integriteta linije.
• 4. Mogućnost skrivenog prenosa informacija.
• 5. Potencijalno niska cijena zbog zamjene skupih obojenih metala (bakar) sa materijalima sa neograničenim resursima sirovine (silicijum dioksid).
• 6. Galvanska izolacija segmenata linija je automatski osigurana.

Međutim, tehnologija optičkih vlakana također ima svoje nedostatke:

• 1. Visoka cijena opreme.
• 2. Potrebna je skupa tehnološka oprema, kako tokom montaže tako i tokom rada. Ako se optički kabel pokvari, cijena njegovog obnavljanja je mnogo veća od restauracije bakrenog kabela.
• 3. Optički kablovi nisu otporni na zračenje.

Osnovu optičkih vodova čine optički kablovi od

pojedinačni svjetlosni vodiči - optička vlakna.

Optičko vlakno je tanka dvoslojna nit koja se sastoji od jezgre i omotača s različitim indeksima loma. Za zaštitu vlakana od atmosferskih i mehaničkih utjecaja, preko reflektirajuće ovojnice nanosi se zaštitni premaz. Dizajn optičkog vlakna sa zaštitnim premazom prikazan je na slici 7.12.

Rice. 7.12.

Koriste se 3 vrste optičkih vlakana: polimerna optička vlakna (POF = Plastic Optical Fiber), kvarc-polimerna optička vlakna (PCF = Polymer Cladded Fiber), kvarcna optička vlakna (GOF = Glass Optical Fiber).

Polimerna optička vlakna su napravljena od polimernih materijala sa visokim optičkim svojstvima. Optički kablovi od polimernih optičkih vlakana odlikuju se dobrom fleksibilnošću (sa prečnikom vlakna od 1,5 mm, dozvoljeni radijus savijanja vlakana je 8 mm) i omogućavaju propusnost do 2,5 Gbit/s, što je znatno više od onaj upredenog para (max 1 Gbit/s). Domet prijenosa podataka - do 80 m.

POF se trenutno koristi prilično široko. Koristi se za dekorativnu, arhitektonsku i pejzažnu rasvjetu, za osvjetljenje bazena i za sigurno osvjetljenje eksplozivnih prostorija. Još jedno područje primjene može se smatrati korištenjem POF-a za proizvodnju vizualnih displej sistema za informacijske ploče kućne, automobilske, industrijske i medicinske elektronike. POV se koristi za stvaranje brzih, jeftinih linija za prijenos podataka bez elektromagnetnih smetnji na kratkim udaljenostima (sistemi za automatizaciju procesa, prijenos signala sa video kamera, optičkih senzora; lokalne mreže). Na primjer, POV kablovi se koriste u industrijskom standardu PROFIBUS. Slika 7.13 prikazuje izgled takvog kabla sa ugrađenim konektorom.

Kvarc-polimerna optička vlakna se proizvode sa kvarcnom jezgrom i polimernim reflektirajućim omotačem i namijenjena su za unutar- i međufabričke komunikacione sisteme. Domet prijenosa podataka do 400 m, radijus više krivina kabela - ništa manje

75 mm. PCF kablovi se isporučuju unapred isečeni sa instaliranim konektorima. Izgled jednog od ovih kablova prikazan je na sl. 7.13.

Rice. 7.13.

Kvarcna optička vlakna izrađena su od kvarcnog stakla visoke čistoće (jezgra i reflektirajuća školjka) i koriste se tamo gdje je potrebno prenijeti velike količine podataka velikim brzinama i na velike udaljenosti - do nekoliko kilometara (na velike udaljenosti, unutar i među -komunikacioni sistemi objekata: lokalne računarske mreže LAN (Local Area Networks), MAN mreže (Metropolitan Area Networks), WAN mreže (Wide Area Networks)).

Prenos optičke energije kroz optičko vlakno postiže se efektom ukupne unutrašnje refleksije. Kvarcno optičko vlakno je dvoslojni cilindrični svjetlovod (slika 7.14).

Rice. 7.

u optičkim vlaknima

Materijal unutrašnjeg jezgra ima indeks prelamanja n i a materijal vanjskog sloja je n 2, pri čemu n > n 2, tj. materijal unutrašnjeg jezgra je optički gušći od materijala omotača. Za zračenje koje ulazi u cilindar pod malim uglovima u odnosu na osu cilindra, zadovoljen je uslov ukupne unutrašnje refleksije: kada zračenje upadne na granicu sa školjkom, sva energija zračenja se reflektuje unutar jezgre vlakna. Ista stvar se dešava sa svim kasnijim refleksijama; Kao rezultat, zračenje se širi duž ose svjetlosnog vodiča bez izlaska kroz oblogu. Maksimalni ugao odstupanja od ose, pri kojem još postoji potpuni unutrašnji odraz, određen je izrazom

Magnituda A 0 naziva se numerički otvor svjetlovoda i uzima se u obzir pri usklađivanju svjetlovoda sa emiterom. Upad zračenja na kraju pod uglovima y>uo(zrake s ekstra otvorom), kada je u interakciji s školjkom, ne samo da se reflektira, već se i prelama; dio optičke energije napušta svjetlosni vodič. Konačno, nakon ponovljenih susreta sa interfejsom omotača jezgra, takvo zračenje se potpuno raspršuje iz vlakna.

Optičko vlakno karakteriziraju dva važna parametra: disperzija i slabljenje.

Disperzija, odnosno zavisnost brzine širenja signala o talasnoj dužini zračenja, najvažniji je parametar optičkog vlakna. Pošto LED ili laser emituju određeni spektar talasnih dužina prilikom prenosa informacija, disperzija dovodi do širenja impulsa dok se šire duž vlakna i na taj način stvara izobličenje signala. Kada se procjenjuje disperzija, koristi se izraz "propusnost" - recipročna vrijednost širenja impulsa kada putuje duž optičkog vlakna na udaljenosti od 1 km. Širina pojasa se mjeri u megahercima po kilometru (MHz km). Disperzija nameće ograničenja na opseg prenosa i gornju vrednost frekvencije emitovanih signala.

Slabljenje određena gubicima zbog apsorpcije i raspršenja zračenja u optičkom vlaknu. Gubici pri apsorpciji zavise od čistoće materijala, a gubici rasejanja zavise od nehomogenosti njegovih indeksa prelamanja. Slabljenje takođe zavisi od talasne dužine zračenja uvedenog u optičko vlakno.

Slabljenje je kvantitativno određeno formulom

gdje je P ulaz snaga ulaznog optičkog signala; R eich- snaga izlaznog optičkog signala; / - dužina svjetlovoda.

Jedinica slabljenja je decibel po kilometru (dB/km).

Vrijednosti slabljenja i disperzije variraju za različite vrste kvarcnih optičkih vlakana.

Ovisno o promjeru i profilu indeksa prelamanja u smjeru od centra prema periferiji u poprečnom presjeku optičkog vlakna, dijele se na višemodna vlakna sa stepenastim profilom indeksa prelamanja, jednomodna vlakna i multimodna vlakna sa promjena gradijenta indeksa prelamanja. Na sl. Slika 7.15 prikazuje puteve širenja svjetlosti u različitim tipovima optičkih vlakana.

Rice. 7.15.

Vlakno na (Sl. 7.15, a) se naziva vlakno sa stepenastim indeksom i višemodno vlakno, pošto postoji mnogo mogućih puteva, ili modova, za širenje svetlosnog snopa. Ova višestrukost modova rezultira disperzijom impulsa (proširenjem) jer svaki mod putuje različitom putanjom kroz vlakno, pa stoga različiti načini imaju različita kašnjenja prijenosa dok putuju od jednog kraja vlakna do drugog. Rezultat ovog fenomena je ograničavanje maksimalne frekvencije koja se može efikasno prenijeti za datu dužinu vlakna. Povećanje frekvencije ili dužine vlakna izvan granica u suštini uzrokuje spajanje uzastopnih impulsa, što ih čini nemogućim za razlikovanje. Za tipično višemodno vlakno, ovo ograničenje je približno 15 MHz km. To znači da se video signal sa propusnim opsegom od, na primjer, 5 MHz može prenijeti na maksimalnu udaljenost od 3 km (5 MHz? 3 km = 15 MHz km). Pokušaj prijenosa signala na veću udaljenost rezultirat će progresivnim gubitkom visokih frekvencija. U multimodnim vlaknima, promjer svjetlosnog jezgra je 50; 62.5; 85; 140 mikrona.

Jednomodna vlakna (slika 7.15, b) vrlo efikasno smanjuju disperziju, a rezultujući propusni opseg - mnogo GHz km - čini ih idealnim za duge komunikacijske veze. U idealnom slučaju, samo jedan talas se širi duž jednomodnih vlakana. Imaju znatno manji koeficijent slabljenja (u zavisnosti od talasne dužine za 2...4 pa čak i 7...10 puta) u odnosu na multimodne i najveću propusnost, jer signal u njima gotovo da nije izobličen. Ali za to, prečnik jezgre vlakna mora biti srazmeran talasnoj dužini. Praktično prečnik je 8...10 mikrona. Nažalost, ova vlakna malog promjera zahtijevaju visoku snagu, precizno poravnat i stoga relativno skup laserski diodni emiter, što ih čini manje atraktivnim za mnoge primjene.

U idealnom slučaju, vlakno sa istim propusnim opsegom kao jednomodno vlakno, ali istog prečnika kao multimodno vlakno, potrebno je da bi se omogućili jeftini LED predajnici. U određenoj mjeri, ove zahtjeve ispunjava višemodno vlakno s promjenom gradijenta indeksa prelamanja (slika 7.15, c). Podseća na višemodno vlakno sa stepenastim indeksom o kojem je gore diskutovano, ali indeks loma njegove jezgre nije ujednačen - glatko varira od maksimalne vrednosti u centru do nižih vrednosti na periferiji. To dovodi do dvije posljedice. Prvo, svjetlost putuje blago zakrivljenom putanjom, a drugo, što je još važnije, razlike u kašnjenju širenja između različitih modova su minimalne. To je zato što visoki modovi, koji ulaze u vlakno pod većim uglom i putuju na veću udaljenost, zapravo počinju da se šire bržom brzinom kako se udaljavaju od centra u područje gdje se indeks loma smanjuje i općenito putuju brže od modovi nižeg reda koji ostaju blizu ose vlakna, u području visokog indeksa prelamanja. Povećanje brzine samo kompenzira veću pređenu udaljenost.

Gradijentna multimodna vlakna su poželjnija jer se, prvo, u njima širi manje modova i, drugo, njihovi uglovi upada i refleksije se manje razlikuju, pa su stoga i uvjeti prijenosa povoljniji.

Iako multimodna vlakna s gradiranim indeksom nisu idealna, ipak pokazuju vrlo dobar propusni opseg. Stoga, u većini sistema kratke i srednje dužine, ova vrsta vlakana je poželjna.

Optički signal slabi u svim vlaknima brzinom koja zavisi od talasne dužine predajnika izvora svetlosti. Postoje tri talasne dužine na kojima je slabljenje optičkih vlakana obično minimalno - 850, 1310 i 1550 nm. Oni su poznati kao prozori transparentnosti. Za višemodne sisteme, prozor od 850 nm je prvi i najčešće korišten (najniža cijena optičke veze). Na ovoj talasnoj dužini, kvalitetno procenjeno višemodno vlakno pokazuje slabljenje od oko 3 dB/km, što omogućava komunikaciju na udaljenostima većim od 3 km.

Na talasnoj dužini od 1310 nm, isto vlakno pokazuje još niže slabljenje od 0,7 dB/km, što omogućava da se komunikacijski opseg proporcionalno poveća na približno 12 km; 1310 nm je ujedno i prvi operativni prozor za sisteme sa jednom modom optičkih vlakana, sa prigušenjem od oko 0,4 dB/km, koji u kombinaciji sa predajnicima laserske diode omogućava komunikacijske linije dužine preko 50 km. Drugi prozor transparentnosti - 1550 nm - koristi se za kreiranje još dužih komunikacijskih linija (slabljenje vlakana - manje od 0,24 dB/km).

Vrijednosti prigušenja u različitim prozorima transparentnosti u višemodnim i jednomodnim vlaknima date su u tabeli. 7.3.

Tabela 7.3

Vrijednosti prigušenja u višemodnim i jednomodnim vlaknima

Za povezivanje prijemnika i predajnika koristi se optički kabel (FOC), u kojem su optička vlakna dopunjena elementima koji povećavaju elastičnost i čvrstoću kabela, štiteći kabel od vanjskih faktora. Postoje kablovi za unutrašnju instalaciju, kablovi za spoljašnju upotrebu (kablovi koji se mogu ukopati u zemlju; kablovi koji se polažu u specijalne kanalizacije; kablovi koji su okačeni na otvorenom prostoru), kablovi za daljinske podvodne komunikacione vodove.

Gotovo svi evropski proizvođači označavaju optičke kablove u skladu sa standardnim sistemom DIN VDE 0888. Prema ovom standardu, svakom tipu kabla je dodeljen niz slova i brojeva koji sadrže sve karakteristike optičkih kablova. Domaći proizvođači koriste vlastiti sistem klasifikacije i označavanja.

Privremeni kvar optičkog kabla ili nemogućnost polaganja kabla, potreba za visokom zaštitom od elektromagnetnih smetnji i presretanja doveli su do stvaranja bežičnih optičkih komunikacionih linija sa različitim komunikacijskim dometima.

Optičke komunikacijske linije bez upotrebe optičkog kabela dijele se na optičke linije velikog dometa i lokalne bežične optičke linije.

Ideologija bezkabelske optike zasniva se na činjenici da optički kanal zamjenjuje kabel.

Da li je to optičko vlakno Istraživački institut za komunikacije (FOCL) - sistem baziran na optičkom kablu, dizajniran za prenos informacija u optičkom (svetlosnom) opsegu. U skladu sa GOST 26599-85, termin FOCL zamijenjen je FOLP (fiber-optički dalekovod), ali se u svakodnevnoj praktičnoj upotrebi još uvijek koristi termin FOCL, pa ćemo se u ovom članku zadržati na njemu.

FOCL komunikacione linije (ako su pravilno instalirane) u odnosu na sve kablovske sisteme odlikuju se veoma visokom pouzdanošću, odličnim kvalitetom komunikacije, širokim propusnim opsegom, znatno većom dužinom bez pojačanja i skoro 100% otpornošću na elektromagnetne smetnje. Sistem je zasnovan tehnologija optičkih vlakana– svjetlo se koristi kao nosilac informacija, vrsta informacije koja se prenosi (analogna ili digitalna) nije bitna. Rad prvenstveno koristi infracrveno svjetlo, a prijenosni medij je fiberglas.

Obim optičkih komunikacionih linija

Optički kabel se koristi za pružanje komunikacija i prijenosa informacija više od 40 godina, ali je zbog visoke cijene relativno nedavno postao široko korišten. Razvoj tehnologije omogućio je da proizvodnja bude ekonomičnija i cijena kabela pristupačnija, a njegove tehničke karakteristike i prednosti u odnosu na druge materijale brzo namiruju sve nastale troškove.

Trenutno, kada jedan objekat koristi kompleks slabostrujnih sistema odjednom (kompjuterska mreža, sistem kontrole pristupa, video nadzor, sigurnosni i protivpožarni alarmi, perimetarsko obezbeđenje, televizija, itd.), nemoguće je bez upotrebe optičkih vlakana. -optičke komunikacione linije. Samo upotreba optičkog kabla omogućava simultanu upotrebu svih ovih sistema, osigurava ispravan stabilan rad i obavljanje njihovih funkcija.

FOCL se sve više koristi kao temeljni sistem u razvoju i montaži, posebno za višespratnice, dugotrajne objekte i pri kombinovanju grupe objekata. Samo optički kablovi mogu obezbediti odgovarajući volumen i brzinu prenosa informacija. Sva tri podsistema mogu se realizovati na bazi optičkih vlakana, u podsistemu unutrašnjih trankova optički kablovi se podjednako često koriste sa kablovima sa upredenim paricama, au podsistemu eksternih trankova imaju dominantnu ulogu. Postoje optički kablovi za eksterne (spoljni kablovi) i unutrašnje (indoor kablovi), kao i priključni kablovi za horizontalne žične komunikacije, opremanje pojedinačnih radnih mesta i povezivanje zgrada.

Unatoč relativno visokoj cijeni, upotreba optičkih vlakana postaje sve opravdanija i sve se više koristi.

Prednosti optičke komunikacijske linije (FOCL)) prije tradicionalnog "metalnog" prijenosa znači:

• Wide bandwidth;
• Beznačajno slabljenje signala, na primer, za signal od 10 MHz biće 1,5 dB/km u poređenju sa 30 dB/km za RG6 koaksijalni kabl;
• Mogućnost “uzemljenja” je isključena, jer je optičko vlakno dielektrik i stvara električnu (galvansku) izolaciju između odašiljačkog i prijemnog kraja linije;
• Visoka pouzdanost optičkog okruženja: optička vlakna ne oksidiraju, ne vlažu se i nisu podložna elektromagnetskim utjecajima
• Ne izaziva smetnje u susednim kablovima ili u drugim kablovima sa optičkim vlaknima, jer je nosač signala lagan i ostaje potpuno unutar optičkog kabla;
• Fiberglas je potpuno neosjetljiv na vanjske signale i elektromagnetne smetnje (EMI), bez obzira na kakvo napajanje kabel prolazi u blizini (110 V, 240 V, 10.000 V AC) ili vrlo blizu megavatnog predajnika. Udar groma na udaljenosti od 1 cm od kabla neće izazvati nikakve smetnje i neće uticati na rad sistema;
• Informaciona sigurnost - informacije se prenose optičkim vlaknom "od tačke do tačke" i mogu se prisluškivati ​​ili mijenjati samo fizičkim ometanjem dalekovoda
• Optički kabel je lakši i manji - praktičniji je i lakši za ugradnju od električnog kabela istog promjera;
• Nije moguće napraviti grananje kabla bez narušavanja kvaliteta signala. Svako neovlaštenje u sistemu se odmah detektuje na prijemnom kraju linije, što je posebno važno za sisteme bezbednosti i video nadzora;
• Sigurnost od požara i eksplozije pri promjeni fizičko-hemijskih parametara

• Trošak kabela se smanjuje svakim danom, njegov kvalitet i mogućnosti počinju da prevladavaju nad troškovima izgradnje niskostrujnih optičkih vodova

Ne postoje idealna i savršena rješenja, kao i svaki sistem, optičke komunikacione linije imaju svoje nedostatke:

• Krhkost staklenih vlakana - ako je kabel jako savijen, vlakna se mogu slomiti ili zamutiti zbog pojave mikropukotina. Da bi se eliminisali i minimizirali ovi rizici, koriste se strukture za ojačanje kablova i pletenice. Prilikom ugradnje kabela potrebno je pridržavati se preporuka proizvođača (gdje je, posebno, standardiziran minimalni dozvoljeni radijus savijanja);
• Složenost veze u slučaju puknuća zahtijeva poseban alat i kvalifikacije izvođača;
• Složena tehnologija proizvodnje kako samog vlakna tako i komponenti optičke veze;
• Složenost konverzije signala (u opremi interfejsa);
• Relativno visoka cijena optičke terminalne opreme. Međutim, oprema je skupa u apsolutnom smislu. Odnos cene i propusnog opsega za optičke linije je bolji nego za druge sisteme;
• Zamućenje vlakana zbog izlaganja zračenju (međutim, postoje dopirana vlakna sa visokom otpornošću na zračenje).

Instalacija optičkih komunikacionih sistema zahteva odgovarajući nivo kvalifikacije izvođača, jer se završetak kablova vrši posebnim alatima, sa posebnom preciznošću i veštinom, za razliku od drugih prenosnih medija. Postavke za usmjeravanje i prebacivanje signala zahtijevaju posebne kvalifikacije i vještinu, tako da ne biste trebali štedjeti novac u ovoj oblasti i bojati se preplatiti za profesionalce; otklanjanje poremećaja u sistemu i posljedica pogrešne instalacije kabela koštat će više.

Princip rada optičkog kabla.

Sama ideja o prenošenju informacija pomoću svjetlosti, a da ne spominjemo fizički princip rada, većini običnih ljudi nije sasvim jasna. Nećemo ulaziti duboko u ovu temu, ali ćemo pokušati objasniti osnovni mehanizam djelovanja optičkih vlakana i opravdati tako visoke pokazatelje performansi.

Koncept optičkih vlakana oslanja se na osnovne zakone refleksije i prelamanja svjetlosti. Zahvaljujući svom dizajnu, fiberglas može zadržati svjetlosne zrake unutar svjetlosnog vodiča i spriječiti ih da “prođu kroz zidove” prilikom prijenosa signala na mnogo kilometara. Osim toga, nije tajna da je brzina svjetlosti veća.

Optika je bazirana na efektu prelamanja pri maksimalnom upadnom kutu, gdje se javlja potpuna refleksija. Ovaj fenomen nastaje kada zraka svjetlosti napusti gustu sredinu i uđe u manje gustu sredinu pod određenim uglom. Na primjer, zamislimo apsolutno nepokretnu površinu vode. Posmatrač gleda ispod vode i mijenja ugao gledanja. U određenom trenutku ugao gledanja postaje takav da posmatrač neće moći da vidi objekte koji se nalaze iznad površine vode. Ovaj ugao se naziva ugao ukupne refleksije. Pod ovim uglom posmatrač će videti samo objekte pod vodom, činiće se kao da gleda u ogledalo.

Unutrašnja jezgra optičkog kabla ima veći indeks prelamanja od omotača i dolazi do efekta totalne refleksije. Iz tog razloga, zrak svjetlosti, prolazeći kroz unutrašnje jezgro, ne može preći svoje granice.

Postoji nekoliko vrsta optičkih kablova:

• Sa stepenastim profilom - tipična, najjeftinija opcija, distribucija svjetlosti se odvija u "koracima" i ulazni impuls je deformiran zbog različitih dužina putanja svjetlosnih zraka
• Sa glatkim "multi-mode" profilom - svjetlosni zraci se šire približno jednakom brzinom u "talasima", dužina njihovih putanja je uravnotežena, što omogućava poboljšanje karakteristika pulsa;
• Single-mode fiberglass - najskuplja opcija, omogućava vam da rastegnete zrake ravno, karakteristike prijenosa impulsa postaju gotovo besprijekorne.

Optički kabel je i dalje skuplji od drugih materijala, njegova instalacija i završetak je složeniji, i zahtijeva kvalifikovane izvođače, ali budućnost prijenosa informacija nesumnjivo leži u razvoju ovih tehnologija i taj proces je nepovratan.

Optička linija uključuje aktivne i pasivne komponente. Na odašiljajućem kraju optičkog kabla nalazi se LED ili laserska dioda, čije se zračenje modulira odašiljačkim signalom. Što se tiče video nadzora, to će biti video signal, a za prenos digitalnih signala logika je očuvana. Tokom prijenosa, infracrvena dioda je modulirana u svjetlini i pulsira u skladu s varijacijama signala. Za primanje i pretvaranje optičkog signala u električni signal, fotodetektor se obično nalazi na kraju prijema.

Aktivne komponente uključuju multipleksere, regeneratore, pojačala, lasere, fotodiode i modulatore.

Multiplekser– kombinuje više signala u jedan, tako da se jedan optički kabl može koristiti za prenos više signala u realnom vremenu istovremeno. Ovi uređaji su neophodni u sistemima sa nedovoljnim ili ograničenim brojem kablova.

Postoji nekoliko vrsta multipleksera, koji se razlikuju po svojim tehničkim karakteristikama, funkcijama i primjenama:

• spektralna podjela (WDM) - najjednostavniji i najjeftiniji uređaji, prenose optičke signale iz jednog ili više izvora koji rade na različitim talasnim dužinama preko jednog kabla;
• frekvencijska modulacija i frekventno multipleksiranje (FM-FDM) - uređaji koji su prilično imuni na šum i izobličenje, sa dobrim karakteristikama i kola srednje složenosti, imaju 4,8 i 16 kanala, optimalni za video nadzor.
• Amplitudna modulacija s djelomično potisnutim bočnim pojasom (AVSB-FDM) - sa visokokvalitetnom optoelektronikom, omogućavaju vam prijenos do 80 kanala, optimalnih za pretplatničku televiziju, ali skupih za video nadzor;
• Pulsno kodna modulacija (PCM - FDM) - skup uređaj, potpuno digitalan, koji se koristi za distribuciju digitalnog video i video nadzora;

U praksi se često koriste kombinacije ovih metoda. Regenerator je uređaj koji vraća oblik optičkog impulsa, koji, šireći se duž vlakna, trpi izobličenje. Regeneratori mogu biti ili čisto optički ili električni, koji pretvaraju optički signal u električni signal, obnavljaju ga, a zatim ga pretvaraju natrag u optički.

Pojačalo- pojačava snagu signala do potrebnog naponskog nivoa, može biti optički i električni, vrši optičko-elektronsku i elektronsko-optičku konverziju signala.

LED diode i laseri- izvor monohromatskog koherentnog optičkog zračenja (svetlo za kabl). Za sisteme sa direktnom modulacijom, istovremeno obavlja i funkcije modulatora koji pretvara električni signal u optički.

Fotodetektor(Fotodioda) - uređaj koji prima signal na drugom kraju optičkog kabla i vrši optoelektronsku konverziju signala.

Modulator- uređaj koji modulira optički val koji prenosi informaciju prema zakonu električnog signala. U većini sistema ovu funkciju obavlja laser, ali u sistemima sa indirektnom modulacijom u tu svrhu se koriste zasebni uređaji.

Pasivne komponente optičkih linija uključuju:

Optički kabl – djeluje kao medij za prijenos signala. Vanjski omotač kabela može biti izrađen od različitih materijala: polivinil hlorida, polietilena, polipropilena, teflona i drugih materijala. Optički kabel može imati različite vrste oklopa i specifične zaštitne slojeve (na primjer, male staklene igle za zaštitu od glodara). Po dizajnu može biti:

Optička sprega- uređaj koji se koristi za povezivanje dva ili više optičkih kablova.

Optički križ- uređaj dizajniran za završetak optičkog kabla i povezivanje aktivne opreme na njega.

Šiljci– namijenjeno za trajno ili polutrajno spajanje vlakana;

Konektori– da ponovo povežete ili isključite kabl;

Spojnice– uređaji koji raspoređuju optičku snagu više vlakana u jedno;

Prekidači– uređaji koji redistribuiraju optičke signale pod ručnom ili elektronskom kontrolom

Instalacija optičkih komunikacionih linija, njene karakteristike i postupak.

Stakloplastika je vrlo jak, ali lomljiv materijal, iako se zahvaljujući svojoj zaštitnoj ljusci može tretirati gotovo kao da je električni. Međutim, kada instalirate kabel, morate se pridržavati zahtjeva proizvođača za:

• „Maksimalno izduženje” i „maksimalna sila kidanja”, izražena u njutnima (oko 1000 N ili 1 kN). U optičkom kablu, najveći dio naprezanja se stavlja na strukturu čvrstoće (ojačana plastika, čelik, kevlar ili njihova kombinacija). Svaka vrsta konstrukcije ima svoje individualne karakteristike i stepen zaštite; ako napetost pređe navedeni nivo, optičko vlakno se može oštetiti.
• “Minimalni radijus savijanja” – učinite krivine glatkijim, izbjegavajte oštre krivine.
• “Mehanička čvrstoća” izražava se u N/m (njutnima/metrima) - zaštita kabla od fizičkog naprezanja (može ga nagaziti ili čak pregaziti vozilom. Treba biti izuzetno oprezan i posebno osigurati raskrsnice i priključke , opterećenje se značajno povećava zbog male površine kontakta.

Optički kabel se obično isporučuje namotan na drvene bubnjeve sa izdržljivim plastičnim zaštitnim slojem ili drvenim trakama po obodu. Vanjski slojevi kabla su najranjiviji, pa je prilikom ugradnje potrebno zapamtiti težinu bubnja, zaštititi ga od udaraca i padova, te poduzeti sigurnosne mjere prilikom skladištenja. Najbolje je da bubnjeve skladištite vodoravno, ali ako leže okomito, onda bi im se rubovi (okviri) trebali dodirivati.

Postupak i karakteristike ugradnje optičkog kabla:

1. Prije ugradnje potrebno je pregledati bubnjeve kabela na oštećenja, udubljenja i ogrebotine. Ako postoji bilo kakva sumnja, bolje je odmah odložiti kabl radi naknadnog detaljnog pregleda ili odbijanja. Kratki komadi (manje od 2 km) mogu se provjeriti za kontinuitet vlakana pomoću bilo koje svjetiljke. Fiber kabel za infracrveni prijenos jednako dobro prenosi i običnu svjetlost.
2. Zatim ispitajte rutu za potencijalne probleme (oštre uglove, začepljene kablovske kanale, itd.), ako ih ima, promijenite rutu kako biste smanjili rizike.
3. Kabl rasporedite duž trase tako da priključne tačke i priključne tačke za pojačala budu na pristupačnim, ali zaštićenim od nepovoljnih faktora, mestima. Važno je da pri budućim priključcima ostanu dovoljne rezerve kablova. Otvoreni krajevi kablova moraju biti zaštićeni vodootpornim poklopcima. Cijevi se koriste za minimiziranje naprezanja savijanja i oštećenja od prolaznog saobraćaja. Dio kabla je ostavljen na oba kraja kablovske linije čija dužina zavisi od planirane konfiguracije).
4. Prilikom polaganja kabla ispod zemlje, dodatno se štiti od oštećenja na mjestima lokalnog opterećenja, kao što su kontakt s heterogenim materijalom za zatrpavanje i neravnine rova. Za to se kabl u rovu polaže na sloj pijeska 50-150 cm i prekriva istim slojem pijeska od 50-150 cm. Dno rova ​​mora biti ravno, bez izbočina; prilikom zakopavanja kamenje koje može oštetiti kabel treba ukloniti. Treba napomenuti da do oštećenja kabla može doći i odmah i tokom rada (nakon zasipanja kabla), na primjer, od stalnog pritiska; kamen koji se ne uklanja može postepeno progurati kroz kabel. Rad na dijagnostici i traženju i otklanjanju povreda već zakopanog kabela koštat će mnogo više od tačnosti i poštivanja mjera opreza prilikom instalacije. Dubina rova ​​ovisi o vrsti tla i očekivanom površinskom opterećenju. U tvrdoj stijeni dubina će biti 30 cm, u mekoj stijeni ili ispod kolovoza 1 m. Preporučena dubina je 40-60 cm, sa debljinom pješčanog sloja od 10 do 30 cm.
5. Najčešći način je polaganje kabla u rov ili nosač direktno iz bubnja. Kod postavljanja veoma dugih vodova, bubanj se postavlja na vozilo, kako se mašina kreće, sajla se postavlja na svoje mesto, nema potrebe za žurbom, tempo i redosled odmotavanja bubnja se podešava ručno.
6. Prilikom polaganja kabla u nosač, najvažnije je da se ne prekorači kritični radijus savijanja i mehaničko opterećenje. Kabl treba polagati u jednoj ravni, ne stvarati tačke koncentrisanog opterećenja, izbegavati oštre uglove, pritiske i ukrštanja sa drugim kablovima i trasama na trasi i ne savijati kabl.
7. Provlačenje optičkog kabla kroz vodove je slično povlačenju konvencionalnog kabla, ali nemojte koristiti pretjeranu fizičku silu niti kršiti specifikacije proizvođača. Kada koristite stezaljke za spajalice, zapamtite da opterećenje ne smije pasti na vanjski omotač kabela, već na strukturu napajanja. Za smanjenje trenja mogu se koristiti talk ili polistirenske granule; za korištenje drugih maziva konsultujte proizvođača.
8. U slučajevima kada kabel već ima zaptivku na kraju, prilikom ugradnje kabela treba posebno paziti da ne oštetite konektore, ne kontaminirate ih ili ih izložite prekomjernom opterećenju u području priključka.
9. Nakon ugradnje, kabel u nosaču je pričvršćen najlonskim sponama, ne smije kliziti ili savijati. Ako karakteristike površine ne dozvoljavaju upotrebu posebnih pričvršćivača kablova, upotreba stezaljki je prihvatljiva, ali uz izuzetan oprez kako se kabl ne bi oštetio. Preporučljivo je koristiti stezaljke sa plastičnim zaštitnim slojem, za svaki kabel treba koristiti posebnu stezaljku i ni u kojem slučaju ne treba vezivati ​​nekoliko kabela zajedno. Bolje je ostaviti malo labavosti između krajnjih tačaka pričvršćivanja kabla, a ne naprezati kabl, inače će slabo reagovati na temperaturne fluktuacije i vibracije.
10. Ako je optičko vlakno oštećeno tokom instalacije, označite područje i ostavite dovoljnu količinu kabla za naknadno spajanje.

U principu, polaganje optičkog kabla se ne razlikuje mnogo od instaliranja običnog kabla. Ako se pridržavate svih preporuka koje smo naveli, neće biti problema tokom instalacije i rada, a vaš sistem će raditi dugo, efikasno i pouzdano.

Primjer tipičnog rješenja za polaganje optičke linije

Zadatak je da se organizuje optički komunikacioni sistem između dve odvojene zgrade proizvodne zgrade i upravne zgrade. Udaljenost između zgrada je 500 m.

Predračun za ugradnju optičkog komunikacionog sistema

br.	Naziv opreme, materijala, rada	Jedinica od-i	Kol	Cijena po jednom.	Iznos, u rubljama.
I.	Oprema sistema FOCL, uključujući:				25 783
1.1.	Križni optički zid (SHKON) 8 portova	PC.	2	2600	5200
1.2.	Konverter medija 10/100-Base-T / 100Base-FX, Tx/Rx: 1310/1550nm	PC.	2	2655	5310
1.3.	Optička spojnica kroz prolaz	PC.	3	3420	10260
1.4.	Razvodna kutija 600x400	PC.	2	2507	5013
II.	Kabelske trase i materijali optičkog komunikacionog sistema, uključujući:				25 000
2.1.	Optički kabl sa eksternim kablom 6 kN, centralni modul, 4 vlakna, single-mode G.652.	m.	200	41	8200
2.2.	Optički kabl sa unutrašnjim nosećim kablom, centralni modul, 4 vlakna, single mode G.652.	m.	300	36	10800
2.3.	Ostali potrošni materijal (konektori, vijci, tiple, izolaciona traka, pričvršćivači, itd.)	set	1	6000	6000
III.	UKUPNI TROŠKOVI OPREME I MATERIJALA (stavka I+tačka II)				50 783
IV.	Troškovi transporta i nabavke 10% *tačka III				5078
V.	Radovi na instalaciji i prebacivanju opreme, uključujući:				111 160
5.1.	Postavljanje banera	jedinice	4	8000	32000
5.2.	Kabliranje	m.	500	75	37500
5.3.	Montaža i zavarivanje konektora	jedinice	32	880	28160
5.4.	Instalacija sklopne opreme	jedinice	9	1500	13500
VI.	UKUPNO PROCJENA (stavka III+stavka IV+stavka V)				167 021

Objašnjenja i komentari:

1. Ukupna dužina trase je 500 m, uključujući:
   • od ograde do proizvodne zgrade i upravne zgrade po 100 m (ukupno 200 m);
   • uz ogradu između objekata 300 m.
2. Instalacija kablova se izvodi na otvoren način, uključujući:
   • od zgrada do ograde (200 m) zračnim putem (povlačenjem) korištenjem materijala specijalizovanih za polaganje optičkih vodova;
   • između objekata (300 m) uz ogradu od armirano-betonskih ploča, kabl se učvršćuje na sredini ograde pomoću metalnih obujmica.
3. Za organizaciju optičkih komunikacijskih linija koristi se specijalizirani samonosivi (ugrađeni kabel) oklopni kabel.

Moderne telekomunikacije je teško zamisliti bez optičkih komunikacijskih linija.

Svake godine se širom svijeta instaliraju hiljade kilometara optičkih vlakana. Međutim, relativno nedavno je postao ozbiljan konkurent drugim vrstama ožičenih komunikacija. Posljednjih godina došlo je do brzog širenja optičkih linija, uprkos činjenici da je njihova implementacija počela prije više od 30 godina.

U relativno kratkom periodu svog razvoja, optičke linije su zauzele vodeću poziciju u sistemima za prenos informacija i postale najvažnija karika u informacionoj infrastrukturi savremenog društva.

FOCL je optička komunikacijska linija, koja se sastoji od pasivnih i aktivnih elemenata dizajniranih za prijenos optičkog (svjetlosnog) signala putem optičkog kabela. Optičke mreže imaju ogromne prednosti u odnosu na konvencionalne vodove (koaksijalni kabl), koji su podložni elektromagnetnim poljima, što utiče na kvalitet prenosa signala.

Optičke mreže nemaju takav nedostatak, osim toga imaju niz prednosti - širok propusni opseg (frekvencija 1014 Hz, omogućava prijenos do nekoliko terabita u sekundi), na osnovu ove tehnologije moguće je kreirati linije do sto kilometara, koji imaju visoku zaštitu od smetnji, jer je optički materijal imun na elektromagnetne smetnje. Ovaj kabl je mnogo lakši od bakra i manje zapremine. Osim toga, vijek trajanja takvih optičkih linija je dvadeset i pet godina.

I iako je danas tehnologija povezivanja prilično skupa, samo vlakno je napravljeno od kvarca na bazi silicijum dioksida, koji je rasprostranjen u prirodi, a cijena njegove proizvodnje je gotovo upola manja od bakrenog kabela. A o perspektivi ovih linija govori i činjenica da jedna linija sada može prenositi televizijski signal, telefon i brzi internet.

Glavne prednosti optičkih komunikacijskih linija su:

Široki propusni opseg - zbog izuzetno visoke noseće frekvencije od 1014 Hz. Ovo omogućava prenos tokova informacija od nekoliko terabita u sekundi preko jednog optičkog vlakna. Visoki propusni opseg jedna je od najvažnijih prednosti optičkih vlakana u odnosu na bakar ili bilo koji drugi medij za prijenos informacija.

Nisko slabljenje svjetlosnog signala u vlaknu. Industrijska optička vlakna koja trenutno proizvode domaći i strani proizvođači imaju slabljenje od 0,2-0,3 dB na talasnoj dužini od 1,55 mikrona po kilometru. Nisko slabljenje i mala disperzija omogućavaju izgradnju dionica vodova bez releja dužine do 100 km ili više.

Nizak nivo buke u optičkom kablu omogućava povećani propusni opseg prenosom različitih modulacija signala sa malom redundansom koda.

Visoka otpornost na buku. Budući da je vlakno napravljeno od dielektričnog materijala, otporno je na elektromagnetne smetnje iz okolnih bakarnih kablovskih sistema i električne opreme koja može izazvati elektromagnetno zračenje (elektrovodi, električni motori, itd.). Kablovi sa više vlakana takođe izbegavaju problem elektromagnetnog preslušavanja povezan sa višeparnim bakrenim kablovima.

Mala težina i zapremina. Optički kablovi (FOC) imaju manju težinu i zapreminu u poređenju sa bakrenim kablovima za isti propusni opseg. Na primjer, telefonski kabel od 900 pari prečnika 7,5 cm može se zamijeniti jednim vlaknom promjera 0,1 cm.

Visoka sigurnost od neovlaštenog pristupa. Budući da FOC praktički ne emituje u radio dometu, teško je preslušati informacije koje se prenose preko njega bez ometanja prijema i prijenosa. Sistemi za praćenje (kontinuirano praćenje) integriteta optičke komunikacione linije, koristeći svojstva visoke osjetljivosti vlakna, mogu trenutno isključiti „hakovani“ komunikacioni kanal i oglasiti alarm. Senzorski sistemi koji koriste efekte interferencije propagiranih svjetlosnih signala (i kroz različita vlakna i različite polarizacije) imaju vrlo visoku osjetljivost na vibracije i male razlike u pritisku. Ovakvi sistemi su posebno potrebni prilikom kreiranja komunikacionih linija u državnim, bankarskim i nekim drugim specijalnim službama koje imaju povećane zahtjeve za zaštitu podataka. Diskusija o optičkim senzorskim sistemima je izvan okvira ove knjige.

Galvanska izolacija elemenata mreže. Ova prednost optičkog vlakna leži u njegovom izolacijskom svojstvu. Vlakna pomažu u izbjegavanju električnih petlji uzemljenja koje mogu nastati kada dva neizolirana mrežna uređaja povezana bakrenim kablom imaju uzemljenje na različitim mjestima u zgradi, kao što su na različitim katovima. To može rezultirati velikom razlikom potencijala, što može oštetiti mrežnu opremu. Za vlakna ovaj problem jednostavno ne postoji.

Zaštita od eksplozije i požara. Zbog odsustva varničenja, optičko vlakno povećava sigurnost mreže u hemijskim i naftnim rafinerijama, pri servisiranju visokorizičnih tehnoloških procesa.

Isplativost FOC-a. Vlakno je napravljeno od kvarca, koji je baziran na silicijum dioksidu, rasprostranjenom i stoga jeftinom materijalu, za razliku od bakra. Trenutno je cijena vlakana u odnosu na par bakra 2:5. U isto vrijeme, FOC vam omogućava prijenos signala na mnogo veće udaljenosti bez releja. Broj repetitora na dugim linijama se smanjuje kada se koristi FOC. Kada se koriste solitonski sistemi prenosa, postignuti su dometi od 4000 km bez regeneracije (tj. korišćenjem samo optičkih pojačala u međučvorovima) pri brzinama prenosa iznad 10 Gbit/s.

Dug radni vek. Vremenom, vlakno doživljava degradaciju. To znači da se slabljenje u instaliranom kablu postepeno povećava. Međutim, zahvaljujući savršenstvu modernih tehnologija za proizvodnju optičkih vlakana, ovaj proces je značajno usporen, a vijek trajanja FOC-a je otprilike 25 godina. Tokom ovog vremena može se promijeniti nekoliko generacija/standarda primopredajnih sistema.

Daljinsko napajanje. U nekim slučajevima je potrebno daljinsko napajanje čvora informacijske mreže. Optičko vlakno ne može obavljati funkcije kabela za napajanje. Međutim, u ovim slučajevima može se koristiti mješoviti kabel kada je, uz optička vlakna, kabel opremljen bakrenim provodljivim elementom. Ovaj kabl se široko koristi u Rusiji i inostranstvu.

Cena opreme interfejsa. Električni signali se moraju pretvoriti u optičke signale i obrnuto. Cijena optičkih predajnika i prijemnika je još uvijek prilično visoka. Prilikom kreiranja optičke komunikacijske linije potrebna je i visokopouzdana specijalizirana komutatorska pasivna oprema, optički konektori s malim gubicima i velikim resursom za spajanje i isključenje, optički razdjelnici i prigušivači.

Ugradnja i održavanje optičkih linija. Troškovi instalacije, testiranja i podrške optičkih komunikacionih linija također su visoki. Ako je optički kabel oštećen, potrebno je zavariti vlakna na mjestu loma i zaštititi ovaj dio kabela od utjecaja vanjskog okruženja. U međuvremenu, proizvođači opskrbljuju tržište sve naprednijim alatima za instalacijske radove sa FOC-ovima, smanjujući njihove cijene.

Zahtjev za posebnu zaštitu vlakana. Da bi se povećala pouzdanost, optičko vlakno tokom proizvodnje premazuje se posebnim lakom na bazi epoksidnog akrilata, a sam optički kabel je ojačan, na primjer, nitima na bazi kevlara. Ako je potrebno ispuniti još strože vlačne uvjete, kabel se može ojačati posebnim čeličnim sajlom ili šipkama od fiberglasa. Ali sve to podrazumijeva povećanje cijene optičkog kabela.

Prednosti korištenja optičkih komunikacijskih linija su toliko značajne da su, unatoč navedenim nedostacima optičkih vlakana, daljnji izgledi za razvoj tehnologije optičkih komunikacijskih linija u informatičkim mrežama više nego očigledni.

Optičke komunikacijske linije su vrsta komunikacije u kojoj se informacije prenose duž optičkih dielektričnih valovoda, poznatih kao optičko vlakno. Optičko vlakno se trenutno smatra najnaprednijim fizičkim medijem za prijenos informacija,

kao i najperspektivniji medij za prenošenje velikih tokova informacija na velike udaljenosti. Razlozi da se tako misli proizlaze iz brojnih karakteristika svojstvenih optičkim talasovodima.

Struktura kabla:

1. Aksijalni element:
   – čelično uže (pramen, žica) u polimernom premazu;
   – štap od fiberglasa sa ili bez polimernog premaza
2. Optička vlakna
3. Optički moduli
4. Intramodularno hidrofobno punilo
5. Hidroizolacija jezgra
   
6. Međuljuska
   – polietilen (nije u IKBL...)
7. Hidroizolacija oklopnog sloja
   – hidrofobno punilo ili elementi za blokiranje vode
8. Oklop izrađen od okruglih pocinkovanih čeličnih žica
9. Zaštitna školjka
   – polietilen ili polimer otporan na vatru (IKBN...)

1.1 Fizičke karakteristike.
1. Širokopojasni optički signali zbog ekstremno visoke noseće frekvencije (Fo=10**14 Hz). To znači da se informacije mogu prenositi putem optičke komunikacijske linije brzinom od oko 10**12 bit/s ili terabita/s. Drugim riječima, jedno vlakno može prenijeti 10 miliona telefonskih razgovora i milion video signala istovremeno. Brzina prijenosa podataka može se povećati prijenosom informacija u dva smjera odjednom, budući da se svjetlosni valovi mogu širiti nezavisno jedan od drugog u jednom vlaknu. Osim toga, svjetlosni signali dvije različite polarizacije mogu se širiti u optičkom vlaknu, što omogućava udvostručenje propusnosti optičkog komunikacijskog kanala. Do danas nije dostignuta granica gustine informacija koje se prenose putem optičkog vlakna.

2. Veoma malo (u poređenju sa drugim medijima) slabljenje svetlosnog signala u vlaknu. Najbolji primjerci ruskih vlakana imaju slabljenje od 0,22 dB/km na talasnoj dužini od 1,55 mikrona, što omogućava izgradnju komunikacionih linija dužine do 100 km bez regeneracije signala. Poređenja radi, Sumitomovo najbolje vlakno od 1,55 µm ima slabljenje od 0,154 dB/km. U optičkim laboratorijama u SAD-u razvijaju se još "transparentnija", takozvana fluorocirkonatna vlakna sa teorijskim ograničenjem od oko 0,02 dB/km na talasnoj dužini od 2,5 mikrona. Laboratorijske studije su pokazale da se na osnovu ovakvih vlakana mogu kreirati komunikacijske linije sa regeneracijskim mjestima na 4600 km pri brzini prijenosa od oko 1 Gbit/s.
1.2 Tehničke karakteristike.
1. Vlakno je napravljeno od kvarca, koji je baziran na silicijum dioksidu, rasprostranjenom i stoga jeftinom materijalu, za razliku od bakra.

2. Optička vlakna imaju prečnik od oko 100 mikrona, odnosno veoma su kompaktna i lagana, što ih čini perspektivnim za upotrebu u avijaciji, izradi instrumenata i kablovskoj tehnologiji.

3. Staklena vlakna nisu metalna, pri izgradnji komunikacionih sistema automatski se postiže galvanska izolacija segmenata. Koristeći posebno izdržljivu plastiku, tvornice kablova proizvode samonoseće nadzemne kablove koji ne sadrže metal i stoga su električni bezbedni. Takvi kablovi se mogu montirati na stubove postojećih dalekovoda, bilo odvojeno ili integrisani u fazni provodnik, čime se uštede značajni troškovi pri polaganju kablova preko reka i drugih prepreka.

4. Komunikacioni sistemi zasnovani na optičkim vlaknima otporni su na elektromagnetne smetnje, a informacije koje se prenose putem optičkih vlakana zaštićene su od neovlašćenog pristupa. Optičke komunikacijske linije ne mogu se prisluškivati ​​na nedestruktivan način. Svaki uticaj na vlakno može se zabilježiti praćenjem (kontinuirano praćenje) integriteta linije. Teoretski, postoje načini da se zaobiđe zaštita kroz praćenje, ali će troškovi implementacije ovih metoda biti toliko visoki da će premašiti cijenu presretnutih informacija.

Postoji način da se tajno prenesu informacije putem optičkih komunikacijskih linija. Tokom tajnog prijenosa, signal iz izvora zračenja se modulira ne amplitudno, kao u konvencionalnim sistemima, već u fazi. Signal se tada miješa sam sa sobom, odgađajući neko vrijeme duže od vremena koherencije izvora zračenja.

Ovim načinom prijenosa informacija ne može biti presretnuta prijemnikom amplitudnog zračenja, jer će registrovati samo signal konstantnog intenziteta.

Da biste otkrili presretnuti signal, trebat će vam podesivi Michelsonov interferometar posebnog dizajna. Štaviše, vidljivost uzorka interferencije može biti oslabljena kao 1:2N, gdje je N broj signala koji se istovremeno prenose kroz optički komunikacioni sistem. Moguće je distribuirati prenesene informacije na više signala ili prenijeti više signala šuma, čime se pogoršavaju uslovi za presretanje informacija. Značajna ekstrakcija snage iz vlakna bi bila potrebna da bi se mijenjao optički signal, a ovo bi neovlašteno djelovanje bilo lako otkriveno sistemima za nadzor.

5. Važna osobina optičkih vlakana je izdržljivost. Životni vek vlakna, odnosno zadržavanje njegovih svojstava u određenim granicama, prelazi 25 godina, što omogućava jednokratno polaganje optičkog kabla i, po potrebi, povećanje kapaciteta kanala zamenom prijemnika i predajnika sa bržim one.

Tehnologija vlakana također ima svoje nedostatke:

1. Prilikom kreiranja komunikacijske linije potrebni su visoko pouzdani aktivni elementi koji pretvaraju električne signale u svjetlo i svjetlo u električne signale. Potrebni su i optički konektori (konektori) sa malim optičkim gubicima i velikim resursom za spajanje i odvajanje. Preciznost izrade takvih elemenata komunikacione linije mora odgovarati valnoj dužini zračenja, odnosno greške moraju biti reda veličine djelića mikrona. Stoga je proizvodnja takvih komponenti optičke komunikacijske veze vrlo skupa.

2. Još jedan nedostatak je što ugradnja optičkih vlakana zahtijeva preciznu, a samim tim i skupu tehnološku opremu.

3. Kao rezultat toga, u slučaju kvara (prekidanja) optičkog kabla, troškovi restauracije su veći nego kod rada sa bakrenim kablovima.

Prednosti korištenja optičkih komunikacijskih linija (FOCL) su toliko značajne da se i pored navedenih nedostataka optičkih vlakana ove komunikacijske linije sve više koriste za prijenos informacija.

Prednosti optičkih komunikacijskih linija

Prenos informacija putem optičkih linija ima niz prednosti u odnosu na prenos putem bakrenog kabla. Brza implementacija Vols-a u informacione mreže posljedica je prednosti koje proizlaze iz karakteristika širenja signala u optičkom vlaknu.

Wide Bandwidth- zbog izuzetno visoke noseće frekvencije od 1014Hz. Ovo omogućava prenos tokova informacija od nekoliko terabita u sekundi preko jednog optičkog vlakna. Visoki propusni opseg jedna je od najvažnijih prednosti optičkih vlakana u odnosu na bakar ili bilo koji drugi medij za prijenos informacija.

Nisko slabljenje svjetlosnog signala u vlaknu. Industrijska optička vlakna koja trenutno proizvode domaći i strani proizvođači imaju slabljenje od 0,2-0,3 dB na talasnoj dužini od 1,55 mikrona po kilometru. Nisko slabljenje i mala disperzija omogućavaju izgradnju dionica vodova bez releja dužine do 100 km ili više.

Niskošumni optički kabl omogućava vam da povećate propusni opseg prenošenjem različitih modulacija signala sa malom redundantnošću koda.

Visoka otpornost na buku. Budući da je vlakno napravljeno od dielektričnog materijala, otporno je na elektromagnetne smetnje iz okolnih bakarnih kablovskih sistema i električne opreme koja može izazvati elektromagnetno zračenje (elektrovodi, električni motori, itd.). Kablovi sa više vlakana takođe izbegavaju problem elektromagnetnog preslušavanja povezan sa višeparnim bakrenim kablovima.

Mala težina i zapremina. Optički kablovi (FOC) imaju manju težinu i zapreminu u poređenju sa bakrenim kablovima za isti propusni opseg. Na primjer, telefonski kabel od 900 pari prečnika 7,5 cm može se zamijeniti jednim vlaknom prečnika 0,1 cm. Ako je vlakno "obučeno" u mnogo zaštitnih omotača i prekriveno oklopom od čelične trake, prečnik od takav optički kabl će biti 1,5 cm, što je nekoliko puta manje od telefonskog kabla u pitanju.

Visoka sigurnost od neovlaštenog pristupa. Budući da FOC praktički ne emituje u radio dometu, teško je preslušati informacije koje se prenose preko njega bez ometanja prijema i prijenosa. Sistemi za praćenje (kontinuirano praćenje) integriteta optičke komunikacione linije, koristeći svojstva visoke osjetljivosti vlakna, mogu trenutno isključiti „hakovani“ komunikacioni kanal i oglasiti alarm. Senzorski sistemi koji koriste efekte interferencije propagiranih svjetlosnih signala (i kroz različita vlakna i različite polarizacije) imaju vrlo visoku osjetljivost na vibracije i male razlike u pritisku. Ovakvi sistemi su posebno potrebni prilikom kreiranja komunikacionih linija u državnim, bankarskim i nekim drugim specijalnim službama koje imaju povećane zahtjeve za zaštitu podataka.

Galvanska izolacija elemenata mreže. Ova prednost optičkog vlakna leži u njegovom izolacijskom svojstvu. Vlakna pomažu u izbjegavanju električnih petlji uzemljenja koje mogu nastati kada dva neizolirana mrežna uređaja povezana bakrenim kablom imaju uzemljenje na različitim mjestima u zgradi, kao što su na različitim katovima. To može rezultirati velikom razlikom potencijala, što može oštetiti mrežnu opremu. Za vlakna ovaj problem jednostavno ne postoji.

Zaštita od eksplozije i požara. Zbog odsustva varničenja, optičko vlakno povećava sigurnost mreže u hemijskim i naftnim rafinerijama, pri servisiranju visokorizičnih tehnoloških procesa.

Isplativost FOC-a. Vlakno je napravljeno od kvarca, koji je baziran na silicijum dioksidu, rasprostranjenom i stoga jeftinom materijalu, za razliku od bakra. Trenutno je cijena vlakana u odnosu na par bakra 2:5. U isto vrijeme, FOC vam omogućava prijenos signala na mnogo veće udaljenosti bez releja. Broj repetitora na dugim linijama se smanjuje kada se koristi FOC. Kada se koriste solitonski sistemi prenosa, postignuti su dometi od 4000 km bez regeneracije (tj. korišćenjem samo optičkih pojačala u međučvorovima) pri brzinama prenosa iznad 10 Gbit/s.

Dug radni vek. Vremenom, vlakno doživljava degradaciju. To znači da se slabljenje u instaliranom kablu postepeno povećava. Međutim, zahvaljujući savršenstvu modernih tehnologija za proizvodnju optičkih vlakana, ovaj proces je značajno usporen, a vijek trajanja FOC-a je otprilike 25 godina. Tokom ovog vremena može se promijeniti nekoliko generacija/standarda primopredajnih sistema.

Daljinsko napajanje. U nekim slučajevima je potrebno daljinsko napajanje čvora informacijske mreže. Optičko vlakno ne može obavljati funkcije kabela za napajanje. Međutim, u ovim slučajevima može se koristiti mješoviti kabel kada je, uz optička vlakna, kabel opremljen bakrenim provodljivim elementom. Ovaj kabl se široko koristi u Rusiji i inostranstvu.

Optička komunikacijska linija (FOCL) - linija koja povezuje dva električna kola prenosom informacija pomoću svetlosnog signala unutar optičkog vlakna (tanka staklena ili plastična nit). Princip rada optičkog vlakna zasniva se na efektu ukupne unutrašnje refleksije. Ulazni signal je moduliran od strane izvora svjetlosti, a fotodetektori se koriste za pretvaranje svjetlosti natrag u električni signal. Dakle, optička linija uključuje sljedeće glavne komponente:

1) predajnik;

2) kabl na bazi optičkog vlakna;

3) prijemnik;

4) konektori (konektori).

Za složenije vodove i komunikacijske mreže koriste se dodatni elementi kao što su razdjelnici, multipleksori i distribucijski uređaji.

Predajnik

LED diode i poluvodički laseri se koriste kao predajnici.

Za prijenos informacija, zračenje s valnim dužinama od 1550 nm, 1300 nm, 850 nm se uglavnom koristi kako bi se osiguralo minimalno slabljenje u optičkim vlaknima.

LED diode mogu emitovati svjetlost na talasnim dužinama od 850 nm i 1300 nm. Emiteri sa talasnom dužinom od 850 nm znatno su jeftiniji od emitera sa talasnom dužinom od 1300 nm. Istovremeno, propusni opseg kabla za talase od 850 nm je uži (200 MHz/km umesto 500 MHz/km). Princip rada, karakteristike i dizajn LED dioda vidi predavanje br. 7.

Laserski emiteri rade na talasnim dužinama od 1300 nm i 1500 nm. Brzina modernih lasera omogućava modulaciju svjetlosnog toka na frekvencijama od 10 GHz i više. Laserski emiteri stvaraju koherentan tok svjetlosti, zbog čega gubici u optičkim vlaknima postaju manji nego kada se koristi nekoherentni tok iz LED-a. Princip rada, karakteristike i dizajn lasera vidi predavanje br. 10.

Optički kablovi.

Dizajn.

Optičko vlakno se sastoji od središnjeg svjetlosnog provodnika (jezgra) i okolnog optičkog omotača, koji ima niži indeks prelamanja. Šireći se kroz jezgro, svjetlosni zraci ne prelaze njegove granice, doživljavajući refleksiju na interfejsu jezgro-ljuska. Svjetlost koja pada na granicu pod uglom manjim od kritičnog će prodrijeti u optičku školjku i raspasti se dok se širi kroz nju, jer Optička školjka nije dizajnirana da nosi svjetlost. Vlakna također imaju dodatni zaštitni premaz koji štiti jezgro i optičku ljusku od udaraca. Sama vlakna su izuzetno mali prečnik.

Slika 1 prikazuje dijagram širenja svjetlosti duž vlakna. Svetlost se uvodi u vlakno pod uglom većim od kritičnog u odnosu na granicu „jezgra/optička obloga“ i doživljava potpunu unutrašnju refleksiju na ovoj granici. Pošto se uglovi upada i refleksije poklapaju, svetlost će se i dalje odbijati od granice. Tako će se svjetlosni snop kretati u cik-cak uzorku duž vlakna.

Karakteristike optičkih kablova.

- Disperzija je zavisnost fazne brzine talasa koji se širi u optičkom kablu od frekvencije.

- Broj modova u vlaknima. Iz posebnih poglavlja fizike poznato je da parametri optičkog vlakna određuju broj elektromagnetnih valova (moda) koji se u njemu mogu širiti. Za svako vlakno postoji CD takav da svi valovi imaju< КР не будут распространяться. Изменяя КР можно добиться распространения в волокне необходимого числа волн (мод). Для распространения излучения одной длины волны (моды) необходимо выполнение условия, при котором все, кроме одной, излучаемые источником длины волн имеют> KR.

- Bandwidth- često naznačeno umjesto disperzije u višemodnim vlaknima, izraženo u megahercima po kilometru (MHz/km). Širina pojasa od 400 MHz/km znači mogućnost prenosa signala u opsegu od 400 MHz na udaljenosti od 1 km, tj. Umnožak maksimalne frekvencije signala i dužine prijenosa može biti manji ili jednak 400. Drugim riječima, moguće je prenijeti signal niže frekvencije na dužu udaljenost ili više frekvencije na kraću udaljenost, kao što je prikazano na slici 1.

IN

Fig.1

Izraz širine pojasa u terminima jednomodne disperzije je složen i može se aproksimirati korištenjem sljedeće jednačine:

, (2)

gdje: Disp- disperzija na radnoj talasnoj dužini u sekundama po nanometru i po kilometru;

S W- širina spektra izvora u nm; L- dužina vlakana u km.

-

Fig.2

Slabljenje je gubitak optičke energije kako svjetlost putuje duž vlakna, mjeren u decibelima po kilometru. Slabljenje zavisi od talasne dužine svetlosti. Postoje prozirni prozori u kojima se svjetlost širi duž vlakna sa malim slabljenjem. Stoga, kada izvor svjetlosti radi u ovim rasponima, gubici prijenosa u vlaknu će biti minimalni. Slika 2a prikazuje tipičnu krivu slabljenja za višemodno vlakno s malim gubicima. Slika 2b prikazuje istu krivu za jednomodno vlakno. Najvažnija karakteristika slabljenja u optičkom vlaknu je njegova nezavisnost od frekvencije modulacije unutar propusnog opsega. Slabljenje u vlaknu određuju tri efekta: raspršenje, apsorpcija i prisustvo m

Fig.3

potkoljenice. Slika 3 pokazuje da varijacije na granici mogu dovesti do toga da se modovi visokog reda reflektuju pod uglovima koji sprečavaju dalje refleksije.

- Numerički otvor (NA) - određuje sposobnost vlakana da sakuplja zrake. N / A. ovisi o svojstvima vlaknastih materijala i određuje se indeksima loma jezgre i optičke obloge:
.N / A. vlakno se odnosi na način na koji se svjetlost uvodi i širi kroz vlakno. Vlakna velike vrijednosti N / A.(tj. podrazumeva veći broj mogućih puteva svetlosti) dobro prima svetlost, dok u vlaknu sa malom vrednošću N / A.(vlakna širokog propusnog opsega) može se uvesti samo uski snop svjetlosti.

Također možete odrediti uglove pod kojima se svjetlost širi duž vlakna. Ovi uglovi formiraju konus tzv ulazni konus, čiji ugaoni raster određuje maksimalni ugao ulaza svetlosti u vlakno.

(3)

Fig.4

Gdje  - pola ulaznog ugla (slika 4).

Izvor i prijemnik takođe imaju svoje otvore:

N / A. ist izvor određuje kutni otvor ulaznog svjetla.

N / A. djeca detektor određuje radni opseg uglova za prijemnik.

Veoma je važno ispuniti sljedeći uslov: N / A. ist =NA djeca . Neusklađenost N / A. dovodi do dodatnih gubitaka pri prenošenju svjetlosti sa uređaja niže vrijednosti N / A. na uređaj sa višom vrijednošću.

- Snaga vlakana- karakteriše sposobnost vlakna da izdrži napetost, kidanje i savijanje bez oštećenja. Glavni razlog krhkosti vlakna je prisustvo mikropukotina na površini i defekata unutar vlakna. Površinski defekti mogu se povećati pod utjecajem vlačnih opterećenja koja nastaju tijekom instalacije kabela. Promjene temperature, mehanički i kemijski utjecaji te normalno starenje također dovode do pojave defekata. Staklena vlakna mogu se saviti u krug malog promjera. Mora se imati na umu da je minimalni polumjer zakrivljenosti jednak pet promjera kabela u odsustvu vlačnih naprezanja i 10 promjera kabela ako ih ima.

- Jačina zračenja– određuje sposobnost opreme da izdrži nuklearne efekte. Vlakna, za razliku od provodnika, ne akumuliraju statičke naboje kada su izložena zračenju. Vlakna se također ne oštećuju odmah nakon što se njihov omotač kabela otopi pod toplinom izvora zračenja.

Vlakna su otporna na povećano slabljenje u uslovima konstantnog izlaganja zračenju visokog intenziteta. Povećanje slabljenja zavisi od veličine akumulirane doze i intenziteta zračenja.