Componenti delle linee di comunicazione in fibra ottica. Wols: principali caratteristiche e campi di applicazione

Attualmente, come linee di comunicazione ottica vengono utilizzate le seguenti:

• a) linee ottiche che utilizzano un cavo in fibra ottica - linee di comunicazione in fibra ottica (FOCL);
• b) linee di comunicazione ottica senza l'utilizzo di un cavo in fibra ottica.

Le linee di comunicazione in fibra ottica hanno i migliori indicatori in termini di velocità di trasmissione dei dati, immunità ai disturbi e protezione da accessi non autorizzati.

Linee di comunicazione in fibra ottica (FOCL)

Lo schema a blocchi della linea di comunicazione in fibra ottica è mostrato in Fig. 7.11.

Riso. 7.11.

Il segnale elettrico viene inviato a un trasmettitore, un ricetrasmettitore, che converte il segnale elettrico in un impulso luminoso. Quest'ultimo viene alimentato tramite un connettore ottico a un cavo ottico. Nel punto di ricezione, il cavo ottico è collegato con un connettore ottico al ricevitore - ricetrasmettitore, che converte il raggio di luce in un segnale elettrico.

A seconda dello scopo del FOCL, della sua lunghezza, della qualità dei componenti utilizzati, lo schema strutturale può cambiare. A distanze considerevoli tra i punti di trasmissione e ricezione, viene introdotto un ripetitore: un amplificatore di segnali. Se la lunghezza del cavo ottico è corta (se la lunghezza costruttiva del cavo ottico è sufficiente), non è necessaria la saldatura del cavo. La lunghezza faccia a faccia si riferisce alla lunghezza di un singolo pezzo di cavo fornito dal produttore.

Le linee di comunicazione in fibra ottica presentano i seguenti vantaggi:

• 1. Elevata immunità ai disturbi da interferenze elettromagnetiche esterne e dall'interfacciamento tra i canali.
• 2. Un'ampia gamma di frequenze operative consente di trasmettere informazioni tramite tale linea di comunicazione a una velocità di 10 | 2 bit / s = Tbit / s.
• 3. Protezione contro l'accesso non autorizzato: la linea di comunicazione in fibra ottica non si irradia quasi nello spazio circostante e la fabbricazione di prese di energia ottica senza distruggere il cavo è praticamente impossibile. Ed eventuali impatti sulla fibra possono essere registrati monitorando (controllo continuo) l'integrità della linea.
• 4. Possibilità di trasmissione nascosta di informazioni.
• 5. Costo potenzialmente basso dovuto alla sostituzione di costosi metalli non ferrosi (rame) con materiali con materie prime illimitate (biossido di silicio).
• 6. L'isolamento galvanico dei segmenti di linea è garantito automaticamente.

Tuttavia, la tecnologia in fibra ottica ha i suoi svantaggi:

• 1. Elevato costo dell'attrezzatura.
• 2. Sono necessarie apparecchiature tecnologiche costose, sia durante l'installazione che durante il funzionamento. Quando un cavo ottico si rompe, il costo del suo ripristino è molto più alto di quello di un cavo in rame.
• 3. I cavi ottici non sono resistenti alle radiazioni.

Le linee di comunicazione in fibra ottica si basano su cavi ottici realizzati da

guide luminose separate - fibre ottiche.

Fibra otticaè un sottile filo a due strati costituito da un nucleo e una guaina con diversi indici di rifrazione. Per proteggere la fibra dalle influenze atmosferiche e meccaniche, sulla guaina riflettente viene applicato un rivestimento protettivo. Il progetto della fibra ottica rivestita è mostrato in Figura 7.12.

Riso. 7.12.

Esistono 3 tipi di fibre ottiche utilizzate: fibre ottiche polimeriche (POF = Plastic Optical Fiber), fibre ottiche quarzo-polimero (PCF = Polymer Cladded Fiber), fibre ottiche al quarzo (GOF = Glass Optical Fiber).

Le fibre ottiche polimeriche sono realizzate con materiali polimerici con elevate proprietà ottiche. I cavi in ​​fibra ottica in fibra ottica polimerica sono caratterizzati da una buona flessibilità (con un diametro della fibra di 1,5 mm, il raggio di curvatura consentito delle fibre è di 8 mm) e forniscono un throughput fino a 2,5 Gbit / s, che è significativamente superiore a quella del doppino (max 1 Gbps). Portata di trasmissione dati - fino a 80 m.

POF è ampiamente utilizzato oggi. Viene utilizzato per sistemi di illuminazione decorativa, architettonica e paesaggistica, per l'illuminazione di piscine, per l'illuminazione sicura di aree esplosive. Un'altra area di applicazione può essere considerata l'uso di POF per la produzione di sistemi di visualizzazione per pannelli informativi nell'elettronica domestica, automobilistica, industriale e medica. POV viene utilizzato per realizzare linee di trasmissione dati ad alta velocità, a basso costo, prive di interferenze elettromagnetiche su brevi distanze (sistemi di automazione per processi tecnologici, trasmissione di segnali da telecamere, sensori ottici; reti locali). Ad esempio, i cavi POV vengono utilizzati nello standard industriale PROFIBUS. La Figura 7.13 mostra l'aspetto di tale cavo con il connettore installato.

Le fibre ottiche quarzo-polimero sono realizzate con un nucleo di quarzo e una guaina riflettente in polimero e sono progettate per sistemi di comunicazione intra e inter-oggetto. Portata di trasmissione dati fino a 400 m, raggio di più curve del cavo - non meno

75mm. I cavi PCF vengono forniti preassemblati con i connettori installati. L'aspetto di uno di questi cavi è mostrato in Fig. 7.13.

Riso. 7.13.

Le fibre ottiche al quarzo sono realizzate in vetro di silice di elevata purezza (nucleo e rivestimento riflettente) e sono utilizzate in gamma dove grandi quantità di dati devono essere trasmesse ad alta velocità e su lunghe distanze - fino a diversi chilometri (a lunga distanza, intra e sistemi di comunicazione tra siti: reti informatiche locali LAN (Local Area Networks), MAN (Metropolitan Area Networks), WAN (Wide Area Networks)).

La trasmissione dell'energia ottica attraverso una fibra ottica si ottiene per effetto della riflessione interna totale. La fibra ottica al quarzo è una guida di luce cilindrica a due strati (Fig. 7.14).

Riso. 7.

in fibra

Il materiale del nucleo interno ha un indice di rifrazione n e e il materiale dello strato esterno è n 2, in cui n> n 2, cioè, il materiale del nucleo interno è otticamente più denso del materiale della guaina. Per la radiazione che entra nel cilindro a piccoli angoli rispetto all'asse del cilindro, la condizione di riflessione interna totale è soddisfatta: quando la radiazione cade sul confine con il rivestimento, tutta l'energia della radiazione viene riflessa nel nucleo della fibra. La stessa cosa accade con tutte le riflessioni successive; Di conseguenza, la radiazione si propaga lungo l'asse della fibra senza lasciare il rivestimento. L'angolo massimo fuori asse a cui c'è ancora riflessione interna totale è dato da

La grandezza un 0è chiamata apertura numerica della fibra e viene presa in considerazione quando si abbina la fibra all'emettitore. Incidente di radiazione sulla faccia terminale ad angoli y> yo(raggi fuori dall'apertura), quando interagisce con il guscio, non viene solo riflesso, ma anche rifratto; parte dell'energia ottica lascia la fibra. Alla fine, dopo molteplici incontri con l'interfaccia vena-rivestimento, tale radiazione viene completamente dispersa dalla fibra.

La fibra ottica è caratterizzata da due importanti parametri: dispersione e attenuazione.

La dispersione, cioè la dipendenza della velocità di propagazione del segnale dalla lunghezza d'onda della radiazione, è il parametro più importante di una fibra ottica. Poiché un diodo a emissione di luce o un laser emette un certo spettro di lunghezze d'onda durante la trasmissione di informazioni, la dispersione porta all'ampliamento degli impulsi mentre si propagano lungo la fibra e quindi genera distorsioni del segnale. Quando si valuta la dispersione, viene utilizzato il termine "banda passante", il reciproco dell'allargamento di un impulso quando percorre una distanza di 1 km attraverso una fibra ottica. La larghezza di banda è misurata in megahertz per chilometro (MHz km). La dispersione impone restrizioni sulla distanza di trasmissione e sul valore superiore della frequenza dei segnali trasmessi.

Attenuazioneè determinata dalla perdita per assorbimento e diffusione della radiazione nella fibra ottica. La perdita per assorbimento dipende dalla purezza del materiale e la perdita per dispersione dipende dalla disomogeneità dei suoi indici di rifrazione. L'attenuazione dipende anche dalla lunghezza d'onda della radiazione introdotta nella fibra ottica.

L'attenuazione è quantitativamente determinata dalla formula

dove P in è la potenza del segnale ottico in ingresso; Pex- potenza del segnale ottico in uscita; / è la lunghezza della guida di luce.

L'attenuazione si misura in decibel per chilometro (dB/km).

I valori di attenuazione e dispersione differiscono per i diversi tipi di fibre ottiche in silice.

A seconda del diametro e del profilo dell'indice di rifrazione nella direzione dal centro alla periferia nella sezione trasversale della fibra, sono divisi in multimodali con un profilo dell'indice di rifrazione a gradini, fibre monomodali e fibre multimodali con un variazione del gradiente dell'indice di rifrazione. Nella fig. 7.15 mostra i percorsi di propagazione della luce in vari tipi di fibre ottiche.

Riso. 7.15.

La fibra in (Fig. 7.15, a) è chiamata fibra con un profilo di indice di rifrazione a gradini e multimodale, poiché ci sono molti possibili percorsi, o modi, per la propagazione di un raggio di luce. Questa molteplicità di modalità determina la dispersione degli impulsi (allargamento) perché ciascuna modalità percorre un percorso diverso nella fibra e pertanto modalità diverse hanno ritardi di trasmissione diversi da un'estremità all'altra della fibra. Il risultato di questo fenomeno è quello di limitare la frequenza massima che può essere effettivamente trasmessa per una data lunghezza di fibra. Un aumento o della frequenza o della lunghezza della fibra oltre i valori limite, infatti, porta alla coalescenza di impulsi successivi, che li rende impossibili da distinguere. Per una tipica fibra multimodale, questo limite è di circa 15 MHz km. Ciò significa che un segnale video con una larghezza di banda di, ad esempio, 5 MHz può essere trasmesso su una distanza massima di 3 km (5 MHz × 3 km = 15 MHz km). Il tentativo di trasmettere il segnale il più lontano possibile risulterà in una progressiva perdita delle alte frequenze. Nella fibra multimodale, il diametro del nucleo leggero è 50; 62,5; 85; 140 micron.

Fibre monomodali (Figura 7.15, B) molto efficaci nel ridurre la dispersione, e la larghezza di banda risultante - molti GHz km - li rende ideali per i collegamenti a lunga distanza. Idealmente, solo un'onda si propaga attraverso fibre monomodali. Hanno un coefficiente di attenuazione significativamente più basso (a seconda della lunghezza d'onda di 2 ... 4 e persino 7 ... 10 volte) rispetto al multimodale e alla larghezza di banda più elevata, poiché il segnale non è quasi distorto in essi. Ma per questo, il diametro del nucleo della fibra deve essere commisurato alla lunghezza d'onda. Quasi il diametro è di 8 ... 10 micron. Sfortunatamente, una fibra di un diametro così piccolo richiede l'uso di un emettitore ad alta potenza, allineato con precisione e quindi relativamente costoso basato su un diodo laser, il che le rende meno attraenti per molte applicazioni.

Idealmente, è necessaria una fibra con una larghezza di banda dello stesso ordine di grandezza di una fibra monomodale, ma con un diametro simile a quello di una fibra multimodale, per poter utilizzare trasmettitori LED economici. In una certa misura, questi requisiti sono soddisfatti da una fibra multimodale con un cambiamento di gradiente nell'indice di rifrazione (Fig. 7.15, c). Assomiglia a una fibra multimodale con un cambiamento graduale nell'indice di rifrazione, che è stato menzionato sopra, ma l'indice di rifrazione del suo nucleo è disomogeneo: cambia gradualmente da un valore massimo al centro a un valore inferiore alla periferia. Questo ha due conseguenze. In primo luogo, la luce viaggia lungo un percorso leggermente curvo e, in secondo luogo, e soprattutto, le differenze nel ritardo di propagazione tra le diverse modalità sono minime. Questo perché le modalità elevate che entrano nella fibra con un angolo maggiore e percorrono un percorso più lungo in realtà si propagano a una velocità maggiore mentre si allontanano dal centro nella regione in cui l'indice di rifrazione diminuisce e generalmente si muovono più velocemente. modi che rimangono vicino all'asse della fibra nella regione ad alto indice di rifrazione. L'aumento della velocità compensa solo la maggiore distanza percorsa.

Le fibre ottiche multimodali a gradiente sono preferibili, perché, in primo luogo, in esse si propagano meno modi e, in secondo luogo, i loro angoli di incidenza e riflessione differiscono meno e, di conseguenza, le condizioni di trasmissione sono più favorevoli.

Sebbene le fibre multimodali con indice graduato non siano l'ideale, mostrano comunque una larghezza di banda abbastanza buona. Pertanto, nella maggior parte dei sistemi di corta e media lunghezza, è preferibile la scelta di questo tipo di fibra.

Il segnale ottico viene attenuato in tutte le fibre a una velocità che dipende dalla lunghezza d'onda del trasmettitore della sorgente luminosa. Ci sono tre lunghezze d'onda alle quali l'attenuazione della fibra ottica è solitamente minima: 850, 1310 e 1550 nm. Queste sono note come finestre di trasparenza. Per i sistemi multimodali, la finestra da 850 nm è la prima e la più comunemente utilizzata (costo più basso della linea di comunicazione in fibra ottica). A questa lunghezza d'onda, una fibra multimodale graduata di buona qualità presenta un'attenuazione dell'ordine di 3 dB/km, che rende possibile la comunicazione su distanze superiori a 3 km.

Alla lunghezza d'onda di 1310 nm, la stessa fibra mostra un'attenuazione ancora minore - 0,7 dB/km, consentendo così un aumento proporzionale del raggio di comunicazione fino a circa 12 km; 1310 nm è anche la prima finestra operativa per sistemi in fibra ottica monomodale, con attenuazione di circa 0,4 dB/km, che, in combinazione con trasmettitori a diodi laser, consente la realizzazione di linee di comunicazione più lunghe di 50 km. La seconda finestra di trasparenza - 1550 nm - viene utilizzata per creare linee di comunicazione ancora più lunghe (l'attenuazione della fibra è inferiore a 0,24 dB/km).

I valori di attenuazione in diverse finestre di trasparenza nelle fibre multimodali e monomodali sono riportati in Tabella. 7.3.

Tabella 7.3

Valori di attenuazione per fibre multimodali e monomodali

Per collegare il ricevitore e il trasmettitore, viene utilizzato un cavo in fibra ottica (FOC), in cui le fibre ottiche sono integrate con elementi che aumentano l'elasticità e la resistenza del cavo e proteggono il cavo da fattori esterni. Distinguere tra cavi per installazione interna, cavo per uso esterno (cavi interrati; cavi posati in apposite fognature; cavi sospesi in spazio aperto), cavi per linee di comunicazione subacquee a lunga distanza.

Quasi il peso dei produttori europei contraddistingue il cavo in fibra ottica secondo il sistema DIN VDE 0888. Secondo questo standard, ad ogni tipo di cavo viene assegnata una sequenza di lettere e numeri, che racchiude tutte le caratteristiche dei cavi in ​​fibra ottica. I produttori nazionali utilizzano il proprio sistema di classificazione e designazione.

Il guasto temporaneo di un cavo ottico o l'impossibilità di posare un cavo, la necessità di un'elevata immunità dalle interferenze e dall'intercettazione elettromagnetica ha portato alla creazione di linee di comunicazione ottica wireless con diversi intervalli di comunicazione.

Le linee di comunicazione ottica senza l'utilizzo di un cavo in fibra ottica sono suddivise in linee ottiche a lungo raggio e linee ottiche wireless locali.

L'ideologia dell'ottica senza cavi si basa sul fatto che il canale ottico sostituisce il cavo.

Fibra ottica li nii communication (FOCL) - un sistema basato su un cavo in fibra ottica, progettato per trasmettere informazioni nella gamma ottica (luce). In conformità con GOST 26599-85, il termine FOCL è stato sostituito da FOCL (linea di trasmissione in fibra ottica), ma nella pratica quotidiana viene ancora utilizzato il termine FOCL, quindi in questo articolo ci atterremo ad esso.

Le linee di comunicazione FOCL (se installate correttamente), rispetto a tutti i sistemi via cavo, si distinguono per l'elevata affidabilità, l'eccellente qualità di comunicazione, l'ampia larghezza di banda, la lunghezza molto maggiore senza amplificazione e l'immunità quasi al 100% dalle interferenze elettromagnetiche. Il sistema si basa su tecnologia delle fibre ottiche- la luce viene utilizzata come vettore di informazioni, il tipo di informazioni trasmesse (analogiche o digitali) non ha importanza. Nel lavoro viene utilizzata principalmente la luce infrarossa, il mezzo di trasmissione è la fibra di vetro.

Ambito di FOCL

Il cavo in fibra ottica è stato utilizzato per la comunicazione e la trasmissione di informazioni per oltre 40 anni, ma a causa del suo costo elevato è stato ampiamente utilizzato in tempi relativamente recenti. Lo sviluppo delle tecnologie ha permesso di rendere la produzione più economica e il costo del cavo più accessibile, e le sue caratteristiche tecniche e vantaggi rispetto ad altri materiali ripagano rapidamente tutti i costi sostenuti.

Allo stato attuale, quando in una struttura viene utilizzato un complesso di sistemi a bassa corrente (rete informatica, ACS, videosorveglianza, antifurto e antincendio, sicurezza perimetrale, televisione, ecc.), non è possibile fare a meno dell'uso della fibra -linee di comunicazione ottiche. Solo l'uso di un cavo in fibra ottica consente di utilizzare tutti questi sistemi contemporaneamente, garantisce il corretto funzionamento stabile e l'esecuzione delle loro funzioni.

FOCL è sempre più utilizzato come sistema fondamentale nella progettazione e installazione, soprattutto per edifici a più piani, edifici lunghi e quando si combinano un gruppo di oggetti. Solo i cavi in ​​fibra ottica possono fornire un volume e una velocità di trasferimento delle informazioni adeguati. Tutti e tre i sottosistemi possono essere implementati sulla base della fibra ottica; nel sottosistema delle autostrade interne, i cavi ottici vengono utilizzati altrettanto spesso con i cavi a doppino intrecciato e nel sottosistema delle autostrade esterne svolgono un ruolo dominante. Viene fatta una distinzione tra cavi in ​​fibra ottica per cavi esterni e cavi interni, nonché cavi di collegamento per comunicazioni di cablaggio orizzontale, equipaggiamento di singoli luoghi di lavoro, collegamento di edifici.

Nonostante il costo relativamente elevato, l'uso della fibra sta diventando sempre più giustificato ed è sempre più utilizzato.

Vantaggi linee di comunicazione in fibra ottica (FOCL) davanti ai tradizionali mezzi di trasmissione "metallici":

• Ampia larghezza di banda;
• Leggera attenuazione del segnale, ad esempio, per un segnale a 10 MHz, sarà di 1,5 dB/km rispetto ai 30 dB/km per un cavo coassiale RG6;
• È esclusa la possibilità del verificarsi di "loop di terra", poiché la fibra ottica è un dielettrico e crea isolamento elettrico (galvanico) tra l'estremità trasmittente e ricevente della linea;
• Elevata affidabilità del mezzo ottico: le fibre ottiche non si ossidano, non si bagnano, non sono soggette a influenze elettromagnetiche
• Non provoca interferenze in cavi adiacenti o altri cavi in ​​fibra ottica, in quanto la portante del segnale è leggera e rimane completamente all'interno del cavo in fibra ottica;
• La fibra di vetro è assolutamente insensibile ai segnali esterni e alle interferenze elettromagnetiche (EMI), non importa dove passa il cavo (110 V, 240 V, 10.000 V CA) o molto vicino al trasmettitore megawatt. Un fulmine ad una distanza di 1 cm dal cavo non darà alcun disturbo e non influenzerà il funzionamento dell'impianto;
• Sicurezza delle informazioni - le informazioni sulla fibra ottica vengono trasmesse "da punto a punto" e possono essere intercettate o modificate solo da interferenze fisiche nella linea di trasmissione
• Il cavo in fibra ottica è più leggero e più piccolo: è più comodo e più facile da posare rispetto a un cavo elettrico dello stesso diametro;
• Non è possibile effettuare una diramazione del cavo senza danneggiare la qualità del segnale. L'eventuale manomissione dell'impianto viene immediatamente rilevata al capo linea ricevente, questo è particolarmente importante per i sistemi di sicurezza e videosorveglianza;
• Sicurezza antincendio ed esplosiva durante la modifica dei parametri fisici e chimici

• Il costo del cavo diminuisce ogni giorno, la sua qualità e capacità iniziano a prevalere sui costi di costruzione di quelli a bassa corrente basati su linee di comunicazione in fibra ottica

Non esistono soluzioni ideali e perfette, come nessun sistema, FOCL ha i suoi svantaggi:

• Fragilità della fibra di vetro: se il cavo è piegato fortemente, le fibre possono rompersi o diventare torbide a causa del verificarsi di microfratture. Per eliminare e ridurre al minimo questi rischi, vengono utilizzate strutture e trecce di rinforzo dei cavi. Quando si installa il cavo, è necessario seguire le raccomandazioni del produttore (dove, in particolare, è standardizzato il raggio di curvatura minimo consentito);
• La complessità della connessione in caso di interruzione - richiede uno strumento speciale e qualifiche dell'esecutore;
• Sofisticata tecnologia di produzione sia della fibra stessa che dei componenti del FOCL;
• Complessità della conversione del segnale (in apparecchiature di interfaccia);
• Costo relativamente elevato delle apparecchiature per terminali ottici. Tuttavia, l'attrezzatura è costosa in termini assoluti. Il rapporto prezzo/ampiezza di banda per le linee di comunicazione in fibra ottica è migliore rispetto ad altri sistemi;
• Opacizzazione delle fibre a causa dell'esposizione alle radiazioni (tuttavia, esistono fibre drogate con un'elevata resistenza alle radiazioni).

L'installazione di sistemi di comunicazione in fibra ottica richiede un adeguato livello di qualifica da parte dell'appaltatore, poiché la terminazione del cavo viene eseguita con strumenti speciali, con precisione e abilità speciali, a differenza di altri mezzi di trasmissione. Le impostazioni per l'instradamento e la commutazione dei segnali richiedono qualifiche e abilità speciali, quindi in quest'area non dovresti risparmiare denaro e aver paura di pagare più del dovuto per i professionisti, eliminando i malfunzionamenti del sistema e le conseguenze di un'installazione impropria del cavo costerà di più.

Il principio di funzionamento di un cavo in fibra ottica.

L'idea stessa di trasmettere informazioni usando la luce, per non parlare del principio fisico del lavoro, non è del tutto chiara alla maggior parte delle persone comuni. Non approfondiremo questo argomento, ma cercheremo di spiegare il principale meccanismo di funzionamento della fibra e giustificare indicatori di prestazioni così elevate.

Il concetto di fibra ottica si basa sulle leggi fondamentali della riflessione e rifrazione della luce. Grazie alla sua costruzione, la fibra di vetro può trattenere i raggi luminosi all'interno della fibra e impedire loro di "passare attraverso i muri" durante la trasmissione di un segnale per molti chilometri. Inoltre, non è un segreto che la velocità della luce sia maggiore.

Le fibre ottiche si basano sull'effetto della rifrazione al massimo angolo di incidenza quando si verifica la riflessione totale. Questo fenomeno si verifica quando un raggio di luce esce da un mezzo denso ed entra in un mezzo meno denso con un certo angolo. Ad esempio, immaginiamo una superficie d'acqua assolutamente immobile. L'osservatore guarda da sotto l'acqua e cambia l'angolo di visuale. Ad un certo momento, l'angolo di visione diventa tale che l'osservatore non sarà in grado di vedere gli oggetti sopra la superficie dell'acqua. Questo angolo è chiamato angolo di riflessione totale. A questo angolo, l'osservatore vedrà solo oggetti sott'acqua, sembrerà che tu stia guardando in uno specchio.

Il nucleo interno del cavo FOCL ha un indice di rifrazione più elevato rispetto alla guaina e si verifica l'effetto della riflessione totale. Per questo motivo un raggio di luce che attraversa la vena interna non può oltrepassare i suoi limiti.

Esistono diversi tipi di cavi in ​​fibra ottica:

• Con un profilo a gradini - un'opzione tipica ed economica, la distribuzione della luce è "gradini" e si verifica la deformazione dell'impulso di ingresso, causata da diverse lunghezze delle traiettorie dei raggi luminosi
• Con un profilo liscio "multimodale" - i raggi luminosi si propagano con "onde" di velocità approssimativamente uguale, la lunghezza dei loro percorsi è bilanciata, ciò consente di migliorare le caratteristiche dell'impulso;
• La fibra di vetro monomodale è l'opzione più costosa, consente di tirare i raggi in linea retta, le caratteristiche di trasmissione degli impulsi diventano quasi impeccabili.

Il cavo in fibra ottica costa ancora più di altri materiali, la sua installazione e terminazione è più difficile, richiede esecutori qualificati, ma il futuro della trasmissione delle informazioni è senza dubbio dietro lo sviluppo di queste tecnologie e questo processo è irreversibile.

L'UFCL comprende componenti attive e passive. All'estremità trasmittente del cavo in fibra ottica è presente un LED o un diodo laser, la cui radiazione è modulata dal segnale di trasmissione. Per quanto riguarda la videosorveglianza si tratterà di un segnale video, per la trasmissione di segnali digitali la logica è preservata. Durante la trasmissione, il diodo a infrarossi viene modulato in luminosità e pulsa in base alle variazioni del segnale. Per ricevere e convertire un segnale ottico in uno elettrico, un fotorilevatore è solitamente posizionato all'estremità ricevente.

I componenti attivi includono multiplexer, rigeneratori, amplificatori, laser, fotodiodi e modulatori.

multiplexer- combina più segnali in uno, quindi un cavo in fibra ottica può essere utilizzato per la trasmissione simultanea di più segnali in tempo reale. Questi dispositivi sono indispensabili in impianti con un numero di cavi insufficiente o limitato.

Esistono diversi tipi di multiplexer, si differenziano per caratteristiche tecniche, funzioni e campo di applicazione:

• divisione spettrale (WDM) - il dispositivo più semplice ed economico che trasmette segnali ottici su un cavo da una o più sorgenti operanti a diverse lunghezze d'onda;
• modulazione di frequenza e multiplexing di frequenza (FM-FDM) - i dispositivi sono abbastanza immuni da rumore e distorsione, con buone caratteristiche e circuiti di un grado medio di complessità, hanno 4,8 e 16 canali, sono ottimali per la videosorveglianza.
• Modulazione di ampiezza con banda laterale parzialmente soppressa (AVSB-FDM) - con optoelettronica di alta qualità, possono trasmettere fino a 80 canali, ottimali per la televisione degli abbonati, ma costosi per la videosorveglianza;
• Pulse code modulation (PCM - FDM) - un dispositivo costoso, completamente digitale utilizzato per la distribuzione di video e videosorveglianza digitale;

In pratica, vengono spesso utilizzate combinazioni di questi metodi. Il rigeneratore è un dispositivo che ripristina la forma di un impulso ottico, il quale, propagandosi lungo la fibra, subisce una distorsione. I rigeneratori possono essere puramente ottici o elettrici, che convertono un segnale ottico in elettrico, lo ripristinano e quindi lo riconvertono in ottico.

Amplificatore- amplifica la potenza del segnale al livello di tensione richiesto, può essere ottico ed elettrico, effettua la conversione del segnale ottico-elettronico ed elettro-ottico.

LED e laser- una sorgente di radiazione ottica coerente monocromatica (luce per il cavo). Per i sistemi a modulazione diretta, funge contemporaneamente da modulatore che converte un segnale elettrico in uno ottico.

Fotorilevatore(Fotodiodo) - Un dispositivo che riceve un segnale all'altra estremità di un cavo in fibra ottica ed esegue la conversione del segnale optoelettronico.

Modulatore- un dispositivo che modula un'onda ottica, trasportando informazioni secondo la legge di un segnale elettrico. Nella maggior parte dei sistemi, il laser svolge questa funzione, ma nei sistemi di modulazione indiretta vengono utilizzati dispositivi separati per questo.

I componenti passivi di FOCL includono:

Cavo in fibra ottica – serve come mezzo per la trasmissione del segnale. La guaina esterna del cavo può essere realizzata in vari materiali: cloruro di polivinile, polietilene, polipropilene, teflon e altri materiali. Un cavo ottico può avere diversi tipi di armatura e strati protettivi specifici (ad esempio piccoli aghi di vetro per proteggersi dai roditori). In base alla progettazione può essere:

accoppiatore ottico- un dispositivo utilizzato per collegare due o più cavi ottici.

Croce ottica- un dispositivo progettato per terminare un cavo ottico e collegare ad esso apparecchiature attive.

adesioni- progettati per la giunzione permanente o semipermanente di fibre;

Connettori- ricollegare o scollegare il cavo;

rubinetti- dispositivi che distribuiscono la potenza ottica di più fibre in una;

Interruttori- dispositivi di ridistribuzione dei segnali ottici a controllo manuale o elettronico

Installazione di linee di comunicazione in fibra ottica, sue caratteristiche e ordine.

La fibra di vetro è un materiale molto resistente ma fragile, anche se grazie al suo guscio protettivo può essere maneggiato quasi come se fosse elettrico. Tuttavia, durante l'installazione del cavo, è necessario rispettare i requisiti del produttore per:

• "Massima trazione" e "massima forza di rottura" espresse in newton (circa 1000 N o 1 kN). In un cavo ottico, lo stress principale ricade sulla struttura portante (plastica rinforzata, acciaio, Kevlar o una combinazione di questi). Ogni tipo di costruzione ha le sue caratteristiche individuali e il suo grado di protezione, se la tensione supera il livello stabilito, la fibra ottica può essere danneggiata.
• "Raggio di curvatura minimo": rende le curve più morbide, evita curve strette.
• "Resistenza meccanica", è espressa in N/m (newton/metri) - protezione del cavo da sollecitazioni fisiche (può essere calpestato o addirittura colpito dal trasporto. piccola area di contatto.

Il cavo ottico viene solitamente fornito avvolto su tamburi di legno con un forte strato protettivo di plastica o strisce di legno attorno alla circonferenza. Gli strati esterni del cavo sono i più vulnerabili, pertanto, durante l'installazione, è necessario ricordare il peso del tamburo, proteggerlo da urti, cadute e adottare misure di sicurezza durante lo stoccaggio. È meglio conservare i fusti in orizzontale, se si trovano in verticale, i loro bordi (cerchi) dovrebbero toccarsi.

La procedura e le caratteristiche dell'installazione del cavo in fibra ottica:

1. Prima di iniziare l'installazione, è necessario ispezionare i tamburi con il cavo per danni, ammaccature, graffi. In caso di sospetto, è meglio mettere immediatamente da parte il cavo per un ulteriore esame dettagliato o un rifiuto. Pezzi corti (meno di 2 km) per la continuità della fibra possono essere controllati per la trasmissione con qualsiasi torcia. Il cavo in fibra per la trasmissione a infrarossi trasmette anche la luce normale.
2. Quindi, studiare il percorso per potenziali problemi (angoli acuti, canali via cavo ostruiti, ecc.), Se presenti, apportare modifiche al percorso per ridurre al minimo i rischi.
3. Distribuire il cavo lungo il percorso in modo che i punti di connessione e connessione degli amplificatori siano accessibili, ma protetti da fattori avversi. È importante che vi sia una sufficiente fornitura di cavi nei luoghi dei futuri collegamenti. Le estremità esposte del cavo devono essere protette con cappucci impermeabili. I tubi vengono utilizzati per ridurre al minimo lo stress da flessione e i danni causati dal traffico in transito. Una parte del cavo viene lasciata ad entrambe le estremità della linea del cavo, la sua lunghezza dipende dalla configurazione pianificata).
4. Durante la posa del cavo nel sottosuolo, è inoltre protetto da danni nei punti di carico locali, come il contatto con materiale di riempimento disomogeneo, irregolarità della trincea. Per fare ciò, il cavo nella trincea viene posato su uno strato di sabbia di 50-150 cm e ricoperto con lo stesso strato di sabbia di 50-150 cm. Va notato che il danno al cavo può verificarsi sia immediatamente che durante il funzionamento (dopo aver riempito il cavo), ad esempio, a causa di una pressione costante, una pietra non pulita può gradualmente spingere attraverso il cavo. Il lavoro sulla diagnostica e la ricerca e l'eliminazione delle violazioni del cavo già interrato costerà molto di più dell'accuratezza e dell'osservanza delle precauzioni durante l'installazione. La profondità della trincea dipende dal tipo di terreno e dal carico superficiale previsto. In roccia dura, la profondità sarà di 30 cm, in morbida o sotto la strada 1 M. La profondità consigliata è di 40-60 cm, con uno spessore di lettiera sabbiosa da 10 a 30 cm.
5. Molto spesso, il cavo viene posato in una trincea o in un vassoio direttamente dal tamburo. Quando si installano linee molto lunghe, il tamburo viene posizionato sul veicolo, man mano che la macchina avanza, il cavo viene posato al suo posto, senza fretta, il ritmo e l'ordine di svolgimento del tamburo vengono regolati manualmente.
6. Quando si posa il cavo nella passerella, la cosa più importante è non superare il raggio di curvatura critico e lo stress meccanico. Il cavo deve essere posato su un piano, non creare punti di carichi concentrati, evitare spigoli vivi sul percorso, pressioni e intersezioni con altri cavi e percorsi, non piegare il cavo.
7. Tirare il cavo in fibra ottica attraverso le canaline è simile al tirare un cavo convenzionale, ma non dovresti usare uno sforzo fisico eccessivo o violare le specifiche del produttore. Quando si utilizzano le staffe a morsetto, ricordare che il carico non deve essere posto sulla guaina esterna del cavo, ma sulla struttura portante. Per ridurre l'attrito è possibile utilizzare talco o granuli di polistirolo; l'uso di altri lubrificanti deve essere consultato con il produttore.
8. Nei casi in cui il cavo sia già provvisto di una guarnizione terminale, prestare particolare attenzione durante l'installazione del cavo in modo da non danneggiare i connettori, contaminarli e non sovraccaricare l'area di connessione.
9. Dopo la posa, il cavo nella passerella viene fissato con fascette in nylon, non deve scivolare o cedere. Se le condizioni della superficie non consentono l'uso di fascette speciali, è accettabile l'uso di fascette, ma con estrema cura per non danneggiare il cavo. Si consiglia l'uso di morsetti con uno strato protettivo in plastica, per ogni cavo utilizzare un morsetto separato e in nessun caso raggruppare più cavi tra loro. Tra i punti terminali dell'attacco del cavo, è meglio lasciare un po' di gioco e non mettere il cavo sotto un'interferenza, altrimenti reagirà male alle fluttuazioni di temperatura e alle vibrazioni.
10. Se la fibra ottica è stata danneggiata durante l'installazione, contrassegnare la sezione e lasciare spazio sufficiente per il cavo per la successiva giunzione.

Fondamentalmente, l'installazione del cavo in fibra ottica non è molto diversa dall'installazione del cavo convenzionale. Se segui tutti i nostri consigli, non ci saranno problemi durante l'installazione e il funzionamento e il tuo sistema funzionerà a lungo, in modo efficiente e affidabile.

Un esempio di una tipica soluzione per la posa di una linea in fibra ottica

Il compito è organizzare un sistema FOCL tra due edifici separati dell'edificio produttivo e dell'edificio amministrativo. Distanza tra gli edifici 500 m.

Preventivo per l'installazione del sistema di comunicazione in fibra ottica

N / A	Nome di attrezzature, materiali, opere	Unità fuori di me	Qtà	Prezzo per uno.	Importo, in rubli
IO.	Equipaggiamento del sistema FOCL, tra cui:				25 783
1.1.	Croce ottica da parete (SHKON) 8 porte	PC.	2	2600	5200
1.2.	Convertitore multimediale 10/100-Base-T / 100Base-FX, Tx / Rx: 1310 / 1550 nm	PC.	2	2655	5310
1.3.	Accoppiatore ottico dritto	PC.	3	3420	10260
1.4.	Scatola di commutazione 600x400	PC.	2	2507	5013
II.	Percorsi dei cavi e materiali del sistema FOCL, tra cui:				25 000
2.1.	Cavo ottico con cavo esterno 6kN, modulo centrale, 4 fibre, G.652 monomodale.	m.	200	41	8200
2.2.	Cavo in fibra ottica con cavo portante interno, modulo centrale, 4 fibre, G.652 single-mode.	m.	300	36	10800
2.3.	Altri materiali di consumo (connettori, viti, tasselli, nastro isolante, elementi di fissaggio, ecc.)	impostato	1	6000	6000
III.	COSTO TOTALE DI ATTREZZATURE E MATERIALI (voce I + voce II)				50 783
IV.	Costi di trasporto e approvvigionamento, 10% * voce III				5078
v.	Installazione e commutazione di apparecchiature, tra cui:				111 160
5.1.	Installazione di costrizione	unità	4	8000	32000
5.2.	cablaggio	m.	500	75	37500
5.3.	Montaggio e saldatura di connettori	unità	32	880	28160
5.4.	Installazione di apparecchiature di commutazione	unità	9	1500	13500
Vi.	TOTALE PER STIMA (voce III + voce IV + voce V)				167 021

Spiegazioni e commenti:

1. La lunghezza totale della pista è di 500 m, di cui:
   • dalla recinzione all'edificio produttivo e alla palazzina uffici è di 100 m ciascuno (totale 200 m);
   • lungo la recinzione tra gli edifici 300 m.
2. Il cavo è installato in modo aperto, tra cui:
   • dagli edifici alla recinzione (200 m.) per via aerea (alaggio) utilizzando materiali specializzati per la posa di linee di comunicazione in fibra ottica;
   • tra gli edifici (300 m.) lungo una recinzione in lastre di cemento armato, il cavo è fissato al centro della recinzione con clip metalliche.
3. Per l'organizzazione delle linee di comunicazione in fibra ottica, viene utilizzato un cavo armato autoportante specializzato (cavo integrato).

È difficile immaginare le moderne telecomunicazioni senza linee di comunicazione in fibra ottica.

Ogni anno nel mondo vengono posati migliaia di chilometri di fibra. Tuttavia, è diventato un serio concorrente di altri tipi di comunicazione via cavo relativamente di recente. La rapida diffusione delle linee in fibra ottica si è delineata negli ultimi anni, nonostante la loro introduzione sia iniziata più di 30 anni fa.

In un periodo relativamente breve del loro sviluppo, le linee di comunicazione in fibra ottica hanno assunto una posizione di primo piano nei sistemi di trasmissione delle informazioni, sono diventate il collegamento più importante nell'infrastruttura dell'informazione della società moderna.

FOCL è una linea di comunicazione in fibra ottica, costituita da elementi passivi e attivi progettati per trasmettere un segnale ottico (luce) su un cavo in fibra ottica. Le reti in fibra ottica presentano enormi vantaggi rispetto alle linee convenzionali (cavo coassiale), che sono suscettibili ai campi elettromagnetici, che influiscono sulla qualità della trasmissione del segnale.

Le reti in fibra ottica non presentano un tale svantaggio, inoltre, presentano una serie di vantaggi: un'ampia larghezza di banda (frequenza 1014 Hz, consente di trasmettere fino a diversi terabit al secondo), basata su questa tecnologia, è possibile creare linee fino a cento chilometri, che hanno un'elevata protezione contro le interferenze, poiché Il materiale in fibra è immune alle interferenze elettromagnetiche. Tale cavo è molto più leggero del rame e di volume inferiore. Inoltre, la durata di tali linee in fibra ottica è di venticinque anni.

E sebbene oggi la tecnologia di connessione sia piuttosto costosa, la fibra stessa è costituita da quarzo a base di biossido di silicio, che è molto diffuso in natura e il costo della sua produzione è quasi la metà di quello della produzione di un cavo di rame. E il fatto che ora sia possibile trasmettere telesegnale, telefono, Internet ad alta velocità attraverso una linea parla delle prospettive di queste linee.

I principali vantaggi di FOCL sono:

Ampia larghezza di banda - grazie alla frequenza portante estremamente elevata di 1014Hz. Ciò offre il potenziale per la trasmissione su una fibra ottica di un flusso di informazioni di diversi terabit al secondo. L'elevata larghezza di banda è uno dei vantaggi più importanti della fibra ottica rispetto al rame oa qualsiasi altro supporto.

Bassa attenuazione del segnale luminoso nella fibra. La fibra ottica industriale attualmente prodotta da produttori nazionali ed esteri ha un'attenuazione di 0,2-0,3 dB a una lunghezza d'onda di 1,55 micron per chilometro. Bassa attenuazione e bassa dispersione consentono di realizzare tratti di linea senza ritrasmissione fino a 100 km o più.

Il basso rumore nel cavo in fibra ottica consente di aumentare la larghezza di banda trasmettendo varie modulazioni di segnale con bassa ridondanza del codice.

Elevata immunità ai disturbi. Poiché la fibra è costituita da un materiale dielettrico, è immune alle interferenze elettromagnetiche dei sistemi di cablaggio in rame circostanti e delle apparecchiature elettriche che possono indurre radiazioni elettromagnetiche (linee elettriche, installazioni di motori elettrici, ecc.). Anche i cavi multifibra non presentano il problema della diafonia EM inerente ai cavi in ​​rame a più coppie.

Peso leggero e volume. I cavi in ​​fibra ottica (FOC) sono più leggeri e leggeri dei cavi in ​​rame a parità di larghezza di banda. Ad esempio, un cavo telefonico a 900 doppini del diametro di 7,5 cm può essere sostituito con una singola fibra del diametro di 0,1 cm.

Elevata sicurezza contro l'accesso non autorizzato. Poiché il FOC praticamente non si irradia nella gamma radio, è difficile origliare le informazioni trasmesse su di esso senza interrompere la ricezione e la trasmissione. I sistemi di monitoraggio (controllo continuo) dell'integrità della linea di comunicazione ottica, sfruttando le proprietà di elevata sensibilità della fibra, possono disabilitare istantaneamente il canale di comunicazione "compromesso" e dare un allarme. I sistemi di sensori che sfruttano gli effetti di interferenza dei segnali luminosi propagati (sia attraverso fibre differenti che polarizzazioni differenti) hanno un'altissima sensibilità alle vibrazioni e alle piccole perdite di carico. Tali sistemi sono particolarmente necessari quando si creano linee di comunicazione nel governo, nelle banche e in alcuni altri servizi speciali che impongono requisiti maggiori per la protezione dei dati. La considerazione dei sistemi di sensori in fibra ottica esula dallo scopo di questo libro.

Isolamento galvanico degli elementi di rete. Questo vantaggio della fibra ottica risiede nella sua proprietà isolante. La fibra aiuta a evitare loop di terra elettrici che possono verificarsi quando due dispositivi di rete su una rete nuda, collegati tramite cavo in rame, sono messi a terra in punti diversi di un edificio, ad esempio su piani diversi. In questo caso, può verificarsi una grande differenza di potenziale, che può danneggiare l'apparecchiatura di rete. Per la fibra, questo problema semplicemente non esiste.

Esplosione e sicurezza antincendio. A causa dell'assenza di scintille, la fibra ottica aumenta la sicurezza della rete nelle raffinerie chimiche e petrolifere, durante la manutenzione di processi tecnologici ad alto rischio.

Efficienza del FOC. La fibra è costituita da silice a base di silice, materiale molto diffuso e quindi poco costoso, a differenza del rame. Attualmente, il costo della fibra in relazione alla coppia di rame è di 2: 5. Allo stesso tempo, FOC consente di trasmettere segnali su distanze molto più lunghe senza ritrasmissione. Il numero di ripetitori sulle lunghe linee si riduce con l'uso del FOC. Quando si utilizzano sistemi di trasmissione solitoni, sono state raggiunte portate di 4000 km senza rigenerazione (cioè solo con l'uso di amplificatori ottici ai nodi intermedi) a una velocità di trasmissione superiore a 10 Gbit / s.

Lunga durata. La fibra si degrada nel tempo. Ciò significa che l'attenuazione nel cavo posato aumenta gradualmente. Tuttavia, a causa della perfezione delle moderne tecnologie per la produzione di fibre ottiche, questo processo è notevolmente rallentato e la durata del FOC è di circa 25 anni. Durante questo periodo, possono cambiare diverse generazioni/standard di sistemi di ricetrasmissione.

Alimentazione remota. In alcuni casi è necessaria un'alimentazione remota del nodo della rete informativa. La fibra ottica non può funzionare come cavo di alimentazione. Tuttavia, in questi casi è possibile utilizzare un cavo misto, quando, insieme alle fibre ottiche, il cavo è dotato di un elemento conduttivo in rame. Tale cavo è ampiamente utilizzato sia in Russia che all'estero.

Il costo delle apparecchiature di interfaccia. I segnali elettrici devono essere convertiti in ottici e viceversa. Il prezzo dei trasmettitori e ricevitori ottici è ancora piuttosto alto. Quando si crea una linea di comunicazione ottica, sono necessarie anche apparecchiature passive di commutazione specializzate altamente affidabili, connettori ottici con basse perdite e una grande risorsa per la disconnessione della connessione, splitter ottici e attenuatori.

Installazione e manutenzione di linee ottiche. Anche il costo di installazione, collaudo e supporto delle linee di comunicazione in fibra ottica rimane elevato. Se il cavo in fibra ottica è danneggiato, è necessario giuntare le fibre al punto di rottura e proteggere questa sezione del cavo dall'ambiente esterno. I produttori, nel frattempo, stanno portando sul mercato strumenti sempre più sofisticati per il lavoro di installazione con i FOC, riducendo il loro prezzo.

Requisiti per una protezione speciale delle fibre. Per aumentare l'affidabilità, la fibra ottica viene rivestita con una vernice speciale a base di epossi acrilato durante la produzione e il cavo ottico stesso viene rinforzato, ad esempio, con fili a base di kevlar. Se è necessario soddisfare condizioni di rottura ancora più severe, il cavo può essere rinforzato con uno speciale cavo in acciaio o barre in fibra di vetro. Ma tutto ciò comporta un aumento del costo di un cavo ottico.

I vantaggi derivanti dall'uso delle linee di comunicazione in fibra ottica sono così significativi che, nonostante gli svantaggi elencati della fibra ottica, sono più che ovvie ulteriori prospettive per lo sviluppo della tecnologia di comunicazione in fibra ottica nelle reti di informazione.

Le linee di comunicazione in fibra ottica sono una forma di comunicazione in cui le informazioni vengono trasmesse su guide d'onda dielettriche ottiche note come "fibra ottica". La fibra ottica è attualmente considerata il mezzo fisico più avanzato per la trasmissione di informazioni,

e anche il mezzo più promettente per la trasmissione di grandi flussi di informazioni su lunghe distanze. I motivi per pensarlo derivano da una serie di caratteristiche inerenti alle guide d'onda ottiche.

Struttura del cavo:

1. Elemento assiale:
   - fune d'acciaio (trefolo, filo) in rivestimento polimerico;
   - canna in fibra di vetro con o senza rivestimento in polimero
2. Fibre ottiche
3. Moduli ottici
4. Filler idrofobico intramodulare
5. Impermeabilizzazione del nucleo
   
6. guscio intermedio
   - polietilene (assente nell'ICBL...)
7. Impermeabilizzazione dello strato di armatura
   - aggregati idrofobici o elementi di blocco dell'acqua
8. Armatura tonda in filo di acciaio zincato
9. Guscio protettivo
   - polietilene o polimero che non diffonde combustione (IKBN...)

1.1 Caratteristiche fisiche.
1. Segnali ottici a banda larga grazie alla frequenza portante estremamente elevata (Fo = 10 ** 14 Hz). Ciò significa che le informazioni possono essere trasmesse tramite una linea di comunicazione ottica a una velocità di circa 10**12 bit/s o Terabit/s. In altre parole, 10 milioni di chiamate telefoniche e un milione di segnali video possono essere trasmessi contemporaneamente su una fibra. La velocità di trasferimento dei dati può essere aumentata trasmettendo informazioni in due direzioni contemporaneamente, poiché le onde luminose possono propagarsi in una fibra indipendentemente l'una dall'altra. Inoltre, i segnali luminosi di due diverse polarizzazioni possono propagarsi in una fibra ottica, il che consente di raddoppiare la larghezza di banda del canale di comunicazione ottica. Ad oggi, il limite sulla densità delle informazioni trasmesse su fibra ottica non è stato raggiunto.

2. Molto piccola (rispetto ad altri mezzi) attenuazione del segnale luminoso nella fibra. I migliori campioni di fibra russa hanno un'attenuazione di 0,22 dB / km a una lunghezza d'onda di 1,55 µm, che consente di costruire linee di comunicazione fino a 100 km di lunghezza senza rigenerazione del segnale. In confronto, la migliore fibra Sumitomo a 1,55 µm ha un'attenuazione di 0,154 dB/km. I laboratori ottici negli Stati Uniti stanno sviluppando ancora più "trasparenti" le cosiddette fibre fluorozirconate con un limite teorico dell'ordine di 0,02 dB/km ad una lunghezza d'onda di 2,5 μm. Studi di laboratorio hanno dimostrato che sulla base di tali fibre possono essere create linee di comunicazione con sezioni di rigenerazione su 4600 km con una velocità di trasmissione dell'ordine di 1 Gbit/s.
1.2 Caratteristiche tecniche.
1. La fibra è costituita da silice a base di silice, materiale diffuso e quindi poco costoso, a differenza del rame.

2. Le fibre ottiche hanno un diametro di circa 100 micron, ovvero sono molto compatte e leggere, il che le rende promettenti per l'uso nell'aviazione, nella strumentazione e nella tecnologia dei cavi.

3. Le fibre di vetro non sono metalliche, durante la costruzione dei sistemi di comunicazione si ottiene automaticamente l'isolamento galvanico dei segmenti. Utilizzando plastica extra resistente, le fabbriche di cavi producono cavi aerei autoportanti che non contengono metallo e sono quindi elettricamente sicuri. Questi cavi possono essere montati sui pali delle linee elettriche esistenti, separatamente o incorporati nel conduttore di fase, risparmiando costi significativi sulla posa del cavo attraverso fiumi e altri ostacoli.

4. I sistemi di comunicazione basati su fibre ottiche sono resistenti alle interferenze elettromagnetiche e le informazioni trasmesse tramite fibre ottiche sono protette dall'accesso non autorizzato. Le linee di comunicazione in fibra ottica non possono essere intercettate in modo non distruttivo. Qualsiasi impatto sulla fibra può essere registrato monitorando (controllo continuo) l'integrità della linea. In teoria, ci sono modi per aggirare la protezione attraverso il monitoraggio, ma i costi di implementazione di questi metodi saranno così alti da superare il costo delle informazioni intercettate.

Esiste un metodo per la trasmissione segreta di informazioni su linee di comunicazione ottica. Con la trasmissione nascosta, il segnale dalla sorgente di radiazione viene modulato non in ampiezza, come nei sistemi convenzionali, ma in fase. Quindi il segnale viene miscelato con se stesso, ritardato per qualche tempo più lungo del tempo di coerenza della sorgente di radiazione.

Con questo metodo di trasmissione, le informazioni non possono essere intercettate da un rivelatore di radiazioni di ampiezza, poiché registrerà solo un segnale di intensità costante.

Per rilevare il segnale intercettato, è necessario un interferometro Michelson sintonizzabile di un design speciale. Inoltre, la visibilità del pattern di interferenza può essere ridotta di 1: 2N, dove N è il numero di segnali trasmessi simultaneamente attraverso il sistema di comunicazione ottica. È possibile distribuire le informazioni trasmesse su più segnali o trasmettere più segnali di rumore, peggiorando così le condizioni di intercettazione delle informazioni. Sarebbe necessaria una significativa presa di forza dalla fibra per manomettere il segnale ottico e questa interferenza può essere facilmente rilevata dai sistemi di monitoraggio.

5. Una proprietà importante della fibra ottica è la durata. La durata di una fibra, ovvero la sua conservazione delle sue proprietà entro certi limiti, supera i 25 anni, il che consente di posare un cavo in fibra ottica una volta e, se necessario, aumentare la capacità del canale sostituendo ricevitori e trasmettitori con più veloci quelli.

La tecnologia della fibra ha i suoi svantaggi:

1. Quando si crea una linea di comunicazione, sono necessari elementi attivi altamente affidabili che convertono i segnali elettrici in luce e la luce in segnali elettrici. Sono richiesti anche connettori ottici (connettori) con bassa perdita ottica e una grande risorsa di connessione-disconnessione. La precisione di fabbricazione di tali elementi della linea di comunicazione deve corrispondere alla lunghezza d'onda della radiazione, ovvero gli errori devono essere dell'ordine di una frazione di micron. Pertanto, la produzione di tali componenti per linee di comunicazione ottica è molto costosa.

2. Un altro svantaggio è che per l'installazione delle fibre ottiche sono necessarie apparecchiature di elaborazione precise e quindi costose.

3. Di conseguenza, in caso di guasto del cavo ottico (rottura), i costi di ripristino sono maggiori rispetto a quando si lavora con cavi in ​​rame.

I vantaggi derivanti dall'uso delle linee di comunicazione in fibra ottica (FOCL) sono così significativi che, nonostante gli svantaggi elencati della fibra ottica, queste linee di comunicazione sono sempre più utilizzate per trasmettere informazioni.

Vantaggi dell'UFCL

La trasmissione di informazioni tramite FOCL presenta numerosi vantaggi rispetto alla trasmissione tramite cavo di rame. La rapida introduzione di Vols nelle reti di informazione è una conseguenza dei vantaggi derivanti dalle peculiarità della propagazione del segnale in una fibra ottica.

Ampia larghezza di banda- a causa della frequenza portante estremamente elevata di 1014Hz. Ciò offre il potenziale per la trasmissione su una fibra ottica di un flusso di informazioni di diversi terabit al secondo. L'elevata larghezza di banda è uno dei vantaggi più importanti della fibra ottica rispetto al rame oa qualsiasi altro supporto.

Bassa attenuazione del segnale luminoso nella fibra. La fibra ottica industriale attualmente prodotta da produttori nazionali ed esteri ha un'attenuazione di 0,2-0,3 dB a una lunghezza d'onda di 1,55 micron per chilometro. Bassa attenuazione e bassa dispersione consentono di realizzare tratti di linea senza ritrasmissione fino a 100 km o più.

Basso rumore nel cavo in fibra ottica consente di aumentare la larghezza di banda trasmettendo diverse modulazioni di segnale con bassa ridondanza di codice.

Elevata immunità ai disturbi... Poiché la fibra è costituita da un materiale dielettrico, è immune alle interferenze elettromagnetiche dei sistemi di cablaggio in rame circostanti e delle apparecchiature elettriche che possono indurre radiazioni elettromagnetiche (linee elettriche, installazioni di motori elettrici, ecc.). Anche i cavi multifibra non presentano il problema della diafonia EM inerente ai cavi in ​​rame a più coppie.

Peso leggero e volume. I cavi in ​​fibra ottica (FOC) sono più leggeri e leggeri dei cavi in ​​rame a parità di larghezza di banda. Ad esempio un cavo telefonico a 900 doppini del diametro di 7,5 cm può essere sostituito con un'unica fibra del diametro di 0,1 cm Se la fibra è "rivestita" di più guaine protettive e ricoperta da un'armatura di nastro d'acciaio, il diametro di tale FOC sarà di 1,5 cm, che molte volte inferiore al cavo telefonico considerato.

Elevata sicurezza contro l'accesso non autorizzato. Poiché il FOC praticamente non si irradia nella gamma radio, è difficile origliare le informazioni trasmesse su di esso senza interrompere la ricezione e la trasmissione. I sistemi di monitoraggio (controllo continuo) dell'integrità della linea di comunicazione ottica, sfruttando le proprietà di elevata sensibilità della fibra, possono disabilitare istantaneamente il canale di comunicazione "compromesso" e dare un allarme. I sistemi di sensori che sfruttano gli effetti di interferenza dei segnali luminosi propagati (sia attraverso fibre differenti che polarizzazioni differenti) hanno un'altissima sensibilità alle vibrazioni e alle piccole perdite di carico. Tali sistemi sono particolarmente necessari quando si creano linee di comunicazione nel governo, nelle banche e in alcuni altri servizi speciali che impongono requisiti maggiori per la protezione dei dati.

Isolamento galvanico degli elementi di rete. Questo vantaggio della fibra ottica risiede nella sua proprietà isolante. La fibra aiuta a evitare loop di terra elettrici che possono verificarsi quando due dispositivi di rete su una rete nuda, collegati tramite cavo in rame, sono messi a terra in punti diversi di un edificio, ad esempio su piani diversi. In questo caso, può verificarsi una grande differenza di potenziale, che può danneggiare l'apparecchiatura di rete. Per la fibra, questo problema semplicemente non esiste.

Esplosione e sicurezza antincendio. A causa dell'assenza di scintille, la fibra ottica aumenta la sicurezza della rete nelle raffinerie chimiche e petrolifere, durante la manutenzione di processi tecnologici ad alto rischio.

Efficienza del FOC. La fibra è costituita da silice a base di silice, materiale molto diffuso e quindi poco costoso, a differenza del rame. Attualmente, il costo della fibra in relazione alla coppia di rame è di 2: 5. Allo stesso tempo, FOC consente di trasmettere segnali su distanze molto più lunghe senza ritrasmissione. Il numero di ripetitori sulle lunghe linee si riduce con l'uso del FOC. Quando si utilizzano sistemi di trasmissione solitoni, sono state raggiunte portate di 4000 km senza rigenerazione (cioè solo con l'uso di amplificatori ottici ai nodi intermedi) a una velocità di trasmissione superiore a 10 Gbit / s.

Lunga durata. La fibra si degrada nel tempo. Ciò significa che l'attenuazione nel cavo posato aumenta gradualmente. Tuttavia, a causa della perfezione delle moderne tecnologie per la produzione di fibre ottiche, questo processo è notevolmente rallentato e la durata del FOC è di circa 25 anni. Durante questo periodo, possono cambiare diverse generazioni/standard di sistemi di ricetrasmissione.

Alimentazione remota. In alcuni casi è necessaria un'alimentazione remota del nodo della rete informativa. La fibra ottica non può funzionare come cavo di alimentazione. Tuttavia, in questi casi è possibile utilizzare un cavo misto, quando, insieme alle fibre ottiche, il cavo è dotato di un elemento conduttivo in rame. Tale cavo è ampiamente utilizzato sia in Russia che all'estero.

Linea di comunicazione in fibra ottica (FOCL) - una linea che collega due circuiti elettrici trasferendo informazioni tramite un segnale luminoso all'interno di una fibra ottica (filamento sottile di vetro o plastica) Il principio di funzionamento di una fibra ottica si basa sull'effetto della riflessione interna totale. Il segnale in ingresso modula la sorgente luminosa e i fotorilevatori vengono utilizzati per riconvertire la luce in un segnale elettrico. Pertanto, l'UFCL comprende i seguenti componenti principali:

1) trasmettitore;

2) cavo basato su fibra ottica;

3) destinatario;

4) connettori (connettori).

Per linee e reti di comunicazione più complesse vengono utilizzati elementi aggiuntivi, come splitter, multiplexer e quadri elettrici.

Trasmettitore

Come trasmettitori vengono utilizzati LED e laser a semiconduttore.

Per la trasmissione delle informazioni, le radiazioni con lunghezze d'onda di 1550 nm, 1300 nm, 850 nm vengono utilizzate principalmente per garantire un'attenuazione minima nelle fibre ottiche.

I LED possono emettere luce con lunghezze d'onda di 850 nm e 1300 nm. Gli emettitori con una lunghezza d'onda di 850 nm sono notevolmente più economici degli emettitori con una lunghezza d'onda di 1300 nm. Allo stesso tempo, la larghezza di banda del cavo per le onde a 850 nm è più stretta (200 MHz/km invece di 500 MHz/km). Il principio di funzionamento, le caratteristiche e il design dei LED, vedere la lezione №7.

Gli emettitori laser funzionano a 1300 nm e 1500 nm. La velocità dei laser moderni consente di modulare il flusso luminoso a frequenze di 10 GHz e superiori. Gli emettitori laser creano un flusso luminoso coerente, a causa del quale le perdite nelle fibre ottiche diventano inferiori rispetto a quando si utilizza un flusso luminoso incoerente da un LED. Il principio di funzionamento, le caratteristiche e il design dei laser, vedere la lezione n. 10.

Cavi in ​​fibra ottica.

Design.

Una fibra ottica è costituita da un conduttore di luce centrale (nucleo) e da un rivestimento ottico circostante, che ha un indice di rifrazione inferiore. I raggi luminosi che si propagano lungo il nucleo non vanno oltre i suoi limiti, sperimentando la riflessione all'interfaccia nucleo-guscio. La luce che cade sul confine con un angolo inferiore a quello critico penetrerà nell'involucro ottico e decadrà mentre si propaga in esso, perché il rivestimento ottico non è progettato per trasportare la luce. Inoltre, le fibre hanno un rivestimento protettivo aggiuntivo che protegge il nucleo e il rivestimento ottico dagli urti. Le fibre stesse sono estremamente piccolo diametro.

La figura 1 mostra un diagramma della propagazione della luce lungo una fibra. La luce viene introdotta nella fibra con un angolo maggiore di quello critico per l'interfaccia nucleo / rivestimento ottico e subisce una riflessione interna totale in questa interfaccia. Poiché gli angoli di incidenza e di riflessione coincidono, la luce continuerà a essere riflessa dal bordo. Pertanto, il raggio di luce si sposterà a zigzag lungo la fibra.

Caratteristiche dei cavi in ​​fibra ottica.

- DispersioneÈ la dipendenza dalla frequenza della velocità di fase di un'onda che si propaga in un cavo ottico.

- Il numero di modi nella fibra... È noto da speciali capitoli di fisica che i parametri di una fibra ottica determinano il numero di onde elettromagnetiche (modi) che possono propagarsi in essa. Per ogni fibra esiste RR tale che tutte le onde hanno< 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>CD.

- Larghezza di banda- spesso indicata invece della dispersione nelle fibre multimodali, espressa in megahertz per chilometro (MHz/km). Una larghezza di banda di 400 MHz / km significa che un segnale può essere trasmesso in una banda di 400 MHz su una distanza di 1 km, ad es. Il prodotto tra la frequenza massima del segnale e la lunghezza di trasmissione può essere minore o uguale a 400. In altre parole, è possibile trasmettere un segnale di frequenza più bassa su una distanza maggiore o una frequenza più alta su una distanza più breve, come mostrato nella Fig.1.

V

Fig. 1

Esprimere la larghezza di banda in termini di dispersione monomodale è complesso e può essere approssimativamente stimato utilizzando la seguente equazione:

, (2)

dove: Dispi- dispersione alla lunghezza d'onda di lavoro in sec per nanometro e per chilometro;

S W- l'ampiezza dello spettro della sorgente in nm; l- lunghezza della fibra in km.

-

Fig. 2

AttenuazioneÈ la perdita di energia ottica quando la luce viaggia lungo la fibra, misurata in decibel per chilometro. L'attenuazione dipende dalla lunghezza d'onda della luce. Ci sono finestre di trasparenza in cui la luce viaggia lungo la fibra con bassa attenuazione. Pertanto, quando la sorgente luminosa opera in questi intervalli, la perdita di trasmissione nella fibra sarà minima. La Figura 2a mostra una tipica curva di attenuazione per fibra multimodale a bassa perdita. La Figura 2b mostra la stessa curva per la fibra monomodale. La caratteristica più importante dell'attenuazione in una fibra ottica è la sua indipendenza dalla frequenza di modulazione all'interno della banda passante. L'attenuazione della fibra è determinata da tre effetti: dispersione, assorbimento e presenza di m

Fig. 3

polpaccio si piega. La Figura 3 mostra che le variazioni di confine possono portare a riflessioni di modalità di ordine superiore ad angoli che impediscono ulteriori riflessioni.

- Apertura numerica (NA) - definisce la capacità della fibra di raccogliere i raggi. N / A dipende dalle proprietà dei materiali in fibra ed è determinato dagli indici di rifrazione del nucleo e del rivestimento ottico:
.N / A fibra indica come la luce viene introdotta e propagata attraverso la fibra. Fibra di grande valore N / A(cioè implica un maggior numero di possibili percorsi di luce) riceve bene la luce, mentre in una fibra di piccolo valore N / A(fibre ad ampia larghezza di banda) può essere introdotto solo un fascio di luce stretto.

È inoltre possibile definire gli angoli ai quali la luce viaggia lungo la fibra. Questi angoli formano un cono chiamato cono di ingresso, raster angolare di cui definisce l'angolo massimo di ingresso della luce nella fibra.

(3)

Fig. 4

dove  - metà dell'angolo di entrata (Fig. 4).

La sorgente e il ricevitore hanno anche le proprie aperture:

N / A è sorgente determina l'apertura angolare della luce in ingresso.

N / A bambini il rivelatore definisce il raggio d'azione degli angoli per il ricevitore.

È molto importante soddisfare la condizione: N / A è = NA bambini . Mancata corrispondenza N / A porta a ulteriori perdite nella trasmissione della luce da un dispositivo con un valore inferiore N / A ad un dispositivo di grande valore.

- Resistenza della fibra- caratterizza la capacità della fibra di resistere alla tensione, allo strappo e alla flessione senza danneggiarsi. Il motivo principale della fragilità della fibra è la presenza di microfratture sulla superficie e difetti all'interno della fibra. Le imperfezioni della superficie possono essere aumentate dal carico di trazione durante l'installazione del cavo. Anche le variazioni di temperatura, le influenze meccaniche e chimiche, il normale invecchiamento portano a difetti. Le fibre di vetro possono essere piegate in un cerchio di piccolo diametro. Si ricorda che il raggio di curvatura minimo è pari a cinque diametri di cavo in assenza di sollecitazioni di trazione ea 10 diametri di cavo, se presenti.

- Forza di radiazione- determina la capacità dell'apparecchiatura di resistere agli effetti nucleari. Le fibre, a differenza dei conduttori, non sviluppano cariche statiche se esposte alle radiazioni. Inoltre, le fibre non vengono danneggiate immediatamente dopo che la loro guaina del cavo si scioglie sotto il calore di una sorgente di radiazioni.

Le fibre resistono all'aumento dell'attenuazione in condizioni di costante esposizione a radiazioni ad alta intensità. L'aumento dell'attenuazione dipende dal valore della dose accumulata e dall'intensità della radiazione.