Что такое оптоволокно? Особенности, виды, преимущества, рекорды скорости
За последние десятилетия телекоммуникационные технологии шагнули далеко вперед. Компьютеры и интернет появились практически в каждом доме. И если в начале 2000 годов скорость интернета в 2 Мбит/с была большой роскошью, то в настоящее время уже никого не удивишь скоростью 500 Мбит/с.
Такой огромный прорыв в скорости передачи данных стал возможен благодаря активному внедрению волоконно-оптических линий связи. На сегодняшний день подключение интернета по оптоволокну доступно практически во всех уголках страны.
Оптоволоконный кабель (оптоволокно, «оптика», оптический кабель) — большинство пользователей интернета слышали и сталкивались с этим понятием. Но многие, наверняка, не вдавались в подробности, что это за кабель, из чего он состоит, каких бывает видов, в чем его особенности и преимущества. В данной статье мы постараемся максимально подробно и доступным языком рассказать об оптоволоконном кабеле.
Оптоволоконный (волоконно-оптический) кабель — это кабель, в основе конструкции которого находятся тончайшие нити (волокна) из кварцевого стекла. В отличие от обычного медного кабеля, где информация передается через электрический сигнал, в оптоволоконном кабеле передача данных обеспечивается световыми сигналами за счет полного отражения.
Самый первый волоконно-оптический кабель был разработан и изготовлен в 1970 г. компанией Corning Glass Company. На тот момент это был фантастический результат — получить оптоволокно с затуханием (потерей мощности сигнала) 17 дБ/км. Но на этом разработчики не остановились, и уже в 1978 г. был изготовлен оптоволоконный кабель с затуханием 0,2 дБ/км. В России первая волоконно-оптическая линия связи была проложена в 1977 году в Зеленограде. Для ее эксплуатации использовался оптический кабель, разработанный и изготовленный Особым конструкторским бюро кабельной промышленности.
Что же представляет из себя конструкция оптоволокна?
В центре кабеля расположен осевой стержень из стеклопластика, покрытый оболочкой. Основное назначение стержня — придание кабелю жесткости. Оптические волокна (нити) изготавливают из кварцевого стекла или пластика, в основном имеют диаметр 125 микрон (примерно с человеческий волос). Количество таких волокон в кабеле может варьироваться от 2 до 144 (в зависимости от вида кабеля). Пучок оптических нитей помещается в пластиковую оболочку (модуль). Если нитей много, то модулей может быть несколько. Данные модули служат для защиты оптоволокна от внешних повреждений. Полиэтиленовая пленка и оболочка служат дополнительной защитой пластиковых модулей (от трения, от влаги). Броня (армирование) может изготавливаться из стали или кевлара, в зависимости от назначения кабеля. Внешняя оболочка является самым первым уровнем защиты, изготавливается из плотного полиэтилена.
Виды оптоволоконного кабеля.
Одномодовый. Кабель с малым диаметром сердцевины (примерно 9 мкм). Световой сигнал в одномодовом кабеле проходит только по одной траектории («моде») прямолинейно. Такой тип кабеля способен обеспечить повышенную дальность передачи сигнала ( до 240 км.) и лучшую пропускную способность (до 200 Тбит/с). Применяется в магистральных, трансатлантических, провайдерских линиях связи.
Многомодовый. Кабель с диаметром сердцевины в пределах 50-60 мкм. В многомодовом кабеле проходят несколько независимых световых сигналов по разным траекториям. Пропускная способность такого кабеля в разы ниже, чем в одномодовом — до 2,5 Гбит/с. Передача сигнала через многомодовый кабель возможна на расстоянии до 2 км. Применяется в непротяженных линиях связи.
Преимущества оптоволоконного кабеля.
- Максимально высокая скорость передачи данных.
- Независимость от электромагнитных помех.
- Минимальные задержки сигнала.
- Безопасность информационных данных.
- Долговечность (при условии правильной эксплуатации кабеля).
- Передача данных на большие расстояния.
Благодаря появлению оптоволоконного кабеля интернет стал более быстрым и доступным. У современных пользователей сети появилась возможность подключаться к интернету с фантастической скоростью — до 1Гбит/с. И это далеко не предел для будущих возможностей. Ученые и разработчики не собираются останавливаться на достигнутых результатах в сфере оптических технологий.
Так, в начале 2021 года был побит абсолютный рекорд по скорости передачи данных по волоконно-оптическому кабелю. Японские ученые из Национального Института информационных и коммуникационных технологий в Токио создали оптоволокно с ошеломительными параметрами. Во время тестирования скорость нового кабеля достигла максимального значения в 319 Тбит/с на расстоянии 3000 км. Это почти в 2 раза быстрее предыдущего рекорда скорости. Такого результата удалось достичь благодаря увеличению числа оптических волокон в кабеле, а также добавлению в состав волокон редких металлов — эрбия и тулия. Стоит отметить тот факт, что разработанный японскими инженерами кабель имеет диаметр стандартного оптического кабеля. Это позволит в будущем достаточно просто внедрить новую технологию в существующую оптоволоконную инфраструктуру.
Оптоволокно: понятие, виды, назначение
Оптоволокно: понятие, виды, назначение
Волоконная оптика как термин — это учение о распространении светового потока в оптическом волокне. Как продукция волоконная оптика – это все то, что имеет в составе оптико-волоконный элемент.
Оптическое волокно – это изготовленная из кварцевого стекла тонкая жила, внутри которой течет световой луч, не покидая ее пределов. Сегодня существует оптоволокно с пластиковым сердечником, характеристики которого близки к натуральному кварцу. Смысл один – световой пучок отражается от стенок жилы и сохраняет свое информационное содержание вне зависимости от дальности передачи данных. Именно оптоволокно – самый лучший материал трансляции цифрового сигнала без затухания на дальние расстояния.
Появление и развитие оптоволокна
Световые сигналы, как метод обмена информацией, используются со времен появления огня. Идея информирования светом в новом времени впервые была апробирована Р.Гуком, который создал оптический телеграф, способный передавать информацию с помощью интервальной трансляции световых видимых сигналов, которые можно было увидеть на разных расстояниях невооруженным глазом или в подзорную трубу.
Далее появился другой сигнальный аппарат, который разработал Клоп Шапп. Здесь была трансформирована не только идея использования световых импульсов, но и введена систематизация подаваемых аппаратом сигналов. Теперь наборы знаков были унифицированы, а для их расшифровки был составлен словарь. Телеграфы нового типа быстро распространились не только на родине создателя во Франции, но и по всему континенту.
После этого был еще ряд доработок световых телеграфов, пока в 1960 году не появился лазер. Открытие принадлежит советским ученым, которые не только открыли новую форму светового луча, но и заложили базу для дальнейшего развития методик передачи данных светом.
Современные оптико-волоконные линии связи отличаются большей долговечностью, качеством, стойкостью к внешним воздействиям и разы превосходят медные кабельные сети передачи данных. Несмотря на более высокую стоимость, оптоволокно быстро и уже почти полностью заменило магистральные телекоммуникационные сети, обеспечив высокую скорость, чистоту и защиту сигнала от помех.
Материалы для оптоволокна
Как мы говорили выше, оптоволоконный кабель в сердечнике имеет кварцевый или полимерный стержень. Натуральный кварц обуславливает следующие характеристики кабельной продукции:
- Высокую оптическую проницаемость, что позволяет транслировать волны разных диапазонов.
- Малое затухание (потери сигнала), что является определяющим преимуществом для использования оптоволокна при построении магистралей большой протяженности.
- Температурную стойкость – оптико-волоконные кабели могут эксплуатироваться при экстремально высоких температурах.
- Большую гибкость – световоды на основе кварцевого оптоволокна могут иметь до 1000 микрометров в диаметре.
К минусам стоит отнести снижение пропускной способности в зонах с инфракрасным излучением: здесь сигнал затухает и использование дорогостоящих кабелей нецелесообразно.
Структура оптического кабеля
Вне зависимости от того, используется кварцевый или полимерный материал, структура кабеля одинакова. Ее образуют:
- Сердечник. Отвечает за распространение светового луча вдоль длины кабеля. Диаметр напрямую влияет на доступную площадь «попадания» светового луча, а значит – возможность подачи излучения для качественной доставки сигнала. Коэффициент преломления в сердечнике равен 1,48.
- Внутренняя оболочка. Отвечает за отражение светового луча и «корректировку» его траектории. Иными словами, не дает лучу покинуть пределы сердечника. Чем выше отражающая мощность оболочки, чем быстрее распространяется луч, передается сигнал и меньше его потери.
- Внешняя обшивка. Это буфер от внешних воздействий. Защищает внутренние компоненты кабеля от факторов среды, включая химические и механические воздействия. Предельно допустимая толщина обшивки не превышает 250 микрон.
Виды кабельной продукции на основе волоконной оптики
Сегодня существует два вида оптоволокна – одномодовое и многомодовое . Они различаются характеристиками и диаметром сердечника.
Диаметр сердечника одномодового волокна не превышает 8 микрон. Именно этот тип используется для трансляций на дальние расстояния, так как межмодовая дисперсия здесь практически равна нулю. Дело в том, что в столь малом диаметре можете перемещаться только один луч, поэтому возможность возникновения помех отсутствует.
Многомодовое волокно в диаметре может составлять 62,5 микрона. Здесь большая площадь приема, что позволяет двигаться нескольким лучам одновременно. При этом ввод лучей, как правило, происходит под разными углами, что повышает рассеивание из-за отражения этих лучей от поверхности оболочки. Соответственно, скорость и качество сигнала снижаются, поэтому подобные линии используются для локальных сетей и передачи сигнала между близлежащими строениями.
Многомодовое волокно бывает:
- Градиентным. Его особенность – разная плотность сердечника на разных его участках. Это позволяет управлять потоком, «разгоняя» луч на участках смены плотности, что увеличивает общую скорость передачи данных.
- Ступенчатым. Волокно с одинаковой плотностью сердечника на всем протяжении кабеля. Вероятность межмодовой дисперсии здесь выше, а скорость передачи – ниже.
Область применения
Оптическое волокно применяется в любых сферах, где требуется построение телекоммуникационных сетей и проведение технических изысканий с использованием оптических датчиков.
Такие датчики позволяют измерять давление, температуру, расстояние, массу, звуковые волны, ток, магнитное поле, концентрацию газа, дозу радиационного излучения и ряд других физических показателей.
Оптоволокно широко применяется для акустических наблюдений в добывающей промышленности. Специалисты фиксируют звуковые вибрации вдоль нефтепроводов и газопроводов для выявления вероятности аварии или несанкционированного вмешательства.
Ученые-биологи с помощью оптоволокна исследуют поведение животных. Специальные датчики улавливают звуковые сигналы, с помощью которых коммуницируют киты и дельфины.
В качестве световода оптоволокно применяют в медицине для диагностики заболеваний и при эндоскопических операциях. Тонкий гибкий оптоволоконный кабель позволяет разглядеть, что происходит внутри человеческого тела.
Применение оптических волокон не ограничивается сферами науки и техники. Материал используется даже при создании произведений искусств. Оптические световоды выступают частью арт-инсталляций. Также широко применяются в наружной рекламе.
Преимущества оптоволоконного Интернета
Свойства оптоволоконного кабеля обеспечивают превосходство связи в сравнении с кабельными и DSL-технологиями.
- Оптоволокно позволяет передавать информация на очень высокой скорости (10Гбит/с и выше) даже на максимальных загрузках сети.
- Сигнал передается практически без задержки (единицы мс). Для сравнения: у 3G-интернета задержки составляют 100мс, у спутникового — до 1000мс.
- За счет использования оптоволокна создается высокая степень защиты от помех. Чувствительность к наводкам электромагнитных полей и другим воздействиям минимальна.
- Оптический кабель обладает высокой гибкостью, у него компактные габариты и маленький вес. Долговечен.
- Оптоволокно устойчиво в агрессивных средах. Практически не подвергается химическим воздействиям.
- Возможность подключить дополнительные сервисы в один канал: видеонаблюдение, IP-телефония, цифровое телевидение, системы контроля доступа.
- Благодаря оптоволокну сеть надежна и безопасна. Перехватить передаваемую информацию очень проблематично. Защита от неавторизированного доступа со стороны третьих лиц.
«Оптиковолоконный» или «оптико-волоконный» кабель?
Правильно ли говорить «оптиковолоконный» и если да, то в каких случаях, слитно, раздельно или через тире?
Отслеживать
5,026 14 14 золотых знаков 56 56 серебряных знаков 89 89 бронзовых знаков
задан 30 мар 2012 в 8:30
11 2 2 серебряных знака 3 3 бронзовых знака
2 ответа 2
Сортировка: Сброс на вариант по умолчанию
» на чём основана Волоконно-оптическая связь?»
Это не на этом форуме обсуждать. Но вообще-то на эффекте полного внутреннего отражения электромагнитных волн на границе раздела диэлектриков с различными показателями преломления.
Словари фиксируют два равноправных и равнозначных варианта написания: оптоволоконный и оптико-волоконный
Отслеживать
ответ дан 30 мар 2012 в 9:01
behemothus behemothus
77.7k 22 22 золотых знака 79 79 серебряных знаков 166 166 бронзовых знаков
нет, технический аспект я знаю, а как правильно сказать не знал. Спасибо большое.
30 мар 2012 в 12:47
Есть устоявшееся словосочетание «оптическое волокно», следовательно, сложное прилагательное от него — со слитным написанием: «оптиковолоконный»; по аналогии с общепринятым словосочетанием «горные лыжи», образующим сложное прилагательное «горнолыжный», например в словосочетании «горнолыжный спорт». То есть, устойчивые общепринятые словосочетания образуют сложные прилагательные без дефиса (чёрточки), но есть ряд исключений, о которых можно прочесть на вполне хороших сайтах русской грамматики, да и просто в советских учебниках по русскому языку (подчёркиваю, в советских). Товарищи, и не путайте тире с дефисом. Тире в два раза длиннее и разделяет сложное предложение на меньшие («Родину любить — родине служить», «Знание — сила» (это — два предложения, несмотря на то, что в каждом лишь одно слово)) и пространственно-временнЫе пределы (маршрут Москва — Минск, 1941 — 1945 гг.). К сожалению, создатели клавиатуры компьютера так её спроектировали, что почти всегда не добиться постановки настоящего тире — оно, как всегда выходит дефисом, а именно, коротким — вот и у меня здесь настоящее тире нигде не получилось, но хоть отступом от слов с обеих сторон выделяю. Дефис же применяется в сложных словах, например: «художник-декоратор», «лётчик-испытатель» (уточняет особенность главного понятия; но есть одно исключение и тут) и в некоторых категориях сложных прилагательных.Во общем, смотрим грамматические сайты — чем они больше, тем полнее освещают.
Отслеживать
ответ дан 9 янв 2017 в 14:36
А кто путает-то? Тире отличается от дефиса не длиной (это чисто типографский трюк, в других случаях обычно игнорируемый) , а тем, что вокруг тире всегда есть пробелы (формулы и прочие цифровые случае выносим за скобки). Но если вам так хочется, набирайте тире из дух дефисов или пользуйтесь Alt-вводом. Alt + 0151 — короткое (среднее), Alt + 0150 — длинное.
9 янв 2017 в 17:34
И да, подобные аналогии обычно опасны. Хотя тут особых споров и нет. Слитно пишется по правилу, а не по аналогии.
Одномодовое или многомодовое волокно?
Одномодовое или многомодовое волокно? Как правильно выбрать и купить оптический кабель. Продажа волоконно-оптического кабеля в СПб.
4 comments
Зачастую для передачи информации на длительные расстояния вместо медножильного кабеля связи используют волоконно-оптический кабель.
Современные технологии в области передачи информации позволяют проводить сигнал на высочайших скоростях, основываясь на законах оптики. Проводником в оптическом кабеле является тончайшее волокно из чистейшего кварцевого стекла. Качество передачи в таком проводнике на уровень выше по сравнению с медными аналогами, искажения и наводки же в данном варианте, как правило, минимальны. Волоконно-оптический кабель представляет из себя модули с оптическими волокнами в варьируемом количестве в изолирующем материале и защитных оболочках.
Сегодня на рынке кабельно-проводниковой продукции оптический кабель представлен широчайшей линейкой модификаций, поэтому основываясь на конкретных требованиях того или иного проекта, подбирается простая или бронированная модель с определенным количество оптических волокон, с гидрофобным заполнителем или без него, и прочими структурными особенностями.
Оптические кабели подразделяются на несколько подгрупп по различным характеристикам, в т.ч. и по количеству мод. Так можно выделить одномодовое и многомодовое волокно. В свою очередь одномодовые волокна подразделяются на ступенчатые, стандартные SF, волокна со смещенной дисперсией DSF и с ненулевой смещенной дисперсией NZDSF. Среди многомодовых же можно выделить ступенчатые и градиентные варианты. Каждый тип волокна имеет свои преимущества и недостатки и подходит для эксплуатации в конкретных условиях.
Так, для использования в целях телефонии больше подходят одномодовые оптические волокна, а для компьютерных сетей лучше использовать многомодовые модификации. В одномодовом волокне световая волна условно проходит по одной траектории, диаметр же сердцевины составляет 8-10 мкм. В многомодовом же волокне образуется большее число мод, а диаметр сердцевины составляет 50 или 62.5 мкм. Т.е. основное отличие оптических волокон состоит именно в способе распространения волны в световоде. Многомодовое волокно способно передавать несколько независимых световых сигналов, что крайне практично и эффективно. Однако прохождение сразу несколько разных мод требует и значительного увеличения диаметра сердечника, что в свою очередь способствует возникновению рассеивания, так называемого явления модовой дисперсии.
оптический кабель является залогом быстрой и качественной передачи информации. Купить оптический кабель связи Вы можете в компании «Вионет» по выгодным ценам. Мы гарантируем высокое качество поставляемой кабельно-проводниковой продукции и предлагаем выгодные условия поставки товара.
- Технологии, Блог, Силовой кабель, Монтаж
- Кабель, Оптика, Монтаж, Инструкции