оптоволоконний зв’язок

Оптоволоконний зв'язок - зв'язок, побудований на базі оптоволоконних кабелів. Широко застосовується також скорочення ВОЛЗ (волоконно-оптична лінія зв'язку). Використовується в різних сферах людської діяльності, починаючи від обчислювальних систем і закінчуючи структурами для зв'язку на великих відстанях. Є сьогодні найбільш популярним і ефективним методом для забезпечення телекомунікаційних послуг.

Складається оптоволокно з центрального провідника світла (серцевини) - скляного волокна, оточеного іншим шаром скла - оболонкою, яка має меншим показником заломлення, ніж серцевина. Поширюючись по серцевині, промені світла не виходять за її межі, відбиваючись від покриває шару оболонки. У оптоволокне світловий промінь зазвичай формується напівпровідниковим або доданими лазером. Залежно від розподілу показника заломлення і від величини діаметру сердечника оптоволокно підрозділяється на одномодове і багатомодове.

Ринок оптоволоконної продукції вУкаіни

Волоконна оптика хоч і є повсюдно використовуваним і популярним засобом забезпечення зв'язку, сама технологія проста і розроблена досить давно. Експеримент із зміною напряму світлового пучка шляхом заломлення був продемонстрований Даніелем Колладон (Daniel Colladon) і Жаком Бабінеттом (Jacques Babinet) ще в 1840 році. Через кілька років Джон Тиндалл (John Tyndall) використовував цей експеримент на своїх публічних лекціях в Лондоні, і вже в 1870 році випустив працю, присвячений природі світла. Практичне застосування технології знайшлося лише в ХХ столітті. У 20-х роках минулого століття експериментаторами Кларенсом Хаснеллом (Clarence Hasnell) і Джоном Бердом (John Berd) була продемонстрована можливість передачі зображення через оптичні трубки. Цей принцип використовувався Генріхом Елої (Heinrich Lamm) для медичного обстеження пацієнтів. Тільки в 1952 році індійський фізик Наріндер Сингх Капані (Narinder Singh Kapany) провів серію власних експериментів, які і привели до винаходу оптоволокна. Фактично їм було створено той самий джгут зі скляних ниток, причому оболонка і серцевина були зроблені з волокон з різними показниками заломлення. Оболонка фактично служила дзеркалом, а серцевина була більш прозорою - так вдалося вирішити проблему швидкого розсіювання. Якщо раніше промінь не доходив так кінця оптичної нитки, і неможливо було використовувати такий засіб передачі на тривалих відстанях, то тепер проблема була вирішена. Наріндер Капані до 1956 року удосконалив технологію. Зв'язка гнучких скляних прутів передавала зображення практично без втрат і спотворень.

Спочатку оптоволокно було багатофазним, тобто могло передавати відразу сотні світлових фаз. Причому підвищений діаметр серцевини волокна дозволяв використовувати недорогі оптичні передавачі і коннектори. Значно пізніше стали застосовувати волокно більшої продуктивності, за яким можна було транслювати в оптичному середовищі лише одну фазу. З впровадженням однофазного волокна цілісність сигналу могла зберігатися на більшій відстані, що сприяло передачі чималих обсягів інформації.

Найбільш затребуваним сьогодні є однофазне волокно з нульовим зміщенням довжини хвилі. Починаючи з 1983 року воно займає провідне становище серед продуктів оптоволоконної індустрії, довівши свою працездатність на десятках мільйонів кілометрів.

Переваги оптоволоконного типу зв'язку

Широкополосность оптичних сигналів, обумовлена надзвичайно високою частотою несучої. Це означає, що по оптоволоконної лінії можна передавати інформацію зі швидкістю близько 1 Тбіт / с;
Дуже мале загасання світлового сигналу у волокні, що дозволяє будувати волоконно-оптичні лінії зв'язку довжиною до 100 км і більше без регенерації сигналів;
Стійкість до електромагнітних перешкод з боку оточуючих мідних кабельних систем, електричного обладнання (лінії електропередачі, електродвигунні установки і т.д.) і погодних умов;
Захист від несанкціонованого доступу. Інформацію, що передається по волоконно-оптичних ліній зв'язку, практично не можна перехопити неруйнуючим кабель способом;
Електробезпека. Будучи, по суті, діелектриком, оптичне волокно підвищує вибухо-та пожежобезпечність мережі, що особливо актуально на хімічних, нафтопереробних підприємствах, при обслуговуванні технологічних процесів підвищеного ризику;
Довговічність ВОЛЗ - термін служби волоконно-оптичних ліній зв'язку складає не менше 25 років.

Недоліки оптоволоконного типу зв'язку

Відносно висока вартість активних елементів лінії, що перетворюють електричні сигнали в світло і світло в електричні сигнали;
Відносно висока вартість зварювання оптичного волокна. Для цього потрібно прецизійне, а тому дороге, технологічне обладнання. Як наслідок, при обриві оптичного кабелю витрати на відновлення ВОЛЗ вище, ніж при роботі з мідними кабелями.

Елементи волоконно-оптичної лінії

Оптичні приймачі виявляють сигнали, що передаються по волоконно-оптичному кабелю і перетворюють його в електричні сигнали, які потім посилюють і далі відновлюють їх форму, а також синхросигнали. Залежно від швидкості передачі і системної специфіки пристрою, потік даних може бути перетворений з послідовного виду в паралельний.

Оптичний передавач в волоконно-оптичної системи перетворює електричну послідовність даних, що поставляються компонентами системи, в оптичний потік даних. Передавач складається з паралельно-послідовного перетворювача з синтезатором синхроимпульсов (який залежить від системної установки і швидкості передачі інформації в бітах), драйвера і джерела оптичного сигналу. Для оптичних систем передачі можуть бути використані різні оптичні джерела. Наприклад, світловипромінюючі діоди часто використовуються в дешевих локальних мережах для зв'язку на малу відстань. Однак, широка спектральна смуга пропускання і неможливість роботи в довжинах хвилі другої і третьої оптичних вікон, не дозволяє використовувати світлодіод в системах телезв'язку.

Підсилювач перетворює асиметричний струм від фотодіодного датчика в асиметричне напруга, яке посилюється і перетворюється в диференційний сигнал.

Мікросхема cинхронизация і відновлення даних

Ця мікросхема повинна відновлювати синхросигнали від отриманого потоку даних і їх тактирование. Схема фазового автопідстроювання частоти, необхідна для відновлення синхроімпульсів, також повністю інтегрована в мікросхему синхронізації і не вимагає зовнішніх контрольних синхроимпульсов.

Блок перетворення послідовного коду в паралельний

Основним його завданням є подача струму зміщення і модулюючого струму для прямого модулювання лазерного діода.

Оптичний кабель. що складається з оптичних волокон, що знаходяться під загальною захисною оболонкою.

одномодове волокно

При досить малому діаметрі волокна і відповідає довжині хвилі через світловод буде поширюватися єдиний промінь. Взагалі сам факт підбору діаметра сердечника під одномодовий режим поширення сигналу говорить про Зокрема кожного окремого випадку конструкції світловода. Тобто під одномодовий слід розуміти характеристики волокна щодо конкретної частоти використовуваної хвилі. Поширення лише одного променя дозволяє позбутися від межмодовой дисперсії, в зв'язку з чим одномодові світловоди на порядки продуктивніше. На даний момент застосовується сердечник із зовнішнім діаметром близько 8 мкм. Як і у випадку з багатомодовими световодами, використовується і ступінчаста, і градієнтна щільність розподілу матеріалу.

Другий варіант більш продуктивний. Одномодова технологія тонша, дорога і застосовується в даний час в телекомунікаціях. Оптичне волокно використовується в волоконно-оптичних лініях зв'язку, які перевершують електронні засоби зв'язку тим, що дозволяють без втрат з високою швидкістю транслювати цифрові дані на величезні відстані. Оптоволоконні лінії можуть як утворювати нову мережу, так і служити для об'єднання вже існуючих мереж - ділянок магістралей оптичних волокон, об'єднаних фізично на рівні світловода, або логічно - на рівні протоколів передачі даних. Швидкість передачі даних по ВОЛЗ може вимірюватися сотнями гігабіт на секунду. Уже зараз допрацьовується стандарт, що дозволяє передавати дані зі швидкістю 100 Гбіт / c, а стандарт 10 Гбіт Ethernet використовується в сучасних телекомунікаційних структурах вже кілька років.

багатомодове волокно

У многомодовом ОВ може поширюватися одночасно велику кількість мод - променів, введених в світловод під різними кутами. Многомодовое ОВ володіє відносно великим діаметром серцевини (стандартні значення 50 і 62,5 мкм) і, відповідно, великий числовий апертурою. Більший діаметр серцевини багатомодового волокна спрощує введення оптичного випромінювання в волокно, а більш м'які вимоги до допустимих відхилень для багатомодового волокна дозволяють зменшити вартість оптичних приймально-передавачів. Таким чином, багатомодове волокно переважає в локальних і домашніх мережах невеликої довжини.

Основним недоліком багатомодового ОВ є наявність межмодовой дисперсії, що виникає через те, що різні моди проробляють в волокні різний оптичний шлях. Для зменшення впливу цього явища було розроблено багатомодове волокно з градієнтним показником заломлення, завдяки чому моди в волокні поширюються по параболічних траєкторіях, і різниця їх оптичних шляхів, а, отже, і межмодовая дисперсія істотно менше. Однак наскільки не були б збалансовані градієнтні багатомодові волокна, їх пропускна здатність не зрівняється з одномодовими технологіями.

Волоконно-оптичні приймач

Щоб передати дані через оптичні канали, сигнали повинні бути перетворені з електричного виду в оптичний, передані по лінії зв'язку і потім в приймачі перетворені назад в електричний вид. Ці перетворення відбуваються в пристрої приймач, який містить електронні блоки поряд з оптичними компонентами.

Широко використовується в техніці передач мультиплексор з поділом часу дозволяє збільшити швидкість передачі до 10 Гб / сек. Сучасні швидкодіючі волоконно-оптичні системи пропонують такі нормативні документи швидкості передач.

Нові методи мультиплексного поділу довжини хвилі або спектральний ущільнення дають можливість збільшити щільність передачі даних. Для цього численні мультиплексні потоки інформації надсилаються по одному оптоволоконному каналу з використанням передачі кожного потоку на різних довжинах хвилі. Електронні компоненти в WDM-приймачі і передавачі відрізняються в порівнянні з тими, які використовуються в системі з тимчасовим поділом.