Оптоволоконные кабели

Оптоволоконный кабель используют для передачи световых сигна­лов. Эти кабели не подвержены влиянию электромагнитных помех, сами не являются источниками излучения, не требуют заземления. Кабели данного вида оказывают значительно более низкое сопротивление передаче свето­вых сигналов по сравнению с сопротивлением, оказываемым передаче электрических сигналов по медным проводам. Благодаря чему информацию по этим кабелям можно передать с большими скоростями до 10 Гбит/с и на большие расстояния без промежуточного усиления.

Волоконно-оптический кабель имеет центральную жилу (сердечник), состоящую из одного или нескольких световодов, выполненных из чистого стекла или пластика диаметром от 5-10 мкм до 50-62.5 мкм, заключенную в оболочку из термопласта. Значение показателя преломления оболочки меньше, чем сердечника, поэтому свет, отражаясь от стенок, вынужден пе­ремещаться вдоль волокна. Буферный слой волоконно-оптического кабеля состоит из одного или нескольких слоев пластика, которые окружают обо­лочку центральной жилы. В качестве внешней защитной оболочки исполь­зуется полиэтилен. Волоконно-оптические кабели бывают одномодовыми (singlemode) и многомодовыми (multimode). Под модой понимают число путей распространения световых сигналов. Центральная жила одномодового кабеля имеет диаметр сечения до 10 мкм и световой луч может по ней распространяться только по одному маршруту. Диаметр оболочки одномодового кабеля примерно равен диаметру оболочки многомодовых кабелей. Стержни многомодовых кабелей имеют диаметры сечения 50-62.5 мкм, в результате чего распространение лучей внутри кабеля происходит по не­скольким маршрутам (рис 1.8).

Рисунок 1.8

Наличие нескольких мод (маршрутов) приводит к значительным иска­жениям светового сигнала на приемной стороне, так как световые лучи вдоль оси волокна проходят меньший путь, чем лучи, расположенные на границах волокна, за одно и то же время (такое явление называется модаль­ной дисперсией). Модальная дисперсия измеряется в наносекундах на ки­лометр (нс/км) и характеризует задержку сигнала, передаваемой по мар­шруту наибольшей длины, от сигналов, передаваемых по кратчайшему пу­ти. Из-за модальной дисперсии при распространении прямоугольного импульса сильно растягиваются его фронты, и происходит увеличение дли­тельности импульса.

Многомодовые кабели делятся на две группы: кабели со ступенчатым изменением коэффициента преломления и кабели с плавным изменением коэффициента преломления. Для обозначения волоконно-оптических кабелей используют два значения - диаметр стержня и оболочки соответствен­но. Например, 62.5/125, что соответствует кабелю со стержнем диаметром 62.5 мкм и оболочкой в 2 раза большего диаметра.

Различают следующие типы оптоволоконных кабелей. Тип ОМ 1 – традиционный многомодовый оптоволоконный кабель, который разрабатывался для сетей FDDI, FE. В активном оборудовании с таким кабелем использовались в основном светоизлучающие диоды LED.

В системах передачи информации с верхним пределом пропускной способности 622 мбит/с применяются дешевые светодиодные излучатели. В сетях Gigabit Ethernet (GE) и 10 Gigabit Ethernet (10 GE) активное оборудование содержит лазерные источники сигнала (кабели категории ОМ 2). Это могут быть лазеры Фабри-Перо или лазеры с распределенной обратной связью (Distributed Feed Back). В настоящее время все более широкое применение находят относительно недорогие полупроводниковые лазеры на вертикальных резонаторах VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser). Кабель ОМ 1 может обеспечить дальность в 300 м только при использовании технологии 10GBaseLX4, которая предусматривает спектральное мультиплексирование волн, кабель ОМ 3 и лазеры VCSEL в приемо-передатчике оказываются одними из наиболее эффективных для 10GE до 300 м. В стандарте ISO 11801 описан только один класс одномодового волокна OS1.

Излучение светодиодов отличается от излучения лазеров своей широтой диаграммной направленности. Сильно расходящийся пучок света излучающих диодов возбуждает большое число мод. Лазер генерирует узконаправленный луч, который сосредоточен в центральной части сердцевины и представляет собой комбинацию небольшого числа мод.

Для многомодовых световодов характерны градиентный профиль показателя преломления. Свет распространяется по волокну за счет эффекта полного внутреннего отражения в центральной части оптического волновода, где материал имеет более высокий показатель преломления. По мере удаления от оси показатель преломления постепенно снижается. В таблице 1.2 представлены характеристики кабелей в сетях 10GE.

Таблица 1.2