Cables òptics: dispositiu, tipus i característiques
Els cables òptics, a diferència dels cables amb conductors de coure o alumini, utilitzen una fibra òptica transparent com a mitjà per transmetre un senyal. El senyal es transmet aquí no amb l'ajuda del corrent elèctric, sinó amb l'ajuda de la llum. Això vol dir que pràcticament no es mouen electrons, sinó fotons, i les pèrdues de transmissió del senyal resulten ser insignificants.
Aquests cables són ideals com a mitjà de transmissió d'informació, ja que la llum pot travessar la fibra de vidre transparent pràcticament sense obstacles durant desenes de quilòmetres, mentre que la intensitat de la llum disminueix lleugerament.
Hi ha Cables GOF (Cable de fibra òptica de vidre) — amb fibres de vidre, i Cables POF (cable òptic de plàstic) — amb fibra plàstica transparent. Tots dos s'anomenen tradicionalment cables òptics o de fibra òptica.
Dispositiu de cable òptic
El cable de fibra òptica té un dispositiu bastant senzill.Al centre del cable hi ha una guia de llum feta de fibra de vidre (el seu diàmetre no supera les 10 micres), vestida amb una carcassa protectora de plàstic o vidre, que proporciona una reflexió interna total de la llum a causa de la diferència d'índexs de refracció al límit. de dos mitjans.
Resulta que la llum, des de l'emissor fins al receptor, no pot sortir de la vena central. A més, la llum no té por de les interferències electromagnètiques, per tant, aquest cable no necessita blindatge electromagnètic, sinó que només cal reforçar-se.
Per tal de garantir la resistència mecànica del cable òptic, es prenen mesures especials: fan que el cable estigui blindat, especialment quan es tracta de cables òptics de múltiples nuclis que porten diverses fibres òptiques separades al mateix temps. Els cables suspesos requereixen un reforç especial amb metall i Kevlar.
El disseny més senzill de cables de fibra òptica és fibres de vidre en una closca de plàstic… Un disseny més complex és un cable multicapa amb elements de reforç, per exemple, per a instal·lació submarina, subterrània o suspesa.
En un cable blindat multicapa, el cable de reforç de suport està fet de metall tancat en una funda de polietilè. Al seu voltant s'hi col·loquen fibres de vidre o plàstic que porten llum. Cada fibra individual està recoberta amb una capa de vernís de colors per a la codificació de colors i protecció contra danys mecànics. Els paquets de fibres s'envasen en tubs de plàstic plens d'un gel hidrofòbic.
Un tub de plàstic pot contenir de 4 a 12 d'aquestes fibres, mentre que el nombre total de fibres en un d'aquests cables pot ser de fins a 288 peces. Les canonades estan entrellaçades amb un fil que tensa la pel·lícula humitejada amb un gel hidrofòbic, per a un major amortiment de les influències mecàniques. Les canonades i el cable central estan tancats en polietilè.A continuació es troben els fils de Kevlar, que pràcticament proporcionen una armadura per al cable trenat. A continuació, de nou polietilè per protegir-lo de la humitat, i finalment la carcassa exterior.
Els dos tipus principals de cables de fibra òptica
Hi ha dos tipus de cables de fibra òptica: multimode i monomode. Els multimode són més barats, els monomode són més cars.
Cable de mode únic assegura que els raigs que travessen la fibra prenguin pràcticament el mateix camí sense desviacions mútues significatives, com a resultat, tots els raigs arriben al receptor al mateix temps i sense distorsió de la forma del senyal. El diàmetre d'una fibra òptica en un cable monomode és d'uns 1,3 μm, i és a aquesta longitud d'ona on s'ha de transmetre la llum a través d'ella.
Per aquest motiu, s'utilitza com a transmissor una font làser amb llum monocromàtica d'una longitud d'ona estrictament necessària, precisament els cables d'aquest tipus (monomode) es consideren avui els més prometedors per a comunicacions de llarga distància en el futur, però de moment són cars i de curta durada.
Cable multimode menys "precisos" que els monomode. Els feixos del transmissor hi passen amb dispersió, i al costat del receptor hi ha una certa distorsió de la forma del senyal transmès. El diàmetre de la fibra òptica del cable multimode és de 62,5 µm i el diàmetre exterior de la funda és de 125 µm.
Utilitza un LED convencional (no làser) al costat del transmissor (0,85 μm de longitud d'ona), i l'equip no és tan car com una font de llum làser i els cables multimode actuals tenen una vida útil més llarga. La longitud dels cables d'aquest tipus no supera els 5 km. La latència típica de transmissió del senyal és de l'ordre de 5 ns/m.
Avantatges dels cables de fibra òptica
D'una manera o altra, el cable òptic es diferencia radicalment dels cables elèctrics ordinaris per la seva excepcional protecció acústica, que garanteix la màxima seguretat tant de la integritat com de la confidencialitat de la informació transmesa a través d'ell.
La interferència electromagnètica dirigida a un cable òptic no pot distorsionar el flux de llum i els propis fotons no generen radiació electromagnètica externa. Sense trencar la integritat del cable, és impossible interceptar la informació transmesa a través d'aquest.
L'amplada de banda d'un cable de fibra òptica és teòricament de 10 ^ 12 Hz, cosa que no es pot comparar amb els cables actuals de cap complexitat. Podeu transferir informació fàcilment a una velocitat de fins a 10 Gbps per quilòmetre.
El cable de fibra òptica en si no és tan car com el cable coaxial prim. Però la part principal de l'augment del preu de la xarxa acabada encara recau en els equips de transmissió i recepció, la tasca dels quals és convertir un senyal elèctric en llum i viceversa.
L'atenuació d'un senyal lluminós en passar per un cable òptic d'una xarxa local no supera els 5 dB per 1 quilòmetre, és a dir, gairebé la mateixa que la d'un senyal elèctric de baixa freqüència. A més, com més gran sigui la freqüència (més fort és l'avantatge del medi òptic sobre els cables elèctrics tradicionals), l'atenuació augmenta marginalment. I a freqüències superiors a 0,2 GHz, el cable òptic està clarament fora de competència. Pràcticament és possible augmentar la distància de transmissió fins a 800 km.
Els cables de fibra òptica s'apliquen a xarxes de topologia en anell o en estrella, alhora que s'eliminen completament els problemes de connexió a terra i d'equilibri de càrrega que sempre són rellevants per als cables elèctrics.
Perfecte aïllament galvànic, juntament amb els avantatges anteriors, permet als analistes predir que en les comunicacions de xarxa, els cables òptics aviat substituiran completament els elèctrics, sobretot tenint en compte la creixent escassetat de coure al planeta.
Inconvenients dels cables de fibra òptica
Per ser justos, no podem deixar d'esmentar els desavantatges dels sistemes òptics de transmissió de dades, el principal dels quals és la complexitat d'instal·lar sistemes i els alts requisits per a la precisió d'instal·lar connectors. Les desviacions de micres durant el muntatge del connector poden provocar un augment de l'atenuació del mateix. Aquí necessiteu una soldadura d'alta precisió o un gel adhesiu especial, l'índex de refracció del qual és similar al de la fibra de vidre instal·lada.
Per aquest motiu, la qualificació del personal no permet la clemència, es requereixen eines especials i altes habilitats per al seu ús. Molt sovint, recorren a l'ús de peces de cable preparades, als extrems dels quals ja hi ha instal·lats connectors prefabricats del tipus requerit. Per ramificar el senyal de la fibra òptica, s'utilitzen divisors especialitzats per a diversos canals (de 2 a 8), però quan es ramifica, es produeix inevitablement una atenuació de la llum.
Per descomptat, la fibra és un material menys resistent i menys flexible que el coure, i per la seva seguretat és perillós doblegar la fibra a un radi inferior a 10 cm.La radiació ionitzant redueix la transparència de la fibra òptica, augmenta l'atenuació del senyal de llum transmesa.
Els cables de fibra òptica resistents a la radiació són més cars que els cables de fibra òptica convencionals. Un canvi sobtat de temperatura pot provocar la formació d'una esquerda a la fibra. Per descomptat, la fibra òptica és vulnerable a l'estrès mecànic, els xocs i els ultrasons; per protegir-se d'aquests factors, s'utilitzen materials suaus especials d'absorció acústica de les cobertes del cable.