Волоконно-оптические системы связи
Опубликовано: 31.10.2018
В основе принципа передачи света по оптическому волокну лежит явление полного внутреннего отражения. Полное внутреннее отражение происходит при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значение коэффициента отражения превосходит его самые большие значения для полированных поверхностей. В результате луч света, попадающий в оптическое волокно, распространяется в нем, отражаясь от границы «сердцевина/внешняя оболочка» практически без потерь. Этот факт позволяет передавать излучение на огромные расстояния.
На рисунке представлена схема полного внутреннего отражения на границе раздела двух сред с показателями преломления n1 и n 2 . При достижении определенного угла излучение не распространяется за границы сердечника.
Наибольшее распространение оптоволоконные кабели получили в телекоммуникационных системах с появлением мощных источников излучения – лазеров. С использованием лазеров и высокотехнологичных кабелей (в современных материалах удается достичь затухания всего в 0,02 Дб/км) удается передавать информацию на расстояния более 100 км без применения усилителей. К тому же современные лазеры способны излучать сверхкороткие импульсы длительностью до 10−16, что позволяет получать широкополосные оптические сигналы, а электромагнитное излучение (за исключением сверхсильных полей) не влияет на сигнал, передаваемый по оптической линии. Все эти факты делают оптоволоконные кабели незаменимыми для передачи больших потоков информации (порядка Терабит/с) на огромные расстояния.
Прокладка нового оптоволоконного кабеля
В современных сетях Ethernet (стандарт IEEE Std 802.3ba-2010) используются оптические волокна с сердцевиной, изготовленной из кварцевого стекла, и лазеры с длиной волны около 1310 нм. Осуществляется работа на расстояниях до 40 км и со скоростью передачи данных до 25 Гбит/с. Используется как одномодовое оптическое волокно (т.е. пропускающее луч на определенной длине волны, толщина сердечника около 10 микрон), так и многомодовое (т.е. пропускающее одновременно несколько лучей на разных длинах волн, толщина сердечника около 50 микрон). Проблемой многомодовых оптических волокон является то, что вследствие достаточно большой толщины волокна значительно искажается фронт сигнала (способ борьбы – использование градиентных волокон, в которых показатель преломления сердцевины плавно возрастает от края к центру, а не меняется скачком на границе «сердцевина/внешняя оболочка»), но появляется возможность передачи большего потока информации за счет использования сразу нескольких световых лучей одновременно. Разработка следующего поколения оптоволоконных сетей Ethernet требует создания новых лазеров и оптоволоконных кабелей с применением других материалов (возможно, с вакуумной или углеродной сердцевиной, без использования классического кварцевого стекла).
В домашних сетях наибольшее распространение получила оптоволоконная система TOSLINK (от Toshiba Link), разработанная в середние 80-х компанией Toshiba для соединения CD-плееров и ресиверов. Сейчас этот интерфейс поддерживает практически все цифровые аудиоформаты, за исключением Dolby Digital Plus, TrueHD и DTS HD. Его основное преимущество перед коаксиальным соединением – помехозащищенность. Как уже было сказано, электромагнитные поля не влияют на передаваемую по оптическому волокну информацию. Долговечность кабеля TOSLINK – вопрос спорный. С одной стороны оптоволокно достаточно хрупкое, поэтому при частых изгибах оно быстро ломается, с другой – при надежном закреплении кабель прослужит несколько десятилетий, т.к. в данном случае единственной причиной выхода из строя будет помутнение материала волокна (оптоволоконный кабель не подвержен влиянию коррозии). Следует обратить внимание на то, что дорогие оптоволоконные кабели никак не улучшат качество передаваемой информации. Ведь даже современные кабели, используемые в профессиональных лабораториях, занимающихся исследованиями, связанными с оптикой, стоят всего лишь несколько десятков долларов. Нужно следить лишь за качеством разъемов. Дорогостоящим является оконечное оборудование, используемое в оптоволоконных системах. Оно и играет главную роль при передаче информации.
Так что же выбрать, TOSLINK или коаксиальный кабель? Пожалуй, лишь в случае, если электромагнитные поля значительно влияют на качество информации, передаваемой по коаксиальному кабелю, выбор однозначно должен пасть на TOSLINK. В других случаях у оптоволокна значимых преимуществ нет, а стоимость качественного оконечного оборудования скорее всего вызовет сомнения в адекватности использования оптоволоконной системы.
Получит ли широкое распространение оптоволоконная связь в домашних сетях? Большой шаг в развитии домашних оптоволоконных систем связи сделала компания Intel, выпустившая в этом году новейший интерфейс Thunderbolt, о котором мы рассказывали ранее . Thunderbolt обеспечивает передачу данных со скоростью до 10 Гбит/с и минимальную задержку, что делает данный интерфейс крайне полезным для работы с аудио, широкоформатным видео и внешними устройствами памяти. Вполне возможно, что именно Thunderbolt в скором времени будет наиболее часто встречаться среди используемых в домашних условиях оптоволоконных систем.
Originally published at Блог проекта "Шнуровик" . You can comment here or there .
