Kable światłowodowe umożliwiły ogromny skok technologiczny, rozwój infrastruktury IT oraz znaczną poprawę przepustowości sieci.
Obecnie są dla nas codziennością. Warto jednak dowiedzieć się, jak są skonstruowane.
W artykule dowiesz się, czym jest kabel światłowodowy, jak dzielimy kable światłowodowe oraz jaka jest budowa światłowodów. W tym artykule poznasz tajniki pomiaru światłowodów, natomiast w TYM proces spawania światłowodów.
Kabel światłowodowy – co to?
Powstanie światłowodów nie byłoby możliwe, gdyby nie wynalezienie i rozwój laserów. Światłowody określane akademicką terminologią są falowodami optycznymi, które odpowiadają za transmisję fal elektromagnetycznych (światła).
Obecnie kable światłowodowe stanowią najszybsze medium transmisyjne sygnałów cyfrowych.
Dzięki nim możliwe jest bezstratne przesyłanie pakietów danych zarówno na niewielkie, jak i ogromne odległości. Przepustowość najlepszych i najnowocześniejszych światłowodów międzykontynentalnych osiąga poziom nawet 5 Tb/s.
Miastem, które obecnie wysuwa się na prowadzenie, jako lider implementacji nowoczesnych rozwiązań z zakresu infrastruktury telekomunikacyjnej jest Warszawa. Kable światłowodowe w stolicy, które wykorzystywane są w każdym sektorze gospodarczym to najwydajniejsze media transmisyjne.
Budowa kabli światłowodowych
Każdy światłowód składa się z trzech podstawowych elementów: pokrycia, płaszcza i rdzenia.
Pokrycie światłowodu
Zacznijmy od najbardziej zewnętrznej warstwy – pokrycia ochronnego. Jego zadaniem jest ochrona wnętrza kabla przed uszkodzeniami mechanicznymi, w tym mikropęknięciami, które mogą powstawać podczas przenoszenia, pomiarów lub spawania światłowodów. Pokrycie wykonywane jest z elastycznych oraz odpowiednio mocnych tworzyw sztucznych, zwykle z akrylu lub poliamidów.
Pokrycie tworzy kilka warstw materiału, dzięki czemu są one w stanie nieznacznie amortyzować kabel światłowodowy.
Płaszcz światłowodu
Płaszcz światłowodu stanowi bezpośrednią ochronę rdzenia – najważniejszego elementu każdego kabla. Płaszcz stanowi barierę dla rozchodzącej się w rdzeniu fali świetlnej.
Tworzony jest z materiałów, które stanowią próg załamania światła, zwykle z plastików lub szkieł o odpowiednich domieszkach. Wymiary płaszcza światłowodu to zwykle około 125 µm.
Rdzeń światłowodu
Najważniejszy element, który odpowiada za stworzenie warunków do rozchodzenia się fali elektromagnetycznej.
Rdzeń wykonuje się z polimerów, kwarcu, szkła lub materiałów krystalicznych z odpowiednią domieszką. Wymiary rdzenia to zwykle od 5 do 50 µm.
Podział światłowodów
Kable światłowodowe możemy podzielić na jednomodowe oraz wielomodowe gradientowe i skokowe. Ilość modów określa ilość wiązek światła przechodzących przez światłowód.
Poza tym dzielimy kable światłowodowe ze względu na konstrukcję: ścisła tuba i luźna tuba. Możemy dokonać podziału również ze względu na geometrię i rozkład współczynnika załamania światłowodów.
Struktura modowa światłowodów
Kabel światłowodowy jednomodowy
Światłowód jednomodowy przepuszcza mody, które w bardzo rzadkich interwałach odbija się od ścianek rdzenia. Światłowody jednomodowe są najcieńszymi kablami tego typu.
Bez repeaterów, są w stanie przesyłać sygnał do odległości 100 km. Ich dużą wadą jest wysoki koszt tworzenia interfejsów przyłączeniowych.
Kabel światłowodowy wielomodowy
Światłowody wielomodowe dzielą falę wejściową na kilka mniejszych wiązek o identycznych długościach falowych i o różnych drogach rozchodzenia się (propagacji).
Fale te odznaczają się częstym i niesynchronicznym odbijaniem się od powierzchni rdzenia. Powoduje to generowanie zakłóceń i zniekształceń wiązek, a tym samym zmniejszenie przepustowości.
Światłowody wielomodowe są zdecydowanie grubsze.
Są one wciąż popularne w całej Polsce, również w mieście Warszawa. Światłowody jednomodowe wchodzą powoli do łask i stanowią doskonałą alternatywę dla kabli wielomodowych.
Światłowody typu ścisła tuba i luźna tuba
Falowody optyczne możemy podzielić również ze względu na materiały oraz ich ilość użyte przy ich budowie. Wyróżniamy światłowody typu ścisła tuba i luźna tuba.
Światłowód ścisła tuba (światłowód wewnętrzny)
Tego typu kable stosowane są przy tworzeni infrastruktury telekomunikacyjnej w krótkich, wewnętrznoobiektowych odcinkach.
Składają się z włókna światłowodowego, które następnie jest chronione pokryciem pierwotnym i wtórnym.
Takie zabezpieczenia stanowią doskonałą ochronę przed czynnikami zewnętrznymi oraz nieznacznymi uszkodzeniami mechanicznymi.
Światłowód luźna tuba (światłowód zewnętrzny)
Ten rodzaj światłowodu na ogół tworzony jest w formie dwuwarstwowej rury.
Wewnątrz znajduje się kilka samodzielnych włókien światłowodowych umieszczonych w specjalnym żelu i zamkniętych w zewnętrznej rurze stanowiącej ochronę przed czynnikami atmosferycznymi i uszkodzeniami mechanicznymi.
Geometria kabli światłowodowych
Budowa światłowodów różni się również ze względu na geometrię kabli.
Obecnie światłowody dzielimy na planarne, paskowe i włókniste.
Głównie różnią się one grubością rdzenia światłowodu, co powoduje, że każda z wymienionych konstrukcji odznacza się różną przepustowością.
Światłowód planarny
Składający się z trzech warstw – pokrycia, podłoża i warstwy światłowodowej.
Pokrycie i podłoże posiadają odpowiednio większy współczynnik złamania od warstwy światłowodowej, wobec czego wiązki światła zostają w niej uwięzione.
Światłowód paskowy
Tego typu światłowody stosuje się w laserach półprzewodnikowych oraz układach fotoniki zintegrowanej.
Są one wykorzystywane do specjalistycznych zastosowań, np. w interferometrach, czy w multiplekserach.
Światłowód włóknisty
Jest to najpopularniejszy kabel światłowodowy o przekroju kołowym.
Składa się z kilku włókien światłowodowych zamkniętych w jednej ochronnej tubie.
Stosuje się je w ramach implementacji okablowania pionowego i poziomego.
Rozkład współczynnika załamania światłowodów
W tym kryterium, światłowody możemy podzielić na skokowe i gradientowe.
Obecnie w stolicy coraz częściej stosuje się gradientowe kable światłowodowe. Warszawa staje się pionierem wśród wdrażania nowoczesnej infrastruktury telekomunikacyjnej oraz projektowania sieci LAN.
Światłowody skokowe
Współczynnik załamania w światłowodach skokowych – jak sama nazwa wskazuje – zmienia się skokowo.
Oznacza to, że mody zmieniają kierunek propagacji agresywnie, odbijając się od płaszcza.
Występuje tu zjawisko dyspersji międzymodowej, czyli wzajemnego zakłócania się sygnałów.
Światłowody gradientowe
Są to nieco bardziej skomplikowane konstrukcyjne kable.
Włókno szklane tworzone jest poprzez różnie domieszkowane materiały, przez co wiązki elektromagnetyczne rozchodzą się płynnie, a współczynnik załamania światła zmienia się w sposób ciągły – największe wartości osiąga przy styku płaszcza z rdzeniem.
Kable światłowodowe gradientowe standaryzują nieco prędkość rozchodzenia się modów, co zmniejsza zjawisko dyspersji międzymodowej.
Dzięki temu możliwe jest osiągnięcie większej prędkości transmisji oraz przesyłanie sygnału na większe odległości.