Волоконно-оптический кабель. Волоконно-оптический кабель позволяет передавать информацию с очень высокими скоростями

Волоконно-оптический кабель позволяет передавать информацию с очень высокими скоростями. Одна волоконная пара обладает пропускной способностью больше, чем все запущенные до сих пор телекоммуникационные спутники [30]. На базе этих кабелей обычно строят цифровые системы с временным разделением каналов и импульсно-кодовой модуляцией. При этом модулируется интенсивность излучения источника. При цифровой передаче оптический излучатель передатчика " включается" и " выключается" в соответствии с поступающим на него битовым потоком электрического сигнала.

Дуплексная связь осуществляется по двум волоконным световодам, каждый из которых предназначен для передачи информации в одном направлении.

На рис. 54 приведена зависимость затухания для одномодовых и многомодовых кабелей от длины волны. Для минимальных затуханий выделены три окна прозрачности 850, 1300 и1550 нм.

Окно прозрачности 850 нм чаще используется для многомодовых волокон, а 1300 и 1550 для одномодовых. Последние исследования позволили создать еще один класс оптических усилителей, работающих в 4-м окне прозрачности от 1570 до 1605 нм.

Рис. 54. Окна прозрачности волоконно-оптических кабелей

Волоконно-оптический кабель состоит [19] из тонких гибких волоконных световодов, по которым распространяются световые сигналы. Каждый световод состоит из центрального проводника света — стеклянного волокна с большей оптической плотностью, и стеклянной оболочки, обладающей меньшим показателем преломления, чем центральный проводник. Распространяясь по центральному проводнику, лучи света не выходят за его пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки. В зависимости от распределения показателя преломления и величины диаметра сердечника различают: многомодовое и одномодовое волокно. Под модой понимается независимый световой путь.

В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF) используется центральный проводник диаметром от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника, имеющего диаметр 125 мкм. Одномодовые кабели применяются для передачи данных со скоростями несколько десятков гигабит в секунду на расстояния до нескольких сотен километров (дальняя связь).

В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber, MMF) используются более широкие внутренние сердечники диаметром от 50 до 200 мкм, толщина внешней оболочки составляет от 20 до 40 мкм. В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего проводника под разными углами. Например, волокно с диаметром 50 мкм поддерживает около 1000 мод. Возникающая при этом интерференция ухудшает качество передаваемого сигнала, поэтому технические характе­ристики многомодовых кабелей хуже, чем одномодовых. Многомодовые кабели используются в основном для передачи данных на скоростях не более 1 Гбит/с на расстояния до 300-2000 м.

В качестве источников света в волоконно-оптических кабелях применяются светодиоды (многомодовые кабели) и полупроводниковые лазеры (одномодовые кабели).

Широкая полоса пропускания, а, следовательно, и высокая скорость передачи, обусловлена высокой частотой несущей.

Со временем волокно испытывает деградацию, сказывающееся в увеличении затухания, поэтому срок службы волоконно-оптических кабелей ограничен 25 годами.

Частота модуляции ограничена возможностями электрооптических преобразователей. Одним из способов увеличения пропускной способности является применении технологии волнового мультиплексирования (Wavelength Division Multiplexing, WDM). В этом случае применяется несколько несущих частот (по одной на каждый канал). Интервал между несущими должен исключать перекрытие спектра излучения. Так, для окна прозрачности 1530-1560 нм можно разместить 40 каналов, при этом полоса пропускания одного канала может составлять от 10 Гбит/с до 100 Гбит/с. Дальнейшим развитием данной технологии является технология плотного волнового (спектрального) мультиплексирования (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM). При плотном мультиплексировании между каналами не предусматриваются защитные интервалы, что позволяет увеличить количество каналов, но при этом предъявляются более жесткие требования к аппаратуре.