Это наиболее перспективная среда, позволяющая передавать данные в виде световых волн по стеклянному "проводнику" или кабелю. Волоконно-оптические линии связи используются на расстояниях свыше одного километра. Характерной их особенностью является высокая защищенность от несанкционированного подключения (что не удивительно, поскольку для передачи данных не используются электрические сигналы). Существует две разновидности кабеля: одномодовый и многомодовый.
Коаксиальный и волоконно-оптический кабель устроены почти одинаково. Сердечник последнего состоит из сплетения тонких стеклянных волокон и заключен в пластиковую оболочку (плакирование— cladding), отражающую свет обратно к сердечнику. Плакирование покрыто концентрическим защитным слоем пластика. Несколько волоконно-оптических кабелей объединяются в жгут и покрываются еще одним защитным слоем пластика. На рис. 1 показано устройство волоконно-оптического кабеля.
Рис. 1. Волоконно-оптический кабель.
Все стандартные кабели передают бинарные данные с помощью электрических импульсов. И только волоконно-оптический кабель, используя тот же принцип, передает данные с помощью световых импульсов. Источник света посылает данные по волоконно-оптическому "каналу", а принимающая сторона должна преобразовать полученные данные в необходимый формат.
Одномодовый кабель. Многомодовый кабель. В относительно тонком волоконно-оптическом канале свет будет распространяться вдоль продольной оси канала. В физике этот эффект упоминается в следующей формулировке - "импульсы света распространяются в осевом (аксиальном) направлении". Именно это и происходит в одномодовом кабеле (см. рис. 2).
Однако преимущества этого типа передачи ограничены. С целью устранения подобных ограничений стали выпускать толстый кабель. Но тут возникла другая проблема - лучи света имеют свойство входить в канал под различными углами и проходить кабель, отражаясь от стенок сердечника. В результате вошедшие в канал под различными углами волны проходят различное расстояние и прибывают к получателю в разное время. Этот эффект, проиллюстрированный на рис. 3, получил название модальной дисперсии (modal dispersion).
Рис. 2. Распространение света по одномодовому пути в тонком кабеле.
Рис. 3. Модальная дисперсия неаксиальных лучей в толстом кабеле.
Чем больше количество мод света в канале, тем уже полоса пропускания. В дополнение к тому, что различные импульсы достигают получателя практически одновременно, усиление дисперсии приводит к наложению импульсов и введению получателя в "заблуждение". В результате снижается общая пропускная способность. Одномодовый кабель передает только одну моду световых импульсов. Скорость передачи данных при этом достигает десятков гигабит в секунду. Одномодовый кабель в состоянии поддерживать несколько гигабитных каналов одновременно, используя для этого световые волны разной длины. Следовательно, пропускная способность многомодового волоконно-оптического кабеля ниже, чем у одномодового. Простейший способ уменьшения дисперсии — нивелирование (grading) волоконно-оптического кабеля. В результате лучи света синхронизируются таким образом, что дисперсия на стороне приемника уменьшается. Дисперсия также может быть уменьшена путем ограничения количества длин световых волн. Оба метода позволяют в некоторой степени уменьшить дисперсию, но не в состоянии привести скорость передачи данных в соответствие с одномодовым волоконно-оптическим кабелем. Широко используется многомодовый волоконно-оптический кабель 62,5/125. Обозначение "62,5" соответствует диаметру сердечника, а обозначение "125" — диаметру плакирования (все величины приведены в микронах). Из одномодовых распространены кабели с маркировкой 5-10/125. Ширина полосы пропускания обычно приводится в МГц/км. Хорошей моделью взаимоотношений полосы пропускания и дальности передачи служит резиновый жгут — с увеличением расстояния полоса пропускания сужается (и наоборот). В случае передачи данных на расстояние 100 метров полоса частот многомодового кабеля составляет 1600 МГц при длине волны 850 нм. Аналогичная характеристика одномодового кабеля составляет приблизительно 888 ГГц.
В качестве источника света волоконно-оптического кабеля может использоваться светоизлучающий диод (light emitting diode — LED) или лазер (injection laser diode — ILD). Одномодовый волоконно-оптический использует в качестве источника света диод, в то время как многомодовый кабель — лазер.
Светоизлучающий диод — это устройство, излучающее свет в том случае, если приложить к нему прямое напряжение. С помощью сгенерированных диодом световых импульсов на расстоянии от 0,5 км до 1 км можно добиться скорости передачи данных от соответственно 12.5 Мбит/с до 25 Мбит/с. По сравнению с лазером этот источник света считается слабым.
Лазер — устройство, генерирующее очень интенсивный поток цвета чрезвычайно узкого диапазона. В результате увеличивается как скорость передачи данных, так и расстояние. Для расстояний до 2 км скорость передачи составляет от 25 до 100 Мбит/с.
Основные характеристики волоконно-оптического кабеля. Абсолютный иммунитет к электромагнитным излучениям. Возможна передача данных на расстояние до 10 км. В лабораторных условиях реально достичь скорости передачи до 4 Гбит/с. В качестве источника света может использоваться светоизлучающий диод или лазер.
Версия сайта для слабовидящих