Волоконно-оптические основы
Волоконно-оптический кабель состоит из стеклянного сердечника, через который направляется свет. Он покрыт материалом с показателем преломления чуть меньше, чем сердцевина. Это называется оболочкой. Показатель преломления оболочки должен быть на 1% меньше, чем ядро для достижения полного внутреннего отражения, необходимого для удержания света в сердцевине.
Несмотря на то, что было сказано ранее, реальное преимущество волоконно-оптического кабеля в сравнении с медным, это его практически бесконечная пропускная способность. Существуют факторы, которые ограничивают достижимую пропускную способность и длину кабеля, который может быть использован в качестве ретранслятора.
Ослабление
Передача света с помощью волоконной оптики не является на 100% эффективным. Есть несколько причин, включающие поглощение сердцевины и оболочки (вызванной наличием примесей) и утечки света из наружной оболочки. Когда свет отражается от интерфейса оболочки / сердцевины, он фактически перемещается на короткое расстояние в пределах оболочки переотражаясь обратно. Это приводит к ослаблению (ослабление сигнала) вплоть до 2DB / км для многомодового волокна. Например, при таком уровне затухания, если свет путешествовал по десятикилометровому кабелю, то только 10% сигнала сможет прийти к следующему концу.
Величина ослабления для данного кабеля также зависит от длины волны. Пик поглощения при 1000 нм обусловлен особенностями одномодового волокна, в то время как пик при 1400nm вызывается следами воды, остающейся в волокне в качестве примеси. Из-за этого пика поглощения воды в одномодовых кабелях существует две стандартных используемых длины волны 1310 нм и 1550 нм. 1310nm был стандартом на протяжении многих лет, только сейчас существует тенденция к использованию 1550nm, вызванная необходимостью расширить расстояние между повторителями.
Оптическое волокно представляет собой форму волновода (как встречается с микроволновой передачи данных через радио интерфейс) и свет может проходить через него в стабильном количестве способов или режимов. Это требует небольшого объяснения, так как это важное понятие. Световой луч, входящий в волокно под определенным углом будет проходить через волокно с определенным количеством пересылок или отражений ниже определенного пути. Если угол поступающего светового луча меньше, то изменение волокна невозможно, свет будет следовать по другому пути.
Чем больше диаметр ядра, тем больше существуют режимов и, таким образом, есть больше способов, которыми свет может путешествовать через волокно. Этот тип волокна называется многомодовым. Световые лучи, распространяющиеся в каждом режиме, будут путешествовать на различное расстояние, и, следовательно, к выходу они прибудут в разное время. Этот эффект называется модальная дисперсия и измеряется в пикосекундах на нанометр на километр, или пс / нм / км. На практике это означает, что шаг светового импульса будет сильно деградировать к тому времени, как он достигнет выходного сигнала. Проще говоря, дисперсия ограничивает пропускную способность волокна, потому что по мере увеличения скорости передачи данных не хватает времени для логический ‘0’, чтобы восстановить до логического ‘1’, и наоборот, так что приемник не может различать между ними. Для уменьшения рассеивания искажений, число режимов опоры волокна должно быть уменьшено. Это достигается за счет уменьшения диаметра сердцевины.
По мере того как ядро волокна уменьшается в диаметре, цель в конечном счете достигается, когда световой луч может перемещаться только через оптическое волокно по одному пути. Т.е. весь свет, попадающий в волокно, будет проходить точно по тому же пути через волокно и приходить к выходу в одно и то же время – это называется одномодовое волокно. Из-за этого, полоса пропускания одномодового волокна намного выше, чем у многомодового волокна.
Два основных типа волокон, используемых сегодня являются ступенчатым профилем показателя преломления многомодового и ступенчато изменяющегося показателя преломления одномодового волокна. Ступенчато изменяющаяся показателя преломления, часть этого понятия может быть понята, если посмотреть на поперечные сечения этих двух типов волокон.
Ступенчато изменяющийся показатель преломления, относится к внезапному изменению коэффициента преломления между сердцевиной и облицовочным материалом, в отличие от градиентных волокон, где показатель преломления изменяется постепенно от диаметра волокна. Мультирежимные волокна имеют ядеро около 50 мкм и наружным диаметром около 125 мкм. Одномодовое волокно имеет сердцевину, сниженную до уровня ниже 10 мкм, чтобы позволить поддерживать только один режим распространения.