„Pędzę do ciebie światłowodem…”

Technologie światłowodowe do niedawna były skomplikowane w zastosowaniu, a także kosztowne w implementacji. Zwiększająca się popularność technologii optycznych spowodowała znaczący spadek cen kabli i osprzętu światłowodowego, ale także obniżenie kosztów instalacji. Obecnie technologie optyczne są dostępne właściwie dla każdej organizacji, a koszty są zbliżone do zastosowania kabli miedzianych. Położenie kabla światłowodowego w przeciwieństwie do kabla miedzianego daje jednak znacznie większe możliwości transmisji.

W celu realizacji transmisji poprzez światłowód, sygnał cyfrowy zostaje skierowany na optyczny modulator systemu transmisji optycznej. Modulator zamienia cyfrowe sygnały na serię impulsów świetlnych odpowiadających stanom „włączony” i „wyłączony”. Sygnały w tej postaci są przesyłane przez światłowód. Gdy impulsy świetlne trafiają do odbiornika, następuje ich konwersja na sygnały elektryczne. W dużym uproszczeniu tak działa transmisja światłowodowa.

Telekomunikacja optyczna wykorzystuje do transmisji danych mechanizm TDM. Dane napływające od jednego użytkownika są umieszczane w szczelinach czasowych, pomiędzy pakietami innych użytkowników. Prędkość transmisji danych w technologii TDM zależy od właściwości materiału, z jakiego wykonane jest okablowanie. Dla światłowodu jest dużo większa niż dla kabla miedzianego. Dodatkowo w pojedynczym włóknie światłowodowym istnieje możliwość realizacji wielu transmisji jednocześnie, wykorzystując wiele kanałów realizowanych poprzez różne długości fal (CWDM/DWDM). W rzeczywistości światłowód dysponuje nieograniczoną przepustowością. Pozwala to już obecnie realizować transmisje nawet z prędkością 400 Gb/s, a w niedalekiej przyszłości – 1 Tb/s i większą.

Rodzaje włókien

Włókno światłowodowe składa się z trzech podstawowych elementów: rdzenia, płaszcza oraz powłoki buforowej. Rdzeń jest najważniejszym elementem kabla, ponieważ to właśnie w nim przeprowadzana jest propagacja. Rdzeń jest przeważnie wykonywany z domieszkowanego szkła. Rdzeń to fizyczne medium, którym przesyłane są sygnały przenoszące dane optyczne. Płaszcz włókna jest warstwą otaczającą rdzeń światłowodu, wykonany jest przeważnie z czystego szkła. Współczynnik załamania światła w rdzeniu jest wyższy niż współczynnik załamania światła w płaszczu. Płaszcz w pewnym sensie służy jako ogranicznik fali światła, umożliwiając odbicia wewnątrz rdzenia. Następną warstwą jest osłona (bufor) wykonana z plastiku otaczającego płaszcz światłowodu. Bufor jest wykonany z tworzywa służącego wzmocnieniu włókna, pomaga absorbować naprężenia mechaniczne. W różnych rodzajach włókien mogą pojawić się dodatkowo elementy wzmacniające włókno, zapobiegające złamaniu i naprężeniom podczas instalacji (żel, powłoka lakierowana, płaszcz lakierowany, powłoka zewnętrzna, płaszcz zewnętrzny itp.).

Włókna światłowodowe dzielimy na jednomodowe i wielomodowe. Światłowód jednomodowy pozwala osiągać znacznie wyższe prędkości niż wielomodowy, kosztuje więcej, ale pozwala też uzyskać transmisję na 50-krotnie dłuższym odcinku kabla. Rdzeń światłowodu jednomodowego ma mniejszą średnicę niż wielomodowego. W rdzeniu włókna jednomodowego transmitowany jest jeden mod światła o określonej długości fali. Występuje w tym przypadku dyspersja chromatyczna (materiałowa i falowa), ale możliwa jest neutralizacja jej wpływu przykładowo poprzez różne typy włókien. Włókna jednomodowe są wykorzystywane do realizacji połączeń na znaczące odległości (nawet 120 km bez regeneracji), przy możliwości uzyskania wysokich prędkości transmisji (40 Gb/s i 100 Gb/s). W przypadku światłowodu wielomodowego otrzymujemy wysoką prędkość transmisji na stosunkowo niewielkich odległościach. Światło jest rozpraszane we włóknie wielomodowym na liczne ścieżki (mody) o tej samej długości fali. Propagowanie wielu modów powoduje powstawanie dyspersji modowej, co powoduje ograniczenie parametrów pracy światłowodu wielomodowego. Ze względu na niską cenę urządzeń nadawczo-odbiorczych włókna wielomodowe są dość powszechnie stosowane w sieciach LAN. Umożliwiają transmisję sygnałów o przepływności kilkuset megabitów na sekundę na odległościach do 2 km oraz prędkości rzędu gigabitów na sekundę na niewielkie odległości, maksymalnie kilkaset metrów.

Włókna mają określoną średnicę. W praktyce najczęściej możemy wyróżnić trzy główne kategorie włókien optycznych: 50/125 mikrometra lub 62,5/125 mikrometra dla włókien wielomodowych oraz 8–10/125 mikrometra dla włókien jednomodowych. Wskazane kategorie włókien zawierają w opisie średnicę rdzenia włókna, którym podróżuje światło (przykładowo 50 mikrometra) oraz średnicę płaszcza rdzenia (typowo 125 mikrometra zarówno dla włókien jednomodowych, jak i wielomodowych). Średnica płaszcza dla najważniejszych kategorii włókien wykorzystywanych w przemyśle wynosi 125 mikrometra. Średnica włókna rdzenia szklanego ma wpływ na parametry pracy kabli.

Włókna światłowodowe możemy podzielić na kilka kategorii. Najczęściej instalowanym typem włókien są włókna jednomodowe o nieprzesuniętej dyspersji (ITU G.652.a,b,c,d), które optymalizowane są dla fali o długości 1310 nanometra oraz 1550 nanometra. Warto wymienić także włókna jednomodowe o przesuniętej dyspersji (ITU G.653), które optymalizowane są dla długości fali 1550 nanometra przy transmisji na duże odległości. W specyficznych zastosowaniach, szczególnie dla transmisji DWDM/CWDM, stosowane są także kable G655, G656. Z kolei włókna opisane jako G.657 oznaczają światłowody o małym promieniu gięcia (LowBend). Na włóknach wielomodowych widnieje symbol G.651. Dodatkowe oznaczenia kabli wielomodowych OM1, OM2, OM3, OM4 dotyczą możliwych do uzyskania parametrów prędkości w zależności od długości kabla oraz dostosowania do odpowiedniej długości fali.

W przypadku instalacji nie ma różnicy pomiędzy włóknami jednomodowymi a wielomodowymi. Spawarki i spawy mechaniczne dostosowane są do wspierania różnych typów włókien. Konieczne jest natomiast dobranie odpowiedniego typu kabla, osprzętu pasywnego oraz sprzętu aktywnego.


TOP 200