Оптично влакно

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Оптични влакна

Оптичното влакно е тънка прозрачна нишка, обикновено направена от стъклено влакно или пластмаса, използвана за предаване на светлина и светлинни сигнали. Разделът от техниката, който се занимава със свойствата на оптичните влакна, се нарича влакнеста оптика.

История[редактиране | edit source]

През 1966 г. Чарлз Као изчислява, че за да бъдат полезни за предаване на информация на дълги разстояния, стъклените влакна трябва да имат затихване по–ниско от 20 dB/km. Първото използваемо оптично влакно е изобретено през 1970 г. от изследователите Маурер, Кек, Шулц и Зимар, които работили в американската "Corning Glass Works". Те произвеждат влакно със затихване от 17 dB/km като легират силициево стъкло с титан. Затихването на сегашните влакна е 0,3 – 0,5 dB/km, а на съответстващите им медни коаксиални кабели – 40 – 60 dB/km. Първият трансатлантически оптичен кабел, предназначен за телефонна връзка, е влязъл в употреба през 1988 г.

Характеристики[редактиране | edit source]

Оптичните влакна могат да бъдат използвани като алтернатива на медните проводници за телекомуникация, защото са гъвкави и могат да бъдат свързани заедно в кабел. Влакната могат да бъдат направени както от прозрачна пластмаса, така и от стъкло, но в далекосъобщителните мрежи влакната са винаги от стъкло, заради по-ниските загуби от поглъщане. Принципът на предаване на светлина по оста на влакното използва ефекта на пълно вътрешно отражение в средата, който се постига с изработването на влакното от ядро и външен слой с различен показател на пречупване на светлината. Това важно свойство на оптичното влакно не позволява преплитането на информация между отделните влакна в един кабел и позволява кабелът да се извива и усуква. Използваната светлина обикновено е с дължина на вълната от инфрачервената област, а светлинните източници са най-често лазерни. За предаване на информация влакната обикновено се използват по двойки, като всяко от влакната носи сигнал само в една посока. Двупосочната комуникация е възможна и само по една нишка, стига да се използват две различни дължини на вълните (цвята) и подходящи съеднители, отклонители и разклонители.

Влакната, използвани в телекомуникацията, са най–често с диаметър 125 µm. Макар и толкова тънко, оптичното влакно може да се разглежда като цилиндричен диелектричен вълновод, в който разпространението на светлината се подчинява на законите за разпространение на електромагнитното излъчване. В частност, интензитетът на светлината има няколко възможни конфигурации или моди. При разпространение само на един мод влакната се наричат едномодови, а на няколко мода - многомодови. Ядрото на едномодовите влакна е с диаметър 9 µm, докато многомодовите ядра са с диаметър 50 µm или 62,5 µm.

Влакната, използвани за преодоляване на големи разстояния, са едномодови, тъй като типичният едномодов оптичен кабел може да поддържа разстояния от 80 до 200 km. Той има много по–добра функционалност в сравнение с многомодовите влакна, където предадената чрез различните моди светлина пристига по различно време и в резултат сигналът се разсейва. Затова повечето многомодови се използват на максимално разстояние от 300 до 500 метра. Едномодовото оборудване е обикновено по–скъпо от многомодовото.

Поради забележително ниските загуби и отличното поведение при провеждане на светлината, при едномодовите оптични влакна са възможни скорости до 40 Gbps при реални условия, ако се използва една дължина на вълната. При използване на повече вълни на една и съща нишка, тя може да провежда честотна лента от много терабита в секунда. Съвременните кабели могат да съдържат хиляди нишки, така че успешно да задоволят дори днешните огромни изисквания за пренос на информация от точка до точка.

Оптични кабели за комуникация[редактиране | edit source]

Предимства[редактиране | edit source]

  • оптичният кабел е значително по-малък и по-лек от електрическия със същото предназначение. Това означава, че разходите за полагането на оптичния кабел значително се намаляват;
  • оптичният кабел струва значително по-малко от меден кабел със същия преносен капацитет;
  • проведени са успешни експерименти, при които по едно влакно с 132 оптични канала са предадени данни с обща скорост 5,28 Tbps на разстояние 120 km. Този капацитет е достатъчен, за да поддържа около 60 милиона некомпресирани телефонни разговора (64 Kbps за всеки канал).
  • липса на електрическа връзка.
  • липса на електромагнитна интерференция.
  • големи разстояния между регенераторите. Някои нови системи с оптични усилватели покриват разстояния около 120 km;
  • отворен капацитет. Максималният преносен капацитет, който има теоретично един инсталиран оптичен кабел е много голям. Това означава, че могат да бъдат добавяни нови преносни капацитети към вече съществуващи кабели;
  • по-добра защита на информацията.

Недостатъци[редактиране | edit source]

  • Необходимост от по–скъпи лазерни предаватели и приемници.
  • По–трудни за съединяване (сплайсване–става под микроскоп).
  • Не могат да носят електричество за захранване на усилвателите, компенсиращи затихването по кабела.
  • Необходимост от скъпо двукратно преобразуване на електричния сигнал в оптичен и обратното, поради това, че всички крайни устройства работят с електрични сигнали.

Почти всички тези недостатъци са преодолени или заобиколени и комуникационните системи сега са немислими без влакнестата оптика. В напредналите държави ползват услуга «оптика до вкъщи», която предоставя на абонатите високоскоростен Интернет, телефонна линия и телевизия.

Други начини на употреба[редактиране | edit source]

  • Влакната могат да бъдат използвани в медицината и други области, където е необходима ярка светлина и няма пряка видимост — в хирургията, при самолетните двигатели. Оптични влакна могат да се използват като сензори за напрежение, температура, налягане и други параметри.
  • В някои високотехнологични сгради, оптични влакна се използват за да насочат слънчева светлина от покрива до другите части на сградата.
  • Оптичните влакна могат да бъдат използвани и за декорация, включително за табели, за изкуствени Коледни дръвчета, за осветление
  • Изключително тънки и гъвкави оптични влакна се използват и при силициевите чипове.

Външни препратки[редактиране | edit source]