Оптоволоконные линии предназначены для передачи больших объемов данных на очень высоких скоростях, так как сигнал в них практически не затухает и не искажается.
В настоящее время передача по оптоволоконным линиям осуществляется на скоростях в несколько Гбит/с. По ним можно передавать световой импульс на многие километры.
Оптическое волокно — чрезвычайно тонкий стеклянный цилиндр, называемый жилой (core), покрытый слоем стекла (оболочка), с иным, чем у жилы, коэффициентом преломления. Иногда оптоволокно производят из пластика. Пластик проще в использовании, но он передает световые импульсы на меньшие расстояния по сравнению со стеклянным оптоволокном.
Каждое стеклянное оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами (рис. 2.21). Одно из них служит для передачи, а другое — для приема. Жесткость волокон увеличена покрытием из пластика, а прочность — волокнами из кевлара.
Следует отметить, что прозрачность оптического волокна на несколько порядков выше прозрачности обычного стекла, что позволяет передавать световой сигнал на десятки километров без существенного снижения уровня сигнала. Оптическое волокно достаточно гибкое, это дает возможность прокладывать оптоволоконный кабель практически по тем же каналам, что и коаксиальный. При соответствующей технологии изготовления оптоволоконного кабеля можно добиться того, что свет будет распространяться вдоль световода и не излучаться наружу даже при скручивании кабеля. Наряду с высокой скоростью передачи, оптоволоконный кабель значительно тоньше и легче обычного. К преимуществам оптоволоконной среды передачи можно отнести невосприимчивость к электрическим помехам.
Световой импульс, проходя по волокну, из-за явления дисперсии изменит свою форму — “размажется” (рис. 2.22). Дисперсия бывает трех видов: модовая, молекулярная и полноводная.
Модовая дисперсия (modal dispersion) возникает в многомодовом волокне из-за разности длин путей, проходимых лучами различных мод. Эта дисперсия определяется как разность времени прохождения единицы длины волокна различными модами, для нее типичны значения 15–30 нс/км для волокна со ступенчатым профилем. Ее можно уменьшать, сокращая количество мод — уменьшая диаметр сердцевины (в пределе до одномодового). Кроме того, эту дисперсию уменьшает применение градиентного профиля показателя преломления. Как видно из рис. 2.22, применение сердцевины с градиентным изменением показателя преломления в многомодовом волокне позволяет уменьшить количество мод, а следовательно, и уменьшить искажение выходного импульса. Лучи, идущие по длинным траекториям, значительную часть пути проходят по среде с меньшей плотностью — их скорость больше, и приходят они почти одновременно с лучами более коротких траекторий.
Спектральная дисперсия, называемая также молекулярной или материальной, вызвана тем, что волны с разной длиной распространяются в одной и той же среде с различной скоростью, что обусловлено особенностями молекулярной структуры. Поскольку источник излучает не одну волну, а спектр (пусть и узкий), лучи различной длины волны будут достигать приемника не одновременно. В области около 850 нм более короткие волны по световоду движутся медленнее, чем более длинные. В области 1550 нм ситуация обратная. В области около 1300 нм дисперсия нулевая. Молекулярная дисперсия определяется как разность времени прохождения по волокну излучения различных длин волн, отнесенная к разности длин этих волн и длине волокна (единица измерения — пс/нм/км). Молекулярная дисперсия существенна для одномодового волокна (в многомодовом ее влияние малозаметно). Снизить ее влияние можно уменьшением ширины полосы излучения источника и выбором оптимальной длины волны.
Общие понятия и параметры оптоволоконных кабелей. Модами (mode) называются возможные пути распространения световых лучей по оптоволокну. Кабели применяемые в волоконно-оптических системах передачи информации бывают одномодовыми (single mode) и многомодовыми (multiple mode).
В зависимости от траектории распространения света различают одномодовое и многомодовое волокно. Многомодовое волокно (multi mode fiber, MMF) имеет довольно большой диаметр сердцевины – 50 или 62,5 мкм при диаметре оболочки 125 мкм или 100 мкм при оболочке 140 мкм.
