כבלים סיבים אופטיים נמצאים בשימוש נרחב כיום להעברת נתונים. בחלק מתחומי ה-IT, הם החליפו לחלוטין קווי תקשורת מסורתיים המבוססים על מוליכים מתכתיים. קווים אופטיים יעילים במיוחד כאשר כמויות גדולות של נתונים חייבות להיות מועברות למרחקים ארוכים.
תוֹכֶן
הבסיס הפיזי של סיבים אופטיים
העקרונות הפיזיקליים של פעולת סיבים אופטיים מבוססים על עקרון השתקפות מוחלטת. אם ניקח שני מדיות עם מדדי שבירה שונים n1 ו-n2, ו-n2<n1 (לדוגמה, אוויר וזכוכית או זכוכית ופלסטיק שקוף) ולתת קרן אור בזווית α לממשק, אז יתרחשו שני אירועים.
קרן (מסומנת באדום באיור), משוגרת מלמעלה משמאל (לאורך החץ), תישבר חלקית ותעבור מדיום עם מקדם שבירה n2 זווית α1<α - חלק זה של האלומה מסומן בקו מקווקו.החלק השני של האלומה ישתקף מהממשק באותה זווית. אם הקרן נורה בזווית רדודה יותר β (הקרן הירוקה באיור), אז יקרה אותו דבר - השתקפות חלקית ושבירה חלקית בזווית β1.
אם זווית הפגיעה α מצטמצמת עוד יותר (קרן כחולה באיור), אז החלק השבור של הקרן יכול "להחליק" כמעט במקביל לממשק המדיה (קו מקווקו כחול). ירידה נוספת בזווית הפגיעה (תקרית קרן ירוקה בזווית β) תגרום לקפיצה איכותית - החלק השבור ייעדר. האלומה תשתקף לחלוטין מהממשק בין שני המדיות. זווית זו נקראת זווית ההשתקפות הכוללת, והתופעה עצמה נקראת השתקפות מוחלטת. אותו הדבר נצפה עם ירידה נוספת בזווית הפגיעה.
מכשיר סיבים אופטיים
סיב אופטי בנוי על עיקרון זה. הוא מורכב משתי שכבות קואקסיאליות עם צפיפות אופטית שונה.
אם אלומת אור תיכנס לקצה הפתוח של הסיב בזווית הגדולה מזווית השתקפות האור, היא תוחזר לחלוטין מגבול המגע של שני אמצעים בעלי מדדי שבירה שונים, עם הנחתה נמוכה בכל "קפיצה".
החלק החיצוני של הסיב האופטי עשוי מפלסטיק. הפנימית יכולה להיות גם מפלסטיק שקוף, ואז ניתן לכופף אותו בזוויות גדולות מספיק (אפילו לגלגל לטבעת, והאור שנכנס פנימה עדיין יעבור מקצה לקצה עם הנחתה בהתאם לתכונות האופטיות של הפלסטיק ואורך מוביל האור). עבור כבלי עמוד שדרה שבהם הגמישות אינה חשובה, הליבה הפנימית עשויה בדרך כלל מזכוכית.זה מקטין את ההנחתה, מפחית את עלות הסיב, אבל הוא הופך רגיש לכיפופים.
כדי להגדיל את התפוקה של קו אופטי, הסיב מיוצר בגרסה דו-מצבית או רב-מצבית. לשם כך, חתך הליבה גדל ל-50 מיקרון או 62.5 מיקרון (לעומת 10 מיקרון במצב יחיד). שני אותות או יותר יכולים להיות מועברים בו זמנית דרך סיב אופטי כזה.
לבנייה זו של קו השידור האופטי יש חסרונות מסוימים. אחד מהם הוא פיזור האור הנגרם מהנתיב השונה של כל אות. הם למדו להתמודד עם זה על ידי יצירת ליבה עם שיפוע (המשתנה מהאמצע לקצוות) מקדם שבירה. בשל כך, המסלולים של קורות שונות מתוקנים.
כבלים עם סיבים מולטי-מודים משמשים בעיקר לרשתות מקומיות (בתוך אותו בניין, מפעל אחד וכו'), ועם סיבים חד-מודים - לקווי תא מטען.
מכשיר קו סיבים
ה-FOCL משדר אות אור שנוצר על ידי LED או לייזר. אות חשמלי נוצר במשדר. מכשיר הקצה זקוק גם לאות בצורה של דחפים חשמליים. לכן, יהיה צורך לשנות את הנתונים המקוריים פעמיים. דיאגרמה פשוטה של קו סיבים אופטיים מוצגת באיור.
האות מהמשדר מומר לפולסי אור ומועבר על גבי קו אופטי. עוצמת הפולטים בצד המשדר מוגבלת, לכן, בקווים ארוכים במרווחים מסוימים מותקנים מכשירים המפצים על הנחתה - מגברים אופטיים, רגנרטורים או מחזירים.בצד המקלט ישנו ממיר נוסף שהופך את האות האופטי לחשמלי.
עיצוב כבל אופטי
כדי לארגן קו סיבים אופטיים, משתמשים בסיבים בודדים כחלק מכבל אופטי. עיצובו תלוי במטרת קו ההולכה ובשיטת הנחתו, אך באופן כללי הוא מכיל מספר סיבים עם ציפוי מגן אינדיבידואלי (משריטות ונזק מכני). הגנה כזו מתבצעת בדרך כלל בשתי שכבות - ראשית, מעטפת מורכבת, ומעליה - ציפוי נוסף של פלסטיק או לכה. הסיבים סגורים במעטפת משותפת (כמו כבלי חשמל רגילים), הקובעת את היקף הכבל ונבחרת תוך התחשבות בהשפעות החיצוניות שהקו יהיה נתון להן במהלך הפעולה.
בהנחת במגשי כבלים קיימת בעיה של הגנה על הקווים מפני מכרסמים. במקרה זה, יש צורך לבחור כבל שהמעטה החיצוני שלו מחוזק בסרט פלדה או שריון תיל. סיבי זכוכית משמשים גם כהגנה מפני נזקים.
אם הכבל מונח בצינור, אין צורך בנדן מחוזק. צינור המתכת מגן באופן אמין מפני שיניים של עכברים וחולדות. המעטפת החיצונית יכולה להיעשות קלת משקל. זה מקל על הידוק הכבל בתוך הצינור.
אם יש להניח קו באדמה, מתבצעת הגנה בצורה של שריון תיל מוגן קורוזיה או מוטות פיברגלס. הוא מספק עמידות גבוהה לא רק לדחיסה, אלא גם למתיחה.
אם הכבל אמור להיות מונח באזורי ים, על פני נהרות ומחסומי מים אחרים, על אדמת ביצות וכדומה, מוחל הגנה נוספת מסרט אלומיניום פולימרי. כך מונעים כניסת מים.
כמו כן, כבלים רבים בתוך נדן משותף מכילים:
- מוטות חיזוק המשרתים להעניק למבנה חוזק רב יותר בהשפעות מכניות חיצוניות ובמהלך התארכות תרמית של הקו;
- חומרי מילוי - חוטי פלסטיק הממלאים אזורים ריקים בין סיבים ואלמנטים אחרים;
- מוטות כוח (מטרתם להגדיל את עומס המתיחה).
במרווחים גדולים, הקו תלוי על כבל, אך ישנם כבלים התומכים בעצמם. כבל המתכת התומך מובנה ישירות לתוך המעטפת.
כסוג נפרד של קו סיבים אופטיים, יש לציין כבל תיקון אופטי. כבל זה מכיל סיב אחד או שניים (מצב יחיד או מצב כפול) סגורים במעטפת משותפת. משני הצדדים, הכבל מצויד במחברים לחיבור. כבלים כאלה הם באורך קצר ומיועדים לחיבור ציוד למרחק קצר או להנחת תקשורת תוך ארון.
יתרונות וחסרונות של כבלים אופטיים
היתרונות ללא ספק של כבלים אופטיים, שקבעו את התפוצה הרחבה של קווי תקשורת כאלה, כוללים:
- חסינות רעש גבוהה - אות האור אינו מושפע מקרינה אלקטרומגנטית ביתית ותעשייתית, והקו עצמו אינו פולט (הדבר מקשה על גישה לא מורשית למידע המועבר ואינו יוצר בעיות של תאימות אלקטרומגנטית);
- בידוד גלווני מלא בין הצד הקולט והמעביר;
- רמת הנחתה נמוכה - הרבה פחות מזו של קווים קוויים;
- חיי שירות ארוכים;
- תפוקה גדולה.
במציאות המודרנית, חשוב גם שהכבל לא מושך גנבי מתכת.
אופטיקה אינה חפה מפגמים. קודם כל, מדובר במורכבות ההתקנה והחיבור, הדורשת ציוד, כלים וחומרים מיוחדים, וגם מטילה דרישות מוגברות לכישורי הצוות העוסק בהתקנה ותחזוקה של קווים. רוב התקלות ב-FOCL קשורות לשגיאות התקנה, שעשויות שלא להתבטא באופן מיידי. בתחילה, גם עלות הקו עצמו הייתה גבוהה, אך התפתחות הטכנולוגיה אפשרה לעלות את החיסרון הזה לרמות תחרותיות.
קווי תקשורת אופטיים כבשו מגזר רציני בשוק חומרי התקשורת. בעתיד הנראה לעין, הם לא רואים חלופה רצינית אלא אם כן תהיה פריצת דרך טכנולוגית.
מאמרים דומים:
