Technologie přenosu dat přes optická vlákna
Seznam kapitol
Kdo potřebuje rychlou, spolehlivou a trvanlivou komunikační infrastrukturu, měl by volit hlavně optické sítě. Kvality optického přenosu sice něco stojí, ale vyšší počáteční náklady se v dlouhodobém měřítku vyruší úsporou provozních nákladů. Navíc optická infrastruktura umožní nejen podporu současných služeb, ale vyhoví i datově náročným službám nové generace (jako "video na přání" apod.). V dnešním článku se zaměříme na základy optické infrastruktury.
Dnes už nikdo nepochybuje o tom, že požadavky uživatelů na datová spojení porostou geometrickou řadou. Video na požádání a nastupující formát HDTV dokážou již při několika souběžných přenosech "ucpat" i tu nejkvalitnější klasickou infrastrukturu.
V současné době jsou metalické (tj. zejména měděné) UTP a STP kabely nejrozšířenějším médiem přenosu v počítačových sítích. Tyto kabely se však již příchodem 10 Gbps rychlostí blíží maximu svých možností. Mezi jejich další nevýhody také patří relativně krátký dosah bez zapojeného aktivního prvku na trase a fakt, že pokud se u těchto kabelů má dosáhnout kvalitního přenosu, pak na množství v nich obsažené mědí se nesmí šetřit a měď dnes rozhodně nepatří mezi levné suroviny.
Větších přenosových rychlostí lze teoreticky dosáhnout na koaxiální kabelech avšak tyto rychlosti se ani zdaleka nepřibližují rychlostem, které lze dosáhnout pomocí optických kabelů. Dodnes si nikdo netroufá odhadnout, jakých teoretických rychlostí lze na optických vláknech dosáhnout, jelikož tato technologie jde stále kupředu a možnosti se neustále zvyšují.
Základním rozdílem mezi metalickými a optickými kabely je, že u metalických kabelů jsou data přenášena za využití elektrických signálů, zatímco v optických kabelech je signál přenášen světelnými impulzy.
Optické vlákno
Přenos dat v optickém vlákně se děje šířením světla v optickém vlnovodu. Princip vedení světla je jednoduchý - světelný paprsek dopadá na rozhraní dvou prostředí s rozdílnou optickou hustotou a tedy s rozdílným indexem lomu, kde se zčásti láme a prostupuje z jednoho prostředí do druhého, a z části se odráží a vrací se zpět do prostředí, ze kterého přichází. Nakolik se paprsek odrazí zpět do prostředí, ze kterého pochází, záleží na úhlu, ve kterém paprsek do vlnovodu přichází. Pro každé optické rozhraní však existuje mezní úhel odrazu. Pokud světlo dopadá pod tímto (nebo menším úhlem) dochází k tzv. totálnímu odrazu kdy se 100% světla odráží a neopouští prostředí, ze kterého přichází. Právě tento princip "vnitřních odrazů" využívají optická vlákna.
Běžné optické vlákno se skládá ze tří základních částí:
i
Zdroj: PCTuning.cz
|
|
Vlákno může být dále chráněno sekundární ochranou tvořenou z plastických hmot zvyšující průměr na 900µm. Na tuto vrstvu pak dále navazují další vrstvy, které vlákno chrání zejména proti mechanickému namáhání, případně chemickému působení okolí.
Poznámka: na YouTube jsem našel zajímavé video týkající se postupu výroby optických vláken. Pokud umíte aspoň trochu anglicky, doporučuji shlédnuti.
Útlum optického vlákna
Přestože optická vlákna jsou velmi vhodná pro dálkový přenos dat, tak i u nich dochází k určitému útlumu, který je způsoben následujícími vlivy a udává se dB/km:
a) Vlastní absorbce
Jedná se o útlum na molekulách materiálu optického vlákna. Tento útlum závisí na vlnové délce přenášeného světla. U optických vláken jsou definována tzv. okna, což jsou vlnové délky, které při šíření v optickém kabelu vykazují nejmenší útlum. Z tohoto důvodu se pro přenos prakticky používají v současné době následující vlnové délky:
- 850nm, která se používá u tzv. multimode vláken (více o single- a multimode v další části),
- 1310nm používá se u singlemode vláken a multimode vláken,
- 1550nm používá se u singlemode vláken.
b) Nevlastní absorpce - útlum je způsoben nečistotami v optickém vlákně
c) Lineární rozptyl - tento útlum je způsoben ne zcela přesným a rovnoměrným oddělením jádra a obalu.
d) Nelineární rozptyl - k útlumu dochází při změně vlnové délky záření
e) Ztráty ohybu - každý ohyb optických vláken působí nepříznivě na šíření světla, zejména milimetrové mikroohyby u singlemode vláken.
g) Ztráty při spojování na konektorech - v případě špatného napojení vlákna na konektor dochází ke značným ztrátám. Proto je nutné konektory s vláknem spojovat co nejprecizněji.
Poznámka: Útlum kvalitních křemíkových vláken jsou pouhé desetiny dB/km. Plastová vlákna mají útlum dva řády vyšší, až 50-100 dB/km.
Komentáře naleznete na konci poslední kapitoly.
