Optische Kabel – Gerät, Typen und Eigenschaften
Optische Kabel verwenden im Gegensatz zu Kabeln mit Kupfer- oder Aluminiumleitern eine transparente optische Faser als Medium zur Übertragung eines Signals. Die Signalübertragung erfolgt hier nicht mit Hilfe von elektrischem Strom, sondern mit Hilfe von Licht. Dadurch bewegen sich praktisch keine Elektronen, sondern Photonen, und Signalübertragungsverluste fallen vernachlässigbar aus.
Diese Kabel eignen sich ideal zur Informationsübertragung, da Licht zig Kilometer praktisch ungehindert durch transparentes Fiberglas dringen kann, wobei die Intensität des Lichts leicht abnimmt.
Es gibt GOF-Kabel (Glasfaserkabel) — mit Glasfasern und POF-Kabel (optisches Kunststoffkabel) — mit transparenter Kunststofffaser. Beide werden traditionell als optische oder Glasfaserkabel bezeichnet.
Optisches Kabelgerät
Glasfaserkabel haben ein ziemlich einfaches Gerät.In der Mitte des Kabels befindet sich ein Lichtleiter aus Glasfaser (sein Durchmesser beträgt nicht mehr als 10 Mikrometer), der mit einer schützenden Kunststoff- oder Glashülle umhüllt ist und aufgrund der unterschiedlichen Brechungsindizes an der Grenze für eine vollständige interne Lichtreflexion sorgt von zwei Medien.
Es stellt sich heraus, dass das Licht auf dem gesamten Weg vom Sender bis zum Empfänger die zentrale Vene nicht verlassen kann. Darüber hinaus hat Licht keine Angst vor elektromagnetischen Störungen, daher benötigt ein solches Kabel keine elektromagnetische Abschirmung, sondern muss nur verstärkt werden.
Um die mechanische Festigkeit des optischen Kabels zu gewährleisten, werden besondere Maßnahmen ergriffen – sie machen das Kabel armiert, insbesondere wenn es sich um mehradrige optische Kabel handelt, die mehrere separate optische Fasern gleichzeitig tragen. Abgehängte Kabel erfordern eine spezielle Verstärkung mit Metall und Kevlar.
Das einfachste Design von Glasfaserkabeln ist Glasfasern in einer Kunststoffhülle… Eine komplexere Konstruktion ist ein mehrschichtiges Kabel mit Verstärkungselementen, beispielsweise für die Unterwasser-, Erd- oder Hängeverlegung.
Bei einem mehrschichtigen Panzerkabel besteht das tragende Verstärkungskabel aus Metall, das von einem Polyethylenmantel umgeben ist. Um ihn herum werden lichtführende Kunststoff- oder Glasfasern gelegt. Zur Farbkodierung und zum Schutz vor mechanischer Beschädigung ist jede einzelne Faser mit einer Farblackschicht überzogen. Die Faserbündel sind in Kunststoffröhrchen verpackt, die mit einem hydrophoben Gel gefüllt sind.
Ein Kunststoffrohr kann 4 bis 12 solcher Fasern enthalten, während die Gesamtzahl der Fasern in einem solchen Kabel bis zu 288 Stück betragen kann. Die Rohre sind mit einem Faden umschlungen, der den mit einem hydrophoben Gel befeuchteten Film strafft – für eine bessere Abfederung mechanischer Einflüsse. Die Rohre und das Zentralkabel sind mit Polyethylen ummantelt.Als nächstes kommen Kevlar-Litzen, die praktisch eine Armierung für das verseilte Kabel bilden. Dann wieder Polyethylen, um es vor Feuchtigkeit zu schützen, und schließlich die Außenhülle.
Die zwei Haupttypen von Glasfaserkabeln
Es gibt zwei Arten von Glasfaserkabeln: Multimode und Singlemode. Multimode-Modelle sind günstiger, Singlemode-Modelle teurer.
Singlemode-Kabel sorgt dafür, dass die Strahlen, die durch die Faser laufen, nahezu den gleichen Weg ohne nennenswerte gegenseitige Abweichungen nehmen, wodurch alle Strahlen gleichzeitig und ohne Verzerrung der Signalform beim Empfänger ankommen. Der Durchmesser einer optischen Faser in einem Singlemode-Kabel beträgt etwa 1,3 μm, und bei dieser Wellenlänge muss Licht durch sie übertragen werden.
Aus diesem Grund wird als Sender eine Laserquelle mit monochromatischem Licht einer unbedingt erforderlichen Wellenlänge verwendet. Gerade Kabel dieses Typs (Singlemode) gelten heute als die vielversprechendsten für die Fernkommunikation der Zukunft, vorerst jedoch nicht sind teuer und kurzlebig.
Multimode-Kabel weniger „genau“ als Singlemode-Modelle. Die Strahlen des Senders gelangen gestreut hinein, und auf der Seite des Empfängers kommt es zu einer gewissen Verzerrung der Form des gesendeten Signals. Der Durchmesser der Lichtleitfaser im Multimode-Kabel beträgt 62,5 µm und der Außendurchmesser des Mantels beträgt 125 µm.
Auf der Senderseite wird eine herkömmliche LED (kein Laser) verwendet (Wellenlänge 0,85 μm), die Ausrüstung ist nicht so teuer wie eine Laserlichtquelle und aktuelle Multimode-Kabel haben eine längere Lebensdauer. Die Länge solcher Kabel darf 5 km nicht überschreiten. Die typische Signalübertragungslatenz liegt in der Größenordnung von 5 ns/m.
Vorteile von Glasfaserkabeln
Auf die eine oder andere Weise unterscheidet sich das optische Kabel grundlegend von gewöhnlichen elektrischen Kabeln durch seinen außergewöhnlichen Störschutz, der maximale Sicherheit sowohl für die Integrität als auch für die Vertraulichkeit der darüber übertragenen Informationen gewährleistet.
Elektromagnetische Störungen, die auf ein optisches Kabel gerichtet sind, können den Lichtfluss nicht verzerren und die Photonen selbst erzeugen keine externe elektromagnetische Strahlung. Ohne die Integrität des Kabels zu zerstören, ist es unmöglich, die darüber übertragenen Informationen abzufangen.
Die Bandbreite eines Glasfaserkabels beträgt theoretisch 10 ^ 12 Hz, was mit aktuellen Kabeln beliebiger Komplexität nicht zu vergleichen ist. Sie können Informationen problemlos mit einer Geschwindigkeit von bis zu 10 Gbit/s pro Kilometer übertragen.
Glasfaserkabel selbst sind nicht so teuer wie dünne Koaxialkabel. Der Hauptanteil des Preisanstiegs des fertigen Netzwerks entfällt jedoch immer noch auf die Sende- und Empfangsgeräte, deren Aufgabe es ist, ein elektrisches Signal in Licht umzuwandeln und umgekehrt.
Die Dämpfung eines Lichtsignals beim Durchgang durch ein optisches Kabel eines lokalen Netzwerks beträgt nicht mehr als 5 dB pro Kilometer, also fast die gleiche wie die eines niederfrequenten elektrischen Signals. Außerdem nimmt die Dämpfung geringfügig zu, je höher die Frequenz ist – desto größer ist der Vorteil des optischen Mediums gegenüber herkömmlichen elektrischen Leitungen. Und bei Frequenzen über 0,2 GHz ist das optische Kabel eindeutig außer Konkurrenz. Es ist praktisch möglich, die Übertragungsreichweite auf bis zu 800 km zu erhöhen.
Glasfaserkabel sind in Netzwerken mit Ring- oder Sterntopologie einsetzbar und eliminieren dabei vollständig die Erdungs- und Lastausgleichsprobleme, die bei elektrischen Kabeln immer relevant sind.
Perfekt galvanische IsolierungZusammen mit den oben genannten Vorteilen können Analysten vorhersagen, dass optische Kabel in der Netzwerkkommunikation bald elektrische Kabel vollständig ersetzen werden, insbesondere angesichts der wachsenden Kupferknappheit auf dem Planeten.
Nachteile von Glasfaserkabeln
Fairerweise müssen wir die Nachteile optischer Datenübertragungssysteme erwähnen, deren Hauptursache die Komplexität der Installation von Systemen und die hohen Anforderungen an die Genauigkeit der Installation von Steckverbindern ist. Mikrometerabweichungen bei der Montage des Steckverbinders können zu einer Erhöhung der Dämpfung im Steckverbinder führen. Hier benötigen Sie hochpräzises Schweißen oder ein spezielles Klebegel, dessen Brechungsindex dem der verbauten Glasfaser selbst ähnelt.
Aus diesem Grund lässt die Qualifikation des Personals keine Nachsicht zu, für deren Einsatz sind Spezialwerkzeuge und hohe Fähigkeiten erforderlich. Am häufigsten greifen sie auf die Verwendung vorgefertigter Kabelstücke zurück, an deren Enden bereits vorgefertigte Steckverbinder des erforderlichen Typs installiert sind. Um das Signal von der Glasfaser abzuzweigen, werden spezielle Splitter für mehrere Kanäle (von 2 bis 8) verwendet, bei der Abzweigung kommt es jedoch zwangsläufig zu einer Lichtdämpfung.
Natürlich ist Faser ein weniger starkes und weniger flexibles Material als Kupfer, und aus Sicherheitsgründen ist es gefährlich, die Faser auf einen Radius von weniger als 10 cm zu biegen.Ionisierende Strahlung verringert die Transparenz der optischen Faser und erhöht die Dämpfung des übertragenen Lichtsignals.
Strahlungsbeständige Glasfaserkabel sind teurer als herkömmliche Glasfaserkabel. Eine plötzliche Temperaturänderung kann dazu führen, dass sich in der Faser ein Riss bildet. Natürlich sind optische Fasern anfällig für mechanische Beanspruchung, Stöße und Ultraschall; Zum Schutz vor diesen Faktoren werden bei den Kabelmänteln spezielle weiche schallabsorbierende Materialien verwendet.