Оптическое волокно: физическая основа современных технологий передачи данных

Сейчас трудно представить интернет и работу компьютерных сетей без высокоскоростной передачи данных.

Медные кабели обеспечивают передачу данных на скоростях в несколько гигабит в секунду на расстояния до 100 метров.

Радиоканалы требуют для своей прокладки многочисленных согласований в силу дефицита доступных радиочастот и других проблем, связанных с физическим механизмом передачи.

Оптический кабель на данный момент является лучшим.

Если посмотреть на оптическое волокно с торца, то коэффициент преломления в его центральной части и на периферии различается. Коэффициент преломления стекла сердцевины больше, чем у оболочки. 

За счёт этого луч света, попавший в сердцевину оптического волокна, испытывает внутреннее отражение. Поэтому его распространение происходит с очень малыми потерями.

Луч света распространяется по сердечнику оптического волокна, изготовляемого из высокочистого кварцевого стекла от источника к приёмнику. При этом на стороне приёмника происходит его модуляция, т.е. наложение полезной информации на световые волны. Модулированный световой луч воспринимается приёмником, в результате получается последовательность нулей и единиц, отправленная передатчиком.

Для одномодового волокна диаметр сердцевины составляет 7 - 12 микрон. Спектр инфракрасного света, создаваемого лазером, крайне узок. За счёт этого гармоники модулированного сигнала проходят одинаковое расстояние и распространяются практически с одинаковой скоростью. Это означает, что искажение формы сигнала не происходит.

Одномодовое волокно намного дороже многомодового. Но именно оно позволяет передавать данные со скоростью гигабиты секунду на расстояния в тысячи километров, обеспечивая трансокеанскую и другие виды дальней цифровой связи.

Коэффициент преломления в современном многомодовом волокне меняется плавно, образуя градиентный профиль. Волокно имеет внешний диаметр 62,5 или 50 микрон. Наличие градиента приводит к тому, что различные гармоники светового луча отражаются на разном расстоянии от центра волокна, и начальная форма сигнала быстро искажается. Стандартами определено, что многомодовое волокно можно использовать для передачи информации на расстояние не более двух километров.

Провод и оптические кабели состоят из пучков оптических волокон. Для предохранения волокон от повреждения используются различные оболочки. Для предотвращения растяжения оптического кабеля, которое может привести к разрыву волокон, в него вставляется кевларовый сердечник, труба гофрированная так же защитит ваш кабель от внешних воздействий.  Кабели, предназначенные для использования на открытых территориях или под землёй, заполнены специальным гелем. 

Но это все наряды. То, что мы называем «Интернет», обязано своим существованием волоскам кварцевого стекла толщиной несколько микрон.