Χρήσεις οπτικών ινών

Τι είναι η οπτική ίνα;

Η οπτική ίνα είναι ένας τύπος τεχνολογίας μετάδοσης δεδομένων που λειτουργεί στέλνοντας παλμούς φωτός σε μια μακριά ίνα, η οποία συνήθως είναι κατασκευασμένη από πλαστικό ή γυαλί. Για μετάδοση επικοινωνίας οπτικών ινών, επιλέγονται μεταλλικά καλώδια επειδή τα σήματα κινούνται με μεγαλύτερη ασφάλεια. Οι οπτικές ίνες δεν επηρεάζονται από ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές. Το καλώδιο οπτικών ινών κάνει χρήση της συνολικής εσωτερικής ανάκλασης.

Τύποι οπτικών ινών

Ο δείκτης διάθλασης, τα υλικά που χρησιμοποιούνται και ο τρόπος διάδοσης του φωτός επηρεάζουν τους τύπους των διαθέσιμων οπτικών ινών.

Ακολουθούν οι ταξινομήσεις βάσει του δείκτη διάθλασης: 

Ίνες δείκτη βημάτων:Αποτελείται από έναν πυρήνα που περιβάλλεται από επένδυση με έναν ενιαίο ομοιόμορφο δείκτη διαθλάσεων.

Ίνες διαβαθμισμένου δείκτη:Καθώς αυξάνεται η ακτινική απόσταση από τον άξονα της ίνας, ο δείκτης διάθλασης της οπτικής ίνας μειώνεται.

Ακολουθεί μια κατηγοριοποίηση με βάση τα υλικά που χρησιμοποιούνται:

Πλαστικές Οπτικές Ίνες:Για τη μετάδοση του φωτός, ως υλικό πυρήνα χρησιμοποιείται πολυμεθυλομεθακρυλικός εστέρας.

Γυάλινες ίνες:Αποτελείται από πολύ λεπτές ίνες γυαλιού.

Ακολουθεί μια ταξινόμηση με βάση τον τρόπο διάδοσης του φωτός:

Fiber Single-Mode: Αυτές οι ίνες χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση σημάτων σε μεγάλες αποστάσεις.

Multimode Fibers: Αυτές οι ίνες χρησιμοποιούνται για μετάδοση σήματος σε μικρές αποστάσεις.

Ο δείκτης διάθλασης του πυρήνα και ο τρόπος διάδοσης χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία τεσσάρων διαφορετικών τύπων οπτικών ινών:

Βήμα ευρετήριο-ίνες μονής λειτουργίας

Διαβαθμισμένος δείκτης-Ίνες μονής λειτουργίας

Βήμα ευρετηρίου-Πολυτροπικές ίνες

Διαβαθμισμένες ίνες-Πολυτροπικές ίνες

Πώς λειτουργεί η μεταφορά δεδομένων οπτικών ινών;

Οι οπτικές ίνες λειτουργούν στην ιδέα της συνολικής εσωτερικής ανάκλασης. Υπάρχει ένα ζήτημα εδώ:οι δέσμες φωτός κινούνται σε ευθείες γραμμές, γεγονός που καθιστά τη μεταφορά τεράστιων ποσοτήτων δεδομένων προβληματική. Ως αποτέλεσμα, χωρίς ένα μακρύ ευθύ σύρμα χωρίς στροφές, η αξιοποίηση αυτού του πλεονεκτήματος θα είναι εξαιρετικά δύσκολη. Για να αντισταθμιστεί αυτή η παραμόρφωση, κατασκευάζονται οπτικά καλώδια με όλες τις δέσμες φωτός λυγισμένες προς τα μέσα (με χρήση TIR). Οι ακτίνες φωτός αναπηδούν από τους τοίχους καθώς ταξιδεύουν μέσα από τις οπτικές ίνες, μεταδίδοντας δεδομένα από το ένα άκρο στο άλλο. Τα φώτα εξασθενούν σε μεγάλες αποστάσεις, ανάλογα με την καθαρότητα του υλικού, αλλά με πολύ πιο αργό ρυθμό από τα μεταλλικά καλώδια. Τα ακόλουθα στοιχεία αποτελούν τα συστήματα ηλεκτρονόμων οπτικών ινών:

1. Πομπός- Για να σταλούν, δημιουργούνται και κωδικοποιούνται φωτεινά σήματα.
2. Οπτική ίνα- Αυτό το μέσο χρησιμοποιείται για τη μετάδοση παλμών φωτός (σήματα).
3. Οπτικός δέκτης- Οι παλμοί του εκπεμπόμενου φωτός (σήματα) λαμβάνονται από τον δέκτη, ο οποίος τους αποκωδικοποιεί σε χρησιμοποιήσιμα σήματα.
4. Optical Regenerator- Απαιτείται για μεταφορά δεδομένων σε μεγάλες αποστάσεις.

Πλεονεκτήματα της επικοινωνίας οπτικών ινών

Μεγαλύτερο εύρος ζώνης:

Τα χάλκινα καλώδια έχουν περιορισμένο εύρος ζώνης και σχεδιάστηκαν κυρίως για μετάδοση φωνής. Οι συνδέσεις οπτικών ινών προσφέρουν μεγαλύτερο εύρος ζώνης από τα χάλκινα καλώδια ίδιας διαμέτρου, επιτρέποντας τη μετάδοση περισσότερων δεδομένων. Εντός της οικογένειας οπτικών καλωδίων, η ίνα μονής λειτουργίας έχει έως και διπλάσια απόδοση από την πολύτροπη ίνα.

Μεγαλύτερες ταχύτητες:

Ένας πυρήνας που μεταφέρει φως στα καλώδια οπτικών ινών επιτρέπει τη μεταφορά δεδομένων. Τα καλώδια οπτικών ινών μεταφέρουν δεδομένα με περίπου 31% την ταχύτητα του φωτός, καθιστώντας τα ταχύτερα από τα χάλκινα καλώδια Cat5 ή Cat6. Η υποβάθμιση του σήματος μειώνεται επίσης με συνδέσεις οπτικών ινών.

Μεγαλύτερες αποστάσεις:

Τα σήματα μπορούν να πάνε πολύ περισσότερο μέσω συνδέσεων οπτικών ινών από ό,τι μέσω καλωδίων χαλκού, τα οποία περιορίζονται στα 328 πόδια. Για παράδειγμα, οι γραμμές οπτικών ινών μονής λειτουργίας 10 Gbps μπορούν να μεταφέρουν σήματα σε απόσταση περίπου 25 χιλιομέτρων. Η ακριβής απόσταση εξαρτάται από τον τύπο του καλωδίου, το μήκος κύματος και το δίκτυο.

Καλύτερη αξιοπιστία:

Η συνδεσιμότητα των ινών δεν επηρεάζεται από τις αλλαγές θερμοκρασίας, τις κακές καιρικές συνθήκες ή την υγρασία, κάτι που μπορεί να είναι πρόβλημα με το χάλκινο καλώδιο. Επιπλέον, επειδή η ίνα δεν μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα, είναι απρόσβλητη σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI), η οποία μπορεί να προκαλέσει διακοπή της μετάδοσης δεδομένων. Επίσης, δεν αναφλέγεται όπως τα παλιά ή φθαρμένα χάλκινα καλώδια.

Πιο λεπτό και πιο ανθεκτικό:

Τα χάλκινα καλώδια είναι παχύτερα και βαρύτερα από τις γραμμές οπτικών ινών. Οι ίνες μπορούν να αντέξουν μεγαλύτερες πιέσεις έλξης και είναι πιο ανθεκτικές σε ζημιές και σπασίματα από τον χαλκό.

Μεγαλύτερη ευελιξία για το μέλλον:

Χρησιμοποιώντας μετατροπείς πολυμέσων, η οπτική ίνα μπορεί να συνδεθεί σε υπάρχοντα δίκτυα. Οι μετατροπείς επεκτείνουν τις συνδέσεις UTP Ethernet μέσω καλωδίου οπτικών ινών. Οι λύσεις αρθρωτών patch panel συνδυάζουν εξοπλισμό με ταχύτητες 10 Gigabits ανά δευτερόλεπτο, 40 Gigabits ανά δευτερόλεπτο και 100/120 Gigabits ανά δευτερόλεπτο για την κάλυψη των τρεχουσών αναγκών, ενώ παράλληλα προβλέπουν μελλοντική επέκταση. Σε αυτά τα συστήματα περιλαμβάνονται πίνακες που ενδέχεται να φιλοξενούν μια ποικιλία από κασέτες για διάφορους τύπους καλωδίων patch ινών.

Χαμηλότερο συνολικό κόστος ιδιοκτησίας:

Αν και ορισμένα καλώδια οπτικών ινών είναι πιο ακριβά από τον χαλκό στην αρχή, η μακροζωία και η αξιοπιστία των ινών μπορεί να μειώσει το συνολικό κόστος ιδιοκτησίας (TCO). Καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται, το κόστος των καλωδίων οπτικών ινών και των σχετικών εξαρτημάτων συνεχίζει να μειώνεται.

Χρησιμοποιήσεις

Ακολουθούν μερικές από τις πιο κοινές εφαρμογές για καλώδια οπτικών ινών.

• Διαδίκτυο
• Δίκτυο υπολογιστών
• Χειρουργική και οδοντιατρική
• Τηλέφωνο
• Φωτιστικά και διακοσμητικά 
• Μηχανική επιθεώρηση
• Καλωδιακή τηλεόραση
• Στρατιωτική και διαστημική εφαρμογή

Συμπέρασμα

Ένας πυρήνας συνήθως περιβάλλεται από ένα διαφανές υλικό επένδυσης με χαμηλότερο δείκτη διάθλασης στις οπτικές ίνες. Το φαινόμενο της ολικής εσωτερικής ανάκλασης, που κάνει την ίνα να λειτουργεί ως κυματοδηγός, διατηρεί το φως στον πυρήνα. Οι ίνες πολλαπλών τρόπων παρέχουν πολλά μονοπάτια διάδοσης ή εγκάρσιους τρόπους, ενώ οι ίνες μονής λειτουργίας υποστηρίζουν μόνο έναν τρόπο λειτουργίας (SMF). Οι ίνες πολλαπλών λειτουργιών έχουν μεγαλύτερη διάμετρο πυρήνα από τις ίνες μονής λειτουργίας και χρησιμοποιούνται για γραμμές επικοινωνίας μικρής απόστασης και εφαρμογές που απαιτούν μετάδοση υψηλής ισχύος. Για τις περισσότερες γραμμές επικοινωνίας μεγαλύτερες από 1.000 μέτρα, χρησιμοποιούνται ίνες μονής λειτουργίας (3.300 πόδια).