Что такое оптический кабель?

Что такое оптический кабель?

Оптический кабель — это тип кабеля, который используется для передачи данных с помощью света. Он состоит из одного или нескольких оптических волокон, которые заключены в защитный слой. Основное преимущество оптических кабелей заключается в их способности передавать большие объемы данных на большие расстояния с высокой скоростью и низкими потерями сигнала. В современном мире, где скорость передачи информации определяет темп развития и прогресса, потребность в качественных и высокоскоростных коммуникационных каналах достигла критически важной точки. Мы живем в эпоху постоянного потока данных – от мгновенного обмена сообщениями и видеозвонков до стриминга фильмов в высоком разрешении и доступа к облачным хранилищам. Наиболее совершенным и эффективным способом удовлетворения этой потребности на сегодняшний день является оптический волоконный кабель. Его использование обеспечивает невероятную пропускную способность и скорость передачи данных, значительно превосходящие возможности традиционных медных кабелей. Но что же представляет собой этот технологический прорыв, и какова его история?

Оптический кабель, или оптическое волокно, – это тончайший нитевидный световод, изготовленный из специального стекла или пластика, способный передавать информацию в виде световых импульсов. В отличие от медных кабелей, которые передают данные посредством электрических сигналов, подверженных помехам и затуханию на больших расстояниях, оптическое волокно использует свет, практически не подверженный этим негативным явлениям. Это позволяет передавать информацию на огромные расстояния с минимальными потерями качества и скорости.

Принцип работы оптического кабеля основан на явлении полного внутреннего отражения. Свет, введенный в сердцевину волокна под определенным углом, многократно отражается от границы раздела сердцевина-оболочка, проходя по всей длине волокна без существенных потерь. Для модуляции светового сигнала используются специальные источники света, такие как лазерные диоды или светодиоды, которые преобразуют электрические сигналы в оптические импульсы. На приёмном конце оптический сигнал преобразуется обратно в электрический с помощью фотодиодов.

История развития оптических волоконных кабелей тесно связана с достижениями в области оптики и материаловедения. Хотя первые теоретические работы по передаче информации по световодам появились еще в XIX веке, практическое воплощение этой идеи стало возможным лишь во второй половине XX века. Первые рабочие оптические волокна появились в конце 20 века, но их характеристики были далеки от современных. Высокое затухание сигнала ограничивало длину линий связи. Прогресс в технологии производства стекла и разработка новых типов оптического волокна значительно снизили потери сигнала, что позволило создавать протяженные линии связи.

Структура оптического кабеля

1. Оптическое волокно: Основной компонент, который передает световые сигналы. Оно состоит из сердцевины (где проходит свет) и оболочки (которая отражает свет обратно в сердцевину).
2. Защитный слой: Обеспечивает защиту волокна от внешних воздействий, таких как влага, механические повреждения и т. д.
3. Армирование: Иногда оптические кабели дополнительно защищаются армирующими материалами, чтобы повысить их прочность.

Преимущества оптических кабелей

• Высокая скорость передачи данных: Оптические кабели способны передавать данные со скоростью до нескольких терабит в секунду.
• Большие расстояния: Они могут передавать сигналы на расстояния до нескольких сотен километров без значительных потерь.
• Иммунитет к электромагнитным помехам: В отличие от медных кабелей, оптические кабели не подвержены электромагнитным помехам, что делает их идеальными для использования в сложных условиях.

История кабелей для Интернета

1. Ранние дни: Медь и телефонные линии

В начале 20 века основным средством передачи данных были медные телефонные линии. Эти линии использовались для передачи голосовых сигналов, и с развитием технологий их начали применять для передачи данных, например, через модемы. Однако медные кабели имели ограничения по скорости и расстоянию.

2. Появление оптических волокон

В 1960-х годах учёные начали исследовать возможность передачи данных с помощью света. Первые эксперименты с оптическими волокнами были проведены в 1965 году, когда доктор Т. Х. Мэйнер из Bell Labs создал первое оптическое волокно, способное передавать свет.

3. Коммерческое использование

В начале 1980-х годов оптические кабели начали использоваться в коммерческих целях. Первые оптические линии связи были проложены в США и Европе, что положило начало новой эре в телекоммуникациях. Такие компании, как AT&T и Sprint, начали внедрять оптические технологии в свои сети.

4. Развитие технологий

С 1990-х годов оптические технологии продолжали развиваться. Появление таких технологий, как Wavelength Division Multiplexing (WDM), позволило значительно увеличить объем передаваемых данных, комбинируя несколько сигналов на одном оптическом волокне.

5. Современные тенденции

Сегодня оптические кабели являются стандартом для передачи данных в Интернете. Они используются как в магистральных сетях, так и в локальных сетях. Современные технологии, такие как 5G и FTTH (Fiber To The Home), активно внедряют оптические решения, обеспечивая пользователей высокой скоростью интернета и надежностью соединения.

Сегодня оптические кабели используются практически во всех областях, где требуется высокоскоростная передача больших объемов данных:

• Телекоммуникации: Основная область применения – создание высокоскоростных сетей Интернет, телефонной связи и кабельного телевидения. Оптические линии обеспечивают гигабитные и даже терабитные скорости передачи данных.
• Информационные сети: Внутрикорпоративные сети крупных компаний, дата-центры и суперкомпьютеры используют оптические кабели для обеспечения быстрой связи между серверами и рабочими станциями.
• Медицина: Оптические волокна применяются в эндоскопии для передачи изображения с внутренних органов, а также в лазерной хирургии.
• Промышленность: Оптические датчики и системы контроля используются для мониторинга параметров технологических процессов в различных отраслях промышленности.

В современном мире потребность в качественной и быстрой передачи информации является критически важной Наиболее совершенным и эффективным способом передачи данных, является оптический волоконный кабель.. Первые рабочие волокна оптические появились в конце 20 века. В мире около 97 % передачи интернет связи производится по средством таких кабелей. На карте ниже представлены основные магистрали проложенных кабелей соединяющие континенты и имеющие стратегическое влияние на информационную безопасность государств.

Карта сети подводных оптических кабелей поставщиков интернет. Источник TeleGeography

Схема строения оптического волокна

В общем структуру любого оптического кабеля можно представить следующим образом:

• 1 внешний защитный слой состоит из ПВХ оболочки
•  2 слой внутренняя оболочка для защиты оптического волокна
• Центральное оптическое волокно которое находится в центре кабеля.

Сердцевина кабеля “световод” является средой передачи светового сигнала. Далее в зависимости от применения структура кабеля усложняется.

Сердце оптического кабеля – это собственно оптическое волокно. Его структура состоит из трёх основных частей:

• Сердцевина: Центральная часть волокна, по которой распространяется свет. Её диаметр крайне мал, всего несколько микрон. Индекс преломления сердцевины немного выше, чем у оболочки.
• Оболочка: Слой материала с меньшим индексом преломления, окружающий сердцевину. Он обеспечивает полное внутреннее отражение света внутри сердцевины, направляя световой сигнал вдоль всего волокна.
• Покрытие: Защитный слой, окружающий оболочку. Он предохраняет волокно от механических повреждений, влаги и других внешних воздействий. Материал покрытия выбирается в зависимости от условий эксплуатации кабеля.

Виды передачи сигнала в оптических кабелей

Существует 2 типа  передачи оптического сигнала в кабельных волокнах

Одномодовый – диаметр кабеля составляет 8-10 мкм и имеют большую длину волны.

Многомодовый – используются в локально вычислительных сетях , диаметр волокна 50 или 62,5 мкм.

Классификация оптических кабелей по месту применения.

Внутренней прокладки внутри помещений;

• Внешние для кабельной канализации не бронированные;
• Внешние для кабельной канализации бронированный;
• Внешние для прокладки в грунт;
• Внешние подвесные самонесущие;
• Внешние усиленные  тросом;
• Внешние подводные

Для унификации телекоммуникационных кабельных систем общего назначения

Стандарт ISO/IEC 11801 разработан следующий  класс оптических  волокон и так же вы можете выбрать здесь:

• класс OS1 - одномодовое оптическое волокно типа сердцевина 9/125 с затуханием 1 дб/км
• класс ОМ1 - многомодовое оптическое волокно типа сердцевина 62.5/125
• класс ОМ2 - многомодовое оптическое волокно типа сердцевина 50/125
• класс ОМ2 plus - многомодовое оптическое волокно типа сердцевина 50/125 Laser Grade
• класс ОМ3 – высокоскоростное многомодовое оптическое волокно типа сердцевина 50/125
• класс ОМ4 – оптимизированное многомодовое оптическое волокно типа сердцевина 50/125 

При выборе волоконно оптического кабеля одномодового или многомодового по расстоянию, придерживаются следующего правила.

• для скорости выше 10 Гбит/с выбор в пользу одномодового волокна независимо от расстояния
• для 10-гигабитных приложений и расстояний свыше 550 м выбор также в пользу одномодового волокна
• для 10-гигабитных приложений и расстояний до 550 м также возможно применение многомодового волокна OM4
• для 10-гигабитных приложений и расстояний до 300 м также возможно применение многомодового волокна OM3
• для 1-гигабитных приложений и расстояний до 600-1100 м возможно применение многомодового волокна OM4
• для 1-гигабитных приложений и расстояний до 600-900 м возможно применение многомодового волокна OM3

для 1-гигабитных приложений и расстояний до 550 м возможно применение многомодового волокна OM2

Основное применение одномодовых и многомодовых оптических  кабелей.

Одномодовые волокна применяются:

• морские и трансокеанские кабельные линии связи;
• наземные магистральные линии дальней связи;
• интернет провайдерских линиях, линиях связи между городскими узлами, в выделенных оптических каналах большой протяженности, в магистралях к оборудованию операторов мобильной связи;
• в системах кабельного телевидения (в первую очередь OS2, широкополосная передача);
• в системах GPON с доведением волокна до оптического модема, размещаемого у конечного пользователя;
• в СКС в магистралях длиной более 550 м (как правило, между зданиями);
• в СКС, обслуживающие центры обработки данных, независимо от расстояния.

Многомодовые волокна применяются

• в структурированных кабельных сетях в магистралях внутри здания (где, как правило, расстояния укладывается до 300 м) и в магистралях между зданиями, если расстояния до 300-550 м;
• в горизонтальных сегментах СКС и в системах FTTD (fiber-to-the-desk), где пользователям устанавливаются рабочие станции с многомодовыми оптическими сетевыми картами;
• в ЦОД вместе с одномодовыми кабелями;

во случаях, когда расстояние позволяет применять многомодовые кабели. Хотя сами кабели обходятся дороже, экономия на активном оборудовании покрывает эти затраты.

В заключение, оптический кабель – это революционное изобретение, которое кардинально изменило мир коммуникаций. Его уникальные свойства – высокая пропускная способность, низкое затухание сигнала, устойчивость к помехам – обеспечивают передачу данных с беспрецедентной скоростью и качеством, открывая новые возможности для развития технологий и глобальной взаимосвязи. Постоянное совершенствование технологии производства оптического волокна и разработка новых методов передачи данных позволяют ожидать еще более впечатляющих результатов в будущем, открывая путь к еще более быстрым и надежным коммуникационным решениям. История оптического кабеля – это яркий пример того, как научные открытия приводят к революционным изменениям в нашей жизни.