NEXT 4/2009 - Z prędkością światła

Kabel optyczny to obecnie najbardziej rozwinięte technologicznie medium do przesyłania danych. Zazwyczaj stosowany jest do budowy sieci szkieletowych o dużym zasięgu.

Zjawisko całkowitego odbicia wewnętrznego

Wykorzystywane w światłowodach zjawisko całkowitego odbicia wewnętrznego zachodzi wtedy, gdy promień światła, wydostając się z ośrodka optycznie gęstszego (np. szkło), trafia do rzadszego (np. powietrze). Należy przy tym pamiętać, aby nie pomylić gęstości optycznej z gęstością substancji (masa fizyczna). Do załamania promienia, bez utraty energii, dochodzi na granicy dwóch przezroczystych ośrodków wówczas, gdy oba mają idealną strukturę. Zjawisko załamania fali świetlnej możemy zaobserwować np. patrząc na zbiornik z wodą, którego głębokość wydaje się mniejsza niż jest w rzeczywistości.

Nawet najbardziej zaawansowane sieci wykonane z metalowych kabli czy też wykorzystujące fale radiowe nie mogą zbliżyć się do wydajności, jaką oferują światłowody. Nie chodzi tu tylko o szybkość, z jaką są transmitowane informacje, ale również o brak reakcji na zakłócenia elektromagnetyczne. Światłowód pozwala transmitować dane nawet na bardzo duże odległości bez potrzeby wzmacniania sygnału i może być stosowany w środowisku przemysłowym, gdzie transmisja radiowa czy kablowa jest szczególnie utrudniona lub wręcz niemożliwa.

Kolejna zaleta to bardzo szerokie pasmo przenoszenia, które umożliwia transmisję jednym przewodem zarówno danych, jak i sygnałów telewizyjnych czy połączeń telefonicznych. Możliwe jest to także dzięki częstotliwości fali świetlnej wynoszącej bez mała milion gigaherców. Nie bez znaczenia jest również dużo większe bezpieczeństwo podczas przesyłania danych. W przeciwieństwie do kabli miedzianych światłowody nie generują pola elektromagnetycznego, więc podsłuchanie transmisji nie jest możliwe.

Budowa i działanie

Światłowód najczęściej zbudowany jest z tworzywa sztucznego lub odmiany szkła kwarcowego. Jego najważniejszą częścią jest rdzeń okryty przez płaszcz i warstwę ochronną. Zasada działania opiera się na zastosowaniu dwóch materiałów o innym stopniu załamania światła. Współczynnik załamania w rdzeniu jest nieco wyższy niż w płaszczu, przez co następuje tzw. całkowite wewnętrzne odbicie i wiązka cały czas może biec w rdzeniu.

Co ciekawe, efekt ten występuje również wtedy, jeśli przewód jest zginany czy zawijany, ale w granicach wytrzymałości włókien. Niedopuszczalne jest załamywanie przewodu. Tutaj, niestety, należy nadmienić, że uszkodzenie czy przerwanie światłowodu jest znacznie trudniejsze w naprawie, a więc jest ona droższa niż w przypadku kabla miedzianego. Wymagane jest bardzo precyzyjne łączenie mechaniczne za pomocą profilu i żelu optycznego lub precyzyjnego spawania łukiem elektrycznym. Tak uzyskane połączenia muszą być dodatkowo zabezpieczone i już zawsze będą bardziej podatne na kolejne uszkodzenia.

Struktura włókien

Ze względu na budowę rdzenia światłowody dzielimy na jednomodowe i wielomodowe. W tym pierwszym wariancie wszystkie wiązki światła odbijane są od płaszcza pod tym samym kątem, dzięki czemu zawsze mają identyczny czas i drogę do przebycia. Dlatego też światłowody jednomodowe stosuje się najczęściej tam, gdzie zachodzi potrzeba przesłania informacji z dużą prędkością na odległość 100 km i więcej, bez potrzeby wzmacniania sygnału. Niestety, jest to rozwiązanie droższe ze względu na wyższy koszt osprzętu oraz interfejsów przyłączeniowych, ponieważ wiązka światła jest tu generowana przez laser, a nie jak w łączach wielomodowych, diodę LED. Natomiast na końcu każdego rodzaju światłowodu znajduje się element światłoczuły, który wraz z odpowiednim konwerterem zamienia falę świetlną na sygnał elektryczny.

Światłowody wielomodowe dzielą się jeszcze na dwa typy o różnych współczynnikach załamania: skokowe oraz gradientowe. Te drugie są znacznie bardziej upowszechnione i charakteryzują się płynną zmianą współczynnika załamania wiązki pomiędzy rdzeniem i płaszczem. Oba typy transmitują fale o różnej długości, wskutek czego dochodzi do zniekształceń i osłabienia sygnału świetlnego, co przekłada się na zmniejszenie prędkości i dystansu, na jaki mogą być transmitowane informacje bez użycia wzmacniaczy.

W światłowodzie wielomodowym skokowym promienie poruszają się zygzakiem i są odbijane od płaszcza pod różnymi kątami, co sprawia, że droga, jaką mają do przebycia, jest różna i znacznie dłuższa. Z tego powodu opracowano rozwiązanie o gradientowym (płynnym) współczynniku załamania wiązki. Strumień fotonów, który ukośnie próbuje wydostać się z rdzenia, jest stale uginany i kierowany do jego centrum. Dzięki temu ma on postać zbliżoną do przebiegu sinusoidalnego. Niestety, nawet w tym wariancie nie osiągniemy długości kabla możliwej do zastosowania w technologii jednomodowej, ponieważ światło generowane przez diodę LED ulega rozproszeniu.

Ocena:    (aby ocenić, musisz się zalogować w serwisie)

 del.icio.us |  Wykop mnie |  Digg this story |  dodajdo.com

• Menedżer ustawień »
  narzędzie sieciowe NetSetMan 2.5.4
• Bezpieczne transfery »
  połączenie SSL na własnym serwerze FTP
• Sieciowy magazyn »
  pojedynek urządzeń do składowania danych w sieci
• Strumieniem do sieci »
  strumieniowanie wideo
• Niezawodne WiFi »
  poprawiamy zasięg sieci WiFi