Cavi ottici: dispositivo, tipi e caratteristiche

I cavi ottici, a differenza dei cavi con conduttori in rame o alluminio, utilizzano una fibra ottica trasparente come mezzo per trasmettere un segnale. Il segnale viene trasmesso qui non con l'aiuto della corrente elettrica, ma con l'aiuto della luce. Ciò significa che praticamente non si muovono elettroni, ma piuttosto fotoni, e le perdite di trasmissione del segnale risultano insignificanti.

Questi cavi sono ideali come mezzo di trasmissione di informazioni, poiché la luce può passare attraverso la fibra di vetro trasparente praticamente senza ostacoli per decine di chilometri, mentre l'intensità della luce diminuisce leggermente.

C'è Cavi GOF (cavo in fibra ottica di vetro) — con fibre di vetro, e Cavi POF (cavo ottico in plastica) — con fibra di plastica trasparente. Entrambi sono tradizionalmente chiamati cavi ottici o in fibra ottica.

Dispositivo cavo ottico

Il cavo in fibra ottica ha un dispositivo abbastanza semplice.Al centro del cavo è presente una guida luminosa in fibra di vetro (il suo diametro non supera i 10 micron), rivestita da un involucro protettivo in plastica o vetro, che fornisce una riflessione interna totale della luce dovuta alla differenza degli indici di rifrazione al confine di due mezzi.

Si scopre che la luce, dal trasmettitore al ricevitore, non può lasciare la vena centrale. Inoltre, la luce non teme le interferenze elettromagnetiche, quindi un tale cavo non necessita di schermatura elettromagnetica, ma deve solo essere rinforzato.

Per garantire la resistenza meccanica del cavo ottico, vengono prese misure speciali: rendono il cavo armato, soprattutto quando si tratta di cavi ottici multipolari che trasportano più fibre ottiche separate contemporaneamente. I cavi sospesi richiedono un rinforzo speciale con metallo e Kevlar.

Il design più semplice dei cavi in ​​​​fibra ottica è fibre di vetro in un guscio di plastica… Un design più complesso è un cavo multistrato con elementi di rinforzo, ad esempio per installazione subacquea, sotterranea o sospesa.

In un cavo armato multistrato, il cavo di rinforzo portante è realizzato in metallo racchiuso in una guaina di polietilene. Attorno ad esso sono posizionate fibre di plastica o di vetro che trasportano la luce. Ogni singola fibra è rivestita con uno strato di vernice colorata per la codifica dei colori e la protezione contro i danni meccanici. I fasci di fibre sono confezionati in tubi di plastica riempiti con un gel idrofobo.

Un tubo di plastica può contenere da 4 a 12 fibre di questo tipo, mentre il numero totale di fibre in uno di questi cavi può arrivare fino a 288 pezzi. I tubi sono intrecciati con un filo che stringe il film inumidito con un gel idrofobo - per una maggiore ammortizzazione delle influenze meccaniche. I tubi e il cavo centrale sono racchiusi in polietilene.Successivamente ci sono i fili di Kevlar, che praticamente forniscono l'armatura per il cavo intrecciato. Poi di nuovo polietilene per proteggerlo dall'umidità, e infine il guscio esterno.

I due principali tipi di cavi in ​​fibra ottica

Esistono due tipi di cavi in ​​fibra ottica: multimodali e monomodali. Quelli multimodali sono più economici, quelli monomodali sono più costosi.

Cavo monomodale assicura che i raggi che attraversano la fibra seguano praticamente lo stesso percorso senza deviazioni reciproche significative, di conseguenza tutti i raggi arrivano al ricevitore contemporaneamente e senza distorsione della forma del segnale. Il diametro di una fibra ottica in un cavo monomodale è di circa 1,3 μm ed è a questa lunghezza d'onda che la luce deve essere trasmessa attraverso di essa.

Per questo motivo viene utilizzata come trasmettitore una sorgente laser con luce monocromatica di una lunghezza d'onda strettamente necessaria.Proprio i cavi di questo tipo (single-mode) sono oggi considerati i più promettenti per le future comunicazioni a lunga distanza, ma per ora sono sono costosi e di breve durata.

Cavo multimodale meno "precisi" di quelli monomodali. I raggi del trasmettitore vi passano con dispersione e sul lato del ricevitore c'è una certa distorsione della forma del segnale trasmesso. Il diametro della fibra ottica nel cavo multimodale è di 62,5 µm e il diametro esterno della guaina è di 125 µm.

Utilizza un LED convenzionale (non laser) sul lato del trasmettitore (lunghezza d'onda di 0,85 μm) e l'apparecchiatura non è costosa come una sorgente di luce laser e gli attuali cavi multimodali hanno una durata maggiore. La lunghezza dei cavi di questo tipo non supera i 5 km. La tipica latenza di trasmissione del segnale è dell'ordine di 5 ns/m.

Vantaggi dei cavi in ​​fibra ottica

In un modo o nell'altro, il cavo ottico differisce radicalmente dai normali cavi elettrici per la sua eccezionale protezione dal rumore, che garantisce la massima sicurezza sia dell'integrità che della riservatezza delle informazioni trasmesse attraverso di esso.

L'interferenza elettromagnetica diretta su un cavo ottico non è in grado di distorcere il flusso luminoso e i fotoni stessi non generano radiazioni elettromagnetiche esterne. Senza rompere l'integrità del cavo, è impossibile intercettare le informazioni trasmesse attraverso di esso.

La larghezza di banda di un cavo in fibra ottica è teoricamente di 10 ^ 12 Hz, che non può essere paragonata ai cavi attuali di alcuna complessità. Puoi trasferire facilmente le informazioni a una velocità fino a 10 Gbps per chilometro.

Il cavo in fibra ottica in sé non è costoso come il cavo coassiale sottile. Ma la quota principale dell'aumento del prezzo della rete finita ricade ancora sulle apparecchiature trasmittenti e riceventi, il cui compito è convertire un segnale elettrico in luce e viceversa.

L'attenuazione di un segnale luminoso quando passa attraverso un cavo ottico di una rete locale non supera i 5 dB per 1 chilometro, cioè quasi uguale a quella di un segnale elettrico a bassa frequenza. Inoltre, maggiore è la frequenza, maggiore è il vantaggio del mezzo ottico rispetto ai cavi elettrici tradizionali, l'attenuazione aumenta marginalmente. E a frequenze superiori a 0,2 GHz, il cavo ottico è chiaramente fuori concorrenza. È praticamente possibile aumentare la distanza di trasmissione fino a 800 km.

I cavi in ​​fibra ottica sono applicabili in reti con topologia ad anello oa stella eliminando completamente i problemi di messa a terra e bilanciamento del carico che sono sempre rilevanti per i cavi elettrici.

Perfetto isolamento galvanico, insieme ai vantaggi di cui sopra, consente agli analisti di prevedere che nelle comunicazioni di rete i cavi ottici sostituiranno presto completamente quelli elettrici, soprattutto vista la crescente carenza di rame sul pianeta.

Svantaggi dei cavi in ​​fibra ottica

In tutta onestà, non possiamo non menzionare gli svantaggi dei sistemi di trasmissione dati ottici, il principale dei quali è la complessità dell'installazione dei sistemi e gli elevati requisiti per l'accuratezza dell'installazione dei connettori. Le deviazioni di micron durante l'assemblaggio del connettore possono portare ad un aumento dell'attenuazione in esso. Qui è necessaria una saldatura ad alta precisione o uno speciale gel adesivo, il cui indice di rifrazione è simile a quello della stessa fibra di vetro installata.

Per questo motivo la qualificazione del personale non consente clemenza, per il loro utilizzo sono richiesti strumenti particolari e competenze elevate. Molto spesso ricorrono all'uso di pezzi di cavo già pronti, alle cui estremità sono già installati connettori già pronti del tipo richiesto. Per diramare il segnale dalla fibra ottica, vengono utilizzati splitter specializzati per diversi canali (da 2 a 8), ma durante la ramificazione si verifica inevitabilmente un'attenuazione della luce.

Naturalmente, la fibra è un materiale meno resistente e meno flessibile del rame ed è pericoloso piegare la fibra a un raggio inferiore a 10 cm per la sua sicurezza.Le radiazioni ionizzanti riducono la trasparenza della fibra ottica, aumentano l'attenuazione del segnale luminoso trasmesso.

I cavi in ​​fibra ottica resistenti alle radiazioni sono più costosi dei cavi in ​​fibra ottica convenzionali. Un improvviso cambiamento di temperatura può causare la formazione di una crepa nella fibra. Naturalmente, la fibra ottica è vulnerabile alle sollecitazioni meccaniche, agli urti e agli ultrasuoni; per proteggersi da questi fattori, vengono utilizzati speciali materiali fonoassorbenti morbidi dalle guaine dei cavi.