Optičko vlakno

Izvor: Vidipedija
Skoči na: orijentacija, traži
Svežanj optičkih vlakana.
Optičko vlakno je stakleno ili plastično vlakno koje može prenositi svjetlost. Optička (svjetlovodna) vlakna nalaze široku primjenu u komunikacijskoj tehnologiji gdje se naveliko koriste za prijenos signala s velikom propusnom moći, bez većih gubitaka na veću udaljenost. Zbog malih gubitaka i otpornosti na elektromagnetne smetnje te gotovo iste cijene po jedinici duljine, u novije vrijeme sve češće zamjenjuju upletenu bakrenu paricu. Svjetlost se zadržava u jezgri optičkog vlakna zahvaljujući potpunoj unutarnjoj refleksiji, pri čemu se optičko vlakno ponaša kao cilindrični dielektrični valovod. Vlakna koja podržavaju višestruke propagacijske putanje i načine prenošenja signala nazivaju se multimodnim (MM) optičkim vlaknima, koja se načelno upotrebljavaju za prijenos na kraće udaljenosti, za razliku od optičkih vlakna koja podržavaju samo jedan način prenošenja signala, a koja se nazivaju monomodnima optičkim vlaknima (SM). Ona omogućuju prijenos podataka na udaljenost redovno iznad 550 m. Tehnološkim usavršavanjem i povećanjem čistoće stakla taj domet prijenosa podataka tijekom vremena se povećava.

Vrste i primjena

Na dužim dionicama, za kabeliranje između objekata na većim udaljenostima, optička vlakna pružaju znatne uštede, zahvaljujući činjenici da jedno optičko vlakno može prenijeti više informacija nego nekoliko bakrenih kabela. Optička vlakna ne provode električnu energiju i naponske šiljke prenapona, te se mogu koristiti u aplikacijama u kojima je potrebno galvansko odvajanje između mrežnih sustava. Danas se optička vlakna najčešće izrađuju od bezbojne plastične mase (PMMA, poli-metil-meta-akril) ili silikatnog stakla, odnosno kombiniranjem tih dvaju materijala (plastična masa ojačana silicijem, PCS, Plastic-Clad Silica vlakno). Zbog manjih gubitaka u prijenosu podataka, za veće udaljenosti koristi se uglavnom staklo. Debljina niti monomodnog vlakna iznosi oko 50 µm, a multimodnog vlakna između 8 i 10 µm. Ona su pretežno izrađena od silikatnog stakla jer plastična masa nije pogodna za tu primjenu zbog vrlo malog promjera vlakna. Multimodna optička vlakna dijele se u tri kategorije: OM1, OM2 i OM3, dok se monomodna (Single Mode) optička vlakna svrstavaju u samo jednu kategoriju: OS1. Sukladno normi EN 50173-1 opisuju se tri klase kabeliranja: OF-300, OF-500 i OF-2000. Najveća duljina optičkih kabela klase OF-300 iznosi 300 m, OF-500 500 m te OF-2000 oko 2000 m; taj se podatak odnosi i za monomodna i multimodna optička vlakna. Za povećanje dometa na krajnjim točkama kabela primjenjuju se pojačala za regeneraciju slabih signala.

Konstrukcija kabela

Svaki optički kabel sastoji se od tri komponente: jezgre vlakna, omotača kabela i vanjske izolacije. Jezgra vlakna ima visoka refrakcijska svojstva i debljinu između 8 i 10 µm (MM) ili 50 do 62,5 µm (SM), omotač kabela koji obuhvaća jezgru optičkog kabela ima promjer 125 µm, dok vanjska izolacija može varirati, no standardne dimenzije vanjskog promjera su 250 µm te 900 µm. Oznaka 50/125 µm znači da kabel ima jezgru promjera 50 µm, a omotač 125 µm. Jezgra optičkog kabela ima veći indeks loma svjetlosti od omotača (0,5-2%), prilikom upada zrake svjetlosti na jezgru dolazi do prvog lomljenja zrake, a kad zraka stigne na granicu jezgra-omotač, ona se reflektira zbog zakona loma svjetlosti (Snellov zakon). Pri tome je kut upada jednak kutu odbijanja zbog zakona refleksije. Važno je reći da je kut upada na granicu dvaju sredstava veći od kritičnog. Na taj način svjetlost nastavlja putovati kroz optičko vlakno. U idealnim uvjetima, zraka svjetlosti nastavila bi neograničeno dugo putovati kroz jezgru, ali zbog nečistoća koje postoje u materijalu jezgre dolazi do loma zrake i njezin dio se gubi u omotaču. Zaštitni omotač najčešće se izrađuje od akrilatne plastike vidljive pod UV svjetlom, a kod multimodnih optičkih vlakana vanjski omotač i ispuna znaju biti izrađeni od Kevlara i HDPE. U procesu instalacije i priključivanja optičkih kabela, vanjski omotač se odstranjuje zbog pravilne terminacije. Optička vlakna nisu osjetljiva na elektromagnetnu i radio frekvencijsku interferenciju, no kao i kod bakrenih, postoji izvjesno prigušenje koje može imati unutarnje (nečistoće u jezgri) i vanjske uzroke (savijanje optičkog kabela). Osim prigušenja signala javlja se i disperzija signala, tj. smanjenje propusnog opsega koja je ovisna o valnoj duljini, a može imati kromatske, međumodne i polarizacijske uzroke. Optički odnos signal-šum (OSNR) važan je parametar o kojemu ovisi kvaliteta prijenosa signala, vezan je uz BER (Bit Error Ratio) i faktor dobrote (Q) koji definira najmanji optički odnos signal/šum da se ostvari potrebni BER za dani signal.

Konektori za optičke kabele

Za završetak (terminaciju) optičkih kabela uporabljuju se razni konektori koji osim terminacije kabela imaju ulogu olakšanog spajanja i odspajanja na mrežnu opremu. Osim toga, konektori imaju ulogu mehaničkog srastanja (spajanja) više optičkih kabela (Splicing) u jednu cjelinu. Prilikom upotrebe, konektore optičkih vlakana treba pridržavati rukama za metalne ili plastične dijelove (glave), nije preporučljivo skidati zaštitne navlake kabela ako se ne koriste te ih nepotrebno savijati, posebice na promjer manji od 10 cm. Svaki konektor sadrži pregibnicu, kućište i ferulu. Pregibnica služi za zaštitu optičkog kabela od oštećenja ili nagnječenja, kućište je najčešće izrađeno od plastike ili metala, dok je ferula najčešće keramičko, plastično ili, rjeđe, metalno tijelo koje pomaže usmjeriti i centrirati optičko vlakno u konektoru. Na kraju, optičko vlakno vodi se u centrirani otvor, lijepi i polira u ravnini s ferulom.

Početci primjene optičke tehnologije

Prvi veći test uporabe optičkih vlakna učinila je 1976. godine tvrtka AT&T. Postavili su dva optička kabela, svaki sa 144 niti, ukupne duljine 7 km. Kabeli su bili postavljani kroz podzemne instalacijske kanale, te su na mnogim mjestima bili savijani pod oštrim kutovima. Ispostavilo se da oštri kutovi instalacije nisu ni najmanje umanjili učinkovitost optičke tehnologije. Komercijalna uporaba započela je iduće godine u Chicagu, gdje je sistem optičkih vlakna prenosio glasovne, podatkovne i videosignale pomoću 2,5 kilometara podzemnih kabela kojima su se povezivala dva ureda tvrtke Bell Telephone. Veliko oduševljenje vladalo je zbog činjenice da ništa više nije stajalo na putu masovnoj uporabi optičkih kabela. U SAD-u željezničke pruge ubrzo su se pokazale kao idealan put za polaganje optičkih kabela na veliku udaljenost, jer optičkoj tehnologiji nisu smetale ni jake vibracije teških vlakova. Do 1978. ukupna duljina postavljenih optičkih vlakna u cijelom svijetu iznosila je manje od 1 000 kilometara. Deset godina kasnije postavljen je prvi optički kabel ispod Atlantskog oceana. Najveći podmorski optički kabeli, dužine gotovo 20.000 km, danas su SMW3 i SMW4 (South East Asia Middle East Western Europe) koji povezuju Europu sa Dalekim Istokom i Azijom te Australijom.

Vanjske poveznice

  • Enciklopedija fizike lasera [1]