Оптоволокно это: что это такое? – Коммерсантъ Нижний Новгород

Содержание

что это такое? – Коммерсантъ Нижний Новгород

Как обеспечить доступ в интернет в самых отдаленных уголках планеты? Илон Маск отправляет в космос 4425 спутников, Google хочет использовать для передачи сигнала воздушные шары, а в Facebook считают, что с этой задачей справятся дроны-беспилотники. Пока компании-гиганты соревнуются в покорении планеты, главным проводником в мир скоростного интернета в мегаполисах остается оптоволокно. О том, из чего состоит оптоволоконный кабель, почему пластик проигрывает стеклу и как оптика помогает следить за дельфинами и нефтью, мы поговорили с экспертом Дом.ru, руководителем службы эксплуатации сети Николаем Джулаем.


Половина абонентов «Дом.ru» имеет дома три и более устройства, а каждый пользователь в среднем потребляет в месяц 50 Гб на скорости до 100 мб/с. Они смотрят видео в HD, играют в «танки», ведут онлайн-трансляции и выходят в сеть с разных гаджетов. Обеспечивать людей интернетом на максимальной скорости позволяют оптоволоконные кабели. Первые оптические интернет-сети в России начала строить компания «ЭР-Телеком» ещё в начале 2000-х. Благодаря этой технологии мы стали самым быстрым интернет-провайдером страны по версии Speedtest в 2017 году.

Как устроен оптоволоконный кабель

Оптоволокно — это тонкие нити из кварцевого стекла, в которых информация передаётся с помощью света. Толщина каждой нити составляет всего 125 микрон, это чуть больше человеческого волоса. В кабеле находится до 96 таких нитей, каждая из которых «плавает» в жидкости — гидрофобном геле. Чтобы обеспечить сохранность, их покрывают полиэтиленовой и пластиковой оболочкой, стальной проволокой или металлической броней.

Оптику закапывают в землю, прокладывают в канализации и даже на дне моря. Кабель, который используется под землей или водой, способен выдержать нагрузку до 8 тонн. Для сравнения, слон весит 5-6 тонн. Стекло, из которого сделана оптика, не проводит электрический ток. Даже если рядом с кабелем ударит молния, сигнал не прервется и скорость интернета не упадет. При этом такая сеть не производит никакого излучения и безопасна для человека.

Тем не менее, оптика уязвима. Её могут повредить частые изгибы, из-за которых образуются трещины. При их появлении свет вырывается наружу и происходит разрыв интернет-соединения.

Ремонт с хирургической точностью

В июне прошлого года по Омску прошел смерч. Ветер срывал крыши домов, валил деревья, обрывал линии электропередач. Пострадали и оптоволоконные сети — появились провисы и обрывы кабелей.

— Аварии устраняют бригады техников, работа которых напоминает хирургическую. У них есть свои скальпели, держатели, кусачки и обезжиривающие составы — все, чтобы добраться до тонких нитей оптоволокна через оборванные защитные оболочки, — рассказывает Николай Джулай. — Кабель сваривают как металлический прут, нагревая до 2000°C. Кварц начинает течь, а на месте разорванного участка образуется небольшой шов.

Чаще всего причиной повреждений становится вандализм: ввернутый в кабель саморез, забитые гвозди или обычная иголка. Чтобы обнаружить проблемное место, используется специальное оборудование — рефлектометр. По оптоволокну «стреляют» из лазера. Световой поток летит по стеклянным нитям и в том месте, где есть повреждение, отражается и возвращается обратно. Так техники определяют место неполадки с точностью до 5 метров.

Дельфины и нефть: где еще применяют оптоволокно

Оптоволоконные технологии используют не только в интернет-коммуникациях. Одно из ключевых предназначений оптики — акустические наблюдения. Например, кабели прокладывают вдоль нефте— и газопроводов. Так специалисты улавливают звуковые вибрации, появление которых говорит о вероятности аварии или несанкционированного вмешательства в работу нефтепровода.

Биологи работают с оптоволокном, чтобы исследовать поведение дельфинов, китов и касаток. Датчики выступают в качестве сонаров и улавливают звуковые сигналы, с помощью которых общаются животные. В медицине «оптику» используют как источник света. Тонкость и гибкость кабеля помогает видеть, что происходит внутри человеческого организма и корректировать лечение.

— В будущем можно ожидать прорыва в развитии оптики, — считает Николай Джулай. — Многие компании уже сейчас пытаются удешевить производство оптоволокна, используя пластик и полимерные материалы для изготовления нитей. Но пока разработки проигрывают сетям из стекла, у них ниже скоростные показатели и отражающая способность внутри кабеля. Ближайшие два десятилетия оптические сети в городах останутся главным инструментом для доступа к скоростному интернету.


АО «ЭР-Телеком Холдинг» — один из ведущих операторов связи в России, работает с 2001 года. Услуги для частных пользователей предоставляются под брендом «Дом.ru», для корпоративных клиентов — под брендом «Дом.ru Бизнес». Поставщик услуг: широкополосный доступ (ШПД) в интернет, цифровое ТВ, телефонная связь, а также видеонаблюдение и Wi-Fi (для корпоративных клиентов). Услуги предоставляются на базе собственных телекоммуникационных сетей, построенных с нуля и по единым стандартам по технологии «оптика до здания». По собственным оценкам, на долю компании приходится 11% российского рынка ШПД и 12% рынка платного ТВ, по количеству обслуживаемых клиентов занимает 2-е место среди интернет-провайдеров и среди операторов кабельного ТВ России. Лауреат многих национальных премий, включая премию «Большая цифра», «ТехУспех» (2016 год).

Оптоволокно - это... Что такое Оптоволокно?

Связка оптоволокна. Теоретически, использование передовых технологий, таких как DWDM, со скромным количеством волокон, которое представлено здесь, может дать достаточную пропускную способность, с помощью которой легко было бы передать всю необходимую информацию, в которой нуждается вся планета (около 100 терабит в секунду в одном оптоволокне. )

Оптоволокно — это стеклянная или пластиковая нить, используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения. Волоконная оптика — раздел прикладной науки и машиностроения, описывающий такие волокна. Оптоволокна используются в оптоволоконной связи, которая позволяет передавать цифровую информацию на большие расстояния и с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи. В ряде случаев они также используются при создании датчиков.

Простой принцип действия позволяет использовать различные методы, дающие возможность создавать самые разнообразные оптоволокна:

  • Одномодовые оптоволокна
  • Многомодовые оптоволокна
  • Оптоволокна с градиентным показателем преломления
  • Оптоволокна со ступенчатым профилем распределения показателей преломления.

Из-за физических свойств оптоволокна необходимы специальные методы для их соединения с оборудованием. Оптоволокна являются базой для различных типов кабелей, в зависимости от того, где они будут использоваться.

Принцип передачи света внутри оптоволокна был впервые продемонстрирован во времена королевы Виктории (1837—1901 гг.), но развитие современных оптоволокон началось в 1950-х годах. Они стали использоваться в связи несколько позже, в 1970-х; с этого момента технический прогресс значительно увеличил диапазон применения и скорость распространения оптоволокон, а также уменьшил стоимость систем оптоволоконной связи.

Применение

Оптоволоконная связь

Оптоволокно может быть использовано как средство для дальней связи и построения компьютерной сети, вследствие своей гибкости, позволяющей даже завязывать кабель в узел. Несмотря на то, что волокна могут быть сделаны из прозрачного пластичного оптоволокна или кварцевого волокна, волокна, использующиеся для передачи информации на большие расстояния, всегда сделаны из кварцевого стекла, из-за низкого оптического ослабления электромагнитного излучения. В связи используются многомодовые и одномодовые оптоволокна; многомодовое оптоволокно обычно используется на небольших расстояниях (до 500 м), а одномодовое оптоволокно — на длинных дистанциях. Из-за строгого допуска между одномодовым оптоволокном, передатчиком, приемником, усилителем и другими одномодовыми компонентами, их использование обычно дороже, чем применение мультимодовых компонентов.

Оптоволоконный датчик

Оптоволокно может быть использовано как датчик для измерения напряжения, температуры, давления и других параметров. Малый размер и фактическое отсутствие необходимости в электрической энергии, дает оптоволоконным датчикам преимущество перед традиционными электрическими в определенных областях.

Оптоволокно используется в гидрофонах в сейсмических или гидролокационных приборах. Созданы системы с гидрофонами, в которых на волоконный кабель приходится более 100 датчиков. Системы с гидрофоновым датчиком используются в нефтедобывающей промышленности, а также флотом некоторых стран. Немецкая компания лазерный микроскоп, работающий с лазером и оптоволокном[1].

Оптоволоконные датчики, измеряющие температуры и давления, разработаны для измерений в нефтяных скважинах. Оптоволоконные датчики хорошо подходят для такой среды, работая при температурах, слишком высоких для полупроводниковых датчиков (Оптоволоконное измерение температуры).

Разработаны устройства дуговой защиты с волоконно-оптическими датчиками, основными преимуществами которых перед традиционными устройствами дуговой защиты являются: высокое быстродействие, нечувствительность к электромагнитным помехам, гибкость и лёгкость монтажа, диэлектрические свойства.

Другое применение оптоволокна — в качестве датчика в лазерном гироскопе, который используется в Boeing 767 и в некоторых моделях машин (для навигации). Специальные оптические волокна используются в интерферометрических датчиках магнитного поля и электрического тока. Это волокна полученные при вращении заготовки с сильным встроеным двойным лучепреломлением.

Оптоволокно применяется в охранной сигнализации на особо важных объектах (например, ядерное оружие). Когда злоумышленик пытается переместить боеголовку, условия прохождения света через световод изменяются, и срабатывает сигнализация.

Другие применения оптоволокна

Диск фрисби, освещенный оптоволокном

Оптоволокна широко используются для освещения. Они используются как световоды в медицинских и других целях, где яркий свет необходимо доставить в труднодоступную зону. В некоторых зданиях оптоволокна используются для обозначения маршрута с крыши в какую-нибудь часть здания. Оптоволоконное освещение также используется в декоративных целях, включая коммерческую рекламу, искусство и искусственные ёлки.

Оптоволокно также используется для формирования изображения. Когерентный пучок, передаваемый оптоволокном, иногда используется совместно с линзами — например, в эндоскопе, который используется для просмотра объектов через маленькое отверстие.

Примечания

См. также

Литература

  • Gambling, W. A., «The Rise and Rise of Optical Fibers», IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics, Vol. 6, No. 6, pp. 1084–1093, Nov./Dec. 2000
  • Gowar, John, Optical Communication Systems, 2 ed., Prentice-Hall, Hempstead UK, 1993 (ISBN 0-13-638727-6)
  • Hecht, Jeff, City of Light, The Story of Fiber Optics, Oxford University Press, New York, 1999 (ISBN 0-19-510818-3)
  • Hecht, Jeff, Understanding Fiber Optics, 4th ed., Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ, USA 2002 (ISBN 0-13-027828-9)
  • Nagel S. R., MacChesney J. B., Walker K. L., «An Overview of the Modified Chemical Vapor Deposition (MCVD) Process and Performance», IEEE Journal of Quantum Mechanics, Vol. QE-18, No. 4, April 1982
  • Ramaswami, R., Sivarajan, K. N.,
    Optical Networks: A Practical Perspective
    , Morgan Kaufmann Publishers, San Francisco, 1998 (ISBN 1-55860-445-6)

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

Что такое оптоволокно, виды оптических кабелей.

Несмотря на то, что многие слышали о существовании оптических волокон и использовании их для скоростной передачи информации, очень мало людей знают, что они собой представляют и каким образом передают данные.

Даже самый простой оптический кабель имеет достаточно сложную структуру. В середине его расположен пучок тонких оптических волокон изолированных друг от друга, при этом каждое оптическое волокно находится в оболочке и имеет специальное изолирующее покрытие. Все волокна протянуты внутри стальной защитной трубки. Поверх трубки идет оплетка из медных токоведущих жил, закрытая слоем медной фольги. Следующий слой – диэлектрическая изоляция, выполненная чаще всего из полиэтилена. Самый верхний слой бронирующий, для обеспечения защиты оптоволоконного кабеля от механических повреждений.

Устройство оптоволоконного кабеля

Само по себе оптическое волокно это пластиковая или стеклянная нить, способная проводить световые импульсы, а изменяемая длина волны и показатель преломления светового луча обеспечивает передачу необходимой информации.

Типы оптических волокон

Классификация оптических волокон производится в зависимости от количества мод или лучей, распространяющихся по волокну. Различают:

  • волокно одномодовое диаметром 7-9 мкм;
  • волокно многомодовое диаметром 50 или 62,5 мкм.

Кроме этого оптические волокна подразделяются на проводники с градиентным показателем преломления луча и со ступенчатым профилем распределения показателей преломления.

Оптическое волокно

Преимущества оптоволоконной связи

Главное преимущество оптоволоконного кабеля это высокий уровень пропускной способности в сравнении с коаксиальным кабелем. Большая скорость передачи данных на большие расстояния сопровождается высоким уровнем защиты от внешних помех и шумоподавления. При этом использование оптоволокна обеспечивает надежную защиту данных от несанкционированного доступа. Подключение оптоволоконного кабеля позволяет обеспечить одновременную работу сразу нескольких систем, например:

  • компьютерных сетей ,
  • кабельного телевидения,
  • системы видеонаблюдения
  • охранных устройств.
  • и т.д и т.п

Использование оптиковолоконных кабелей это лучший способ быстрого приема и передачи данных.

Характеристика оптоволоконного кабеля

Оптический кабель

Все виды оптических кабелей можно охарактеризовать по способу их использования. По данной характеристике они распределяются на следующие группы:

  • Магистральный. Данное изделие применяется при прокладке линий связи на большие расстояния с множественным числом каналов. Для этих целей применяется одномодовый оптический кабель, благодаря чему магистральные сети могут в кратчайшее время передавать множественные информационные потоки.
  • Зондовый оптический кабель используется для осуществления передачи данных районировано на расстояние до 250 километров.
  • Городские. Используются для распространения информации на маленькие расстояния (до 10 километров) и с множеством выходных каналов. Обычно применяются в пределах одного населенного пункта.
  • Подводный оптический кабель, прокладка его осуществляется по дну различных водоемов. По данной причине такой тип кабеля должен иметь повышенную механическую прочность для чего он дополнительно экранируется лентой из алюминиевого сплава.
  • Объектовый оптический кабель применяется для прокладки коммуникационной сети внутри определенного здания и распределения информации на пользователей. Подключение к нему устройств приема данных производится обычно через оптический патч корд.
  • Монтажный оптический кабель применяется для проведения монтажных работ внутри аппаратуры, его подключение к различным блокам устройства производится оптическим кроссом.

Прокладка коммуникационных сетей может осуществляться подземным или воздушным способом. В случае если прокладывается воздушная сеть, то кабель должен быть самонесущим, то есть выдерживать большие физические нагрузки.

Устройство оптического кабеля

По типу волокон, оптоволокно подразделяется на одномодовые, многомодовые оптические кабеля, а так же комбинированные.

В качестве основных достоинств оптоволоконного кабеля можно выделить:

  • Высокая скорость передачи данных;
  • Защита от неправомерного использования телекоммуникаций;
  • Высокая степень механической прочности;
  • Большой срок эксплуатации;
  • Незначительные размеры уменьшают расходы на монтаж дополнительных несущих конструкций.

Оптическое волокно и оптоволоконный интернет. Что это и как подключить?

Оптоволокно - наиболее быстрая на сегодняшний день технология передачи информации в сети интернет. Структура оптического кабеля отличается определёнными особенностями: такой провод состоит из маленьких очень тонких проводков, ограждённых специальным покрытием, которое отделяет один проводок от другого.

По каждому проводку передаётся свет, который передаёт данные. Оптический кабель способен передавать одновременно данные, кроме интернет-соединения, также телевидения и стационарного телефона.

Потому оптоволоконная сеть позволяет пользователю совмещать все 3 услуги одного провайдера, подключая роутер, ПК, телевизор и телефон к единому кабелю.

Другое название оптоволоконного подключения - фиброоптическая связь. Такая связь даёт возможность передавать данные при помощи лазерных лучей на расстояния, измеряемые сотнями километров.

Оптический кабель состоит из мельчайших волокон, диаметр которых составляет тысячные доли сантиметра. Эти волокна передают оптические лучи, которые переносят данные, проходя через сердечник каждого волокна, состоящий из кремния.

Оптические волокна дают возможность установить соединение не только между городами, но и между странами и континентами. Связь по интернету между разными материками поддерживается через оптоволоконные кабели, проложенные по океанскому дну.

Оптоволоконный интернет

Благодаря оптическому кабелю можно настраивать высокоскоростное интернет-соединение, которое играет огромную роль в сегодняшнем мире. Оптоволоконный провод является самой прогрессивной технологией передачи данных по сети.

Плюсы оптического кабеля:

  • Долговечность, высокая пропускная способность, способствующая быстрой передаче данных.
  • Безопасность передачи данных - оптоволокно даёт возможность программам моментально обнаруживать несанкционированный доступ к данным, поэтому доступ к ним для злоумышленников почти исключён.
  • Высокая защищённость от помех, хорошее подавление шума.
  • Особенности строения оптического кабеля делают скорость передачи данных через него в несколько раз выше, чем скорость передачи данных через коаксиальный кабель. Прежде всего это относится к видеофайлам и аудиофайлам.
  • При подключении оптоволокна можно организовать систему, реализующую некоторые дополнительные опции, например, видеонаблюдение.

Однако самым главным достоинством оптоволоконного кабеля является его способность установить соединение объектов, удалённых друг от друга на огромное расстояние. Это возможно благодаря тому, что у оптического кабеля отсутствуют ограничения по длине каналов.

Подключение интернета с помощью оптоволокна

Самый распространённый в РФ интернет, сеть которого функционирует на основе оптоволокна, предоставляется провайдером Ростелеком. Как подключить оптоволоконный интернет?

Сначала следует просто убедиться в том, что оптический кабель подведён к дому. Затем нужно заказать подключение к интернету у провайдера. Последний должен сообщить данные, обеспечивающие подключение. Потом нужно выполнить настройку оборудования.

Она осуществляется так:

  • После проведения оптоволокна и подключения оборудования, обеспечивающего работу в оптических пассивных сетях, сотрудниками фирмы-провайдера, вся последующая настройка выполняется самостоятельно.
  • Прежде всего устанавливаются жёлтый кабель и розетка так, как изображено на рисунке ниже.
  • Можно иметь собственный Wi-Fi роутер, не обязательно приобретать маршрутизатор от Ростелекома. К Wi-Fi подключают оптоволоконный кабель, оптический терминал и основной шнур, посредством которого происходит подключение роутера к оптической розетке.
  • Нужно выбрать для установки всего оборудования как можно более вентилируемое место. Монтажнику из компании-провайдера следует указать, где именно нужно установить элементы сети.

Терминал оборудован специальным гнездом, позволяющим соединяться с компьютером и соединять роутер с интернетом.

Кроме того, терминал имеет 2 дополнительных гнезда, позволяющих подключить к оптоволоконному соединению аналоговый домашний телефон, а также ещё несколько гнёзд предусмотрены для подключения телевидения.

Что это такое оптоволокно? — Как подключить оптоволоконный интернет

Если вы пытаетесь разобраться что это такое оптоволокно, то точно попали по адресу!

Многие пользователи интернета используют оптоволоконный провод для соединения с интернетом.

Однако, практически никто не знает, что это такое оптоволокно, что оно из себя представляет и каким образом передает информацию?

Оптическое волокно – это самый быстрый в мире способ передачи данных по сети интернет.

Оптический кабель имеет особую структуру: он состоит из небольших тоненьких проводков, которые отгорожены друг от друга специальным покрытием.

Каждый проводок передает свет, а свет, в свою очередь, передает данные по сети.

Такой кабель может одновременно передавать данные интернет-соединения, стационарного телефона и телевидения.

Содержание:

Поэтому в оптоволоконных сетях пользователи часто совмещают все три услуги провайдера и подключают телефон, телевизор, роутер и компьютер к одному и тому же оптоволоконному кабелю.

Оптоволоконное подключение еще называют фиброоптической связью.

Она позволяет передавать информацию с помощью лучей лазера, при этом данные с лёгкостью передаются за сотни миль.

Составляющие кабеля, небольшие волокна, имеют очень маленький диаметр – тысячные доли дюйма.

Оптические лучи внутри таких волокон переносят данные, которые проходят через кремниевый сердечник каждого волокна.

С помощью оптического волокна можно настроить соединения не только большого города, но и больших стран, а также континентов.

Интернет-связь между материками Земли осуществляется благодаря проложенным по дну океана огромным оптоволоконным кабелям.

Внешний вид оптоволоконного кабеля

Оптоволоконный интернет

Кабель позволяет настроить высокоскоростное интернет-соединение, которое необходимо в условиях современного мира.

Оптоволоконный провод – лучший способ передачи и приема данных сети.

Основные преимущества:

  • Оптическое волокно – это долговечный материал, который имеет очень высокий уровень пропускной способности. Именно эта характеристика отвечает за высокую скорость передачи данных;
  • Безопасная передача данных – использование оптоволокна позволяет программному обеспечению мгновенно выявить факт несанкционированного доступа к данным сети. Доступ злоумышленников к информации практически невозможен;
  • Оптоволокно также отличается отличным уровнем защиты от помех и хорошим шумоподавлением;
  • В отличие от коаксиального кабеля, благодаря особому строению (рисунок 2) оптоволокно имеет в несколько раз большую скорость передачи данных, особенно файлы аудио и видео;
  • Подключение оптического волокна позволяет организовать систему для ряда дополнительных опций, к примеру, для установки системы видеонаблюдения или охранных устройств.

Схема строение кабеля оптоволокна

Основное преимущество кабеля из оптоволокна – он способен обеспечить соединение двух объектов, которые расположены на большом расстоянии друг от друга.

Это происходит за счет того, что кабель не имеет ограничений на длину каналов.

к содержанию ↑

Как подключить интернет через оптическое волокно?

Наиболее популярный в России интернет, сеть которого организовывается с помощью оптического волокна, предоставляет компания Ростелеком.

Рассмотрим подробнее, как подключить интернет и настроить его работу самостоятельно.

Прежде всего, убедитесь, что оптоволокно подведено к вашему дому. Далее закажите услугу подключение к сети.

Компания Ростелеком должна сообщить вам данные, которые обеспечат подключение. Теперь необходимо настроить оборудование.

Совет! Также заявку на подключения понравившейся услуги можно оформить в личном кабинете по ссылке https://lk.rt.ru/.

Следуйте инструкции:

  • После того как работники компании Ростелеком провели оптическое волокно и подключили базовое рабочее оборудование для работы в пассивных оптических сетях (PON), всю дальнейшую настройку необходимо проводить самостоятельно;

Подключение интернета по технологии PON

Помните! Лучше всего проводить оптоволоконный кабель близко к розетке, к которой в дальнейшем будет подключаться блок питания (мультиплексор) терминала ONT.

  • Далее необходимо установить розетку и желтый кабель, как показано на рисунке ниже;

Система организации соединения с интернетом через оптоволоконный провод

  • Wi-Fi роутер можно иметь свой, покупка ростелекомовского маршрутизатора необязательна. К wifi подключается оптический терминал, оптоволоконный кабель и основной шнур, с помощью которого роутер подключается к оптической розетке. Подробная схема подключения роутера в оптоволоконной сети продемонстрирована на рисунке;
  • Выберите такое место для установки всех компонентов, которое имеет доступ к большому количеству воздуха и хорошо вентилируется. Предварительно скажите монтажнику, где установить компоненты сети;

В терминале есть специальное гнездо, с помощью которого осуществляется соединение с компьютером и для того, чтобы соединить роутер с сетью интернет.

Также терминал оснащен дополнительными двумя гнездами для соединения аналогового домашнего телефона и еще несколько гнезд нужны для подключения телевидения от Ростелекома.

После подключения всех компонентов следует проверить подключения к интернету на вашем компьютере:

Включение командной строчки от имени администратора

  • Введите поочередно команды netstat -e –s, затем ping host, далее tracert host и, наконец, команду pathping host. В данном случае host – это адрес любого сайта. Таким образом проверяется соединение с интернетом;
  • Теперь необходимо проверить скорость соединения. Сделать это можно с помощью любого популярного сервиса, к примеру, Speedtest.

Тематические видеоролики:

3 мифа об оптоволокне в квартире

Среди интернет-пользователей не утихают споры о том, какой кабель лучше использовать для выхода во всемирную сеть: оптоволокно или витую пару. Сторонники применения оптоволоконного кабеля говорят о его надежности, скорости и стабильности. Так ли это на самом деле?

Существует два вида кабеля, с помощью которых провайдеры выполняют подключение интернета и телевидения: оптоволоконный кабель и витая пара. Абоненты Baza.net подключены именно с помощью витой пары.

Конструкция данного кабеля довольно проста. Она представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой и покрытых пластиковой оболочкой. Такой кабель можно разместить в квартире, как вам удобно. Например, под плинтусом. А устранение повреждений витой пары не займет большого количества времени.

С волоконно-оптическим кабелем совсем другая ситуация. Внутри него находится много элементов: стеклянные волокна, пластиковые трубки, трос из стеклопластика. Его нельзя так же свободно сгибать, иначе кабель может переломиться и в результате сигнал пропадет. Чтобы устранить повреждение в оптоволокне, необходимо будет вызывать специалиста с дорогостоящим оборудованием.

Кроме того, ремонт и замена оптоволокна может «влететь в копеечку».

На конце каждого кабеля находится коннектор. У витой пары это пластиковый наконечник, похожий на тот, что вставляется в стационарный телефон. Важно отметить, что этот коннектор универсален и подойдет практически к любой сетевой плате. Вы можете вставить его в ноутбук, Wi-Fi-роутер или в игровую консоль.

У оптоволокна другой коннектор, для которого необходимо будет приобрести специальный оптический терминал. Удовольствие не из дешевых, да и модельный ряд ограничен всего несколькими вариантами.

Конечно, максимально возможная скорость передачи данных через оптоволокно выше, чем через витую пару. Но стоит отметить, что вы навряд ли почувствуете эту разницу в скорости. Дело в том, что каждое устройство, будь то W-Fi-роутер, домашний компьютер или ТВ-приставка, имеет свой сетевой адаптер. Если ваше устройство было выпущено несколько лет назад, то его максимальная пропускная способность составляет только 100 Мбит/c, в то время как в новых устройствах она по умолчанию позволяет разогнаться до 1 Гбит/с. В таком случае, даже если вы провели оптоволокно, но выходите в интернет со старой модели ноутбука, вы не сможете получите скорость выше, чем 100 Мбит/с.

Мы решили проверить, какая максимальная скорость необходима рядовому пользователю для комфортного времяпрепровождения в интернете.

В качестве теста мы просматривали видео на Youtube в максимально высоком качестве, запускали онлайн-игры, слушали музыку из сети и скачивали файлы с различных ресурсов. Несмотря на то, что в офисе скорость интернета достигает 1 Гбит/с, ни одна из этих задач не потребовала больше, чем 72 Мбит/с.

Если говорить откровенно, то использование оптоволокна в квартире не нужно никому. Да и пользователи сами не знают, зачем им нужна такая скорость.

Специалисты со всего заявляют, что оптоволоконная сеть останется невостребованной еще минимум десяток лет. В данный момент практически не существует интернет-ресурсов, для которых вам нужна скорость выше 70-100 Мбит/с. Даже если в будущем и появятся страницы, с которыми не справится витая пара, мы сможем в минимальные сроки заменить оборудование на более актуальное и будем предоставлять доступ через волоконно-оптический кабель.

На самом деле вы и так выходите в интернет через оптоволоконный кабель.

Как провайдер, мы проводим оптоволокно до каждого многоквартирного дома, а уже дальше выполняем подключение интернета в каждую отдельную квартиру посредством витой пары.

Проведя ряд исследований, мы пришли к выводу, что стабильность передачи данных с помощью обоих типов кабеля абсолютно идентична и никаким образом не зависит от их пропускной способности.

Так что же выбрать?

Вывод напрашивается сам. Витая пара дешевле и доступнее, чем оптоволоконный кабель, который не имеет преимуществ в использовании для обычного пользователя. Уважаемые друзья, тщательно выбирайте провайдера и всегда вспоминайте данную статью перед тем, как отдать предпочтение тому или иному способу подключения интернета.

Что такое оптоволокно, его отличие от витой пары, что лучше?


Представьте: вы переехали в новую квартиру и собираетесь подключить себе Интернет. Дом обслуживают 2 провайдера – «Медный всадник» и «Оптическая иллюзия». Преимущества первого – надежные, проверенные технологии на основе медной витой пары. Девиз второго: «Даешь оптоволокно в каждый дом», а это безграничная скорость, да и вообще модно и круто. Кому вы понесете деньги?

Положиться на опыт десятилетий или довериться инновациям? Если взвесить плюсы и минусы того и другого, то побеждает… Впрочем, давайте обо всем по порядку: что такое оптоволокно, в чем его принципиальные отличия от витой пары и что лучше для подключения домашнего Интернета.

Со скоростью света

Предполагаю, что многим читателям приходилось препарировать обычный сетевой кабель, и они знают, что он состоит из медных жил. Металл, в частности, медь передает информацию с устройства на устройство посредством электрических импульсов. Но электричество – лишь один из возможных переносчиков сигнала в компьютерных сетях, еще им бывают радиоволны и свет.

Для передачи светового импульса медь не годится, ему нужна прозрачная среда – светопроводящее волокно, которое и называют оптическим.

Оптоволокно или световод – это особая нитевидная структура из стеклянных или пластиковых материалов, которая проводит свет на большие расстояния. Скорость передачи по нему, в отличие от меди, практически безгранична!

Пучок таких волокон под одной оболочкой называют волоконно-оптическим кабелем, а сеть из них – волоконно-оптическими линиями связи или ВОЛС.

Оптоволокно: что оно собой представляет

Оптическое волокно состоит из прозрачного сердечника – среды передачи света, и оболочки (демпфера), которая препятствует затуханию импульса и обеспечивает его доставку до конечной точки.

Передающие среды, которые иначе называют ядрами оптических волокон, делают из кварцевого, халькогенидного и других видов стекол, а также из акриловых смол. Эти материалы характеризуются прочностью, гибкостью, высокой светопроницаемостью и низкой чувствительностью к перепадам температур и излучениям. Оболочки также состоят из стекла или пластика.

Толщина световодов, используемых в построении ВОЛС, составляет 125 мкм. При этом диаметр сердечника может быть разным – 7–62,5 мкм в зависимости от вида оптоволокна.

Виды и категории оптических волокон и кабелей. Одномод и многомод

По виду и назначению различают одномодовые и многомодовые оптические волокна (а также состоящие из них кабели).

  • Одномодовые оптоволоконные нити пропускают лишь 1 световой сигнал (одну моду). Диаметр их сердечника составляет 7-10 мкм (в коммуникационных системах – 9 мкм), а чем он уже, тем ниже дисперсия и меньше затухание луча. Пропускная способность одномодового кабеля ниже, чем многомодового, но он способен передавать данные на бОльшие расстояния.
  • Многомодовые волокна одновременно пропускают несколько сигналов. Их сердечники имеют в несколько раз большее сечение – 50-62,5 мкм, что создает условия для повышения уровня дисперсии и более быстрого затухания импульса. Кабели такого типа предназначены для относительно коротких расстояний.

Волоконно-оптические кабели, которые используют для построения компьютерных сетей, делятся на 7 классов:

  • OS1 – одномод с сердечником 9 мкм.
  • OS2 – широкополосный одномод с сердечником 9 мкм.
  • OM1 – многомод с сердечником 62,5 мкм.
  • OM2 – многомод с сердечником 50 мкм.
  • OM2 plus – могомод с сердечником 50 мкм для лазерных источников (улучшенный).
  • OM3 – высокоскоростной многомод с сердечником 50 мкм.
  • OM4 – оптимизированный многомод с сердечником 50 мкм.

Одномодовые кабели предназначены для межконтинентальных, межгосударственных, межгородских и внутригородских магистралей большой протяженности (обычно от 10 км), а также для связи удаленных узлов оборудования телекоммуникационных компаний и центров обработки данных. То есть их применяют там, где важна непрерывность (или минимальное количество соединений) и повышенная надежность линии.

Кабели такого типа стоят дешевле, чем многомодовые, но если учесть затраты на весь необходимый комплект оборудования, то системы на одномодовой передаче обходятся дороже.

Многомодовые кабели используют для подключения к сети рабочих станций и других конечных устройств внутри помещений, для связи между этажами и близко расположенными зданиями (до 550 м). Также ими оборудуют дополнительные линии связи в центрах обработки данных.

Для подключения к Интернету жителей многоэтажных домов чаще всего используют многомодовые кабели классов OM3 и OM4.

Волоконно-оптические кабели передают данные на расстояние до 40-100 км и поддерживают скорость до 100 Гбит/с. Но это лишь теоретически достижимые значения: на быстроту и качество связи влияет категория кабеля и оборудование, которое обрабатывает сигнал.

Так что же лучше – оптика или медь?

Нынче любой крупный и даже средний интернет-провайдер использует в ряде сегментов своих сетей оптоволокно. И наоборот: как бы провайдер не заманивал подключением к «самой быстрой системе нового поколения», отдельные участки его сетей – традиционный медный кабель. Просто правила им диктуют условия среды (где-то они больше подходят для меди, а где-то – для оптики) и экономическая целесообразность, а маркетинг – есть маркетинг.

К какому виду магистрали подключили ваш дом провайдеры «Медный всадник» и «Оптическая иллюзия», точно не скажет никто, поэтому будем считать, что их предложения различаются только способом подключения абонентов внутри квартир.

В таблице ниже сопоставлены свойства волоконной оптики и витой пары:

ОптоволокноМедная витая пара
Теоретически достижимая скорость связи

OS1 – 40 Гбит/с

OS2– 100 Гбит/с

OM3 и ОМ4 – 100 Гбит/с

До 10 Гбит/с для кабелей категории 6 и 7.
Максимальная длина неразрывной линии

OS1 – 100 км

OS2 – 40 км

ОМ3 – 300 м

ОМ4 – 125 м.

100 м
Физические свойства кабеляТонкий, хрупкийТолстый, гибкий
Подверженность внешним воздействиямЧрезмерные изгибы, давление, некоторые виды излученийЭлектромагнитные помехи, атмосферное электричество, агрессивные химические среды, огонь, несанкционированное подключение для считывания данных
Совместимость с клиентским оборудованиемТребует покупки специальных адаптеровСовместима с любыми устройствами, оснащенными гнездами RJ-45
ОбслуживаниеТребует спецоборудования и профессиональной подготовкиТребует минимальных навыков и знаний
СтоимостьВысокаяНизкая

Подведем итоги:

  • Оптоволоконная линия до 10-и раз быстрее и гораздо «дальнобойнее», чем витая пара, она не подвержена влиянию наводок электрического оборудования и силовых линий, долговечна и прочна, не горит, не теряет свойств от влаги, кислот и щелочей. Не допускает шпионских врезок и прослушивания путем индукционного подключения.
  • Волоконно-оптическую сеть легче замаскировать в интерьере, для нее не нужно монтировать широкие неэстетичные кабель-каналы.
  • Волоконная оптика – это хоть и гибкое, но стекло, а любое стекло может трескаться и крошиться. Поэтому монтаж и модернизация такой сети требует большой аккуратности. Если поврежденную витую пару можно разрезать и соединить простой скруткой, то для восстановления разорванной оптики нужен специальный сварочный аппарат и умение с ним обращаться. А иногда даже небольшое повреждение волоконно-оптической линии требует полной ее замены.
  • Главное преимущество витой пары – дешевизна и простота в обиходе. За подключение к Интернету посредством медного кабеля с вас, скорее всего, не возьмут никаких дополнительных денег, а за оптику придется заплатить, ведь она дорогая. Витую пару с универсальным коннектором можно сразу воткнуть в компьютер – и на нем появится Интернет. Для оптики снова придется раскошелиться на специальную розетку, модем (ONT-терминал или роутер), сетевые адаптеры. А это тоже недешево.

Чисто оптоволоконные сети внутри домов и квартир пока большая редкость, чаще всего их делают гибридными – частично оптическими, частично меднопроводными, частично беспроводными. Оптику обычно подводят только к модему, а конечные устройства – компьютеры, смартфоны, смарт ТВ и т. д. получают Интернет всё по той же витой паре или Wi-Fi, ведь они не оборудованием модулями декодирования светового сигнала. Значит, какие бы сверхскорости ни обещал вам провайдер, медленные сегменты сети сведут ее на нет.

Итак, ваш выбор «Медный всадник», если:

  • Вы не хотите переплачивать за то, чего, скорее всего, не получите. Если ваши устройства – потребители Интернет-трафика работают на устаревших протоколах Ethernet или Wi-Fi, то оптика не сделает их быстрее.
  • Вы часто переносите компьютер с места на место, у вас есть собака, которая любит жевать провода или маленькие дети, хватающие всё подряд. И в случае повреждения кабеля вам проще починить его своими руками, чем платить мастеру.

Вам лучше стать клиентом «Оптической иллюзии», если:

  • Вы за всё новое против всего старого. Волоконная оптика – это технология будущего, а значит, достойна инвестиций. И пусть она дружит не с каждым девайсом – скоро, надо ожидать, производители последних возьмутся за ум и оборудуют свои продукты поддержкой оптоволокна. Ведь потребители этого хотят и готовы вкладываться.
  • Финансы для вас – не проблема. У вас современная техника, которая поддерживает последние протоколы проводной и беспроводной связи, и вы готовы заставить ее «взять максимальную высоту».
  • Вам нужна скорость, и этим все сказано.
  • Безопасность сети в плане возможной утечки данных – ваше всё.

Какое оборудование купить для домашней оптоволоконной сети

Оборудование, через которое клиентские устройства получают доступ в Интернет по волоконно-оптической связи, обычно предоставляет провайдер. Но это, как правило, простейшие бюджетные девайсы с ограниченным набором возможностей. Если хотите что-нибудь быстрее, мощнее, функциональнее, приобретите его самостоятельно.

Для построения домашней сети из «разношерстных» устройств понадобится роутер (маршрутизатор) с портом подключения оптики SFP, SPF+, XPF, PON или GPON – так их обозначают на корпусе аппарата. В отличие от универсального RJ-45, оптоволоконные разъемы бывают нескольких типов (форм). Какой подойдет вам, лучше уточнить у провайдера, с которым вы планируете заключить договор. Самый распространенный называется SC/APC.

Однако тип разъема – не единственное различие между такими роутерами. Оптоволоконные порты имеют разную пропускную способность, и она должна быть указана в характеристиках аппарата.

Внутри маршрутизатора оптический сигнал преобразуется в электрический и радио, которые понимают подключаемые устройства – ПК, телефоны и прочее. Они получают сигнал через интерфейсы LAN (Ethernet) и Wi-Fi. От пропускной способности последних тоже зависит скорость работы сети.

Для максимального раскрытия потенциала оптоволоконной связи все сетевые интерфейсы маршрутизатора должны поддерживать современные скоростные стандарты. А именно:

  • SFP/ SPF+/XPF – не меньше, чем скорость провайдера согласно тарифному плану. Одни производители указывают здесь 2 значения – скорости приема и отдачи сигнала, другие – только наибольший.
  • LAN (Ethernet) – 1 Гбит/с.
  • Wi-Fi – 802.11b/g/n/ac. При поддержке этого стандарта теоретически достижимая скорость соединения для роутеров с 8-ю антеннами составляет 6,77 Гбит/с.

Ниже небольшой список моделей маршрутизаторов с поддержкой подключения к оптоволоконным линиям. Они различаются характеристиками и ценой.

  • TP-Link TX-VG1530
  • D-Link DPN-R5402C
  • ZyXEL PSG1282NV
  • D-Link DVG-N5402GF
  • ZyXEL PSG1282V
  • Keenetic Giga

Какой из них лучше? Тот, что больше отвечает вашим задачам и максимально приближен к параметрам вашей сети. Впрочем, при сходстве основных данных на первый план выходят дополнительные функции, а они здесь очень разные. Выбирайте и пользуйтесь.

Удачного подключения!

Что такое волоконная оптика (оптическое волокно) и как она работает?

Волоконная оптика, или оптическое волокно, относится к среде и технологии, связанной с передачей информации в виде световых импульсов по стеклянной или пластиковой нити или волокна. Волоконная оптика используется для высокопроизводительных сетей передачи данных на большие расстояния.

Волоконная оптика также широко используется в телекоммуникационных услугах, таких как Интернет, телевидение и телефон. Например, Verizon и Google используют оптоволокно в своих сервисах Verizon FIOS и Google Fiber соответственно, обеспечивая пользователям гигабитную скорость интернета.

Используются оптоволоконные кабели

, поскольку они обладают рядом преимуществ перед медными кабелями, такими как более высокая пропускная способность и скорость передачи.

Оптоволоконный кабель может содержать различное количество этих стеклянных волокон - от нескольких до пары сотен. Сердцевину из стекловолокна окружает еще один стеклянный слой, называемый оболочкой. Слой, известный как буферная трубка, защищает оболочку, а слой оболочки действует как последний защитный слой для отдельной пряди.

Как работает волоконная оптика

Волоконная оптика передает данные в виде световых частиц или фотонов, которые пульсируют по оптоволоконному кабелю.Сердцевина из стекловолокна и оболочка имеют разные показатели преломления, которые изгибают падающий свет под определенным углом. Когда световые сигналы передаются по оптоволоконному кабелю, они отражаются от сердечника и оболочки в виде серии зигзагообразных отражений, придерживаясь процесса, называемого полным внутренним отражением. Световые сигналы не движутся со скоростью света из-за более плотных слоев стекла, вместо этого они движутся примерно на 30% медленнее, чем скорость света. Для обновления или усиления сигнала на протяжении всего пути передачи по оптоволоконной сети иногда требуются ретрансляторы с удаленными интервалами для регенерации оптического сигнала путем преобразования его в электрический сигнал, обработки этого электрического сигнала и ретрансляции оптического сигнала.

Волоконно-оптические кабели переходят на поддержку сигналов до 10 Гбит / с. Обычно по мере увеличения пропускной способности оптоволоконного кабеля он становится дороже.

Типы оптоволоконных кабелей

Многомодовое волокно и одномодовое волокно - это два основных типа оптоволоконных кабелей. Одномодовое волокно используется на больших расстояниях из-за меньшего диаметра сердцевины из стекловолокна, что снижает возможность ослабления - снижение мощности сигнала.Меньшее отверстие изолирует свет в единый луч, что обеспечивает более прямой путь и позволяет сигналу проходить на большее расстояние. Одномодовое волокно также имеет значительно более широкую полосу пропускания, чем многомодовое волокно. Источником света, используемым для одномодового волокна, обычно является лазер. Одномодовое волокно обычно дороже, поскольку требует точных расчетов для получения лазерного света в меньшем отверстии.

Волоконно-оптический кабель

Многомодовое волокно используется для меньших расстояний, поскольку большее отверстие в сердечнике позволяет световым сигналам отражаться и отражаться в большей степени.Больший диаметр позволяет передавать по кабелю одновременно несколько световых импульсов, что приводит к большему объему передачи данных. Однако это также означает, что существует большая вероятность потери, уменьшения сигнала или помех. В многомодовой волоконной оптике обычно используется светодиод для создания светового импульса.

В то время как медные кабели были традиционным выбором для телекоммуникаций, сетей и кабельных соединений в течение многих лет, оптоволокно стало обычной альтернативой. Большинство междугородных линий телефонных компаний в настоящее время состоят из оптоволоконных кабелей.Оптическое волокно передает больше информации, чем обычный медный провод, благодаря более высокой пропускной способности и более высокой скорости. Поскольку стекло не проводит электричество, волоконная оптика не подвержена электромагнитным помехам, а потери сигнала сводятся к минимуму.

Двунаправленный DWDM

Преимущества и недостатки

Оптоволоконные кабели используются в основном из-за их преимуществ перед медными кабелями. Преимущества включают:

  • Поддержка более высокой пропускной способности.
  • Свет может распространяться дальше, не нуждаясь в усилении сигнала.
  • Они менее восприимчивы к помехам, например к электромагнитным помехам.
  • Их можно погружать в воду - оптоволоконные кабели используются в более опасных средах, таких как подводные кабели.
  • Волоконно-оптические кабели прочнее, тоньше и легче кабелей с медной проволокой.
  • Их не нужно так часто обслуживать или заменять.

Однако важно отметить, что у волоконной оптики есть недостатки, о которых пользователи должны знать.К этим недостаткам можно отнести:

  • Медный провод зачастую дешевле волоконной оптики.
  • Стекловолокно требует большей защиты внутри внешнего кабеля, чем медь.
  • Установка новой кабельной разводки трудоемка.
  • Оптоволоконные кабели зачастую более хрупкие. Например, волокна могут быть повреждены или сигнал может быть потерян, если кабель изогнут или изогнут вокруг радиуса в несколько сантиметров.

Используется волоконная оптика

Компьютерные сети - это распространенный вариант использования волоконной оптики из-за способности оптического волокна передавать данные и обеспечивать широкую полосу пропускания.Точно так же волоконная оптика часто используется в радиовещании и электронике, чтобы обеспечить лучшее соединение и производительность. Интернет и кабельное телевидение - два наиболее распространенных вида использования волоконной оптики. Волоконная оптика может быть установлена ​​для поддержки удаленных соединений между компьютерными сетями в разных местах.

Военная и космическая промышленность также использует оптическое волокно в качестве средства связи и передачи сигналов в дополнение к его способности обеспечивать измерение температуры.Оптоволоконные кабели могут быть полезны из-за их меньшего веса и меньшего размера.

Волоконная оптика часто используется в различных медицинских инструментах для обеспечения точного освещения. Он также все чаще позволяет использовать биомедицинские датчики, которые помогают в минимально инвазивных медицинских процедурах. Поскольку оптическое волокно не подвержено электромагнитным помехам, оно идеально подходит для различных тестов, таких как сканирование МРТ. Другие медицинские применения волоконной оптики включают рентгеновскую визуализацию, эндоскопию, световую терапию и хирургическую микроскопию.

Что такое оптоволоконная технология и как она работает?

06 Oct Что такое оптоволоконная технология и как она работает?

Хотя многие из нас слышали термин «волоконная оптика» или «оптоволоконная технология» для описания типа кабеля или технологии, использующей свет, немногие из нас действительно понимают, что это такое. Здесь мы описываем основы оптоволоконной технологии, ее назначение, особенности, преимущества и где мы ее используем сегодня.

Узнайте больше о кабельных сборках NAI Group для волоконной оптики

Что такое оптоволоконная технология?

Волоконно-оптические волокна или оптические волокна представляют собой длинные тонкие пряди тщательно вытянутого стекла диаметром с человеческий волос.Эти жилы скомпонованы в пучки, называемые оптическими кабелями. Мы полагаемся на них для передачи световых сигналов на большие расстояния.

В передающем источнике световые сигналы кодируются данными… теми же данными, которые вы видите на экране компьютера. Таким образом, оптическое волокно передает «данные» светом на приемный конец, где световой сигнал декодируется как данные. Следовательно, волоконная оптика на самом деле является средой передачи - «трубой» для передачи сигналов на большие расстояния с очень высокой скоростью.

Волоконно-оптические кабели были первоначально разработаны в 1950-х годах для эндоскопов.Цель заключалась в том, чтобы помочь врачам осмотреть пациента изнутри без серьезной хирургической операции. В 1960-х инженеры-телефонисты нашли способ использовать ту же технологию для передачи и приема телефонных звонков со «скоростью света». Это примерно 186 000 миль в секунду в вакууме, но в кабеле скорость снижается примерно до двух третей от этой скорости.

Как работает волоконная оптика?

Свет распространяется по оптоволоконному кабелю, многократно отражаясь от стенок кабеля. Каждая легкая частица (фотон) отражается по трубе с постоянным внутренним зеркальным отражением.

Световой луч проходит по сердцевине кабеля. Жила - это середина кабеля и стеклянной конструкции. Оболочка - это еще один слой стекла, обернутый вокруг сердцевины. Оболочка предназначена для удержания световых сигналов внутри сердечника.

Типы оптоволоконных кабелей

Оптоволоконные кабели различных типов

Существует много типов оптоволоконных кабелей, которые для выполнения своей функции часто заканчиваются в сборках оптоволоконных кабелей.

Одно- и многомодовое оптоволокно

Волоконно-оптические кабели передают световые сигналы в режимах. Режим - это путь, по которому световой луч следует по оптоволокну. Есть одномодовые и многомодовые оптоволоконные кабели.

Одномодовое волокно является самой простой структурой. Он содержит очень тонкую сердцевину, и все сигналы проходят прямо посередине, не отскакивая от краев. Одномодовые оптоволоконные кабели обычно используются для кабельного телевидения, Интернета и телефонной связи, где сигналы передаются по одномодовым волокнам, свернутым в жгут.

Многомодовые оптоволоконные кабели используются в качестве патч-кордов или «перемычек» для соединения оборудования передачи данных

Многомодовое волокно - это другой тип оптоволоконного кабеля. Это примерно в 10 раз больше, чем у одномодового кабеля. Световые лучи могут проходить через ядро, следуя множеством разных путей или в нескольких разных режимах. Эти типы кабелей могут передавать данные только на короткие расстояния. Поэтому они используются, среди других приложений, для соединения компьютерных сетей.

Существует четыре типа многомодовых оптоволоконных кабелей, обозначенных буквой «OM» (оптический многомодовый). Промышленная ассоциация обозначила их как OM1, OM2, OM3 и OM4. Они описаны в ISO / IEC 11801. Стандарт OM4 был одобрен TIA / EIA 492AAAD. Каждый OM имеет минимальные требования к модальной полосе пропускания.

Пленум

Кроме того, оптоволоконные кабели могут изготавливаться в соответствии с требованиями отраслевых стандартов для установки в вентиляционных камерах. Они используются внутри зданий со специальными материалами и составами для обшивки.Эти кабели, называемые «напорным кабелем», соответствуют требованиям к пламени и токсичности в случае пожара.

Одностороннее и дуплексное оптоволокно

Конструкции волоконно-оптических кабелей Simplex содержат одну жилу из стекла. Чаще всего симплексное волокно используется там, где требуется только одна линия передачи и / или приема между устройствами или когда используется мультиплексный сигнал данных (двунаправленная связь по одному волокну).

Дуплексный оптоволоконный кабель состоит из двух жил из стекла или пластика

Волоконно-оптический кабель на барабане с ящиками, с заделанными концами

волокна.Этот кабель, обычно имеющий конструкцию «zipcord», чаще всего используется для дуплексной связи между устройствами, где требуется раздельная передача и прием.

Другие применения оптоволоконных технологий

Помимо конструкций приточных кабелей, производители волоконно-оптических кабельных сборок создают:

  • «Сиамские» конструкции (два кабеля рядом, каждый со своей оболочкой)
  • гибридные кабели (с медными кабелями)
  • Связанные и составные кабельные конструкции, которые включают другие оптоволоконные, медные кабели, а иногда и силовые пары

Более короткие «соединительные кабели» или «оптоволоконные перемычки» используются для соединения различного электронного оборудования в серверной, телекоммуникационной или дата-центре.

Использование оптического волокна в повседневной жизни

Возможно, вы видели пластиковые волокна, несущие цветные огни в декоративных целях. Возможно, вы не видели настоящих стекловолоконных оптоволоконных кабелей, которые сейчас составляют основу наших коммуникационных и компьютерных сетей. Многие тысячи миль проложенного оптоволоконного кабеля несут множество типов информации под землей, в туннелях, стенах зданий, потолках и других местах, которых вы не видите. Примеры использования оптического волокна в нашей повседневной жизни включают такие приложения, как:

В последние годы появились и другие применения волоконной оптики.Волоконно-оптические кабели стали основой для MAN, WAN и LAN. Наблюдалась тенденция к приложениям «FTTX» или «Fiber to the XXXX». Это, например, Fiber до:

  • Дом (FTTH)
  • Бордюр (FTTC)
  • Помещение (FTTP)
  • Здание (FTTB)
  • Узел (FTTN)

Первоначально оптоволокно использовалось в основном в магистральных кабельных линиях, предназначенных для передачи сигналов в более крупные населенные районы. Со временем эти кабели распространились по домам, зданиям и т. Д., что привело к тенденции FTTX.

Как работает оптоволокно?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 10 января 2021 г.

Римляне, должно быть, были особенно Довольные собой в тот день, когда они изобрели свинцовые трубки около 2000 лет назад. Наконец они у них был простой способ переносить воду из одного места в другое. Представьте, что бы они сделали из современных оптоволоконных кабелей - «труб», которые может передавать телефонные звонки и электронную почту по всему миру за седьмую часть второй!

Фото: Световая труба: волоконная оптика означает направление световых лучей по тонким пластиковым или стеклянным нитям, заставляя их многократно отражаться от стен.Это смоделированное изображение. Обратите внимание, что в некоторых странах, включая Великобританию, Волоконная оптика пишется «волоконная оптика». Если вы ищете информацию в Интернете, она всегда стоит поискать оба варианта написания.

Что такое волоконная оптика?

Мы привыкли к тому, что информация путешествует по-разному. Когда мы говорим по стационарному телефону, проводной кабель несет звук из нашего голоса в розетку в стене, где другой кабель берет на местную телефонную станцию.Мобильные телефоны работают иначе способ: они отправляют и получают информацию с помощью невидимых радиоволны - а Технология называется беспроводной, потому что в ней не используются кабели. Волоконная оптика работает третий способ. Он отправляет информацию, закодированную в луче света вниз по стеклянной или пластиковой трубе. Первоначально он был разработан для эндоскопов в 1950-х, чтобы помочь врачам заглянуть внутрь человеческого тела без необходимости сначала разрежьте его. В 1960-х инженеры нашли способ использовать та же технология для передачи телефонных звонков со скоростью света (обычно это 186 000 миль или 300 000 км в секунду в вакууме, но замедляется примерно до двух третей от этой скорости в оптоволоконном кабеле).

Оптическая технология

Фото: Отрезок 144-жильного оптоволоконного кабеля. Каждая прядь сделана из оптически чистого стекла и тоньше человеческого волоса. Изображение Тех. Сержант. Брайан Дэвидсон, любезно предоставлено ВВС США.

Оптоволоконный кабель состоит из невероятно тонких жил. из стекла или пластика, известного как оптические волокна; один кабель может иметь всего два прядей или целых несколько сотен. Каждая прядь меньше в десять раз толщиной с человеческий волос и может принимать около 25000 телефонных звонков, Таким образом, весь оптоволоконный кабель может легко передать несколько миллионов звонков.Текущий рекорд для "одномодового" волокна (поясняется ниже): 178 терабит (триллион бит) в секунду - достаточно для 100 миллионов сеансов Zoom. (по словам эксперта по волокнам Джеффа Хехта)!

Волоконно-оптические кабели передают информацию между двумя местами, используя полностью оптическая (световая) технология. Предположим, вы хотели отправить информацию с вашего компьютера на дом друга по улице с помощью волоконной оптики. Вы можете подключить свой компьютер к лазеру, который преобразовал бы электрическую информацию из компьютера в серию световые импульсы.Затем вы запускаете лазер по оптоволоконному кабелю. После прохождения по кабелю световые лучи выходили на другой конец. Вашему другу понадобится фотоэлемент (светочувствительный компонент), чтобы превратить импульсы света обратно в электрическую информацию его или ее компьютер мог понять. Так что весь аппарат будет как действительно изящная высокотехнологичная версия телефона, который вы можете Сделай из двух банок для печёных бобов и отрезка бечевки!

Как работает оптоволокно

На фото: оптоволоконные кабели достаточно тонкие, чтобы их можно было изгибать, поэтому световые сигналы проходят внутрь по изогнутым путям.Фотография любезно предоставлена ​​Исследовательским центром Гленна НАСА. (НАСА-GRC).

Изображение: Полное внутреннее отражение удерживает световые лучи от внутренней части оптоволоконного кабеля.

Свет распространяется по оптоволоконному кабелю по многократно отскакивая от стен. Каждый крошечный фотон (частица света) прыгает по трубе, как бобслей, спускающийся по ледяной трассе. Теперь ваша очередь может ожидать луч света, путешествовать по прозрачной стеклянной трубе, чтобы просто просочиться через края.Но если свет падает на стекло под очень малым углом (менее 42 градусов), он снова отражается внутрь - как если бы стекло на самом деле было зеркалом. Этот явление называется полным внутренним отражением. Это одна из вещей, которая сохраняет свет внутри трубы.

Еще одна вещь, которая удерживает свет в трубе, - это структура кабель, состоящий из двух отдельных частей. Основная часть кабель - в середине - называется сердечником , и это бит свет проходит сквозь.На внешней стороне ядра обернут еще один слой стекла называется облицовкой . Работа облицовки - сохранить световые сигналы внутри активной зоны. Он может это сделать, потому что он сделан из различный вид стекла в сердцевине. (Технически облицовка имеет более низкий показатель преломления.)

Типы волоконно-оптических кабелей

Оптические волокна передают по ним световые сигналы в так называемых режимах . Звучит технически, но это просто означает разные способы путешествовать: мода - это просто путь, по которому световой луч следует вниз по волокну.Один режим чтобы пройти прямо по середине волокна. Другой - отразите волокно под небольшим углом. Другие режимы включают подпрыгивание вниз по волокну под другими углами, более или менее крутыми.

Иллюстрации: Вверху: свет по-разному распространяется в одномодовых и многомодовых волокнах. Внизу: внутри типичного одномодового оптоволоконного кабеля (не в масштабе). Тонкая сердцевина окружена оболочкой примерно в десять раз большего диаметра, пластиковым внешним покрытием (примерно в два раза больше диаметра оболочки), некоторыми укрепляющими волокнами из жесткого материала, такого как Kevlar®, с внешней защитной оболочкой снаружи.

Самый простой тип оптического волокна называется одномодовым . Он имеет очень тонкую сердцевину около 5-10 микрон (миллионных долей). метр) в диаметре. В одномодовом волокне все сигналы проходят прямо посередине, не отскакивая от краев (желтая линия в диаграмму). Кабельное ТВ, Интернет и телефонные сигналы обычно передаются по одномодовым волокна, свернутые в огромный пучок. Такие кабели могут отправлять информация на расстояние более 100 км (60 миль).

Другой тип оптоволоконного кабеля называется многорежимный .Каждое оптическое волокно в многомодовый кабель о 10 раз больше одного в одномодовом кабеле. Это означает, что световые лучи могут проходить через ядро, следуя Разновидность разные пути (желтые, оранжевые, синие и голубые линии) - другими словами, в несколько разных режимов. Многорежимные кабели могут отправлять только информацию на относительно короткие расстояния и используются (среди прочего) для соединить компьютерные сети вместе.

Еще более толстые волокна используются в медицинском инструменте под названием гастроскоп (разновидность эндоскопа), врачи протыкают кому-то горло, чтобы обнаружить внутри него болезни их желудок.Гастроскоп - это толстый оптоволоконный кабель, состоящий из многих оптических волокон. На верхнем конце гастроскопа есть окуляр и фонарь. Лампа направляет свой свет на одну часть кабеля в живот пациента. Когда свет достигает желудка, он отражается стенки желудка в линзу внизу кабеля. Затем он возвращается в другую часть кабель в окуляр врача. Другие типы эндоскопов работают так же способ и может использоваться для осмотра различных частей тела.Также есть промышленный вариант инструмента, называемый фиброскопом, который можно использовать исследовать такие вещи, как недоступные части оборудования в самолете двигатели.

Применение для волоконной оптики

Стрельба по трубе кажется изящной научной партийный трюк, и вы можете не подумать, что у этого есть много практических применений что-то вроде того. Но так же, как электричество может привести в действие многие типы машин, лучи света могут нести многие типы информация - так что они могут помочь нам во многих отношениях.Мы просто не замечаем насколько обычными стали оптоволоконные кабели, потому что лазерные сигналы, которые они несут, мерцают далеко под нашими ногами, глубоко под офисными этажами и улицами города. Технологии, использующие это - компьютерные сети, радиовещание, медицинское сканирование и военная техника (назвать всего четыре) - причем совершенно незаметно.

Фото: Работа с волоконно-оптическими кабелями. Изображение Натанаэля Каллона, любезно предоставлено ВВС США.

Компьютерные сети

Оптоволоконные кабели в настоящее время являются основным средством передачи информации на большие расстояния, поскольку у них есть три очень больших преимущества перед медными кабелями старого образца:

  • Меньшее затухание : (потеря сигнала) Информация распространяется примерно в 10 раз дальше, прежде чем ей потребуется усиление, что делает оптоволоконные сети более простыми и дешевыми в эксплуатации и обслуживании.
  • Без помех : В отличие от медных кабелей, между оптическими волокнами нет «перекрестных помех» (электромагнитных помех), поэтому они передают информацию более надежно и с лучшим качеством сигнала.
  • Более высокая пропускная способность : Как мы уже видели, оптоволоконные кабели могут передавать гораздо больше данных, чем медные кабели того же диаметра.

Вы сейчас читаете эти слова благодаря Интернет. Вы наверняка наткнулись на эту страницу с поисковой системой как Google, который управляет всемирной сетью гигантских центров обработки данных соединены оптоволоконными кабелями большой емкости (и сейчас пытается развернуть быстрые оптоволоконные соединения для остальных из нас).Нажав на ссылку на поисковую систему, вы загрузили эту веб-страницу из моей сети сервер и мои слова просвистели большую часть пути к вам вниз больше волоконно-оптические кабели. Действительно, если вы используете быстрый оптоволоконный широкополосные, оптоволоконные кабели делают почти всю работу каждый раз вы выходите в интернет. При большинстве высокоскоростных широкополосных подключений только последний этап информационного пути (так называемый "последний миля "от оптоволоконного шкафа на улице до дома или квартира) подразумевает старомодные провода.Это оптоволоконные кабели, не медные провода, которые теперь несут "лайки" и "твиты" под наши улицы, через все большее количество сельских районов, и даже глубоко под океанами, соединяющими континенты. Если вы представите себе Интернет (и Всемирная паутина, которая использует его) как глобальная паутина, скрепляющие ее нити - оптоволоконные кабели; по некоторым оценкам, оптоволоконные кабели покрывают более 99 процентов от общего пробега Интернета, и переносят более 99 процентов всего международного коммуникационного трафика.

Чем быстрее люди получают доступ в Интернет, тем больше они могут - и будут - делать в сети. Прибытие из широкополосный Интернет сделал возможным явление облачных вычислений (где люди хранят и обрабатывают свои данные удаленно, используя онлайн вместо домашнего или рабочего ПК в собственном помещении). В примерно так же стабильное развертывание широкополосного оптоволокна (обычно В 5–10 раз быстрее, чем обычный широкополосный DSL, который использует обычные телефонные линии) сделают это гораздо более обычным для люди занимаются такими вещами, как потоковое воспроизведение фильмов в Интернете, вместо того, чтобы смотреть транслировать ТВ или брать напрокат DVD.С большей пропускной способностью волокна и быстрее связи, мы будем отслеживать и контролировать многие другие аспекты наша жизнь в сети с использованием так называемого Интернета вещей.

Но не только общедоступные интернет-данные течет по оптоволоконным линиям. Когда-то компьютеры были подключены к на большие расстояния по телефонным линиям или (на более короткие расстояния) по меди Кабели Ethernet, но все чаще предпочтительнее оптоволоконные кабели метод объединения компьютеров в сеть, потому что они очень доступны, безопасны, надежны и имеют гораздо большую вместимость.Вместо того, чтобы связывать офисов через общедоступный Интернет, это вполне возможно для компания для создания собственной оптоволоконной сети (если она может себе это позволить) или (что более вероятно) купить место в частной оптоволоконной сети. Многие частные компьютерные сети работают на так называемом темном волокне , которое звучит немного зловеще, но это просто неиспользованная емкость другого сеть (оптические волокна ожидают включения).

Интернет был продуман так, чтобы вид информации для любого использования; это не ограничивается ношением компьютерные данные.Когда-то по телефонным линиям выходил Интернет, теперь вместо этого через оптоволоконный Интернет можно звонить по телефону (и Skype). Там, где когда-то телефонные звонки направлялись по сложному лоскутному одеянию медные кабели и микроволновые линии между городами, самые дальние теперь звонки направляются по оптоволоконным линиям. С 1980-х годов было уложено огромное количество волокна; оценки сильно разнятся, но считается, что общая мировая длина составляет несколько сотен миллионов километров (достаточно, чтобы пересечь Соединенные Штаты примерно миллион раз).В середине 2000-х годов было подсчитано, что до 98 процентов этого количества было неиспользованным «темным волокном»; Сегодня, хотя используется гораздо больше волокон, все еще считается, что большинство сетей содержат от трети до половины темного волокна.

Фото: Оптоволоконные сети дороги в строительстве (в основном потому, что рыть улицы стоит очень дорого). Поскольку затраты на рабочую силу и строительство намного дороже, чем сам кабель, многие сетевые операторы сознательно прокладывают намного больше кабеля, чем им нужно в настоящее время.Изображение Криса Уиллиса любезно предоставлено ВВС США.

Радиовещание

Еще в начале 20 века радио и Телевещание родилось из относительно простой идеи: это было технически довольно легко стрелять электромагнитными волнами по воздуху от одного передатчика (на радиостанции) до тысяч антенн в домах людей. В наши дни, когда радио все еще работает в воздухе, мы с такой же вероятностью ТВ через оптоволоконный кабель.

компании кабельного телевидения первыми перешли от с 1950-х годов, первоначально использовались коаксиальные кабели (медные кабели с металлической оболочкой, обернутой вокруг них для предотвращения перекрестных помех), по которым передавалось лишь небольшое количество аналоговых телевизионных сигналов.По мере того как все больше и больше людей подключаются к кабелю, и сети начинают предлагать больший выбор каналов и программ, кабельные операторы сочли необходимо перейти с коаксиальных кабелей на оптоволокно и с аналогово-цифровое вещание. К счастью, ученые уже выясняли, как это могло быть возможно; еще в 1966 году, Чарльз Као (и его коллега Джордж Хокхэм) посчитали, доказав, как одиночный оптоволоконный кабель может несут достаточно данных для нескольких сотен телеканалов (или нескольких сотен тысяч телефонных звонков).Это был лишь вопрос времени, когда мир кабельного телевидения обратил на это внимание - и «новаторское достижение» Као было должным образом признано когда ему была присуждена Нобелевская премия по физике 2009 года.

Помимо гораздо большей емкости, оптический волокна меньше страдают от помех, поэтому обеспечивают лучший сигнал (рисунок и звук) качество; они нуждаются в меньшем усилении для усиления сигналов, поэтому они путешествуют на большие расстояния; и они вообще дороже эффективный. В будущем оптоволоконный широкополосный доступ может стать большинство из нас смотрят телевизор, возможно, через такие системы, как IPTV (телевидение по Интернет-протоколу), в которых используется Стандартный способ передачи данных в Интернете ("коммутация пакетов") в подавать телепрограммы и фильмы по запросу.Пока медный телефон линия по-прежнему является основным информационным маршрутом в дома многих людей, в будущем нашим основным соединением с миром станет высокоскоростной оптоволоконный кабель. кабель, несущий любую информацию.

Медицина

Медицинские гаджеты, которые могут помочь врачам сориентироваться внутри наших тел, не разрезая их, были первыми собственными применение волоконной оптики более полувека назад. Сегодня, гастроскопы (как их еще называют) так же важны, как и когда-либо, но волоконная оптика продолжает порождать важные новые формы медицинское сканирование и диагностика.

Одной из последних разработок называется лаборатория на волокно , и включает в себя вставку тонких волоконно-оптических кабелей с встроенные датчики в тело пациента. Эти виды волокон аналогичны по масштабу кабелям связи и тоньше относительно короткие световоды, используемые в гастроскопах. Как они Работа? Через них проходит свет от лампы или лазера, через деталь. тела, который доктор хочет изучить. Когда свет проникает сквозь волокна, тело пациента изменяет свои свойства в определенных способ (очень незначительное изменение интенсивности или длины волны света, возможно).Измеряя изменение света (используя методы например, интерферометрия), инструмент, прикрепленный к другому концу волокно может измерить некоторые важные аспекты того, как тело пациента работает, например, их температура, артериальное давление, pH клеток, или наличие лекарств в их кровотоке. Другими словами, вместо того, чтобы просто использовать свет, чтобы заглянуть внутрь тела пациента, это Тип оптоволоконного кабеля использует свет, чтобы его воспринимать или измерять.

Военный

Фото: Волоконная оптика на поле боя.У этой усовершенствованной оптоволоконной управляемой ракеты (EFOG-M) есть инфракрасная оптоволоконная камера, установленная в носу, чтобы стрелок, стреляющий по ней, мог видеть, куда она движется. Изображение любезно предоставлено Армия США.

Легко представить пользователей Интернета, связанных вместе гигантскими паутинами оптоволоконных кабелей; это гораздо менее очевидно что высокотехнологичные вооруженные силы мира связаны таким же образом. Волоконно-оптические кабели недорогие, тонкие, легкие, емкие, устойчивы к атакам и чрезвычайно безопасны, поэтому они предлагают идеальные способы подключения военных баз и других объектов, таких как ракетные стартовые площадки и радиолокационные станции.Поскольку они не переносят электрические сигналы, они не излучают электромагнитные излучение, которое может обнаружить противник, и они устойчивы к электромагнитные помехи (в том числе систематическое «глушение» противника атаки). Еще одно преимущество - относительно легкий вес волокна. кабели по сравнению с традиционными проводами из громоздких и дорогих медь металлическая. Танки, военные самолеты и вертолеты есть все постепенно переходят с металлических кабелей на оптоволоконные. Частично речь идет о сокращении затрат и экономии веса (оптоволоконные кабели весят почти 90 процентов меньше, чем у сопоставимых медных кабелей типа «витая пара»).Но это также повышает надежность; например, в отличие от традиционных кабелей на самолете, которые должны быть тщательно экранированы (изолированы) для защиты им против ударов молнии, оптические волокна полностью невосприимчивы к такой проблеме.

Кто изобрел волоконную оптику?

  • 1840-е годы: швейцарский физик Даниэль Колладон (1802–1893) обнаружил, что может светить светом через водопроводную трубу. Вода несла свет внутреннее отражение.
  • 1870: Ирландский физик Джон Тиндалл. (1820–1893) продемонстрировал внутреннюю рефлексию в Лондонском Королевском обществе.Он светил в кувшин с водой. Когда он налил немного воды из кувшина, свет изогнулся, следуя по пути воды. Эта идея "изгиба" свет »- это именно то, что происходит в волоконной оптике. Хотя Colladon Истинный дедушка волоконной оптики, Тиндаль часто заслуживает уважения.
  • 1930-е годы: Генрих Ламм и Вальтер Герлах , два Немецкие студенты пытались использовать световые трубки для изготовления гастроскопа - инструмент для заглядывания в чей-то желудок.
  • 1950-е: в Лондоне, Англия, индийский физик. Нариндер Капани (1926–2021) и британский физик Гарольд Хопкинс (1918–1994) удалось отправить простую картинку по световой трубе, сделанной из тысяч стеклянных волокон. После публикации множества научных работ Капани заработал репутацию «отец волоконной оптики».
  • 1957: Трое американских ученых из Мичиганского университета, Лоуренс Кертисс , Бэзил Хиршовиц и Уилбур Петерс, успешно использовали волоконно-оптическую технологию для создания первого в мире гастроскопа.
  • 1960-е годы: американский физик китайского происхождения Чарльз Као (1933–2018) и его коллега Джордж Хокхэм осознали, что нечистое стекло бесполезно для волоконной оптики дальнего действия. Као предположил, что оптоволоконный кабель, сделанный из очень чистого стекла, сможет передавать телефонные сигналы на гораздо большие расстояния, и был награжден премией. Нобелевская премия по физике 2009 г. за это новаторское открытие.
  • 1960-е годы: исследователи из Corning Glass Company создали первый оптоволоконный кабель, способный нести телефонные сигналы.
  • ~ 1970: Дональд Кек и его коллеги из Corning нашли способы посылать сигналы намного дальше (с меньшими потерями), что побудило разработка первых оптических волокон с низкими потерями.
  • 1977: Первый оптоволоконный телефонный кабель был проложен между Лонг-Бич и Артезией, Калифорния.
  • 1988: Первый трансатлантический оптоволоконный телефонный кабель TAT8 был проложен между США, Францией и Великобританией.
  • 2020: Согласно TeleGeography, в настоящее время существует около 406 подводных волоконно-оптических кабелей. (несущие коммуникации под мировым океаном), протяженностью в общей сложности 1.2 миллиона км (0,7 миллиона миль). Это больше, чем в 2019 году, когда было 378 кабелей, хотя общее пройденное расстояние, по-видимому, осталось прежним.

Как работает оптоволокно?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 10 января 2021 г.

Римляне, должно быть, были особенно Довольные собой в тот день, когда они изобрели свинцовые трубки около 2000 лет назад. Наконец они у них был простой способ переносить воду из одного места в другое. Представьте, что бы они сделали из современных оптоволоконных кабелей - «труб», которые может передавать телефонные звонки и электронную почту по всему миру за седьмую часть второй!

Фото: Световая труба: волоконная оптика означает направление световых лучей по тонким пластиковым или стеклянным нитям, заставляя их многократно отражаться от стен.Это смоделированное изображение. Обратите внимание, что в некоторых странах, включая Великобританию, Волоконная оптика пишется «волоконная оптика». Если вы ищете информацию в Интернете, она всегда стоит поискать оба варианта написания.

Что такое волоконная оптика?

Мы привыкли к тому, что информация путешествует по-разному. Когда мы говорим по стационарному телефону, проводной кабель несет звук из нашего голоса в розетку в стене, где другой кабель берет на местную телефонную станцию.Мобильные телефоны работают иначе способ: они отправляют и получают информацию с помощью невидимых радиоволны - а Технология называется беспроводной, потому что в ней не используются кабели. Волоконная оптика работает третий способ. Он отправляет информацию, закодированную в луче света вниз по стеклянной или пластиковой трубе. Первоначально он был разработан для эндоскопов в 1950-х, чтобы помочь врачам заглянуть внутрь человеческого тела без необходимости сначала разрежьте его. В 1960-х инженеры нашли способ использовать та же технология для передачи телефонных звонков со скоростью света (обычно это 186 000 миль или 300 000 км в секунду в вакууме, но замедляется примерно до двух третей от этой скорости в оптоволоконном кабеле).

Оптическая технология

Фото: Отрезок 144-жильного оптоволоконного кабеля. Каждая прядь сделана из оптически чистого стекла и тоньше человеческого волоса. Изображение Тех. Сержант. Брайан Дэвидсон, любезно предоставлено ВВС США.

Оптоволоконный кабель состоит из невероятно тонких жил. из стекла или пластика, известного как оптические волокна; один кабель может иметь всего два прядей или целых несколько сотен. Каждая прядь меньше в десять раз толщиной с человеческий волос и может принимать около 25000 телефонных звонков, Таким образом, весь оптоволоконный кабель может легко передать несколько миллионов звонков.Текущий рекорд для "одномодового" волокна (поясняется ниже): 178 терабит (триллион бит) в секунду - достаточно для 100 миллионов сеансов Zoom. (по словам эксперта по волокнам Джеффа Хехта)!

Волоконно-оптические кабели передают информацию между двумя местами, используя полностью оптическая (световая) технология. Предположим, вы хотели отправить информацию с вашего компьютера на дом друга по улице с помощью волоконной оптики. Вы можете подключить свой компьютер к лазеру, который преобразовал бы электрическую информацию из компьютера в серию световые импульсы.Затем вы запускаете лазер по оптоволоконному кабелю. После прохождения по кабелю световые лучи выходили на другой конец. Вашему другу понадобится фотоэлемент (светочувствительный компонент), чтобы превратить импульсы света обратно в электрическую информацию его или ее компьютер мог понять. Так что весь аппарат будет как действительно изящная высокотехнологичная версия телефона, который вы можете Сделай из двух банок для печёных бобов и отрезка бечевки!

Как работает оптоволокно

На фото: оптоволоконные кабели достаточно тонкие, чтобы их можно было изгибать, поэтому световые сигналы проходят внутрь по изогнутым путям.Фотография любезно предоставлена ​​Исследовательским центром Гленна НАСА. (НАСА-GRC).

Изображение: Полное внутреннее отражение удерживает световые лучи от внутренней части оптоволоконного кабеля.

Свет распространяется по оптоволоконному кабелю по многократно отскакивая от стен. Каждый крошечный фотон (частица света) прыгает по трубе, как бобслей, спускающийся по ледяной трассе. Теперь ваша очередь может ожидать луч света, путешествовать по прозрачной стеклянной трубе, чтобы просто просочиться через края.Но если свет падает на стекло под очень малым углом (менее 42 градусов), он снова отражается внутрь - как если бы стекло на самом деле было зеркалом. Этот явление называется полным внутренним отражением. Это одна из вещей, которая сохраняет свет внутри трубы.

Еще одна вещь, которая удерживает свет в трубе, - это структура кабель, состоящий из двух отдельных частей. Основная часть кабель - в середине - называется сердечником , и это бит свет проходит сквозь.На внешней стороне ядра обернут еще один слой стекла называется облицовкой . Работа облицовки - сохранить световые сигналы внутри активной зоны. Он может это сделать, потому что он сделан из различный вид стекла в сердцевине. (Технически облицовка имеет более низкий показатель преломления.)

Типы волоконно-оптических кабелей

Оптические волокна передают по ним световые сигналы в так называемых режимах . Звучит технически, но это просто означает разные способы путешествовать: мода - это просто путь, по которому световой луч следует вниз по волокну.Один режим чтобы пройти прямо по середине волокна. Другой - отразите волокно под небольшим углом. Другие режимы включают подпрыгивание вниз по волокну под другими углами, более или менее крутыми.

Иллюстрации: Вверху: свет по-разному распространяется в одномодовых и многомодовых волокнах. Внизу: внутри типичного одномодового оптоволоконного кабеля (не в масштабе). Тонкая сердцевина окружена оболочкой примерно в десять раз большего диаметра, пластиковым внешним покрытием (примерно в два раза больше диаметра оболочки), некоторыми укрепляющими волокнами из жесткого материала, такого как Kevlar®, с внешней защитной оболочкой снаружи.

Самый простой тип оптического волокна называется одномодовым . Он имеет очень тонкую сердцевину около 5-10 микрон (миллионных долей). метр) в диаметре. В одномодовом волокне все сигналы проходят прямо посередине, не отскакивая от краев (желтая линия в диаграмму). Кабельное ТВ, Интернет и телефонные сигналы обычно передаются по одномодовым волокна, свернутые в огромный пучок. Такие кабели могут отправлять информация на расстояние более 100 км (60 миль).

Другой тип оптоволоконного кабеля называется многорежимный .Каждое оптическое волокно в многомодовый кабель о 10 раз больше одного в одномодовом кабеле. Это означает, что световые лучи могут проходить через ядро, следуя Разновидность разные пути (желтые, оранжевые, синие и голубые линии) - другими словами, в несколько разных режимов. Многорежимные кабели могут отправлять только информацию на относительно короткие расстояния и используются (среди прочего) для соединить компьютерные сети вместе.

Еще более толстые волокна используются в медицинском инструменте под названием гастроскоп (разновидность эндоскопа), врачи протыкают кому-то горло, чтобы обнаружить внутри него болезни их желудок.Гастроскоп - это толстый оптоволоконный кабель, состоящий из многих оптических волокон. На верхнем конце гастроскопа есть окуляр и фонарь. Лампа направляет свой свет на одну часть кабеля в живот пациента. Когда свет достигает желудка, он отражается стенки желудка в линзу внизу кабеля. Затем он возвращается в другую часть кабель в окуляр врача. Другие типы эндоскопов работают так же способ и может использоваться для осмотра различных частей тела.Также есть промышленный вариант инструмента, называемый фиброскопом, который можно использовать исследовать такие вещи, как недоступные части оборудования в самолете двигатели.

Применение для волоконной оптики

Стрельба по трубе кажется изящной научной партийный трюк, и вы можете не подумать, что у этого есть много практических применений что-то вроде того. Но так же, как электричество может привести в действие многие типы машин, лучи света могут нести многие типы информация - так что они могут помочь нам во многих отношениях.Мы просто не замечаем насколько обычными стали оптоволоконные кабели, потому что лазерные сигналы, которые они несут, мерцают далеко под нашими ногами, глубоко под офисными этажами и улицами города. Технологии, использующие это - компьютерные сети, радиовещание, медицинское сканирование и военная техника (назвать всего четыре) - причем совершенно незаметно.

Фото: Работа с волоконно-оптическими кабелями. Изображение Натанаэля Каллона, любезно предоставлено ВВС США.

Компьютерные сети

Оптоволоконные кабели в настоящее время являются основным средством передачи информации на большие расстояния, поскольку у них есть три очень больших преимущества перед медными кабелями старого образца:

  • Меньшее затухание : (потеря сигнала) Информация распространяется примерно в 10 раз дальше, прежде чем ей потребуется усиление, что делает оптоволоконные сети более простыми и дешевыми в эксплуатации и обслуживании.
  • Без помех : В отличие от медных кабелей, между оптическими волокнами нет «перекрестных помех» (электромагнитных помех), поэтому они передают информацию более надежно и с лучшим качеством сигнала.
  • Более высокая пропускная способность : Как мы уже видели, оптоволоконные кабели могут передавать гораздо больше данных, чем медные кабели того же диаметра.

Вы сейчас читаете эти слова благодаря Интернет. Вы наверняка наткнулись на эту страницу с поисковой системой как Google, который управляет всемирной сетью гигантских центров обработки данных соединены оптоволоконными кабелями большой емкости (и сейчас пытается развернуть быстрые оптоволоконные соединения для остальных из нас).Нажав на ссылку на поисковую систему, вы загрузили эту веб-страницу из моей сети сервер и мои слова просвистели большую часть пути к вам вниз больше волоконно-оптические кабели. Действительно, если вы используете быстрый оптоволоконный широкополосные, оптоволоконные кабели делают почти всю работу каждый раз вы выходите в интернет. При большинстве высокоскоростных широкополосных подключений только последний этап информационного пути (так называемый "последний миля "от оптоволоконного шкафа на улице до дома или квартира) подразумевает старомодные провода.Это оптоволоконные кабели, не медные провода, которые теперь несут "лайки" и "твиты" под наши улицы, через все большее количество сельских районов, и даже глубоко под океанами, соединяющими континенты. Если вы представите себе Интернет (и Всемирная паутина, которая использует его) как глобальная паутина, скрепляющие ее нити - оптоволоконные кабели; по некоторым оценкам, оптоволоконные кабели покрывают более 99 процентов от общего пробега Интернета, и переносят более 99 процентов всего международного коммуникационного трафика.

Чем быстрее люди получают доступ в Интернет, тем больше они могут - и будут - делать в сети. Прибытие из широкополосный Интернет сделал возможным явление облачных вычислений (где люди хранят и обрабатывают свои данные удаленно, используя онлайн вместо домашнего или рабочего ПК в собственном помещении). В примерно так же стабильное развертывание широкополосного оптоволокна (обычно В 5–10 раз быстрее, чем обычный широкополосный DSL, который использует обычные телефонные линии) сделают это гораздо более обычным для люди занимаются такими вещами, как потоковое воспроизведение фильмов в Интернете, вместо того, чтобы смотреть транслировать ТВ или брать напрокат DVD.С большей пропускной способностью волокна и быстрее связи, мы будем отслеживать и контролировать многие другие аспекты наша жизнь в сети с использованием так называемого Интернета вещей.

Но не только общедоступные интернет-данные течет по оптоволоконным линиям. Когда-то компьютеры были подключены к на большие расстояния по телефонным линиям или (на более короткие расстояния) по меди Кабели Ethernet, но все чаще предпочтительнее оптоволоконные кабели метод объединения компьютеров в сеть, потому что они очень доступны, безопасны, надежны и имеют гораздо большую вместимость.Вместо того, чтобы связывать офисов через общедоступный Интернет, это вполне возможно для компания для создания собственной оптоволоконной сети (если она может себе это позволить) или (что более вероятно) купить место в частной оптоволоконной сети. Многие частные компьютерные сети работают на так называемом темном волокне , которое звучит немного зловеще, но это просто неиспользованная емкость другого сеть (оптические волокна ожидают включения).

Интернет был продуман так, чтобы вид информации для любого использования; это не ограничивается ношением компьютерные данные.Когда-то по телефонным линиям выходил Интернет, теперь вместо этого через оптоволоконный Интернет можно звонить по телефону (и Skype). Там, где когда-то телефонные звонки направлялись по сложному лоскутному одеянию медные кабели и микроволновые линии между городами, самые дальние теперь звонки направляются по оптоволоконным линиям. С 1980-х годов было уложено огромное количество волокна; оценки сильно разнятся, но считается, что общая мировая длина составляет несколько сотен миллионов километров (достаточно, чтобы пересечь Соединенные Штаты примерно миллион раз).В середине 2000-х годов было подсчитано, что до 98 процентов этого количества было неиспользованным «темным волокном»; Сегодня, хотя используется гораздо больше волокон, все еще считается, что большинство сетей содержат от трети до половины темного волокна.

Фото: Оптоволоконные сети дороги в строительстве (в основном потому, что рыть улицы стоит очень дорого). Поскольку затраты на рабочую силу и строительство намного дороже, чем сам кабель, многие сетевые операторы сознательно прокладывают намного больше кабеля, чем им нужно в настоящее время.Изображение Криса Уиллиса любезно предоставлено ВВС США.

Радиовещание

Еще в начале 20 века радио и Телевещание родилось из относительно простой идеи: это было технически довольно легко стрелять электромагнитными волнами по воздуху от одного передатчика (на радиостанции) до тысяч антенн в домах людей. В наши дни, когда радио все еще работает в воздухе, мы с такой же вероятностью ТВ через оптоволоконный кабель.

компании кабельного телевидения первыми перешли от с 1950-х годов, первоначально использовались коаксиальные кабели (медные кабели с металлической оболочкой, обернутой вокруг них для предотвращения перекрестных помех), по которым передавалось лишь небольшое количество аналоговых телевизионных сигналов.По мере того как все больше и больше людей подключаются к кабелю, и сети начинают предлагать больший выбор каналов и программ, кабельные операторы сочли необходимо перейти с коаксиальных кабелей на оптоволокно и с аналогово-цифровое вещание. К счастью, ученые уже выясняли, как это могло быть возможно; еще в 1966 году, Чарльз Као (и его коллега Джордж Хокхэм) посчитали, доказав, как одиночный оптоволоконный кабель может несут достаточно данных для нескольких сотен телеканалов (или нескольких сотен тысяч телефонных звонков).Это был лишь вопрос времени, когда мир кабельного телевидения обратил на это внимание - и «новаторское достижение» Као было должным образом признано когда ему была присуждена Нобелевская премия по физике 2009 года.

Помимо гораздо большей емкости, оптический волокна меньше страдают от помех, поэтому обеспечивают лучший сигнал (рисунок и звук) качество; они нуждаются в меньшем усилении для усиления сигналов, поэтому они путешествуют на большие расстояния; и они вообще дороже эффективный. В будущем оптоволоконный широкополосный доступ может стать большинство из нас смотрят телевизор, возможно, через такие системы, как IPTV (телевидение по Интернет-протоколу), в которых используется Стандартный способ передачи данных в Интернете ("коммутация пакетов") в подавать телепрограммы и фильмы по запросу.Пока медный телефон линия по-прежнему является основным информационным маршрутом в дома многих людей, в будущем нашим основным соединением с миром станет высокоскоростной оптоволоконный кабель. кабель, несущий любую информацию.

Медицина

Медицинские гаджеты, которые могут помочь врачам сориентироваться внутри наших тел, не разрезая их, были первыми собственными применение волоконной оптики более полувека назад. Сегодня, гастроскопы (как их еще называют) так же важны, как и когда-либо, но волоконная оптика продолжает порождать важные новые формы медицинское сканирование и диагностика.

Одной из последних разработок называется лаборатория на волокно , и включает в себя вставку тонких волоконно-оптических кабелей с встроенные датчики в тело пациента. Эти виды волокон аналогичны по масштабу кабелям связи и тоньше относительно короткие световоды, используемые в гастроскопах. Как они Работа? Через них проходит свет от лампы или лазера, через деталь. тела, который доктор хочет изучить. Когда свет проникает сквозь волокна, тело пациента изменяет свои свойства в определенных способ (очень незначительное изменение интенсивности или длины волны света, возможно).Измеряя изменение света (используя методы например, интерферометрия), инструмент, прикрепленный к другому концу волокно может измерить некоторые важные аспекты того, как тело пациента работает, например, их температура, артериальное давление, pH клеток, или наличие лекарств в их кровотоке. Другими словами, вместо того, чтобы просто использовать свет, чтобы заглянуть внутрь тела пациента, это Тип оптоволоконного кабеля использует свет, чтобы его воспринимать или измерять.

Военный

Фото: Волоконная оптика на поле боя.У этой усовершенствованной оптоволоконной управляемой ракеты (EFOG-M) есть инфракрасная оптоволоконная камера, установленная в носу, чтобы стрелок, стреляющий по ней, мог видеть, куда она движется. Изображение любезно предоставлено Армия США.

Легко представить пользователей Интернета, связанных вместе гигантскими паутинами оптоволоконных кабелей; это гораздо менее очевидно что высокотехнологичные вооруженные силы мира связаны таким же образом. Волоконно-оптические кабели недорогие, тонкие, легкие, емкие, устойчивы к атакам и чрезвычайно безопасны, поэтому они предлагают идеальные способы подключения военных баз и других объектов, таких как ракетные стартовые площадки и радиолокационные станции.Поскольку они не переносят электрические сигналы, они не излучают электромагнитные излучение, которое может обнаружить противник, и они устойчивы к электромагнитные помехи (в том числе систематическое «глушение» противника атаки). Еще одно преимущество - относительно легкий вес волокна. кабели по сравнению с традиционными проводами из громоздких и дорогих медь металлическая. Танки, военные самолеты и вертолеты есть все постепенно переходят с металлических кабелей на оптоволоконные. Частично речь идет о сокращении затрат и экономии веса (оптоволоконные кабели весят почти 90 процентов меньше, чем у сопоставимых медных кабелей типа «витая пара»).Но это также повышает надежность; например, в отличие от традиционных кабелей на самолете, которые должны быть тщательно экранированы (изолированы) для защиты им против ударов молнии, оптические волокна полностью невосприимчивы к такой проблеме.

Кто изобрел волоконную оптику?

  • 1840-е годы: швейцарский физик Даниэль Колладон (1802–1893) обнаружил, что может светить светом через водопроводную трубу. Вода несла свет внутреннее отражение.
  • 1870: Ирландский физик Джон Тиндалл. (1820–1893) продемонстрировал внутреннюю рефлексию в Лондонском Королевском обществе.Он светил в кувшин с водой. Когда он налил немного воды из кувшина, свет изогнулся, следуя по пути воды. Эта идея "изгиба" свет »- это именно то, что происходит в волоконной оптике. Хотя Colladon Истинный дедушка волоконной оптики, Тиндаль часто заслуживает уважения.
  • 1930-е годы: Генрих Ламм и Вальтер Герлах , два Немецкие студенты пытались использовать световые трубки для изготовления гастроскопа - инструмент для заглядывания в чей-то желудок.
  • 1950-е: в Лондоне, Англия, индийский физик. Нариндер Капани (1926–2021) и британский физик Гарольд Хопкинс (1918–1994) удалось отправить простую картинку по световой трубе, сделанной из тысяч стеклянных волокон. После публикации множества научных работ Капани заработал репутацию «отец волоконной оптики».
  • 1957: Трое американских ученых из Мичиганского университета, Лоуренс Кертисс , Бэзил Хиршовиц и Уилбур Петерс, успешно использовали волоконно-оптическую технологию для создания первого в мире гастроскопа.
  • 1960-е годы: американский физик китайского происхождения Чарльз Као (1933–2018) и его коллега Джордж Хокхэм осознали, что нечистое стекло бесполезно для волоконной оптики дальнего действия. Као предположил, что оптоволоконный кабель, сделанный из очень чистого стекла, сможет передавать телефонные сигналы на гораздо большие расстояния, и был награжден премией. Нобелевская премия по физике 2009 г. за это новаторское открытие.
  • 1960-е годы: исследователи из Corning Glass Company создали первый оптоволоконный кабель, способный нести телефонные сигналы.
  • ~ 1970: Дональд Кек и его коллеги из Corning нашли способы посылать сигналы намного дальше (с меньшими потерями), что побудило разработка первых оптических волокон с низкими потерями.
  • 1977: Первый оптоволоконный телефонный кабель был проложен между Лонг-Бич и Артезией, Калифорния.
  • 1988: Первый трансатлантический оптоволоконный телефонный кабель TAT8 был проложен между США, Францией и Великобританией.
  • 2020: Согласно TeleGeography, в настоящее время существует около 406 подводных волоконно-оптических кабелей. (несущие коммуникации под мировым океаном), протяженностью в общей сложности 1.2 миллиона км (0,7 миллиона миль). Это больше, чем в 2019 году, когда было 378 кабелей, хотя общее пройденное расстояние, по-видимому, осталось прежним.

Как работает оптоволокно?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 10 января 2021 г.

Римляне, должно быть, были особенно Довольные собой в тот день, когда они изобрели свинцовые трубки около 2000 лет назад. Наконец они у них был простой способ переносить воду из одного места в другое. Представьте, что бы они сделали из современных оптоволоконных кабелей - «труб», которые может передавать телефонные звонки и электронную почту по всему миру за седьмую часть второй!

Фото: Световая труба: волоконная оптика означает направление световых лучей по тонким пластиковым или стеклянным нитям, заставляя их многократно отражаться от стен.Это смоделированное изображение. Обратите внимание, что в некоторых странах, включая Великобританию, Волоконная оптика пишется «волоконная оптика». Если вы ищете информацию в Интернете, она всегда стоит поискать оба варианта написания.

Что такое волоконная оптика?

Мы привыкли к тому, что информация путешествует по-разному. Когда мы говорим по стационарному телефону, проводной кабель несет звук из нашего голоса в розетку в стене, где другой кабель берет на местную телефонную станцию.Мобильные телефоны работают иначе способ: они отправляют и получают информацию с помощью невидимых радиоволны - а Технология называется беспроводной, потому что в ней не используются кабели. Волоконная оптика работает третий способ. Он отправляет информацию, закодированную в луче света вниз по стеклянной или пластиковой трубе. Первоначально он был разработан для эндоскопов в 1950-х, чтобы помочь врачам заглянуть внутрь человеческого тела без необходимости сначала разрежьте его. В 1960-х инженеры нашли способ использовать та же технология для передачи телефонных звонков со скоростью света (обычно это 186 000 миль или 300 000 км в секунду в вакууме, но замедляется примерно до двух третей от этой скорости в оптоволоконном кабеле).

Оптическая технология

Фото: Отрезок 144-жильного оптоволоконного кабеля. Каждая прядь сделана из оптически чистого стекла и тоньше человеческого волоса. Изображение Тех. Сержант. Брайан Дэвидсон, любезно предоставлено ВВС США.

Оптоволоконный кабель состоит из невероятно тонких жил. из стекла или пластика, известного как оптические волокна; один кабель может иметь всего два прядей или целых несколько сотен. Каждая прядь меньше в десять раз толщиной с человеческий волос и может принимать около 25000 телефонных звонков, Таким образом, весь оптоволоконный кабель может легко передать несколько миллионов звонков.Текущий рекорд для "одномодового" волокна (поясняется ниже): 178 терабит (триллион бит) в секунду - достаточно для 100 миллионов сеансов Zoom. (по словам эксперта по волокнам Джеффа Хехта)!

Волоконно-оптические кабели передают информацию между двумя местами, используя полностью оптическая (световая) технология. Предположим, вы хотели отправить информацию с вашего компьютера на дом друга по улице с помощью волоконной оптики. Вы можете подключить свой компьютер к лазеру, который преобразовал бы электрическую информацию из компьютера в серию световые импульсы.Затем вы запускаете лазер по оптоволоконному кабелю. После прохождения по кабелю световые лучи выходили на другой конец. Вашему другу понадобится фотоэлемент (светочувствительный компонент), чтобы превратить импульсы света обратно в электрическую информацию его или ее компьютер мог понять. Так что весь аппарат будет как действительно изящная высокотехнологичная версия телефона, который вы можете Сделай из двух банок для печёных бобов и отрезка бечевки!

Как работает оптоволокно

На фото: оптоволоконные кабели достаточно тонкие, чтобы их можно было изгибать, поэтому световые сигналы проходят внутрь по изогнутым путям.Фотография любезно предоставлена ​​Исследовательским центром Гленна НАСА. (НАСА-GRC).

Изображение: Полное внутреннее отражение удерживает световые лучи от внутренней части оптоволоконного кабеля.

Свет распространяется по оптоволоконному кабелю по многократно отскакивая от стен. Каждый крошечный фотон (частица света) прыгает по трубе, как бобслей, спускающийся по ледяной трассе. Теперь ваша очередь может ожидать луч света, путешествовать по прозрачной стеклянной трубе, чтобы просто просочиться через края.Но если свет падает на стекло под очень малым углом (менее 42 градусов), он снова отражается внутрь - как если бы стекло на самом деле было зеркалом. Этот явление называется полным внутренним отражением. Это одна из вещей, которая сохраняет свет внутри трубы.

Еще одна вещь, которая удерживает свет в трубе, - это структура кабель, состоящий из двух отдельных частей. Основная часть кабель - в середине - называется сердечником , и это бит свет проходит сквозь.На внешней стороне ядра обернут еще один слой стекла называется облицовкой . Работа облицовки - сохранить световые сигналы внутри активной зоны. Он может это сделать, потому что он сделан из различный вид стекла в сердцевине. (Технически облицовка имеет более низкий показатель преломления.)

Типы волоконно-оптических кабелей

Оптические волокна передают по ним световые сигналы в так называемых режимах . Звучит технически, но это просто означает разные способы путешествовать: мода - это просто путь, по которому световой луч следует вниз по волокну.Один режим чтобы пройти прямо по середине волокна. Другой - отразите волокно под небольшим углом. Другие режимы включают подпрыгивание вниз по волокну под другими углами, более или менее крутыми.

Иллюстрации: Вверху: свет по-разному распространяется в одномодовых и многомодовых волокнах. Внизу: внутри типичного одномодового оптоволоконного кабеля (не в масштабе). Тонкая сердцевина окружена оболочкой примерно в десять раз большего диаметра, пластиковым внешним покрытием (примерно в два раза больше диаметра оболочки), некоторыми укрепляющими волокнами из жесткого материала, такого как Kevlar®, с внешней защитной оболочкой снаружи.

Самый простой тип оптического волокна называется одномодовым . Он имеет очень тонкую сердцевину около 5-10 микрон (миллионных долей). метр) в диаметре. В одномодовом волокне все сигналы проходят прямо посередине, не отскакивая от краев (желтая линия в диаграмму). Кабельное ТВ, Интернет и телефонные сигналы обычно передаются по одномодовым волокна, свернутые в огромный пучок. Такие кабели могут отправлять информация на расстояние более 100 км (60 миль).

Другой тип оптоволоконного кабеля называется многорежимный .Каждое оптическое волокно в многомодовый кабель о 10 раз больше одного в одномодовом кабеле. Это означает, что световые лучи могут проходить через ядро, следуя Разновидность разные пути (желтые, оранжевые, синие и голубые линии) - другими словами, в несколько разных режимов. Многорежимные кабели могут отправлять только информацию на относительно короткие расстояния и используются (среди прочего) для соединить компьютерные сети вместе.

Еще более толстые волокна используются в медицинском инструменте под названием гастроскоп (разновидность эндоскопа), врачи протыкают кому-то горло, чтобы обнаружить внутри него болезни их желудок.Гастроскоп - это толстый оптоволоконный кабель, состоящий из многих оптических волокон. На верхнем конце гастроскопа есть окуляр и фонарь. Лампа направляет свой свет на одну часть кабеля в живот пациента. Когда свет достигает желудка, он отражается стенки желудка в линзу внизу кабеля. Затем он возвращается в другую часть кабель в окуляр врача. Другие типы эндоскопов работают так же способ и может использоваться для осмотра различных частей тела.Также есть промышленный вариант инструмента, называемый фиброскопом, который можно использовать исследовать такие вещи, как недоступные части оборудования в самолете двигатели.

Применение для волоконной оптики

Стрельба по трубе кажется изящной научной партийный трюк, и вы можете не подумать, что у этого есть много практических применений что-то вроде того. Но так же, как электричество может привести в действие многие типы машин, лучи света могут нести многие типы информация - так что они могут помочь нам во многих отношениях.Мы просто не замечаем насколько обычными стали оптоволоконные кабели, потому что лазерные сигналы, которые они несут, мерцают далеко под нашими ногами, глубоко под офисными этажами и улицами города. Технологии, использующие это - компьютерные сети, радиовещание, медицинское сканирование и военная техника (назвать всего четыре) - причем совершенно незаметно.

Фото: Работа с волоконно-оптическими кабелями. Изображение Натанаэля Каллона, любезно предоставлено ВВС США.

Компьютерные сети

Оптоволоконные кабели в настоящее время являются основным средством передачи информации на большие расстояния, поскольку у них есть три очень больших преимущества перед медными кабелями старого образца:

  • Меньшее затухание : (потеря сигнала) Информация распространяется примерно в 10 раз дальше, прежде чем ей потребуется усиление, что делает оптоволоконные сети более простыми и дешевыми в эксплуатации и обслуживании.
  • Без помех : В отличие от медных кабелей, между оптическими волокнами нет «перекрестных помех» (электромагнитных помех), поэтому они передают информацию более надежно и с лучшим качеством сигнала.
  • Более высокая пропускная способность : Как мы уже видели, оптоволоконные кабели могут передавать гораздо больше данных, чем медные кабели того же диаметра.

Вы сейчас читаете эти слова благодаря Интернет. Вы наверняка наткнулись на эту страницу с поисковой системой как Google, который управляет всемирной сетью гигантских центров обработки данных соединены оптоволоконными кабелями большой емкости (и сейчас пытается развернуть быстрые оптоволоконные соединения для остальных из нас).Нажав на ссылку на поисковую систему, вы загрузили эту веб-страницу из моей сети сервер и мои слова просвистели большую часть пути к вам вниз больше волоконно-оптические кабели. Действительно, если вы используете быстрый оптоволоконный широкополосные, оптоволоконные кабели делают почти всю работу каждый раз вы выходите в интернет. При большинстве высокоскоростных широкополосных подключений только последний этап информационного пути (так называемый "последний миля "от оптоволоконного шкафа на улице до дома или квартира) подразумевает старомодные провода.Это оптоволоконные кабели, не медные провода, которые теперь несут "лайки" и "твиты" под наши улицы, через все большее количество сельских районов, и даже глубоко под океанами, соединяющими континенты. Если вы представите себе Интернет (и Всемирная паутина, которая использует его) как глобальная паутина, скрепляющие ее нити - оптоволоконные кабели; по некоторым оценкам, оптоволоконные кабели покрывают более 99 процентов от общего пробега Интернета, и переносят более 99 процентов всего международного коммуникационного трафика.

Чем быстрее люди получают доступ в Интернет, тем больше они могут - и будут - делать в сети. Прибытие из широкополосный Интернет сделал возможным явление облачных вычислений (где люди хранят и обрабатывают свои данные удаленно, используя онлайн вместо домашнего или рабочего ПК в собственном помещении). В примерно так же стабильное развертывание широкополосного оптоволокна (обычно В 5–10 раз быстрее, чем обычный широкополосный DSL, который использует обычные телефонные линии) сделают это гораздо более обычным для люди занимаются такими вещами, как потоковое воспроизведение фильмов в Интернете, вместо того, чтобы смотреть транслировать ТВ или брать напрокат DVD.С большей пропускной способностью волокна и быстрее связи, мы будем отслеживать и контролировать многие другие аспекты наша жизнь в сети с использованием так называемого Интернета вещей.

Но не только общедоступные интернет-данные течет по оптоволоконным линиям. Когда-то компьютеры были подключены к на большие расстояния по телефонным линиям или (на более короткие расстояния) по меди Кабели Ethernet, но все чаще предпочтительнее оптоволоконные кабели метод объединения компьютеров в сеть, потому что они очень доступны, безопасны, надежны и имеют гораздо большую вместимость.Вместо того, чтобы связывать офисов через общедоступный Интернет, это вполне возможно для компания для создания собственной оптоволоконной сети (если она может себе это позволить) или (что более вероятно) купить место в частной оптоволоконной сети. Многие частные компьютерные сети работают на так называемом темном волокне , которое звучит немного зловеще, но это просто неиспользованная емкость другого сеть (оптические волокна ожидают включения).

Интернет был продуман так, чтобы вид информации для любого использования; это не ограничивается ношением компьютерные данные.Когда-то по телефонным линиям выходил Интернет, теперь вместо этого через оптоволоконный Интернет можно звонить по телефону (и Skype). Там, где когда-то телефонные звонки направлялись по сложному лоскутному одеянию медные кабели и микроволновые линии между городами, самые дальние теперь звонки направляются по оптоволоконным линиям. С 1980-х годов было уложено огромное количество волокна; оценки сильно разнятся, но считается, что общая мировая длина составляет несколько сотен миллионов километров (достаточно, чтобы пересечь Соединенные Штаты примерно миллион раз).В середине 2000-х годов было подсчитано, что до 98 процентов этого количества было неиспользованным «темным волокном»; Сегодня, хотя используется гораздо больше волокон, все еще считается, что большинство сетей содержат от трети до половины темного волокна.

Фото: Оптоволоконные сети дороги в строительстве (в основном потому, что рыть улицы стоит очень дорого). Поскольку затраты на рабочую силу и строительство намного дороже, чем сам кабель, многие сетевые операторы сознательно прокладывают намного больше кабеля, чем им нужно в настоящее время.Изображение Криса Уиллиса любезно предоставлено ВВС США.

Радиовещание

Еще в начале 20 века радио и Телевещание родилось из относительно простой идеи: это было технически довольно легко стрелять электромагнитными волнами по воздуху от одного передатчика (на радиостанции) до тысяч антенн в домах людей. В наши дни, когда радио все еще работает в воздухе, мы с такой же вероятностью ТВ через оптоволоконный кабель.

компании кабельного телевидения первыми перешли от с 1950-х годов, первоначально использовались коаксиальные кабели (медные кабели с металлической оболочкой, обернутой вокруг них для предотвращения перекрестных помех), по которым передавалось лишь небольшое количество аналоговых телевизионных сигналов.По мере того как все больше и больше людей подключаются к кабелю, и сети начинают предлагать больший выбор каналов и программ, кабельные операторы сочли необходимо перейти с коаксиальных кабелей на оптоволокно и с аналогово-цифровое вещание. К счастью, ученые уже выясняли, как это могло быть возможно; еще в 1966 году, Чарльз Као (и его коллега Джордж Хокхэм) посчитали, доказав, как одиночный оптоволоконный кабель может несут достаточно данных для нескольких сотен телеканалов (или нескольких сотен тысяч телефонных звонков).Это был лишь вопрос времени, когда мир кабельного телевидения обратил на это внимание - и «новаторское достижение» Као было должным образом признано когда ему была присуждена Нобелевская премия по физике 2009 года.

Помимо гораздо большей емкости, оптический волокна меньше страдают от помех, поэтому обеспечивают лучший сигнал (рисунок и звук) качество; они нуждаются в меньшем усилении для усиления сигналов, поэтому они путешествуют на большие расстояния; и они вообще дороже эффективный. В будущем оптоволоконный широкополосный доступ может стать большинство из нас смотрят телевизор, возможно, через такие системы, как IPTV (телевидение по Интернет-протоколу), в которых используется Стандартный способ передачи данных в Интернете ("коммутация пакетов") в подавать телепрограммы и фильмы по запросу.Пока медный телефон линия по-прежнему является основным информационным маршрутом в дома многих людей, в будущем нашим основным соединением с миром станет высокоскоростной оптоволоконный кабель. кабель, несущий любую информацию.

Медицина

Медицинские гаджеты, которые могут помочь врачам сориентироваться внутри наших тел, не разрезая их, были первыми собственными применение волоконной оптики более полувека назад. Сегодня, гастроскопы (как их еще называют) так же важны, как и когда-либо, но волоконная оптика продолжает порождать важные новые формы медицинское сканирование и диагностика.

Одной из последних разработок называется лаборатория на волокно , и включает в себя вставку тонких волоконно-оптических кабелей с встроенные датчики в тело пациента. Эти виды волокон аналогичны по масштабу кабелям связи и тоньше относительно короткие световоды, используемые в гастроскопах. Как они Работа? Через них проходит свет от лампы или лазера, через деталь. тела, который доктор хочет изучить. Когда свет проникает сквозь волокна, тело пациента изменяет свои свойства в определенных способ (очень незначительное изменение интенсивности или длины волны света, возможно).Измеряя изменение света (используя методы например, интерферометрия), инструмент, прикрепленный к другому концу волокно может измерить некоторые важные аспекты того, как тело пациента работает, например, их температура, артериальное давление, pH клеток, или наличие лекарств в их кровотоке. Другими словами, вместо того, чтобы просто использовать свет, чтобы заглянуть внутрь тела пациента, это Тип оптоволоконного кабеля использует свет, чтобы его воспринимать или измерять.

Военный

Фото: Волоконная оптика на поле боя.У этой усовершенствованной оптоволоконной управляемой ракеты (EFOG-M) есть инфракрасная оптоволоконная камера, установленная в носу, чтобы стрелок, стреляющий по ней, мог видеть, куда она движется. Изображение любезно предоставлено Армия США.

Легко представить пользователей Интернета, связанных вместе гигантскими паутинами оптоволоконных кабелей; это гораздо менее очевидно что высокотехнологичные вооруженные силы мира связаны таким же образом. Волоконно-оптические кабели недорогие, тонкие, легкие, емкие, устойчивы к атакам и чрезвычайно безопасны, поэтому они предлагают идеальные способы подключения военных баз и других объектов, таких как ракетные стартовые площадки и радиолокационные станции.Поскольку они не переносят электрические сигналы, они не излучают электромагнитные излучение, которое может обнаружить противник, и они устойчивы к электромагнитные помехи (в том числе систематическое «глушение» противника атаки). Еще одно преимущество - относительно легкий вес волокна. кабели по сравнению с традиционными проводами из громоздких и дорогих медь металлическая. Танки, военные самолеты и вертолеты есть все постепенно переходят с металлических кабелей на оптоволоконные. Частично речь идет о сокращении затрат и экономии веса (оптоволоконные кабели весят почти 90 процентов меньше, чем у сопоставимых медных кабелей типа «витая пара»).Но это также повышает надежность; например, в отличие от традиционных кабелей на самолете, которые должны быть тщательно экранированы (изолированы) для защиты им против ударов молнии, оптические волокна полностью невосприимчивы к такой проблеме.

Кто изобрел волоконную оптику?

  • 1840-е годы: швейцарский физик Даниэль Колладон (1802–1893) обнаружил, что может светить светом через водопроводную трубу. Вода несла свет внутреннее отражение.
  • 1870: Ирландский физик Джон Тиндалл. (1820–1893) продемонстрировал внутреннюю рефлексию в Лондонском Королевском обществе.Он светил в кувшин с водой. Когда он налил немного воды из кувшина, свет изогнулся, следуя по пути воды. Эта идея "изгиба" свет »- это именно то, что происходит в волоконной оптике. Хотя Colladon Истинный дедушка волоконной оптики, Тиндаль часто заслуживает уважения.
  • 1930-е годы: Генрих Ламм и Вальтер Герлах , два Немецкие студенты пытались использовать световые трубки для изготовления гастроскопа - инструмент для заглядывания в чей-то желудок.
  • 1950-е: в Лондоне, Англия, индийский физик. Нариндер Капани (1926–2021) и британский физик Гарольд Хопкинс (1918–1994) удалось отправить простую картинку по световой трубе, сделанной из тысяч стеклянных волокон. После публикации множества научных работ Капани заработал репутацию «отец волоконной оптики».
  • 1957: Трое американских ученых из Мичиганского университета, Лоуренс Кертисс , Бэзил Хиршовиц и Уилбур Петерс, успешно использовали волоконно-оптическую технологию для создания первого в мире гастроскопа.
  • 1960-е годы: американский физик китайского происхождения Чарльз Као (1933–2018) и его коллега Джордж Хокхэм осознали, что нечистое стекло бесполезно для волоконной оптики дальнего действия. Као предположил, что оптоволоконный кабель, сделанный из очень чистого стекла, сможет передавать телефонные сигналы на гораздо большие расстояния, и был награжден премией. Нобелевская премия по физике 2009 г. за это новаторское открытие.
  • 1960-е годы: исследователи из Corning Glass Company создали первый оптоволоконный кабель, способный нести телефонные сигналы.
  • ~ 1970: Дональд Кек и его коллеги из Corning нашли способы посылать сигналы намного дальше (с меньшими потерями), что побудило разработка первых оптических волокон с низкими потерями.
  • 1977: Первый оптоволоконный телефонный кабель был проложен между Лонг-Бич и Артезией, Калифорния.
  • 1988: Первый трансатлантический оптоволоконный телефонный кабель TAT8 был проложен между США, Францией и Великобританией.
  • 2020: Согласно TeleGeography, в настоящее время существует около 406 подводных волоконно-оптических кабелей. (несущие коммуникации под мировым океаном), протяженностью в общей сложности 1.2 миллиона км (0,7 миллиона миль). Это больше, чем в 2019 году, когда было 378 кабелей, хотя общее пройденное расстояние, по-видимому, осталось прежним.

Как работает оптоволокно?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 10 января 2021 г.

Римляне, должно быть, были особенно Довольные собой в тот день, когда они изобрели свинцовые трубки около 2000 лет назад. Наконец они у них был простой способ переносить воду из одного места в другое. Представьте, что бы они сделали из современных оптоволоконных кабелей - «труб», которые может передавать телефонные звонки и электронную почту по всему миру за седьмую часть второй!

Фото: Световая труба: волоконная оптика означает направление световых лучей по тонким пластиковым или стеклянным нитям, заставляя их многократно отражаться от стен.Это смоделированное изображение. Обратите внимание, что в некоторых странах, включая Великобританию, Волоконная оптика пишется «волоконная оптика». Если вы ищете информацию в Интернете, она всегда стоит поискать оба варианта написания.

Что такое волоконная оптика?

Мы привыкли к тому, что информация путешествует по-разному. Когда мы говорим по стационарному телефону, проводной кабель несет звук из нашего голоса в розетку в стене, где другой кабель берет на местную телефонную станцию.Мобильные телефоны работают иначе способ: они отправляют и получают информацию с помощью невидимых радиоволны - а Технология называется беспроводной, потому что в ней не используются кабели. Волоконная оптика работает третий способ. Он отправляет информацию, закодированную в луче света вниз по стеклянной или пластиковой трубе. Первоначально он был разработан для эндоскопов в 1950-х, чтобы помочь врачам заглянуть внутрь человеческого тела без необходимости сначала разрежьте его. В 1960-х инженеры нашли способ использовать та же технология для передачи телефонных звонков со скоростью света (обычно это 186 000 миль или 300 000 км в секунду в вакууме, но замедляется примерно до двух третей от этой скорости в оптоволоконном кабеле).

Оптическая технология

Фото: Отрезок 144-жильного оптоволоконного кабеля. Каждая прядь сделана из оптически чистого стекла и тоньше человеческого волоса. Изображение Тех. Сержант. Брайан Дэвидсон, любезно предоставлено ВВС США.

Оптоволоконный кабель состоит из невероятно тонких жил. из стекла или пластика, известного как оптические волокна; один кабель может иметь всего два прядей или целых несколько сотен. Каждая прядь меньше в десять раз толщиной с человеческий волос и может принимать около 25000 телефонных звонков, Таким образом, весь оптоволоконный кабель может легко передать несколько миллионов звонков.Текущий рекорд для "одномодового" волокна (поясняется ниже): 178 терабит (триллион бит) в секунду - достаточно для 100 миллионов сеансов Zoom. (по словам эксперта по волокнам Джеффа Хехта)!

Волоконно-оптические кабели передают информацию между двумя местами, используя полностью оптическая (световая) технология. Предположим, вы хотели отправить информацию с вашего компьютера на дом друга по улице с помощью волоконной оптики. Вы можете подключить свой компьютер к лазеру, который преобразовал бы электрическую информацию из компьютера в серию световые импульсы.Затем вы запускаете лазер по оптоволоконному кабелю. После прохождения по кабелю световые лучи выходили на другой конец. Вашему другу понадобится фотоэлемент (светочувствительный компонент), чтобы превратить импульсы света обратно в электрическую информацию его или ее компьютер мог понять. Так что весь аппарат будет как действительно изящная высокотехнологичная версия телефона, который вы можете Сделай из двух банок для печёных бобов и отрезка бечевки!

Как работает оптоволокно

На фото: оптоволоконные кабели достаточно тонкие, чтобы их можно было изгибать, поэтому световые сигналы проходят внутрь по изогнутым путям.Фотография любезно предоставлена ​​Исследовательским центром Гленна НАСА. (НАСА-GRC).

Изображение: Полное внутреннее отражение удерживает световые лучи от внутренней части оптоволоконного кабеля.

Свет распространяется по оптоволоконному кабелю по многократно отскакивая от стен. Каждый крошечный фотон (частица света) прыгает по трубе, как бобслей, спускающийся по ледяной трассе. Теперь ваша очередь может ожидать луч света, путешествовать по прозрачной стеклянной трубе, чтобы просто просочиться через края.Но если свет падает на стекло под очень малым углом (менее 42 градусов), он снова отражается внутрь - как если бы стекло на самом деле было зеркалом. Этот явление называется полным внутренним отражением. Это одна из вещей, которая сохраняет свет внутри трубы.

Еще одна вещь, которая удерживает свет в трубе, - это структура кабель, состоящий из двух отдельных частей. Основная часть кабель - в середине - называется сердечником , и это бит свет проходит сквозь.На внешней стороне ядра обернут еще один слой стекла называется облицовкой . Работа облицовки - сохранить световые сигналы внутри активной зоны. Он может это сделать, потому что он сделан из различный вид стекла в сердцевине. (Технически облицовка имеет более низкий показатель преломления.)

Типы волоконно-оптических кабелей

Оптические волокна передают по ним световые сигналы в так называемых режимах . Звучит технически, но это просто означает разные способы путешествовать: мода - это просто путь, по которому световой луч следует вниз по волокну.Один режим чтобы пройти прямо по середине волокна. Другой - отразите волокно под небольшим углом. Другие режимы включают подпрыгивание вниз по волокну под другими углами, более или менее крутыми.

Иллюстрации: Вверху: свет по-разному распространяется в одномодовых и многомодовых волокнах. Внизу: внутри типичного одномодового оптоволоконного кабеля (не в масштабе). Тонкая сердцевина окружена оболочкой примерно в десять раз большего диаметра, пластиковым внешним покрытием (примерно в два раза больше диаметра оболочки), некоторыми укрепляющими волокнами из жесткого материала, такого как Kevlar®, с внешней защитной оболочкой снаружи.

Самый простой тип оптического волокна называется одномодовым . Он имеет очень тонкую сердцевину около 5-10 микрон (миллионных долей). метр) в диаметре. В одномодовом волокне все сигналы проходят прямо посередине, не отскакивая от краев (желтая линия в диаграмму). Кабельное ТВ, Интернет и телефонные сигналы обычно передаются по одномодовым волокна, свернутые в огромный пучок. Такие кабели могут отправлять информация на расстояние более 100 км (60 миль).

Другой тип оптоволоконного кабеля называется многорежимный .Каждое оптическое волокно в многомодовый кабель о 10 раз больше одного в одномодовом кабеле. Это означает, что световые лучи могут проходить через ядро, следуя Разновидность разные пути (желтые, оранжевые, синие и голубые линии) - другими словами, в несколько разных режимов. Многорежимные кабели могут отправлять только информацию на относительно короткие расстояния и используются (среди прочего) для соединить компьютерные сети вместе.

Еще более толстые волокна используются в медицинском инструменте под названием гастроскоп (разновидность эндоскопа), врачи протыкают кому-то горло, чтобы обнаружить внутри него болезни их желудок.Гастроскоп - это толстый оптоволоконный кабель, состоящий из многих оптических волокон. На верхнем конце гастроскопа есть окуляр и фонарь. Лампа направляет свой свет на одну часть кабеля в живот пациента. Когда свет достигает желудка, он отражается стенки желудка в линзу внизу кабеля. Затем он возвращается в другую часть кабель в окуляр врача. Другие типы эндоскопов работают так же способ и может использоваться для осмотра различных частей тела.Также есть промышленный вариант инструмента, называемый фиброскопом, который можно использовать исследовать такие вещи, как недоступные части оборудования в самолете двигатели.

Применение для волоконной оптики

Стрельба по трубе кажется изящной научной партийный трюк, и вы можете не подумать, что у этого есть много практических применений что-то вроде того. Но так же, как электричество может привести в действие многие типы машин, лучи света могут нести многие типы информация - так что они могут помочь нам во многих отношениях.Мы просто не замечаем насколько обычными стали оптоволоконные кабели, потому что лазерные сигналы, которые они несут, мерцают далеко под нашими ногами, глубоко под офисными этажами и улицами города. Технологии, использующие это - компьютерные сети, радиовещание, медицинское сканирование и военная техника (назвать всего четыре) - причем совершенно незаметно.

Фото: Работа с волоконно-оптическими кабелями. Изображение Натанаэля Каллона, любезно предоставлено ВВС США.

Компьютерные сети

Оптоволоконные кабели в настоящее время являются основным средством передачи информации на большие расстояния, поскольку у них есть три очень больших преимущества перед медными кабелями старого образца:

  • Меньшее затухание : (потеря сигнала) Информация распространяется примерно в 10 раз дальше, прежде чем ей потребуется усиление, что делает оптоволоконные сети более простыми и дешевыми в эксплуатации и обслуживании.
  • Без помех : В отличие от медных кабелей, между оптическими волокнами нет «перекрестных помех» (электромагнитных помех), поэтому они передают информацию более надежно и с лучшим качеством сигнала.
  • Более высокая пропускная способность : Как мы уже видели, оптоволоконные кабели могут передавать гораздо больше данных, чем медные кабели того же диаметра.

Вы сейчас читаете эти слова благодаря Интернет. Вы наверняка наткнулись на эту страницу с поисковой системой как Google, который управляет всемирной сетью гигантских центров обработки данных соединены оптоволоконными кабелями большой емкости (и сейчас пытается развернуть быстрые оптоволоконные соединения для остальных из нас).Нажав на ссылку на поисковую систему, вы загрузили эту веб-страницу из моей сети сервер и мои слова просвистели большую часть пути к вам вниз больше волоконно-оптические кабели. Действительно, если вы используете быстрый оптоволоконный широкополосные, оптоволоконные кабели делают почти всю работу каждый раз вы выходите в интернет. При большинстве высокоскоростных широкополосных подключений только последний этап информационного пути (так называемый "последний миля "от оптоволоконного шкафа на улице до дома или квартира) подразумевает старомодные провода.Это оптоволоконные кабели, не медные провода, которые теперь несут "лайки" и "твиты" под наши улицы, через все большее количество сельских районов, и даже глубоко под океанами, соединяющими континенты. Если вы представите себе Интернет (и Всемирная паутина, которая использует его) как глобальная паутина, скрепляющие ее нити - оптоволоконные кабели; по некоторым оценкам, оптоволоконные кабели покрывают более 99 процентов от общего пробега Интернета, и переносят более 99 процентов всего международного коммуникационного трафика.

Чем быстрее люди получают доступ в Интернет, тем больше они могут - и будут - делать в сети. Прибытие из широкополосный Интернет сделал возможным явление облачных вычислений (где люди хранят и обрабатывают свои данные удаленно, используя онлайн вместо домашнего или рабочего ПК в собственном помещении). В примерно так же стабильное развертывание широкополосного оптоволокна (обычно В 5–10 раз быстрее, чем обычный широкополосный DSL, который использует обычные телефонные линии) сделают это гораздо более обычным для люди занимаются такими вещами, как потоковое воспроизведение фильмов в Интернете, вместо того, чтобы смотреть транслировать ТВ или брать напрокат DVD.С большей пропускной способностью волокна и быстрее связи, мы будем отслеживать и контролировать многие другие аспекты наша жизнь в сети с использованием так называемого Интернета вещей.

Но не только общедоступные интернет-данные течет по оптоволоконным линиям. Когда-то компьютеры были подключены к на большие расстояния по телефонным линиям или (на более короткие расстояния) по меди Кабели Ethernet, но все чаще предпочтительнее оптоволоконные кабели метод объединения компьютеров в сеть, потому что они очень доступны, безопасны, надежны и имеют гораздо большую вместимость.Вместо того, чтобы связывать офисов через общедоступный Интернет, это вполне возможно для компания для создания собственной оптоволоконной сети (если она может себе это позволить) или (что более вероятно) купить место в частной оптоволоконной сети. Многие частные компьютерные сети работают на так называемом темном волокне , которое звучит немного зловеще, но это просто неиспользованная емкость другого сеть (оптические волокна ожидают включения).

Интернет был продуман так, чтобы вид информации для любого использования; это не ограничивается ношением компьютерные данные.Когда-то по телефонным линиям выходил Интернет, теперь вместо этого через оптоволоконный Интернет можно звонить по телефону (и Skype). Там, где когда-то телефонные звонки направлялись по сложному лоскутному одеянию медные кабели и микроволновые линии между городами, самые дальние теперь звонки направляются по оптоволоконным линиям. С 1980-х годов было уложено огромное количество волокна; оценки сильно разнятся, но считается, что общая мировая длина составляет несколько сотен миллионов километров (достаточно, чтобы пересечь Соединенные Штаты примерно миллион раз).В середине 2000-х годов было подсчитано, что до 98 процентов этого количества было неиспользованным «темным волокном»; Сегодня, хотя используется гораздо больше волокон, все еще считается, что большинство сетей содержат от трети до половины темного волокна.

Фото: Оптоволоконные сети дороги в строительстве (в основном потому, что рыть улицы стоит очень дорого). Поскольку затраты на рабочую силу и строительство намного дороже, чем сам кабель, многие сетевые операторы сознательно прокладывают намного больше кабеля, чем им нужно в настоящее время.Изображение Криса Уиллиса любезно предоставлено ВВС США.

Радиовещание

Еще в начале 20 века радио и Телевещание родилось из относительно простой идеи: это было технически довольно легко стрелять электромагнитными волнами по воздуху от одного передатчика (на радиостанции) до тысяч антенн в домах людей. В наши дни, когда радио все еще работает в воздухе, мы с такой же вероятностью ТВ через оптоволоконный кабель.

компании кабельного телевидения первыми перешли от с 1950-х годов, первоначально использовались коаксиальные кабели (медные кабели с металлической оболочкой, обернутой вокруг них для предотвращения перекрестных помех), по которым передавалось лишь небольшое количество аналоговых телевизионных сигналов.По мере того как все больше и больше людей подключаются к кабелю, и сети начинают предлагать больший выбор каналов и программ, кабельные операторы сочли необходимо перейти с коаксиальных кабелей на оптоволокно и с аналогово-цифровое вещание. К счастью, ученые уже выясняли, как это могло быть возможно; еще в 1966 году, Чарльз Као (и его коллега Джордж Хокхэм) посчитали, доказав, как одиночный оптоволоконный кабель может несут достаточно данных для нескольких сотен телеканалов (или нескольких сотен тысяч телефонных звонков).Это был лишь вопрос времени, когда мир кабельного телевидения обратил на это внимание - и «новаторское достижение» Као было должным образом признано когда ему была присуждена Нобелевская премия по физике 2009 года.

Помимо гораздо большей емкости, оптический волокна меньше страдают от помех, поэтому обеспечивают лучший сигнал (рисунок и звук) качество; они нуждаются в меньшем усилении для усиления сигналов, поэтому они путешествуют на большие расстояния; и они вообще дороже эффективный. В будущем оптоволоконный широкополосный доступ может стать большинство из нас смотрят телевизор, возможно, через такие системы, как IPTV (телевидение по Интернет-протоколу), в которых используется Стандартный способ передачи данных в Интернете ("коммутация пакетов") в подавать телепрограммы и фильмы по запросу.Пока медный телефон линия по-прежнему является основным информационным маршрутом в дома многих людей, в будущем нашим основным соединением с миром станет высокоскоростной оптоволоконный кабель. кабель, несущий любую информацию.

Медицина

Медицинские гаджеты, которые могут помочь врачам сориентироваться внутри наших тел, не разрезая их, были первыми собственными применение волоконной оптики более полувека назад. Сегодня, гастроскопы (как их еще называют) так же важны, как и когда-либо, но волоконная оптика продолжает порождать важные новые формы медицинское сканирование и диагностика.

Одной из последних разработок называется лаборатория на волокно , и включает в себя вставку тонких волоконно-оптических кабелей с встроенные датчики в тело пациента. Эти виды волокон аналогичны по масштабу кабелям связи и тоньше относительно короткие световоды, используемые в гастроскопах. Как они Работа? Через них проходит свет от лампы или лазера, через деталь. тела, который доктор хочет изучить. Когда свет проникает сквозь волокна, тело пациента изменяет свои свойства в определенных способ (очень незначительное изменение интенсивности или длины волны света, возможно).Измеряя изменение света (используя методы например, интерферометрия), инструмент, прикрепленный к другому концу волокно может измерить некоторые важные аспекты того, как тело пациента работает, например, их температура, артериальное давление, pH клеток, или наличие лекарств в их кровотоке. Другими словами, вместо того, чтобы просто использовать свет, чтобы заглянуть внутрь тела пациента, это Тип оптоволоконного кабеля использует свет, чтобы его воспринимать или измерять.

Военный

Фото: Волоконная оптика на поле боя.У этой усовершенствованной оптоволоконной управляемой ракеты (EFOG-M) есть инфракрасная оптоволоконная камера, установленная в носу, чтобы стрелок, стреляющий по ней, мог видеть, куда она движется. Изображение любезно предоставлено Армия США.

Легко представить пользователей Интернета, связанных вместе гигантскими паутинами оптоволоконных кабелей; это гораздо менее очевидно что высокотехнологичные вооруженные силы мира связаны таким же образом. Волоконно-оптические кабели недорогие, тонкие, легкие, емкие, устойчивы к атакам и чрезвычайно безопасны, поэтому они предлагают идеальные способы подключения военных баз и других объектов, таких как ракетные стартовые площадки и радиолокационные станции.Поскольку они не переносят электрические сигналы, они не излучают электромагнитные излучение, которое может обнаружить противник, и они устойчивы к электромагнитные помехи (в том числе систематическое «глушение» противника атаки). Еще одно преимущество - относительно легкий вес волокна. кабели по сравнению с традиционными проводами из громоздких и дорогих медь металлическая. Танки, военные самолеты и вертолеты есть все постепенно переходят с металлических кабелей на оптоволоконные. Частично речь идет о сокращении затрат и экономии веса (оптоволоконные кабели весят почти 90 процентов меньше, чем у сопоставимых медных кабелей типа «витая пара»).Но это также повышает надежность; например, в отличие от традиционных кабелей на самолете, которые должны быть тщательно экранированы (изолированы) для защиты им против ударов молнии, оптические волокна полностью невосприимчивы к такой проблеме.

Кто изобрел волоконную оптику?

  • 1840-е годы: швейцарский физик Даниэль Колладон (1802–1893) обнаружил, что может светить светом через водопроводную трубу. Вода несла свет внутреннее отражение.
  • 1870: Ирландский физик Джон Тиндалл. (1820–1893) продемонстрировал внутреннюю рефлексию в Лондонском Королевском обществе.Он светил в кувшин с водой. Когда он налил немного воды из кувшина, свет изогнулся, следуя по пути воды. Эта идея "изгиба" свет »- это именно то, что происходит в волоконной оптике. Хотя Colladon Истинный дедушка волоконной оптики, Тиндаль часто заслуживает уважения.
  • 1930-е годы: Генрих Ламм и Вальтер Герлах , два Немецкие студенты пытались использовать световые трубки для изготовления гастроскопа - инструмент для заглядывания в чей-то желудок.
  • 1950-е: в Лондоне, Англия, индийский физик. Нариндер Капани (1926–2021) и британский физик Гарольд Хопкинс (1918–1994) удалось отправить простую картинку по световой трубе, сделанной из тысяч стеклянных волокон. После публикации множества научных работ Капани заработал репутацию «отец волоконной оптики».
  • 1957: Трое американских ученых из Мичиганского университета, Лоуренс Кертисс , Бэзил Хиршовиц и Уилбур Петерс, успешно использовали волоконно-оптическую технологию для создания первого в мире гастроскопа.
  • 1960-е годы: американский физик китайского происхождения Чарльз Као (1933–2018) и его коллега Джордж Хокхэм осознали, что нечистое стекло бесполезно для волоконной оптики дальнего действия. Као предположил, что оптоволоконный кабель, сделанный из очень чистого стекла, сможет передавать телефонные сигналы на гораздо большие расстояния, и был награжден премией. Нобелевская премия по физике 2009 г. за это новаторское открытие.
  • 1960-е годы: исследователи из Corning Glass Company создали первый оптоволоконный кабель, способный нести телефонные сигналы.
  • ~ 1970: Дональд Кек и его коллеги из Corning нашли способы посылать сигналы намного дальше (с меньшими потерями), что побудило разработка первых оптических волокон с низкими потерями.
  • 1977: Первый оптоволоконный телефонный кабель был проложен между Лонг-Бич и Артезией, Калифорния.
  • 1988: Первый трансатлантический оптоволоконный телефонный кабель TAT8 был проложен между США, Францией и Великобританией.
  • 2020: Согласно TeleGeography, в настоящее время существует около 406 подводных волоконно-оптических кабелей. (несущие коммуникации под мировым океаном), протяженностью в общей сложности 1.2 миллиона км (0,7 миллиона миль). Это больше, чем в 2019 году, когда было 378 кабелей, хотя общее пройденное расстояние, по-видимому, осталось прежним.

волоконная оптика | Определение, изобретатели и факты

Понаблюдайте за лабораторным производством оптических волокон для использования в телекоммуникациях

Узнайте, как оптические волокна создаются из куска кварцевого стекла, в этом видео.

Encyclopædia Britannica, Inc. См. Все видео для этой статьи

Волоконная оптика , также обозначается как волоконная оптика , наука о передаче данных, голоса и изображений путем прохождения света через тонкие прозрачные волокна.В телекоммуникациях волоконно-оптическая технология фактически заменила медный провод в междугородных телефонных линиях и используется для соединения компьютеров в локальных сетях. Волоконная оптика также является основой фиброскопов, используемых при обследовании внутренних частей тела (эндоскопия) или обследовании внутренней части производимых конструкционных изделий.

Популярные вопросы

Что такое оптоволокно?

Волоконная оптика, также называемая волоконной оптикой, - это наука о передаче данных, голоса и изображений путем прохождения света через тонкие прозрачные волокна.

Из чего сделаны оптические волокна, используемые в волоконной оптике?

Оптические волокна, используемые в волоконной оптике, иногда изготавливаются из пластика, но чаще всего из стекла. Типичное стеклянное оптическое волокно имеет диаметр 125 микрометров (мкм) или 0,125 мм (0,005 дюйма). Пластмассовые волокна изготавливаются из полиметилметакрилата, полистирола или поликарбоната. Их дешевле производить и они более гибкие, чем стекловолокно, но их ослабление света ограничивает их использование более короткими звеньями.

Для чего нужна волоконная оптика?

В телекоммуникациях оптические волокна использовались для замены медных проводов в междугородных телефонных линиях и для соединения компьютеров в локальных сетях. Волоконная оптика также является основой фиброскопов, используемых для эндоскопии или проверки внутренней части производимых структурных изделий.

Какой свет используется в волоконной оптике?

Волоконно-оптическая связь использует инфракрасный свет в диапазоне длин волн 0.8–0,9 мкм или 1,3–1,6 мкм - длины волн, эффективно генерируемые светодиодами или полупроводниковыми лазерами и имеющие минимальное затухание в стеклянных волокнах.

Почему волоконная оптика - лучший способ передачи данных на большие расстояния?

Благодаря принципу полного внутреннего отражения световые лучи, попадающие в оптические волокна, могут распространяться внутри сердцевины на большие расстояния с исключительно кратким ослаблением или уменьшением интенсивности, что делает оптоволоконный кабель идеальным методом для передачи данных на большие расстояния.

Основная среда волоконной оптики - это тонкое волокно, которое иногда делают из пластика, но чаще всего из стекла. Типичное стеклянное оптическое волокно имеет диаметр 125 микрометров (мкм) или 0,125 мм (0,005 дюйма). Фактически это диаметр оболочки или внешнего отражающего слоя. Сердечник или внутренний передающий цилиндр может иметь диаметр всего 10 мкм. Благодаря процессу, известному как полное внутреннее отражение, световые лучи, попадающие в волокно, могут распространяться внутри сердцевины на большие расстояния с очень небольшим затуханием или уменьшением интенсивности.Степень ослабления на расстоянии варьируется в зависимости от длины волны света и состава волокна.

оптическое волокно

Световой луч, проходящий через оптическое волокно.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Когда в начале 1950-х годов были представлены стеклянные волокна конструкции сердцевина / оболочка, присутствие примесей ограничило их использование короткими длинами, достаточными для эндоскопии. В 1966 году инженеры-электрики Чарльз Као и Джордж Хокхэм, работавшие в Англии, предложили использовать волокна для телекоммуникаций, и в течение двух десятилетий были произведены волокна из кварцевого стекла с достаточной чистотой, чтобы инфракрасные световые сигналы могли проходить через них на 100 км (60 миль) или больше без повторителей.В 2009 году Као был удостоен Нобелевской премии по физике за свои работы. Пластиковые волокна, обычно сделанные из полиметилметакрилата, полистирола или поликарбоната, дешевле в производстве и более гибкие, чем стеклянные волокна, но их большее ослабление света ограничивает их использование гораздо более короткими звеньями в зданиях или автомобилях.

Волокна толщиной с волос, используемые в волоконной оптике.

© Kitch Bain / Shutterstock.com

Оптическая связь обычно осуществляется с помощью инфракрасного света в диапазоне длин волн 0.8–0,9 мкм или 1,3–1,6 мкм - длины волн, которые эффективно генерируются светоизлучающими диодами или полупроводниковыми лазерами и которые имеют наименьшее затухание в стеклянных волокнах. Осмотр фиброскопом в эндоскопии или в промышленности проводится в видимом диапазоне длин волн, при этом один пучок волокон используется для освещения исследуемой области светом, а другой пучок служит удлиненной линзой для передачи изображения в человеческий глаз или видеокамеру.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *