Cables ópticos - dispositivo, tipos y características
Los cables ópticos, a diferencia de los cables con conductores de cobre o aluminio, utilizan una fibra óptica transparente como medio para transmitir una señal. La señal se transmite aquí no con la ayuda de corriente eléctrica, sino con la ayuda de la luz. Esto significa que prácticamente no se mueven electrones, sino fotones, y las pérdidas de transmisión de la señal resultan insignificantes.
Estos cables son ideales como medio de transmisión de información, ya que la luz puede pasar a través de la fibra de vidrio transparente prácticamente sin obstáculos durante decenas de kilómetros, mientras que la intensidad de la luz disminuye ligeramente.
Hay Cables GOF (cable de fibra óptica de vidrio) — con fibra de vidrio, y Cables POF (cable óptico de plástico) — con fibra de plástico transparente. Ambos se denominan tradicionalmente cables ópticos o de fibra óptica.
Dispositivo de cable óptico
El cable de fibra óptica tiene un dispositivo bastante simple.En el centro del cable hay una guía de luz hecha de fibra de vidrio (su diámetro no supera las 10 micras), revestida con una carcasa protectora de plástico o vidrio, que proporciona una reflexión interna total de la luz debido a la diferencia de índices de refracción en el límite. de dos medios.
Resulta que la luz, desde el transmisor hasta el receptor, no puede salir de la vena central. Además, la luz no teme a las interferencias electromagnéticas, por lo que dicho cable no necesita protección electromagnética, solo necesita ser reforzado.
Para garantizar la resistencia mecánica del cable óptico, se toman medidas especiales: hacen que el cable sea blindado, especialmente cuando se trata de cables ópticos multinúcleo que transportan varias fibras ópticas separadas al mismo tiempo. Los cables suspendidos requieren un refuerzo especial con metal y Kevlar.
El diseño más simple de cables de fibra óptica es fibras de vidrio en una carcasa de plástico… Un diseño más complejo es un cable multicapa con elementos de refuerzo, por ejemplo, para instalación submarina, subterránea o suspendida.
En un cable blindado multicapa, el cable de refuerzo de soporte está hecho de metal encerrado en una funda de polietileno. A su alrededor se colocan fibras de vidrio o plástico que transportan luz. Cada fibra individual está recubierta con una capa de barniz de color para la codificación de colores y la protección contra daños mecánicos. Los haces de fibras se empaquetan en tubos de plástico llenos de un gel hidrofóbico.
Un tubo de plástico puede contener de 4 a 12 fibras de este tipo, mientras que el número total de fibras en un cable de este tipo puede ser de hasta 288 piezas. Los tubos están entrelazados con un hilo que tensa la película humedecida con un gel hidrofóbico, para una mayor amortiguación de las influencias mecánicas. Las tuberías y el cable central están encerrados en polietileno.Luego están los hilos de Kevlar, que prácticamente proporcionan armadura para el cable trenzado. Luego de nuevo polietileno para protegerlo de la humedad, y finalmente la capa exterior.
Los dos tipos principales de cables de fibra óptica
Hay dos tipos de cables de fibra óptica: multimodo y monomodo. Los multimodo son más baratos, los monomodo son más caros.
cable monomodo asegura que los rayos que atraviesan la fibra toman prácticamente el mismo camino sin desviaciones mutuas significativas, como resultado, todos los rayos llegan al receptor al mismo tiempo y sin distorsión de la forma de la señal. El diámetro de una fibra óptica en un cable monomodo es de aproximadamente 1,3 μm, y es a esta longitud de onda que la luz debe transmitirse a través de él.
Por ello, se utiliza como transmisor una fuente láser con luz monocromática de una longitud de onda estrictamente necesaria.Precisamente los cables de este tipo (monomodo) son hoy considerados los más prometedores para las comunicaciones de larga distancia en el futuro, pero por ahora son caros y de corta duración.
cable multimodo menos "precisos" que los monomodo. Los rayos del transmisor pasan a él con dispersión, y en el lado del receptor hay cierta distorsión de la forma de la señal transmitida. El diámetro de la fibra óptica en el cable multimodo es de 62,5 µm y el diámetro exterior de la funda es de 125 µm.
Utiliza un LED convencional (no láser) en el lado del transmisor (longitud de onda de 0,85 μm), y el equipo no es tan costoso como una fuente de luz láser, y los cables multimodo actuales tienen una vida útil más larga. La longitud de los cables de este tipo no supera los 5 km. La latencia de transmisión de señal típica es del orden de 5 ns/m.
Ventajas de los cables de fibra óptica
De una forma u otra, el cable óptico se diferencia radicalmente de los cables eléctricos ordinarios por su excepcional protección contra el ruido, que garantiza la máxima seguridad tanto de la integridad como de la confidencialidad de la información transmitida a través de él.
La interferencia electromagnética dirigida a un cable óptico no puede distorsionar el flujo de luz y los fotones en sí mismos no generan radiación electromagnética externa. Sin romper la integridad del cable, es imposible interceptar la información transmitida a través de él.
El ancho de banda de un cable de fibra óptica es teóricamente de 10 ^ 12 Hz, que no se puede comparar con los cables actuales de ninguna complejidad. Puede transferir información fácilmente a una velocidad de hasta 10 Gbps por kilómetro.
El cable de fibra óptica en sí mismo no es tan caro como el cable coaxial delgado. Pero la parte principal del aumento en el precio de la red terminada aún recae en los equipos de transmisión y recepción, cuya tarea es convertir una señal eléctrica en luz y viceversa.
La atenuación de una señal luminosa al pasar por un cable óptico de una red local no supera los 5 dB por 1 kilómetro, es decir, casi la misma que la de una señal eléctrica de baja frecuencia. Además, cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será la ventaja del medio óptico sobre los cables eléctricos tradicionales, la atenuación aumenta marginalmente. Y en frecuencias superiores a 0,2 GHz, el cable óptico queda claramente fuera de competencia. Es prácticamente posible aumentar la distancia de transmisión hasta 800 km.
Los cables de fibra óptica son aplicables en redes de topología en anillo o estrella y eliminan por completo los problemas de puesta a tierra y equilibrio de carga que siempre son relevantes para los cables eléctricos.
Perfecto aislamiento galvánico, junto con las ventajas anteriores, permite a los analistas predecir que en las comunicaciones de red, los cables ópticos pronto reemplazarán por completo a los eléctricos, especialmente dada la creciente escasez de cobre en el planeta.
Desventajas de los cables de fibra óptica
Para ser justos, no podemos dejar de mencionar las desventajas de los sistemas ópticos de transmisión de datos, la principal de las cuales es la complejidad de los sistemas de instalación y los altos requisitos para la precisión de la instalación de los conectores. Las desviaciones de micras durante el montaje del conector pueden provocar un aumento de la atenuación en el mismo. Aquí necesita soldadura de alta precisión o un gel adhesivo especial, cuyo índice de refracción es similar al de la fibra de vidrio instalada.
Por esta razón, la calificación del personal no permite la indulgencia, se requieren herramientas especiales y alta habilidad para su uso. En la mayoría de los casos, recurren al uso de piezas de cable prefabricadas, en cuyos extremos ya están instalados los conectores prefabricados del tipo requerido. Para bifurcar la señal de la fibra óptica, se utilizan divisores especializados para varios canales (de 2 a 8), pero cuando se bifurca, inevitablemente se produce una atenuación de la luz.
Por supuesto, la fibra es un material menos fuerte y menos flexible que el cobre, y es peligroso doblar la fibra en un radio de menos de 10 cm por su seguridad.La radiación ionizante reduce la transparencia de la fibra óptica, aumenta la atenuación de la señal de luz transmitida.
Los cables de fibra óptica resistentes a la radiación son más caros que los cables de fibra óptica convencionales. Un cambio repentino de temperatura puede hacer que se forme una grieta en la fibra. Por supuesto, la fibra óptica es vulnerable a la tensión mecánica, los golpes y los ultrasonidos; para proteger contra estos factores, se utilizan materiales absorbentes de sonido blandos especiales de las fundas de los cables.